JP2010040815A - Vertical field effect transistor, and image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体材料として酸化亜鉛を用いる縦型電界効果トランジスタ、及びそれを用いた画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a vertical field effect transistor using zinc oxide as a semiconductor material, and an image display device using the same.
薄膜トランジスタ(以下、TFTと略記する。)は、電子回路、特に画像表示装置のアクティブマトリックス回路における画素トランジスタなどとして広く用いられている。 Thin film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) are widely used as pixel transistors in electronic circuits, particularly active matrix circuits of image display devices.
図11(a)は、後述の特許文献1に従来例として示されている、横型の電界効果トランジスタ(以下、FETと略記することがある。)として構成されたTFTの構造を示す断面図である。横型FET100では、絶縁性基板101の上にゲート電極102が設けられ、その上にゲート絶縁膜103を介して半導体層104が設けられ、さらにその上にソース電極105およびドレイン電極106が配置されている。
FIG. 11A is a cross-sectional view showing a structure of a TFT configured as a horizontal field effect transistor (hereinafter sometimes abbreviated as FET), which is shown as a conventional example in
横型FET100の動作時には、ゲート電極102に印加されるゲート電圧によって、ソース電極105とドレイン電極106との間の、ゲート絶縁膜103近傍の半導体層104中にチャネル領域が形成され、チャネル領域を流れる電流がゲート電圧によって制御される。この場合、チャネル長107はソース電極105とドレイン電極106との間の間隙部(ギャップ)の大きさによって決まり、間隙部の長さ(ギャップ長)とほぼ同じ大きさになる。チャネル長107の最小値は、電極105および106をパターニングするフォトリソグラフィなどの加工技術によって制限され、光学的には数十nm程度が限界である。大面積の表示画面に形成されるTFTでは、生産性などを考慮すると、実用的なチャネル長107の最小値は数μm程度である。
During the operation of the lateral FET 100, a channel region is formed in the semiconductor layer 104 near the gate insulating film 103 between the source electrode 105 and the drain electrode 106 by the gate voltage applied to the
現在実用化されているTFTでは、半導体層を構成する半導体材料としてアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンが一般に用いられている。また、シリコン系TFTとは異なる特徴を有するTFTを目指して、半導体材料として金属酸化物半導体材料や有機半導体材料を用いるTFTが検討されている。 In TFTs currently in practical use, amorphous silicon or polycrystalline silicon is generally used as a semiconductor material constituting the semiconductor layer. Further, TFTs using a metal oxide semiconductor material or an organic semiconductor material as a semiconductor material have been studied aiming at a TFT having characteristics different from that of a silicon-based TFT.
一方、特許文献1などには、縦型の電界効果トランジスタとして構成されたTFTが提案されている。図11(b)は、その構造の一例を示す断面図である。縦型FET200では、絶縁性基板201の上に、ソース電極202と半導体層203とドレイン電極204とが順に積層されている。この積層体の一方の側面に接して基板201に垂直な方向にゲート絶縁膜205が設けられ、ゲート絶縁膜205を挟んで積層体に対向する位置にゲート電極206が設けられている。
On the other hand,
縦型FET200の動作時には、ゲート電極206に印加されるゲート電圧によって、ゲート絶縁膜205近傍の半導体層203中にチャネル領域が形成され、チャネル領域を流れる電流がゲート電圧によって制御される。この場合、チャネル長207はソース電極105とドレイン電極106との間の間隔、すなわち半導体層203の厚さによって決まり、半導体層203の厚さとほぼ同じ大きさになる。従って、チャネル長207は、横型FET100と異なり、電極をパターニングする工程とは無関係に、半導体層203を形成する際の成膜速度や成膜時間などで制御することができる。このため、縦型FET200では、横型FET100に比べて飛躍的に短チャネル長(例えば0.1μm程度)のFETを、簡易に生産性よく作製することができる。
When the vertical FET 200 is operated, a channel region is formed in the semiconductor layer 203 in the vicinity of the gate insulating film 205 by the gate voltage applied to the
特許文献1には、半導体層を構成する半導体材料として、ペンタセンなどの有機半導体材料や、酸化亜鉛などの金属酸化物半導体材料が例示されている。これらの半導体材料はシリコンに比べて移動度が小さいが、チャネル長の短い縦型FET200として構成されることによってトランジスタ性能が著しく向上し、実用的なTFTとして用いることが可能になると説明されている。
図12は、画素トランジスタとしてTFTを用い、アクティブマトリックス方式によって画像表示装置を駆動する回路の構成を、液晶表示装置を例として示す説明図(a)、および画素の構成を示す斜視図(b)である(例えば、山崎照彦、川上英昭、堀浩雄 監修、カラーTFT液晶ディスプレイ(改訂版)、共立出版(2005)、p.77 参照。)。この表示装置では、各行の画素を選択するための走査線41と、各列の画素にデータ信号を送り込むためのデータ線42とが格子状に設けられ、それらが交叉する位置に各1個の画素300がマトリックス状に配置されている。
FIG. 12 is an explanatory diagram (a) illustrating a configuration of a circuit for driving an image display device by an active matrix method using a TFT as a pixel transistor, and a perspective view (b) illustrating a configuration of a pixel. (For example, see Teruhiko Yamazaki, Hideaki Kawakami, Hiroo Hori, Color TFT LCD (revised version), Kyoritsu Shuppan (2005), p. 77). In this display device, scanning lines 41 for selecting pixels in each row and
画素300は、表示素子310とTFT320などからなる。液晶表示装置では、表示素子310は、共通電極と、これに対向する表示電極311と、両電極間に挟まれた液晶層とからなり、キャパシタを形成している。回路的には、表示素子310は、補助容量330とともにキャパシタとしてアクティブマトリックス回路に組み込まれている。TFT320は、通常、図11(a)に例示した横型FETとして構成されたTFT(以下、横型TFTと略記する。)である。TFT320のゲート電極322は走査線41に接続され、ソース電極325はデータ線42に接続され、ドレイン電極326は表示素子310の表示電極311に接続されている。
The pixel 300 includes a display element 310, a TFT 320, and the like. In the liquid crystal display device, the display element 310 includes a common electrode, a display electrode 311 facing the common electrode, and a liquid crystal layer sandwiched between both electrodes, and forms a capacitor. In terms of circuit, the display element 310 is incorporated in the active matrix circuit as a capacitor together with the auxiliary capacitor 330. The TFT 320 is normally a TFT configured as a lateral FET illustrated in FIG. 11A (hereinafter abbreviated as a lateral TFT). The gate electrode 322 of the TFT 320 is connected to the scanning line 41, the source electrode 325 is connected to the
このように構成された液晶表示装置において、各画素300は、走査回路43およびデータ・ドライバ回路44によって下記のように走査される。すなわち、1サイクルの間の一定期間、走査回路43から1つの走査線41に選択パルスが出力される。この結果、この走査線41に対応する行の各画素300では、TFT320のゲート電極322に選択パルスが印加され、TFT320がオン状態になる。そして、この一定期間の間にデータ・ドライバ回路44から各データ線42に輝度信号が順次出力され、各画素300の表示素子310が構成するキャパシタは、輝度信号電圧に充電または放電される。1つの行の全画素の走査が終了すると、次の行の走査線41に選択パルスが出力され、上記と同様にして新しい行の各画素が順次走査される。以上の動作を繰り返して、1サイクルの間に全ての画素が1度ずつ選択される。表示素子310が構成するキャパシタに蓄えられた輝度信号電圧は、次のサイクルでこの画素が選択されるまで保持される。
In the liquid crystal display device configured as described above, each pixel 300 is scanned by the scanning circuit 43 and the data driver circuit 44 as follows. That is, a selection pulse is output from the scanning circuit 43 to one scanning line 41 for a certain period of one cycle. As a result, in each pixel 300 in the row corresponding to the scanning line 41, the selection pulse is applied to the gate electrode 322 of the
図12(b)に示したように、1つの画素300は、通常、表示素子310が占める表示領域301と、TFT320が占める制御領域302とに分割されている。制御領域302は画像を表示する光が透過しない暗部であるので、制御領域302の面積が全画素面積に対して占める割合が大きいと、表示輝度が低下して、液晶表示装置のコントラストが低下する。 As shown in FIG. 12B, one pixel 300 is usually divided into a display area 301 occupied by the display element 310 and a control area 302 occupied by the TFT 320. Since the control region 302 is a dark portion that does not transmit light for displaying an image, if the ratio of the area of the control region 302 to the total pixel area is large, the display luminance is lowered and the contrast of the liquid crystal display device is lowered. .
単位面積当たりの画素数が多くなるほど、画素数に反比例して画素面積が小さくなるのに対し、制御領域302の面積はほとんど変化しないので、制御領域302が存在することによるコントラストの低下は、高精細度の液晶表示装置ほど著しい(例えば、山崎照彦、川上英昭、堀浩雄 監修、カラーTFT液晶ディスプレイ(改訂版)、共立出版(2005)、p.119 参照。)。 As the number of pixels per unit area increases, the pixel area decreases in inverse proportion to the number of pixels. On the other hand, since the area of the control region 302 hardly changes, the decrease in contrast due to the presence of the control region 302 is high. Finer liquid crystal display devices are remarkable (see, for example, Teruhiko Yamazaki, Hideaki Kawakami, Hiroo Hori, Color TFT liquid crystal display (revised version), Kyoritsu Shuppan (2005), p.119).
これまで液晶表示装置を例として説明してきたが、アクティブマトリックス方式によって画像表示装置を駆動する限り、液晶素子以外の別の表示素子を用いる画像表示装置であっても、事情は同じである。本明細書でいう画像表示装置とは、多数の表示素子ごとに出射光または反射光の光量を制御することによって、文字や図や写真などのデータを画像として表示する装置のことであり、液晶素子以外の別の表示素子として、エレクトロルミネッセンス素子や、プラズマ表示素子や、電気化学表示素子などを挙げることができる。これらの表示素子を用いる画像表示装置では、画素トランジスタで表示素子を駆動する回路構成は表示素子の特性に応じて変化するが、図12(b)に示した、画素300が表示領域301と制御領域302とに分割される基本構成は同じである。 The liquid crystal display device has been described above as an example. However, as long as the image display device is driven by the active matrix method, the situation is the same even if the image display device uses another display element other than the liquid crystal element. The image display device referred to in this specification is a device that displays data such as characters, figures, and photographs as an image by controlling the amount of emitted light or reflected light for each of a number of display elements. As another display element other than the element, an electroluminescence element, a plasma display element, an electrochemical display element, and the like can be given. In an image display device using these display elements, the circuit configuration for driving the display elements with pixel transistors varies depending on the characteristics of the display elements. However, the pixel 300 shown in FIG. The basic configuration divided into the region 302 is the same.
従って、高精細度で、かつコントラストの高い画像表示装置を実現するには、制御領域302が占める面積をできるだけ小さくすることが望ましい。しかし、前述したように、横型TFTを画素トランジスタとして用いる限り、その大きさを数μm以下にすることは難しい。そこで、縦型FETとして構成されたTFT(以下、縦型TFTと略記する。)を画素トランジスタとして用いることによって、制御領域302の面積を縮小させることが考えられる。例えば、図11(b)に示した、特許文献1で提案されている縦型TFT200では、ソース電極202とドレイン電極204が上下に重なっていることから、基板上で素子が占める素子面積は、横型TFTに比べて確実に小さくなると考えられる。
Therefore, in order to realize a high-definition and high-contrast image display device, it is desirable to make the area occupied by the control region 302 as small as possible. However, as described above, as long as the lateral TFT is used as a pixel transistor, it is difficult to reduce its size to several μm or less. Thus, it is conceivable to reduce the area of the control region 302 by using a TFT configured as a vertical FET (hereinafter abbreviated as a vertical TFT) as a pixel transistor. For example, in the vertical TFT 200 proposed in
しかしながら、特許文献1で提案されている縦型TFT200が万全であるかといえば、そうではない。例えば、縦型TFT200では、ゲート電圧の印加によってチャネル領域が形成されるのは、ゲート絶縁膜205の近傍の半導体層203中のみであるのに、ソース電極202とドレイン電極204とに挟まれる全ての領域に、半導体層203が配置されている。このようにチャネル層の形成に寄与しない領域に配置された半導体層は、無効であるばかりでなく、オフ電流、すなわちゲート電圧によって制御されない電流を増加させることになる。この結果、図12に示した液晶表示装置では、表示素子に蓄えられた輝度信号電圧が1サイクルの間に変化してしまうなど、表示素子に対する縦型TFT200の制御性能が低下する原因になる。
However, if the vertical TFT 200 proposed in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、基体上で素子が占める素子面積を小型化することができ、かつ、オフ電流の小さい縦型電界効果トランジスタ、及びそれを用いた画像表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce the element area occupied by the element on the substrate and to reduce the off-state current, and to reduce the off-current. And providing an image display apparatus using the same.
即ち、本発明は、
中間層を挟んで積層配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記中間層の少なくとも一部を占める絶縁層と、
結晶軸の1つであるc軸が前記積層の方向に配向している酸化亜鉛層からなり、前記 ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極との積層体の、少なくとも一側面の一部に 接して設けられること、及び/又は、前記中間層の一部を占めることによって、前記ソ ース電極と前記ドレイン電極とに接し、これらの電極間を連結するように配置された半 導体層と、
前記積層体の側方及び/又は側面において、前記半導体層の側面に接するように配置 されたゲート絶縁膜と、
前記積層体の側方において、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体層に対向するよう に配置されたゲート電極と
からなる、縦型電界効果トランジスタに係わるものである。
That is, the present invention
A source electrode and a drain electrode that are stacked with an intermediate layer interposed therebetween;
An insulating layer occupying at least part of the intermediate layer;
The c-axis, which is one of the crystal axes, is composed of a zinc oxide layer oriented in the stacking direction, and is in contact with at least a part of one side surface of the stack of the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode. And / or a semiconductor layer disposed so as to be in contact with and connect between the source electrode and the drain electrode by occupying a part of the intermediate layer, and
A gate insulating film disposed on the side and / or side of the stacked body so as to be in contact with the side of the semiconductor layer;
The present invention relates to a vertical field effect transistor comprising a gate electrode disposed on the side of the stacked body so as to face the semiconductor layer with the gate insulating film interposed therebetween.
また、表示素子と、請求項1〜10のいずれか1項に記載した縦型電界効果トランジスタとが各画素に配置され、前記表示素子が前記縦型電界効果トランジスタによって駆動制御される、画像表示装置に係わるものである。
An image display in which a display element and the vertical field effect transistor according to any one of
本発明の縦型電界効果トランジスタによれば、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は積層配置されているので、横型電界効果トランジスタに比べて素子面積を確実に縮小させることができる。しかも、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に挟まれている前記中間層の少なくとも一部は絶縁層によって占められているので、特許文献1に提案されている縦型電界効果トランジスタと異なり、無用にオフ電流が大きくなることがない。
According to the vertical field effect transistor of the present invention, since the source electrode and the drain electrode are stacked, the element area can be reliably reduced as compared with the horizontal field effect transistor. In addition, since at least part of the intermediate layer sandwiched between the source electrode and the drain electrode is occupied by an insulating layer, unlike the vertical field effect transistor proposed in
前記半導体層は、前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極との積層体の、少なくとも一側面の一部に接して設けられていても、前記中間層の一部を占めるように設けられていても、或いはその両方であってもよいが、いずれにしても、前記半導体層中に形成されるチャネル領域のチャネル長は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の間隔、すなわち前記中間層の厚さによって決まり、前記中間層の厚さとほぼ同じ大きさになる。従って、チャネル長は、電極をパターニングする工程とは無関係に、前記中間層を形成する際の成膜速度や成膜時間などで制御することができる。このため、横型電界効果トランジスタに比べて飛躍的に短チャネル長の電界効果トランジスタを、簡易に、生産性よく作製することができる。 The semiconductor layer is provided so as to occupy a part of the intermediate layer even if it is provided in contact with a part of at least one side surface of the stacked body of the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode. In any case, the channel length of the channel region formed in the semiconductor layer is the distance between the source electrode and the drain electrode, that is, the intermediate layer. It is determined by the thickness of the intermediate layer and is approximately the same as the thickness of the intermediate layer. Therefore, the channel length can be controlled by the film formation speed and the film formation time when forming the intermediate layer, regardless of the step of patterning the electrodes. Therefore, a field effect transistor having a dramatically shorter channel length than a lateral field effect transistor can be easily manufactured with high productivity.
しかも、前記半導体層の半導体材料として用いている酸化亜鉛は、蒸着法やスパッタリング法による成膜に際し、結晶軸の1つであるc軸が前記積層の方向に結晶性よく配向する材料であり、かつ、c軸方向に優れた移動度を示す材料である。この結果、チャネル領域において電流が流れる方向が、酸化亜鉛層のc軸方向と一致することになり、酸化亜鉛層がc軸方向に示す大きな移動度を最大限に利用することができる。 Furthermore, the zinc oxide used as the semiconductor material of the semiconductor layer is a material in which the c-axis, which is one of the crystal axes, is oriented with good crystallinity in the direction of the stack when forming by vapor deposition or sputtering. In addition, it is a material that exhibits excellent mobility in the c-axis direction. As a result, the direction in which the current flows in the channel region coincides with the c-axis direction of the zinc oxide layer, and the large mobility exhibited by the zinc oxide layer in the c-axis direction can be utilized to the maximum.
以上の結果、シリコンに比べて移動度が小さい酸化亜鉛を半導体材料として用いていても、シリコン系横型電界効果トランジスタと同程度に低電圧で高速に動作させることのできる縦型電界効果トランジスタを得ることができる。 As a result, a vertical field effect transistor that can be operated at a low voltage and at a high speed as much as a silicon lateral field effect transistor even when zinc oxide having a lower mobility than silicon is used as a semiconductor material is obtained. be able to.
本発明の画像表示装置では、表示素子とともに、前記縦型電界効果トランジスタが各画素に配置され、前記表示素子が前記縦型電界効果トランジスタによって駆動制御される。前記縦型電界効果トランジスタは横型電界効果トランジスタに比べて素子面積が小さいので、画素において前記縦型電界効果トランジスタが占める面積を減らし、表示素子が占める面積を増大させることによって、表示輝度を向上させ、高精細度であっても、コントラストの高い画像表示装置を実現することができる。 In the image display device of the present invention, the vertical field effect transistor is disposed in each pixel together with the display element, and the display element is driven and controlled by the vertical field effect transistor. Since the vertical field effect transistor has a smaller element area than the horizontal field effect transistor, the display field is improved by reducing the area occupied by the vertical field effect transistor in the pixel and increasing the area occupied by the display element. Even with high definition, an image display device with high contrast can be realized.
本発明において、前記中間層のすべてを前記絶縁層が占め、前記半導体層は、少なくとも前記積層体の一側面に接するように配置されているのがよい。 In the present invention, it is preferable that the insulating layer occupies all of the intermediate layer, and the semiconductor layer is disposed so as to be in contact with at least one side surface of the stacked body.
この際、前記積層体は互いに同じ、又はほぼ同じ厚さの前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とからなり、前記積層体の一側方に間隙部を挟んで、前記ドレイン電極と同じ厚さの下部絶縁層と、前記ソース電極と同じ厚さの前記ゲート電極と、前記中間層と同じ厚さの上部絶縁層とが積層され、前記間隙部に前記ゲート絶縁膜と前記半導体層とが配置されているのがよい。 At this time, the stacked body is composed of the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode having the same or substantially the same thickness, and is the same as the drain electrode with a gap portion between one side of the stacked body. A lower insulating layer having a thickness, a gate electrode having the same thickness as the source electrode, and an upper insulating layer having the same thickness as the intermediate layer are stacked, and the gate insulating film and the semiconductor layer are formed in the gap portion. It is good to be arranged.
このようであると、前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とが同じ厚さである場合には、積層の方向において、前記ゲート電極は、前記中間層に対向する位置にのみ設けられ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向する位置には設けられない。この結果、前記ゲート電極と前記ソース電極又は前記ドレイン電極との間の寄生容量は最小になる。また、前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とがほぼ同じ厚さであり、前記ソース電極は前記ドレイン電極に比べてわずかに厚く、前記中間層は前記ドレイン電極に比べてわずかに薄い場合には、前記ゲート電極は、前記中間層に対向する位置以外に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向する位置にもわずかに設けられる。この結果、前記半導体層の、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結している全ての領域に、ゲート電圧が確実に、かつ有効に作用する。 In such a case, when the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode have the same thickness, the gate electrode is provided only at a position facing the intermediate layer in the stacking direction, It is not provided at a position facing the source electrode and the drain electrode. As a result, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source or drain electrode is minimized. The source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode have substantially the same thickness, the source electrode is slightly thicker than the drain electrode, and the intermediate layer is slightly thinner than the drain electrode. In addition, the gate electrode is slightly provided at a position facing the source electrode and the drain electrode in addition to a position facing the intermediate layer. As a result, the gate voltage acts reliably and effectively on all the regions of the semiconductor layer that connect the source electrode and the drain electrode.
或いはまた、前記中間層の一部を前記半導体層が占め、前記中間層の残部を前記絶縁層が占めるように配置されているのがよい。 Or it is good to arrange | position so that the said semiconductor layer may occupy a part of said intermediate | middle layer, and the said insulating layer may occupy the remainder of the said intermediate | middle layer.
この際、前記積層体は互いに同じ、又はほぼ同じ厚さの前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とからなり、前記積層体の一側面に接して、前記ドレイン電極と同じ厚さの下部絶縁層と、前記ソース電極と同じ厚さの前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜からなる層と、前記中間層と同じ厚さの上部絶縁層とが配置されているのがよい。 In this case, the stacked body includes the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode having the same or substantially the same thickness, and is in contact with one side surface of the stacked body and has a lower portion having the same thickness as the drain electrode. An insulating layer, a layer made of the gate electrode and the gate insulating film having the same thickness as the source electrode, and an upper insulating layer having the same thickness as the intermediate layer may be disposed.
このようであると、前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とが同じ厚さである場合には、積層の方向において、前記ゲート電極は、前記半導体層に対向する位置にのみ設けられ、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向する位置には設けられない。この結果、前記ゲート電極と前記ソース電極又は前記ドレイン電極との間の寄生容量は最小になる。また、前記ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極とがほぼ同じ厚さであり、前記ソース電極は前記ドレイン電極に比べてわずかに厚く、前記中間層は前記ドレイン電極に比べてわずかに薄い場合には、前記ゲート電極は、前記半導体層に対向する位置以外に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に対向する位置にもわずかに設けられる。この結果、ゲート電圧が、前記半導体層の全ての領域に確実に、かつ有効に作用する。 In such a case, when the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode have the same thickness, the gate electrode is provided only at a position facing the semiconductor layer in the stacking direction, It is not provided at a position facing the source electrode and the drain electrode. As a result, the parasitic capacitance between the gate electrode and the source or drain electrode is minimized. The source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode have substantially the same thickness, the source electrode is slightly thicker than the drain electrode, and the intermediate layer is slightly thinner than the drain electrode. In addition, the gate electrode is slightly provided at a position facing the source electrode and the drain electrode in addition to a position facing the semiconductor layer. As a result, the gate voltage acts reliably and effectively on all the regions of the semiconductor layer.
また、前記ソース電極、前記絶縁層、前記ドレイン電極、前記ゲート絶縁膜、及び前記ゲート電極の少なくとも1つ、望ましくはすべてが可視光を透過する材料からなるのがよい。 Further, at least one of the source electrode, the insulating layer, the drain electrode, the gate insulating film, and the gate electrode, preferably all may be made of a material that transmits visible light.
この際、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記ゲート電極の少なくとも1つが、不純物をドープされた酸化亜鉛からなるのがよい。この場合、ドープされた酸化亜鉛からなる電極と前記半導体層とを同じ成膜装置を用いて形成できるので、生産性および膜品質が向上する。 At this time, at least one of the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode is preferably made of zinc oxide doped with impurities. In this case, since the electrode made of doped zinc oxide and the semiconductor layer can be formed using the same film forming apparatus, productivity and film quality are improved.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
実施の形態1
実施の形態1では、主として、請求項1〜4および8〜10に記載した縦型電界効果トランジスタの例について説明する。
In the first embodiment, examples of vertical field effect transistors described in
図1は、実施の形態1に基づく縦型電界効果トランジスタ10の構造を示す平面図(a)および断面図(b)である。断面図(b)は、平面図(a)に1B−1B線で示した位置における断面図である。縦型FET10では、絶縁性基板1の上に、互いにほぼ同じ厚さのソース電極3と、前記中間層である絶縁層5と、ドレイン電極7とが順に積層されている。ただし、ソース電極3はドレイン電極7に比べてわずかに厚く、絶縁層5はドレイン電極7に比べてわずかに薄い。
FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view showing the structure of a vertical
この積層体の一方の側方に、わずかな間隙部を挟んで、ドレイン電極7と同じ厚さの下部絶縁層2と、ソース電極3と同じ厚さのゲート電極4と、絶縁層5と同じ厚さの上部絶縁層6とが積層されている。そして、間隙部には、積層体の側面に接して基板1に垂直な方向に設けられた半導体層8と、上部絶縁層6から連続して設けられ、ゲート電極4と半導体層8との間に介在するゲート絶縁膜6gとが配置されている。
The lower
図1(b)に示すように、例えば、ドレイン電極7と下部絶縁層2の厚さは200〜800nm、ソース電極3とゲート電極4の厚さは210〜840nm、絶縁層5と上部絶縁層6の厚さは190〜760nmである。また、間隙部における半導体層8の幅は0.5〜1.0μm、ゲート絶縁膜6gの幅は1.0〜2.0μmである。
As shown in FIG. 1B, for example, the drain electrode 7 and the lower insulating
このようであると、積層の方向において、ゲート電極4は、絶縁層5に対向する位置には必ずあり、その上下でドレイン電極7およびソース電極3に対向する位置にわずかにはみ出すように配置されることになる。はみ出す厚さは、上記の例では10〜40nmである。この結果、半導体層8の、ソース電極3とドレイン電極7とを連結している全ての領域に、ゲート電圧が確実に、かつ有効に作用する。しかも、特許文献1に提案されている縦型FET200と異なり、ソース電極3およびドレイン電極7に対向する位置には、ゲート電極4がわずかに設けられているだけであるので、ゲート電極4とソース電極3またはドレイン電極7との間の寄生容量は極めて小さくなり、縦型FET10の動作の安定性が向上する。
In this case, in the stacking direction, the
上記とは異なり、ソース電極3と絶縁層5とドレイン電極7とが同じ厚さである場合には、ゲート電極4は、絶縁層5が配置されている位置にのみ設けられ、ソース電極3およびドレイン電極7に対向する位置には設けられない。この結果、ゲート電極4とソース電極3またはドレイン電極7との間の寄生容量は最小になる。ただし、半導体層8の、ソース電極3とドレイン電極7とを連結している全ての領域に、ゲート電圧が有効に作用するようにするには、成膜の際、厳密に厚さを制御することが必要になる。
Unlike the above, when the
いずれの場合でも、重要であるのは、ゲート電極4とソース電極3およびドレイン電極7との、積層の方向における位置関係のみである。従ってこれらの間に上記の関係が守られていればよく、その他の層の厚さについての条件は、絶対にそれが必要ということではなく、その条件を満たせば、成膜工程が簡易になったり、成膜工程の諸段階で全体がほぼ平坦になるので、成膜工程が容易になったりする利点があるという程度のものである。
In any case, what is important is only the positional relationship between the
縦型FET10では、ソース電極3およびドレイン電極7は積層配置されているので、横型電界効果トランジスタに比べて素子面積を確実に小さくすることができる。しかも、ソース電極3とドレイン電極7との間は絶縁層5によって占められているので、特許文献1に提案されている縦型FET200と異なり、無用にオフ電流が大きくなることがない。
In the
縦型FET10の動作時には、ゲート電極4に印加されるゲート電圧によって、ゲート絶縁膜6g近傍の半導体層8中にチャネル領域が形成され、チャネル領域を流れる電流がゲート電圧によって制御される。この場合、チャネル長9はソース電極3とドレイン電極7との間の間隔、すなわち絶縁層5の厚さによって決まり、絶縁層5の厚さとほぼ同じ大きさになる。従って、チャネル長9は、横型FETとは異なり、電極をパターニングする工程とは無関係に、絶縁層5を形成する際の成膜速度や成膜時間などで制御することができる。このため、縦型FET10では、横型FETに比べて飛躍的に短チャネル長(例えば0.1μm程度)のFETを、簡易に、生産性よく作製することができる。
During the operation of the
図2は、半導体層8の半導体材料である酸化亜鉛の結晶格子を示す斜視図である。酸化亜鉛結晶は六方晶系に属し、結晶軸の1つであるc軸は正六角形の面、(0002)面や(0001)面に直交する方向である。酸化亜鉛は、蒸着法やスパッタリング法でガラス基板などの上に成膜すると、c軸が積層の方向、すなわち基板面に垂直な方向に配向した構造が結晶性よく得られる性質を有する。しかも、酸化亜鉛は移動度に異方性を有し、c軸方向に大きな移動度を示す。この結果、縦型FET10では、チャネル領域において電流が流れる方向が、酸化亜鉛層のc軸方向と一致することになり、酸化亜鉛層がc軸方向に示す大きな移動度を最大限に利用することができる。
FIG. 2 is a perspective view showing a crystal lattice of zinc oxide which is a semiconductor material of the semiconductor layer 8. Zinc oxide crystals belong to the hexagonal system, and the c-axis, which is one of the crystal axes, is a direction that is orthogonal to a regular hexagonal plane, (0002) plane, or (0001) plane. When zinc oxide is deposited on a glass substrate or the like by a vapor deposition method or a sputtering method, a structure in which the c-axis is oriented in the stacking direction, that is, in the direction perpendicular to the substrate surface, has a property that crystallinity can be obtained. Moreover, zinc oxide has anisotropy in mobility and exhibits a large mobility in the c-axis direction. As a result, in the
以上の結果、シリコンに比べて移動度が小さい酸化亜鉛を半導体材料として用いていても、シリコン系横型電界効果トランジスタと同程度に低電圧で高速に動作させることのできる縦型FET10を得ることができる。
As a result, it is possible to obtain a
絶縁性基板1としては、光透過性が必要な場合には、ガラス基板や石英基板などを用いるのがよい。縦型FET10を構成する各部材を形成する際の加熱処理に耐える耐熱性があれば、例えば、ポリイミド系樹脂やポリシクロオレフィン系樹脂やポリエーテルスルホン樹脂などの、比較的耐熱性の高いプラスチック基板を用いることもできる。ただし、液晶表示装置に用いる場合には、複屈折性のない材料であることが必要になる。また、基板全体が絶縁性である必要はないので、光透過性が必要ない場合には、表面に窒化シリコンや酸化シリコンなどからなる絶縁層が形成されたステンレスなどの金属基板を用いることもできる。プラスチック基板や薄い金属基板を用いると、フレキシブルな形状の画像表示装置を作製することができる。
As the insulating
絶縁性基板1に形成された縦型FET10は、個別化されたディスクリート部品として用いてもよいし、画像表示装置の画素トランジスタとして用いる場合のように、同一基板上に多数のトランジスタを集積したモノリシック集積回路として用いてもよい。
The
ソース電極3、ドレイン電極7、およびゲート電極4の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウムAl、金Au、銀Ag、銅Cu、ニッケルNi、タングステンW、およびモリブデンMoなどの金属や、これらを含む合金、またはこれらを積層して組み合わせたものなどを用いることができる。合金としては、銀、パラジウム、銅の合金で、フルヤ金属が販売しているAPCなどを用いることができる。下部絶縁層2、絶縁層5、および上部絶縁層6、およびゲート絶縁膜6gの材料は、特に限定されるものではないが、例えば、窒化シリコンSiN、酸化シリコンSiO2、酸化アルミニウムAl2O3、およびスピンオンガラス(SOG)、またはこれらを組み合わせて積層した積層膜を用いることができる。SOGは、0.1〜1μm程度の厚さのガラス層をスピンコートで形成する材料である。
The materials of the
また、光透過性を高めるために、ソース電極3、ドレイン電極7、ゲート電極4、絶縁層5、下部絶縁層2、上部絶縁層6、およびゲート絶縁膜6gの少なくとも1つ、望ましくはすべてが可視光を透過させる材料からなるのがよい。上記した絶縁性材料は可視光を透過させる材料であるので、ソース電極3、ドレイン電極7、およびゲート電極4を構成する材料が可視光を透過する材料であれば、可視光に対して透明なFETを形成することができる。可視光透過性の電極材料としてITO(インジウム・スズ酸化物)などの公知材料を用いることができるが、酸化亜鉛に不純物をドープして導電性を高めた材料を用いれば、電極と半導体層を同じ成膜装置を用いて形成できるので、生産性および膜品質が向上するので好ましい。酸化亜鉛にドープする不純物としては、n型不純物としてアルミニウムAl、ガリウムGa、インジウムInなどが好適である。
Further, in order to improve the light transmittance, at least one, preferably all of the
図3〜図5は、縦型FET10の作製工程のフローを示す平面図および断面図である。断面図は、図1(b)と同じ位置における断面図である。以下、可視光透過性の縦型FET10を作製することに重点をおいて、その作製工程を説明する。
3 to 5 are a plan view and a cross-sectional view showing a flow of a manufacturing process of the
工程1:下部絶縁層2の形成
まず、図3(a)に示すように、絶縁性基板1の上に、公知の方法を用いて絶縁材料層を形成した後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE)などの微細加工方法によってパターニングして、下部絶縁層2を形成する。絶縁性基板1としては、耐熱性があり、可視光を透過させる基板として、ガラス基板や石英基板などを用いるのがよい。下部絶縁層2は、窒化シリコンSiN層と酸化シリコンSiO2層とを積層した積層膜がよい。下部絶縁層2の厚さは、次に形成するソース電極3およびゲート電極4の厚さに比べてわずかに薄く、例えば200nm程度である。
Step 1: Formation of
この際、窒化シリコンSiN層および酸化シリコンSiO2層は、プラズマCVD法(化学気相成長法)によって形成するのがよい。これら以外の絶縁材料層として、スパッタリング法で酸化アルミニウムAl2O3層を形成してもよいし、スピンコート法などでスピンオンガラス(SOG)層を形成してもよい。 At this time, the silicon nitride SiN layer and the silicon oxide SiO 2 layer are preferably formed by a plasma CVD method (chemical vapor deposition method). As an insulating material layer other than these, an aluminum oxide Al 2 O 3 layer may be formed by a sputtering method, or a spin-on glass (SOG) layer may be formed by a spin coating method or the like.
工程2:透明導電膜11の形成
次に、図3(b)に示すように、後にソース電極3とゲート電極4とにパターニングされる透明導電膜11を形成する。透明導電膜11の材料としては、Alなどの不純物をドープした酸化亜鉛(AZO)などの酸化亜鉛系導電膜か、ITOに代表される透明導電膜を用いるのがよい。透明導電膜11の厚さは、下部絶縁層2の厚さ200nmよりわずかに厚く、210nm程度である。ソース電極3になる透明導電膜11の厚さと、下部絶縁層2の厚さの差、10nmが、厚さ方向におけるゲート電極4とソース電極3との重なりの大きさになる。この際、AZO膜を形成するには、酸化亜鉛および酸化アルミニウムをそれぞれターゲットとするスパッタリングを同時に行うスパッタリング法によって形成する。ITO膜もスパッタリング法によって形成する。
Step 2: Formation of Transparent Conductive Film 11 Next, as shown in FIG. 3B, a transparent conductive film 11 to be patterned later on the
工程3:ソース電極3およびゲート電極4の形成
次に、図3(c)に示すように、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によって透明導電膜11をパターニングして、ソース電極3およびゲート電極4を形成する。
Step 3: Formation of
工程4:絶縁材料層12の形成
次に、図3(d)に示すように、後に絶縁層5と上部絶縁層6とゲート絶縁膜6gとにパターニングされる絶縁材料層12を形成する。絶縁材料層12は窒化シリコンSiN層と酸化シリコンSiO2層とを積層した積層膜がよい。絶縁材料層12の厚さは、ゲート電極4の厚さ210nmに比べてわずかに薄く、例えば190nm程度である。後に絶縁層5になる絶縁材料層12の厚さが、縦型TFT10のチャネル長9を決定する。また、ゲート電極4の厚さ210nmと、絶縁材料層12の厚さとの差、20nmが、厚さ方向においてゲート電極4がソース電極3およびドレイン電極7に対向する位置へ上下にはみ出す大きさになる。この際、窒化シリコンSiN層および酸化シリコンSiO2層は、前述したようにプラズマCVD法によって形成するのがよい。
Step 4: Formation of Insulating Material Layer 12 Next, as shown in FIG. 3D, an insulating material layer 12 to be patterned later into the insulating layer 5, the upper insulating layer 6, and the
工程5:絶縁層5、上部絶縁層6、およびゲート絶縁膜6gの形成
次に、図3(e)に示すように、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によって絶縁材料層12をパターニングして、絶縁層5、上部絶縁層6、ゲート絶縁膜6g、およびトレンチ13を形成する。
Step 5: Formation of insulating layer 5, upper insulating layer 6, and
工程6:透明導電膜14の形成
次に、図3(f)に示すように、後にドレイン電極7にパターニングされる透明導電膜14を形成する。透明導電膜14の材料としては、Alなどの不純物がドープされた酸化亜鉛(AZO)などの酸化亜鉛系導電膜か、ITOに代表される透明導電膜が望ましい。透明導電膜11の厚さは、下部絶縁層2の厚さと同じ200nm程度である。後にドレイン電極7になる透明導電膜14の厚さと、上部絶縁層6の厚さの差、10nmが、厚さ方向におけるドレイン電極7とゲート電極4との重なりの大きさになる。この際、AZO膜またはITO膜はスパッタリング法によって形成する。
Step 6: Formation of
工程7:ドレイン電極7の形成
次に、図4(g)に示すように、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によって透明導電膜14をパターニングし、ドレイン電極7およびトレンチ15を形成する。
Step 7: Formation of Drain Electrode 7 Next, as shown in FIG. 4G, the transparent
工程8:半導体材料層16の形成
次に、図4(h)に示すように、酸化亜鉛からなる半導体材料層16を形成する。この際、半導体材料層16は酸化亜鉛をターゲットにするスパッタリング法によって形成する。絶縁性基板1に堆積した酸化亜鉛は、c軸を厚さ方向に配向させて成長した多結晶層を形成する。c軸は酸化亜鉛が大きい移動度を示す方向である。
Step 8: Formation of
工程9:半導体層8の形成
次に、図4(i)に示すように、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によって半導体材料層16をパターニングして、半導体層8を形成する。
Step 9: Formation of Semiconductor Layer 8 Next, as shown in FIG. 4I, the
以上が縦型TFT10の作製工程である。
The above is the manufacturing process of the
実施の形態2
実施の形態2では、主として、請求項5〜7に記載した縦型電界効果トランジスタの例について説明する。
In the second embodiment, an example of a vertical field effect transistor described in claims 5 to 7 will be mainly described.
図6は、実施の形態2に基づく縦型電界効果トランジスタ20の構造を示す平面図(a)および断面図(b)である。断面図(b)は、平面図(a)に6B−6B線で示した位置における断面図である。縦型FET20では、絶縁性基板1の上に、互いにほぼ同じ厚さのソース電極23と、前記中間層を構成する絶縁層25および半導体層28と、ドレイン電極29とが順に積層されている。ただし、ソース電極23はドレイン電極29に比べてわずかに厚く、絶縁層25および半導体層28はドレイン電極29に比べてわずかに薄い。この積層体の一方の側面に接して、ドレイン電極29と同じ厚さの下部絶縁層22と、ソース電極23と同じ厚さのゲート電極24およびゲート絶縁膜26からなる層と、半導体層28と同じ厚さの上部絶縁層27とが積層されている。
FIG. 6 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) showing the structure of the vertical
縦型FET20が縦型FET10と異なっているのは、前記中間層の一部として半導体層28を配置したことと、それに応じてゲート絶縁膜26の配置が変化したこと、およびその他の部材の面方向における配置がわずかに変化したことのみである。従って、縦型FET10と共通することに関しては同様の効果が得られるのは言うまでもない。
The
すなわち、積層の方向において、ゲート電極24は、半導体層28に対向する位置には必ずあり、その上下でドレイン電極29およびソース電極23に対向する位置にわずかにはみ出すように配置されている。この結果、半導体層28の全ての領域にゲート電圧が確実に、かつ有効に作用する。しかも、特許文献1に提案されている縦型FET200と異なり、ソース電極23およびドレイン電極29に対向する位置には、ゲート電極24がわずかに設けられているだけであるので、ゲート電極24とソース電極23またはドレイン電極29との間の寄生容量は極めて小さくなり、縦型FET20の動作の安定性が向上する。
That is, in the stacking direction, the gate electrode 24 is always located at a position facing the
上記とは異なり、ソース電極23と半導体層28とドレイン電極29とが同じ厚さである場合には、ゲート電極24は、半導体層28が配置されている位置にのみ設けられ、ソース電極23およびドレイン電極29に対向する位置には設けられない。この結果、ゲート電極24とソース電極23またはドレイン電極29との間の寄生容量は最小になる。ただし、半導体層28の全ての領域にゲート電圧が有効に作用するようにするには、成膜の際、厳密に厚さを制御することが必要になる。
Unlike the above, when the
いずれの場合でも、重要であるのは、ゲート電極24とソース電極23およびドレイン電極29との、積層の方向における位置関係のみである。従ってこれらの間に上記の関係が守られていればよく、その他の層の厚さについての条件は、絶対にそれが必要ということではなく、その条件を満たせば、成膜工程が簡易になったり、成膜工程の諸段階で全体がほぼ平坦になるので、成膜工程が容易になったりする利点があるという程度のものである。
In any case, what is important is only the positional relationship between the gate electrode 24, the
縦型FET20では、ソース電極23およびドレイン電極29は積層配置されているので、横型電界効果トランジスタに比べて素子面積を確実に小さくすることができる。しかも、ソース電極23とドレイン電極29との間の前記中間層は、一部が必要十分な大きさの半導体層24で占められ、残部は絶縁層25によって占められているので、特許文献1に提案されている縦型FET200と異なり、無用にオフ電流が大きくなることがない。
In the
縦型FET20の動作時には、ゲート電極24に印加されるゲート電圧によって、ゲート絶縁膜26近傍の半導体層28中にチャネル領域が形成され、チャネル領域を流れる電流がゲート電圧によって制御される。この場合、チャネル長はソース電極23とドレイン電極29との間の間隔、すなわち半導体層28の厚さと同じ大きさになる。従って、チャネル長は、横型FETとは異なり、電極をパターニングする工程とは無関係に、半導体層28を形成する際の成膜速度や成膜時間などで制御することができる。このため、縦型FET20では、横型FETに比べて飛躍的に短チャネル長(例えば0.1μm程度)のFETを、簡易に、生産性よく作製することができる。
When the
また、前述したように、半導体層28の材料である酸化亜鉛の結晶は、蒸着法やスパッタリング法で成膜すると、c軸が積層の方向、すなわち基板面に垂直な方向に配向した構造が結晶性よく得られる性質を有する。従って、縦型FET20では、チャネル領域において電流が流れる方向が、酸化亜鉛層のc軸方向と一致することになり、酸化亜鉛層がc軸方向に示す大きな移動度を最大限に利用することができる。
As described above, the crystal of zinc oxide, which is the material of the
以上の結果、シリコンに比べて移動度が小さい酸化亜鉛を半導体材料として用いていても、シリコン系横型電界効果トランジスタと同程度に低電圧で高速に動作させることのできる縦型FET20を得ることができる。
As a result, it is possible to obtain a
その他、構成材料などは縦型FET10と同様であるので、重複を避け、記述を省略する。
Other constituent materials are the same as those of the
図7〜図9は、縦型FET20の作製工程のフローを示す断面図である。以下、可視光透過性の縦型FET20を作製することに重点をおいて、その作製工程を説明する。
7 to 9 are cross-sectional views showing the flow of the manufacturing process of the
工程1:下部絶縁層22の形成
まず、図7(a)に示すように、絶縁性基板1の上に、公知の方法を用いて絶縁材料層を形成した後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE)などの微細加工方法によってパターニングして、下部絶縁層22を形成する。この際、絶縁性基板1としてガラス基板などを用い、下部絶縁層22として、プラズマCVD法によって窒化シリコンSiN層と酸化シリコンSiO2層との積層膜を形成し、その厚さは例えば200nm程度とする。
Step 1: Formation of
工程2:透明導電膜51の形成
次に、図7(b)に示すように、後にソース電極23とゲート電極24とにパターニングされる透明導電膜51を形成する。この際、透明導電膜51として、AZOなどの酸化亜鉛系導電膜か、ITOに代表される透明導電膜をスパッタリング法によって形成する。透明導電膜51の厚さは、例えば210nm程度とする。
Step 2: Formation of Transparent Conductive Film 51 Next, as shown in FIG. 7B, a transparent conductive film 51 to be patterned later on the
工程3:ソース電極23およびゲート電極24の形成
次に、図7(c)に示すように、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によって透明導電膜51をパターニングして、ソース電極23およびゲート電極24を形成する。
Step 3: Formation of
工程4:半導体層28の形成
絶縁材料層12の形成
次に、図8(d)に示すように、スパッタリング法によって酸化亜鉛からなる半導体材料層を形成した後、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によってパターニングして、半導体層28を形成する。この際、半導体層28の厚さは、ゲート電極24の厚さ210nmに比べてわずかに薄く、例えば190nm程度とする。
Step 4: Formation of
工程5:絶縁層25およびゲート絶縁膜26の形成
次に、図8(e)に示すように、絶縁材料層を形成した後、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によってパターニングして、絶縁層25およびゲート絶縁膜26を形成する。この際、絶縁材料層は、プラズマCVD法によって窒化シリコンSiN層と酸化シリコンSiO2層とを積層して形成する。
Step 5: Formation of Insulating
工程6:上部絶縁層27の形成
次に、図8(f)に示すように、絶縁材料層を形成した後、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によってパターニングして、上部絶縁層27を形成する。この際、絶縁材料層は、プラズマCVD法によって窒化シリコンSiN層と酸化シリコンSiO2層とを積層して形成する。
Step 6: Formation of Upper Insulating Layer 27 Next, as shown in FIG. 8F, after forming an insulating material layer, patterning is performed by a fine processing method such as photolithography and RIE to form the upper insulating layer 27. To do. At this time, the insulating material layer is formed by laminating a silicon nitride SiN layer and a silicon oxide SiO 2 layer by plasma CVD.
工程7:ドレイン電極29の形成
次に、図9(g)に示すように、透明導電膜を形成した後、フォトリソグラフィとRIEなどの微細加工方法によってパターニングして、ドレイン電極29を形成する。この際、透明導電膜として、AZOなどの酸化亜鉛系導電膜か、ITOに代表される透明導電膜をスパッタリング法によって形成する。ドレイン電極29の厚さは、例えば200nm程度とする。
Step 7: Formation of Drain Electrode 29 Next, as shown in FIG. 9G, after forming a transparent conductive film, the drain electrode 29 is formed by patterning by a microfabrication method such as photolithography and RIE. At this time, a zinc oxide based conductive film such as AZO or a transparent conductive film typified by ITO is formed by a sputtering method as the transparent conductive film. The thickness of the drain electrode 29 is about 200 nm, for example.
以上が縦型TFT20の作製工程である。
The above is the manufacturing process of the
実施の形態3
実施の形態3では、請求項11に記載した画像表示装置の例について説明する。この画像表示装置は、表示素子と、画素トランジスタである縦型電界効果トランジスタ10または20とが各画素に配置され、表示素子が縦型電界効果トランジスタ10または20によって駆動制御されるアクティブマトリックス方式の画像表示装置である。その構成および駆動方法は、図12を用いて既述した通りであるので、ここでは説明を省略する。
In the third embodiment, an example of the image display device described in claim 11 will be described. This image display apparatus is an active matrix type in which a display element and a vertical
図10は、本実施の形態の画像表示装置の特徴である画素の構成を示す平面図である。既述したように、従来の画像表示装置では画素トランジスタとして横型TFTを用いているので、画素トランジスタなどが占める制御領域302を小型化することが難しい。この結果、画素中で表示領域301が占める面積が制限され、表示輝度が低下して、コントラストが低下する(図10(c)参照。)。 FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a pixel that is a feature of the image display device of the present embodiment. As described above, in the conventional image display device, since the lateral TFT is used as the pixel transistor, it is difficult to reduce the size of the control region 302 occupied by the pixel transistor or the like. As a result, the area occupied by the display region 301 in the pixel is limited, the display luminance is lowered, and the contrast is lowered (see FIG. 10C).
これに対し、本実施の形態では、画素トランジスタとして素子面積の小さい縦型FET10または20を用いているので、図10(a)に示すように、画素トランジスタなどが占める制御領域32を小型化することができる。この結果、画素中で表示領域31が占める面積が増加し、表示輝度が明るくなり、コントラストが向上する。また、縦型電界効果トランジスタ10または20では、走査線41にゲート電極4または24の大部分を兼ねさせることができる。このようにすれば、制御領域32をさらに小型化し、コントラストをさらに向上させることができる。
In contrast, in the present embodiment, since the
また、図10(b)に示すように、画素トランジスタとして、可視光透過性の電極材料や絶縁層材料を用いた透明トランジスタを用い、画素における配線も可視光透過性の導電膜で形成した場合には、制御領域34を透明にすることができる。この場合には、制御領域34を表示領域33の上に重ねて配置することができるので、表示領域33を画素全体に広げることができるので、さらに表示輝度が明るくなり、コントラストが向上する。 In addition, as shown in FIG. 10B, a transparent transistor using a visible light transmissive electrode material or an insulating layer material is used as the pixel transistor, and the wiring in the pixel is also formed of a visible light transmissive conductive film. The control area 34 can be made transparent. In this case, since the control area 34 can be arranged over the display area 33, the display area 33 can be expanded over the entire pixel, so that the display brightness is further increased and the contrast is improved.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明の縦型電界効果トランジスタは、種々の電子回路、特にディスプレイのアクティブマトリックス回路などの画素トランジスタとして用いられ、画像表示装置の高コントラスト化などに寄与することができる。 The vertical field effect transistor of the present invention is used as a pixel transistor for various electronic circuits, particularly an active matrix circuit of a display, and can contribute to an increase in contrast of an image display device.
1…絶縁性基板、2…下部絶縁層、3…ソース電極、4…ゲート電極、5…絶縁層、
6…上部絶縁層、6g…ゲート絶縁膜、7…ドレイン電極、8…半導体層、
9…チャネル長、10…縦型FET、11…透明導電膜、12…絶縁材料層、
13…トレンチ、14…透明導電膜、15…トレンチ、16…半導体材料層、
20…縦型FET、22…下部絶縁層、23…ソース電極、24…ゲート電極、
25…絶縁層、26…ゲート絶縁膜、27…上部絶縁層、28…半導体層、
29…ドレイン電極、31…表示領域、32…制御領域(小型化)、33…表示領域、
34…制御領域(透明化)、41…走査線、42…データ線、43…走査回路、
44…データ・ドライバ回路、51…透明導電膜、100…横型FET、
101…絶縁性基板、102…ゲート電極、103…ゲート絶縁膜、104…半導体層、
105…ソース電極、106…ドレイン電極、107…チャネル長、
200…縦型FET、201…絶縁性基板、202…ソース電極、203…半導体層、
204…ドレイン電極、205…ゲート絶縁膜、206…ゲート電極、
207…チャネル長、300…画素、301…表示領域、302…制御領域、
310…表示素子(キャパシタ)、311…表示電極、320…TFT、
322…ゲート電極、323…ゲート絶縁膜、324…半導体層、325…ソース電極、326…ドレイン電極
DESCRIPTION OF
6 ... Upper insulating layer, 6g ... Gate insulating film, 7 ... Drain electrode, 8 ... Semiconductor layer,
9 ... channel length, 10 ... vertical FET, 11 ... transparent conductive film, 12 ... insulating material layer,
13 ... trench, 14 ... transparent conductive film, 15 ... trench, 16 ... semiconductor material layer,
20 ... Vertical FET, 22 ... Lower insulating layer, 23 ... Source electrode, 24 ... Gate electrode,
25 ... Insulating layer, 26 ... Gate insulating film, 27 ... Upper insulating layer, 28 ... Semiconductor layer,
29 ... Drain electrode, 31 ... Display area, 32 ... Control area (miniaturization), 33 ... Display area,
34 ... Control region (transparency), 41 ... Scan line, 42 ... Data line, 43 ... Scan circuit,
44 ... Data driver circuit, 51 ... Transparent conductive film, 100 ... Horizontal FET,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Insulating substrate, 102 ... Gate electrode, 103 ... Gate insulating film, 104 ... Semiconductor layer,
105 ... Source electrode, 106 ... Drain electrode, 107 ... Channel length,
200 ... Vertical FET, 201 ... Insulating substrate, 202 ... Source electrode, 203 ... Semiconductor layer,
204 ... Drain electrode, 205 ... Gate insulating film, 206 ... Gate electrode,
207 ... channel length, 300 ... pixel, 301 ... display area, 302 ... control area,
310: Display element (capacitor), 311: Display electrode, 320: TFT,
322 ... Gate electrode, 323 ... Gate insulating film, 324 ... Semiconductor layer, 325 ... Source electrode, 326 ... Drain electrode
Claims (11)
前記中間層の少なくとも一部を占める絶縁層と、
結晶軸の1つであるc軸が前記積層の方向に配向している酸化亜鉛層からなり、前記 ソース電極と前記中間層と前記ドレイン電極との積層体の、少なくとも一側面の一部に 接して設けられること、及び/又は、前記中間層の一部を占めることによって、前記ソ ース電極と前記ドレイン電極とに接し、これらの電極間を連結するように配置された半 導体層と、
前記積層体の側方及び/又は側面において、前記半導体層の側面に接するように配置 されたゲート絶縁膜と、
前記積層体の側方において、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体層に対向するよう に配置されたゲート電極と
からなる、縦型電界効果トランジスタ。 A source electrode and a drain electrode that are stacked with an intermediate layer interposed therebetween;
An insulating layer occupying at least part of the intermediate layer;
The c-axis, which is one of the crystal axes, is composed of a zinc oxide layer oriented in the stacking direction, and is in contact with at least a part of one side surface of the stack of the source electrode, the intermediate layer, and the drain electrode. And / or a semiconductor layer disposed so as to be in contact with and connect between the source electrode and the drain electrode by occupying a part of the intermediate layer, and
A gate insulating film disposed on the side and / or side of the stacked body so as to be in contact with the side of the semiconductor layer;
A vertical field effect transistor comprising a gate electrode disposed on a side of the stacked body so as to face the semiconductor layer with the gate insulating film interposed therebetween.
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