JP5577796B2 - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.
一般に電子デバイスの駆動用トランジスタとして、アモルファスシリコンや多結晶シリコン等を用いた薄膜トランジスタが用いられてきた。しかしながら、高品質なアモルファスシリコンや多結晶シリコンの作製には200℃以上の成膜温度を必要とするため、フレキシブルなデバイスを実現するためには基材として耐熱性の優れたポリイミドのような極めて高価でかつ吸水率が高い、扱い難いフィルムを使わざるを得なかった。 In general, a thin film transistor using amorphous silicon, polycrystalline silicon, or the like has been used as a transistor for driving an electronic device. However, since a high-temperature amorphous silicon or polycrystalline silicon requires a film forming temperature of 200 ° C. or higher, in order to realize a flexible device, it is extremely It was necessary to use an expensive film with a high water absorption rate that was difficult to handle.
また近年、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタが盛んに研究されている。有機半導体材料は真空プロセスを用いず印刷プロセスで作成できるため、大幅にコストを下げられる可能性があり可撓性のプラスチック基材上に設けられる等の利点を有する。しかしながら、有機半導体材料の移動度は極めて低く、また経時劣化にも弱いという難点があり未だ広範な実用に至っていない。 In recent years, thin film transistors using organic semiconductor materials have been actively studied. Since the organic semiconductor material can be produced by a printing process without using a vacuum process, there is an advantage that the cost can be significantly reduced and the organic semiconductor material is provided on a flexible plastic substrate. However, the mobility of the organic semiconductor material is extremely low, and it is difficult to deteriorate with time.
以上のような状況を受け、低温形成が可能な酸化物半導体材料が近年非常に注目を浴びている。例えばアモルファスIn−Ga−Zn−O系材料を半導体活性層として用いて、PET(ポリエチレンテレフタラート)基板上に形成した薄膜トランジスタが移動度10cm2/Vs前後の優れた特性を持つことが報告されている(非特許文献1参照)。室温作製でこのような高い移動度を実現できることを実証したことで、PET等安価な汎用プラスチック基材上にトランジスタが形成可能となり、軽量で壊れにくいフレキブルディスプレイの広範な普及への期待が大きく高まってきた。しかしながら、プラスチック基板の表面粗度は、ガラス基板のそれと比較し大きい。このことはフレキシブルなデバイスを実現する上で大きな問題となる。
また、上述の酸化物半導体を半導体活性層としたフレキシブル薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては、例えば、スパッタ法を用いて室温成膜した酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の単膜又はそれらを積層した膜が用いられている(特許文献1参照)。
In view of the above situation, oxide semiconductor materials that can be formed at a low temperature have attracted much attention in recent years. For example, it has been reported that a thin film transistor formed on a PET (polyethylene terephthalate) substrate using an amorphous In—Ga—Zn—O-based material as a semiconductor active layer has excellent characteristics with a mobility of about 10 cm 2 / Vs. (See Non-Patent Document 1). By demonstrating that high mobility can be achieved at room temperature, it is possible to form transistors on inexpensive general-purpose plastic substrates such as PET, and there is a great expectation for widespread use of flexible displays that are lightweight and difficult to break. It has increased. However, the surface roughness of the plastic substrate is larger than that of the glass substrate. This is a big problem in realizing a flexible device.
In addition, as the gate insulating layer of the flexible thin film transistor using the above-described oxide semiconductor as a semiconductor active layer, for example, a single film of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, or the like formed at room temperature by sputtering is stacked A film is used (see Patent Document 1).
しかし、ゲート絶縁層を全てスパッタ法で成膜した場合、スパッタで成膜した膜の表面は下地である基板の表面状態をそのまま受け継いでしまうため、基板にプラスチック基材を用いた場合、ゲート絶縁層の表面粗度が大きくなる。この場合、ゲート絶縁層と半導体活性層の界面ラフネスが大きくなり、素子特性に悪影響を与えるという問題があった。
さらに、ゲート絶縁層を全てスパッタ法で成膜する場合、スパッタ法は成膜速度が小さいために製造コストが大きくなるという問題があった。
However, when all gate insulating layers are formed by sputtering, the surface of the film formed by sputtering inherits the surface state of the substrate as it is, so when using a plastic substrate for the substrate, gate insulation The surface roughness of the layer is increased. In this case, there is a problem that the interface roughness between the gate insulating layer and the semiconductor active layer increases, which adversely affects the element characteristics.
Furthermore, when all the gate insulating layers are formed by sputtering, the sputtering method has a problem that the manufacturing cost increases because the film formation rate is low.
上記の問題は、ゲート絶縁層を原子層堆積法やプラズマCVD法を用いて形成する場合にも当てはまる。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、絶縁基板の表面粗度によらずゲート絶縁層の表面が平坦であり、信頼性が高く、製造コストを低減させた薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
The above problem also applies when the gate insulating layer is formed using an atomic layer deposition method or a plasma CVD method.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and a thin film transistor in which the surface of the gate insulating layer is flat regardless of the surface roughness of the insulating substrate, the reliability is high, and the manufacturing cost is reduced. And it aims at providing the manufacturing method.
上記目的を達成するための請求項1に係る発明は、絶縁基板上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極及び前記絶縁基板上にゲート絶縁層を形成し、該ゲート絶縁層上に半導体活性層を形成し、該半導体活性層に接続されたソース電極及びドレイン電極を前記ゲート絶縁層上に形成するボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層は、前記絶縁基板上に下部層と該下部層上に積層された少なくとも一層以上の上部層とがこの順で形成されてなり、前記下部層が真空紫外光CVD法により形成され、
前記上部層の少なくとも一層が、スパッタ法、原子層堆積法、又はプラズマCVD法で形成されていることを特徴としている。
請求項1に係る発明によれば、ゲート絶縁層を構成する下部層及び上部層のうち、絶縁基板上に形成される下部層を、真空紫外光CVD法を用いて成膜したので、絶縁基板の表面状態によらず、ゲート絶縁層の表面が平坦であり、結果として、信頼性の高い薄膜トランジスタを提供することができる。
ここで、真空紫外光CVD法で酸化シリコンを形成する場合、有機シリコン化合物のシロキサン等を材料として形成する。その際、材料ガスが完全に分解するのではなく、一部は分解されて生成された反応活性種がマイグレーションし、フローしながら膜を形成するため、材料ガスに含まれるSi−CH 3 等も膜中に多く含まれる。このため、真空紫外光CVD法で成膜したゲート絶縁層は400℃以上の高温アニールを行わない場合、一層だけでは十分な耐電圧性を持たせるのが困難な場合がある。
そこで、前記上部層として、スパッタ法、プラズマCVD法、原子層堆積法のいずれかを用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウムのいずれか一種の化合物を形成することで、十分な耐電圧を持つゲート絶縁層が形成された薄膜トランジスタを得ることができる。
According to a first aspect of the present invention, a gate electrode is formed on an insulating substrate, a gate insulating layer is formed on the gate electrode and the insulating substrate, and a semiconductor active layer is formed on the gate insulating layer. And forming a source electrode and a drain electrode connected to the semiconductor active layer on the gate insulating layer, comprising:
The gate insulating layer includes a lower layer formed on the insulating substrate and at least one upper layer laminated on the lower layer in this order, and the lower layer is formed by a vacuum ultraviolet light CVD method. ,
Wherein at least one layer of the upper layer, the sputtering method is characterized atomic layer deposition, or that you have been formed by a plasma CVD method.
According to the first aspect of the present invention, the lower layer formed on the insulating substrate among the lower layer and the upper layer constituting the gate insulating layer is formed using the vacuum ultraviolet light CVD method. Regardless of the surface state, the surface of the gate insulating layer is flat, and as a result, a highly reliable thin film transistor can be provided.
Here, when silicon oxide is formed by a vacuum ultraviolet light CVD method, siloxane or the like of an organic silicon compound is formed as a material. At that time, the material gas is not completely decomposed, but a part of the reaction active species generated by decomposition is migrated to form a film while flowing. Therefore, Si—CH 3 or the like contained in the material gas is also present. It is contained a lot in the film. For this reason, when the gate insulating layer formed by the vacuum ultraviolet light CVD method is not subjected to high-temperature annealing at 400 ° C. or higher, it may be difficult to provide sufficient voltage resistance with only one layer.
Therefore, as the upper layer, by using any one of a sputtering method, a plasma CVD method, and an atomic layer deposition method, by forming any one compound of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and aluminum oxide, A thin film transistor in which a gate insulating layer having a sufficient withstand voltage is formed can be obtained.
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記下部層が、酸化シリコンを含む材料からなることを特徴としている。
請求項2に係る発明によれば、前記下部層を、酸化シリコンを含む材料で形成することで、優れた絶縁特性を持つ薄膜トランジスタを得ることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor according to the first aspect, the lower layer is made of a material containing silicon oxide.
According to the second aspect of the present invention, a thin film transistor having excellent insulating characteristics can be obtained by forming the lower layer with a material containing silicon oxide .
また、請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記上部層の少なくとも一層が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、及び酸化アルミニウムの少なくともいずれか1種の化合物を含むことを特徴としている。 The invention according to claim 3 is the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1 or 2 , wherein at least one of the upper layers is at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and aluminum oxide. It is characterized by containing one kind of compound .
また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記下部層の抵抗率が1.0×1011Ω・cm以上であることを特徴としている。
請求項4に係る発明によれば、前記下部層の抵抗率が1.0×1011Ω・cm以上であることで、ゲート絶縁層全体として十分な絶縁性を呈し、ゲートリーク電流が抑制された薄膜トランジスタを得ることができる。
Also, it invention according to claim 4 is the method of manufacturing the thin film transistor according to any one of claims 1 to 3, the resistivity of the lower layer is 1.0 × 10 11 Ω · cm or more It is characterized by.
According to the invention of claim 4, when the resistivity of the lower layer is 1.0 × 10 11 Ω · cm or more, the gate insulating layer as a whole exhibits sufficient insulation, and gate leakage current is suppressed. A thin film transistor can be obtained.
また、請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記下部層を形成後、150℃以上200℃以下で熱処理を行うことを特徴としている。
請求項5に係る発明によれば、前記下部層を形成後、150℃以上200℃以下で熱処理を行うことにより、より絶縁性に優れたゲート絶縁層が得られ、ゲートリーク電流が抑制された薄膜トランジスタを得ることができる。
The invention according to claim 5 is the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 4 , wherein after the formation of the lower layer, heat treatment is performed at 150 ° C. or more and 200 ° C. or less. Yes.
According to the invention of claim 5 , after forming the lower layer, a heat treatment is performed at 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower to obtain a gate insulating layer with better insulation, and gate leakage current is suppressed. A thin film transistor can be obtained.
また、請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記下部層の膜厚が、前記ゲート絶縁層の膜厚の1/4以上1/2以下であることを特徴としている。
請求項6に係る発明によれば、前記下部層の膜厚が、前記ゲート絶縁層の膜厚の1/4以上1/2以下であることで、ゲート絶縁層全体として特に優れた絶縁性を呈し、ゲートリーク電流が抑制された薄膜トランジスタを得ることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the thin film transistor manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, the thickness of the lower layer is not less than 1/4 of the thickness of the gate insulating layer. / 2 or less.
According to the invention of claim 6 , since the thickness of the lower layer is ¼ or more and ½ or less of the thickness of the gate insulating layer, the gate insulating layer as a whole has a particularly excellent insulating property. Thus, a thin film transistor in which the gate leakage current is suppressed can be obtained.
また、請求項7に係る発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記下部層の膜厚が、ゲート電極の膜厚よりも厚いことを特徴としている。
請求項7に係る発明によれば、前記下部層の膜厚をゲート電極の膜厚よりも厚くすることで、絶縁基板とゲート電極の段差を平坦化し、絶縁破壊が生じにくい信頼性の高いトランジスタを得ることができる。
The invention according to claim 7 is the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 6 , wherein the thickness of the lower layer is larger than the thickness of the gate electrode. .
According to the seventh aspect of the invention, by making the film thickness of the lower layer larger than the film thickness of the gate electrode, the step between the insulating substrate and the gate electrode is flattened, and a highly reliable transistor that hardly causes dielectric breakdown Can be obtained.
また、請求項8に係る発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記半導体活性層が、金属酸化物半導体からなるからなることを特徴としている。
請求項8に係る発明によれば、前記半導体活性層が金属酸化物半導体からなるので、優れたトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
The invention according to claim 8 is the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 7 , wherein the semiconductor active layer is made of a metal oxide semiconductor.
According to the invention of claim 8 , since the semiconductor active layer is made of a metal oxide semiconductor, a thin film transistor having excellent transistor characteristics can be obtained.
また、請求項9に係る発明は、請求項8に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記金属酸化物が、In、Ga、及びZnの少なくとも一種を含むことを特徴としている。
請求項9に係る発明によれば、前記金属酸化物が、In、Ga、及びZnの少なくとも一種を含むことで、特に優れたトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。
The invention according to claim 9 is the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 8 , wherein the metal oxide contains at least one of In, Ga, and Zn.
According to the ninth aspect of the invention, when the metal oxide contains at least one of In, Ga, and Zn, a thin film transistor having particularly excellent transistor characteristics can be obtained.
また、請求項10に係る発明は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁基板が、可撓性のプラスチック基板であることを特徴としている。
また、請求項11に係る発明は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法によって製造されたことを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a thin film transistor according to any one of the first to ninth aspects, the insulating substrate is a flexible plastic substrate.
The invention according to
本発明によれば、絶縁基板の表面粗度によらずゲート絶縁層の表面が平坦であり、信頼性が高く、製造コストを低減させた薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a thin film transistor and a manufacturing method thereof in which the surface of the gate insulating layer is flat regardless of the surface roughness of the insulating substrate, the reliability is high, and the manufacturing cost is reduced.
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
図1は本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態によって得られる薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。また、図2は、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態を示す断面図である。
Hereinafter, embodiments of a thin film transistor and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in the description of the present embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description among the embodiments is omitted.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film transistor obtained by an embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention.
図1に示すように、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態によって得られる薄膜トランジスタ1は、絶縁基板10と、該絶縁基板10上に形成されたゲート電極11と、ゲート電極11上に該ゲート電極11を覆うように形成された下部層12aと、下部層12a上に形成された上部層12bと、該上部層12b上に形成された半導体活性層13と、それぞれが該半導体活性層13の一部を覆うように形成されて半導体活性層13に接続され、ゲート絶縁層12上に形成されたソース電極14及びドレイン電極15とを備えているボトムゲート−トップコンタクト型の薄膜トランジスタである。そして、下部層12a及び上部層12bがゲート絶縁層12を構成し、絶縁基板10に接する下部層12aが真空紫外光CVD法で成膜される。
As shown in FIG. 1, a thin film transistor 1 obtained by an embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes an insulating
<絶縁基板>
絶縁基板10には、例えば、ガラス基板やプラスチック基板を用いることができる。
プラスチック基板としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を使用することができる。
これらの基板は、単独で使用することもでき、二種以上を積層した複合基板を使用することもできる。また、ガラス基板やプラスチック基板上に樹脂層、例えばカラーフィルタが形成された基板を使用することもできる。
<Insulating substrate>
As the insulating
Examples of the plastic substrate include polymethyl methacrylate, polyacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone (PES), polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), cycloolefin polymer, polyethersulfene, triphenyl. Acetyl cellulose, polyvinyl fluoride film, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin, weather resistant polyethylene terephthalate, weather resistant polypropylene, glass fiber reinforced acrylic resin film, glass fiber reinforced polycarbonate, transparent polyimide, fluorine resin, cyclic polyolefin resin Etc. can be used.
These substrates can be used alone or a composite substrate in which two or more kinds are laminated. A substrate in which a resin layer such as a color filter is formed on a glass substrate or a plastic substrate can also be used.
<電極>
ゲート電極11、ソース電極14、及びドレイン電極15の各電極の材料としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(CdIn2O4)、酸化カドミウムスズ(Cd2SnO4)、酸化亜鉛スズ(Zn2SnO4)、酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)等の酸化物材料が好適に用いられる。
<Electrode>
As materials for the
また、ゲート電極11、ソース電極14、及びドレイン電極15の各電極は、上記酸化物材料に不純物をドープした材料を採用することも導電率を上げるために好ましい。例えば、酸化インジウムにスズやモリブデン、チタンをドープしたもの、酸化スズにアンチモンやフッ素をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウムをドープしたものなどが挙げられる。
In addition, it is preferable that the
これらの中では、特に、酸化インジウムにスズをドープした酸化インジウムスズ(通称ITO)が低い抵抗率のために特に好適に用いられる。また、Au、Ag、Cu、Cr、Al、Mg、Liなどの低抵抗金属材料も好適に用いられる。さらに、導電性酸化物材料と低抵抗金属材料を複数積層したものも使用できる。この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜/金属薄膜/導電性酸化物薄膜の順に積層した3層構造が特に好適に用いられる。また、PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)等の有機導電性材料も好適に用いることができる。ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極は全て同じ材料であっても構わないし、また全て違う材料であっても構わない。しかし、工程数を減らすためにソース電極とドレイン電極は同一の材料であることがより望ましい。 Among these, indium tin oxide obtained by doping tin into indium oxide (commonly referred to as ITO) is particularly preferably used because of its low resistivity. In addition, low resistance metal materials such as Au, Ag, Cu, Cr, Al, Mg, and Li are also preferably used. Further, a laminate in which a plurality of conductive oxide materials and low resistance metal materials are stacked can be used. In this case, a three-layer structure in which a conductive oxide thin film / metal thin film / conductive oxide thin film is laminated in order in order to prevent oxidation or deterioration with time of the metal material is particularly preferably used. An organic conductive material such as PEDOT (polyethylenedioxythiophene) can also be suitably used. The gate electrode, the source electrode, and the drain electrode may all be the same material, or may be all different materials. However, in order to reduce the number of steps, it is more desirable that the source electrode and the drain electrode are made of the same material.
これらの電極は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、光CVD、ホットワイヤーCVD法等で形成される。また上述の導電性材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成して形成することもできるが、これらに限定されるものではない。 These electrodes are formed by vacuum deposition, ion plating, sputtering, laser ablation, plasma CVD (chemical vapor deposition), photo CVD, hot wire CVD, or the like. In addition, the conductive material described above in an ink form or a paste form can be applied by screen printing, letterpress printing, an ink jet method or the like, and baked, but is not limited thereto.
<ゲート絶縁層>
ゲート絶縁層12は、下部層12aと上部層12bで構成される。ゲート絶縁層12の厚さは50nm以上2μm以下とすることが好ましい。下部層12aは真空紫外光CVD法により形成される。
ここで、真空紫外光CVD法を用いて成膜した膜は、マグネトロンスパッタ法等を用いて形成された膜と異なり、高い自己平坦化特性を持つ。
真空紫外光CVD法において絶縁基板10の材料や表面形状によらず平坦な膜が形成されるのは、表面反応によって膜が形成されるのではなく、気相中で光分解して発生したラジカル等の反応活性種が、表面をマイグレーションしフローしながら堆積し、薄膜が形成されるためである。
<Gate insulation layer>
The
Here, a film formed using the vacuum ultraviolet light CVD method has high self-flattening characteristics unlike a film formed using the magnetron sputtering method or the like.
In the vacuum ultraviolet light CVD method, a flat film is formed regardless of the material and surface shape of the insulating
従って、ボトムゲート型薄膜トランジスタ1の下部層12aを、真空紫外光CVD法を用いて成膜することで、絶縁基板10の表面の凹凸や、ゲート絶縁層12を形成する前に絶縁基板10上に形成したパターンによる凹凸(段差)を埋め込み平坦化することが可能となり、平坦な表面を得ることができる。
このように、絶縁基板10の表面の凹凸を低減させるようにゲート絶縁層(下部層)を形成することで、平坦なゲート絶縁層−半導体活性層界面が得られ、トランジスタ特性を向上させた薄膜トランジスタ1を得ることができる。
Therefore, by forming the
Thus, by forming the gate insulating layer (lower layer) so as to reduce the unevenness on the surface of the insulating
また、真空紫外光CVDは、室温での成膜が可能であるため、前記絶縁基板として、プラスチック基板を採用した場合にも容易に成膜を行うことが可能である。
また、真空紫外光CVD法は、マグネトロンスパッタ法とは異なり、例えば、酸化シリコンを成膜する場合、100nm/min以上という非常に速い成膜が可能な方法である。よって、成膜速度の大きい光CVD法を用いてゲート絶縁層の一部を成膜することで、製造コストを低減させることができる。
In addition, since vacuum ultraviolet light CVD can form a film at room temperature, it can be easily formed even when a plastic substrate is employed as the insulating substrate.
In addition, the vacuum ultraviolet light CVD method is different from the magnetron sputtering method, for example, in the case of forming a silicon oxide film, it is a method capable of forming a very fast film of 100 nm / min or more. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by forming a part of the gate insulating layer using a photo-CVD method with a high film formation rate.
下部層12aの材料としては、例えば、酸化シリコンを含む材料が好ましい。出発原料としては、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラエトキシシラン/O2等が挙げられる。
下部層12aの抵抗値は1.0×1011Ω・cm以上が好ましく、より好ましくは1.0×1012Ω・cm以上である。抵抗値が1.0×1011Ω・cmより小さいと、ゲート絶縁層12全体として十分な絶縁性を呈することができず、ゲートリーク電流が増大するため、良好な素子特性を得ることができない。
As a material of the
The resistance value of the
下部層12aの膜厚は、ゲート絶縁層12全体の膜厚の4/5以下であると、ゲート絶縁層12全体として十分な絶縁性を呈し、ゲートリーク電流を抑制する上で好ましく、下部層12aの膜厚が、ゲート絶縁層12全体の膜厚の1/4以上1/2以下であるとより好ましい。
さらに、下部層12aの膜厚をゲート電極11の膜厚よりも厚くすることで、ゲート電極11の形状の起伏や絶縁基板10とゲート電極11の段差を平坦化し、絶縁破壊が生じにくい信頼性の高いトランジスタを得ることが可能となる。
The film thickness of the
Furthermore, by making the film thickness of the
ここで、上部層12bは単層とすることもでき、複数の層を積層することもできる。すなわち、ゲート絶縁層12の構成は、下部層12aと、一層以上の上部層12bとからなる構成に限られず、少なくとも絶縁基板10上に複数のゲート絶縁層(下部層12a及び上部層12b)が形成されてゲート絶縁層12を構成し、かつ絶縁基板10上に形成されるゲート絶縁層(下部層12a)が真空紫外光CVD法で成膜されればよい。
Here, the
また、上部層12bの材料はゲートリーク電流を抑制するための十分な絶縁性を有していれば特に制限はないが、抵抗率が1.0×1012Ω・cm以上の材料が好ましく、さらには1.0×1014Ω・cm以上であることが好ましい。
上部層12bを構成する材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウムが特に好ましい。また、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化チタン等も挙げることができ、これらの材料を用いることでゲートリーク電流を抑制するために十分な絶縁性を得ることができる。
Further, the material of the
As the material constituting the
<半導体活性層>
半導体活性層13の材料としては、例えば、亜鉛、インジウム、スズ、タングステン、マグネシウム、ガリウムのうち一種類以上の元素を含む酸化物が挙げられる。酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛ガリウムインジウム(In―Ga―Zn―O)等公知の材料が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの材料の構造は単結晶、多結晶、微結晶、結晶/アモルファスの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれであってもかまわない。半導体活性層の膜厚は少なくとも10nm以上が望ましい。10nmより小さいと島状成長により膜中に半導体が形成されていない部分が生じるという問題が起こりうる。
<Semiconductor active layer>
Examples of the material of the semiconductor
<薄膜トランジスタの製造方法>
次に、薄膜トランジスタ1の製造方法について図2を参照して説明する。
まず、図2(a)に示すように、スパッタ装置等を用いて、絶縁基板10上にゲート電極11を形成(成膜)する。
次に、図2(b)に示すように、真空紫外光CVD装置を用いて、酸化シリコンを含む材料からなる下部層12aを、絶縁基板10及びゲート電極11を覆うように形成(成膜)する。
<Method for Manufacturing Thin Film Transistor>
Next, a method for manufacturing the thin film transistor 1 will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 2A, the
Next, as shown in FIG. 2B, a
そして、下部層12aを形成(成膜)後、下部層12aが上面に形成された絶縁基板10に対して熱処理を行う。この熱処理は、150℃以上、200℃以下で熱処理を行うことが好ましい。前記熱処理温度が150℃未満であると、絶縁性が低下することがある。また、前記熱処理温度が200℃を超えると、前記絶縁基板及び前記下部層の基材としての耐性を低下させることになる。上記範囲で熱処理を行うことにより、より絶縁性に優れたゲート絶縁層が得られる。
Then, after forming (depositing) the
次に、図2(c)に示すように、スパッタ装置等を用いて下部層12a上に上部層12bを形成(成膜)する。
上部層12bは、スパッタ法、プラズマCVD法又は原子層堆積法で形成されることが好ましいが、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、ホットワイヤーCVD法等の方法を用いても構わない。これらの上部層12bは膜の成長方向に向けて組成を傾斜したものもまた好適に用いることができる。
このようにして形成された下部層12a及び上部層12bがゲート絶縁層12を構成する。
Next, as shown in FIG. 2C, an
The
The
次に、図2(d)に示すように、上部層12b上に半導体活性層13を形成(成膜)する。
半導体活性層13は、スパッタ法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法、CVD法、ゾルゲル法などの方法を用いて形成される。これらの方法のうち、スパッタ法、パルスレーザー堆積法、真空蒸着法、CVD法で形成されることが好ましい。スパッタ法では、RFマグネトロンスパッタ法、DCスパッタ法、イオンビームスパッタ法が挙げられ、真空蒸着では、加熱蒸着、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング法が挙げられ、CVD法では、ホットワイヤーCVD法、プラズマCVD法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 2D, the semiconductor
The semiconductor
また、半導体活性層13は、金属酸化物を主成分とし、該金属酸化物は、例えば、亜鉛、インジウム、スズ、タングステン、マグネシウム、ガリウムのうち一種類以上の元素を含む酸化物が挙げられる。なお、これらゲート絶縁層12及び半導体活性層13の成膜における温度はいずれも室温である。
また、上部層12bを複数層形成した場合、複数の上部層12bのうち、半導体活性層13と接する層と、半導体活性層13の成膜方法は同一であるとより好ましい。同一チャンバー内で連続成膜を行うことで、優れた素子特性を持ち、信頼性の高い薄膜トランジスタを得ることができる。
The semiconductor
Further, when a plurality of
その後、半導体活性層13を、フォトリソグラフィー法を用いてエッチングによりパターン形成する。
その後、図2(e)に示すように、蒸着法によりソース電極14及びドレイン電極15を半導体活性層14上に形成(成膜)して、薄膜トランジスタ1が得られる。
Thereafter, the semiconductor
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the
(他の実施形態)
図3は、本発明に係る薄膜トランジスタの他の実施形態における構成を示す断面図である。
図3に示すように、薄膜トランジスタ1は、他の実施形態として、絶縁基板10と、該絶縁基板10上に形成されたゲート電極11と、ゲート電極11上に該ゲート電極11を覆うように形成された下部層12aと、下部層12a上に形成された上部層12bと、該上部層12b上に形成されたソース電極14及びドレイン電極15と、ソース電極14及びドレイン電極15のそれぞれの一部を覆うように形成されてソース電極14及びドレイン電極15のそれぞれに接続され、上部層12b上に形成された半導体活性層13とを備えているボトムゲート−トップコンタクト型の薄膜トランジスタとしてもよい。本実施形態においても、下部層12a及び上部層12bがゲート絶縁層12を構成し、絶縁基板10に接する下部層12aが真空紫外光CVD法で成膜される。
(Other embodiments)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the thin film transistor according to the present invention.
As shown in FIG. 3, as another embodiment, the thin film transistor 1 is formed so as to cover the
以下、本発明の薄膜トランジスタ及びその製造方法の実施例1乃至6、並びに比較例1及び2について説明する。
(実施例1)
実施例1では図4に示すような薄膜トランジスタ1を以下のようにして作製した。
絶縁基板10としてPEN基材(帝人デュポン社製Q65,厚さ125μm)上に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いてITOを80nm成膜し、フォトリソグラフィー法を用いたエッチングによりゲート電極11を形成した。ITO成膜時の投入電力は100W、ガス流量はAr=50SCCM、O2=0.1SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。
Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 of the thin film transistor of the present invention and the manufacturing method thereof will be described below.
Example 1
In Example 1, a thin film transistor 1 as shown in FIG. 4 was produced as follows.
On the PEN base material (Q65 manufactured by Teijin DuPont Co., Ltd., thickness: 125 μm) as the insulating
次に、真空紫外光CVD装置を用いてSiO2からなる下部層12aを100nm成膜した。下部層12aは、原料としてオクタメチルシクロテトラシロキサンを5SCCM流し、投入電力100W、成膜圧力10Paとして成膜した。成膜後、基板に対して150℃、3時間大気中で熱処理を行った。半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて求めた抵抗率は1.3×1012Ω・cmであった。
Next, a
その後、下部層12a上にRFマグネトロンスパッタ装置を用いてSiONからなる上部層12bを300nm(投入電力は500W、Ar=50SCCM、O2=20SCCM、成膜圧力1.0Pa)、In―Ga―Zn―O系酸化物からなる半導体活性層13を40nm(投入電力100W、Ar=100SCCM、O2=2SCCM、成膜圧力1.0Pa)連続成膜した。各成膜における基板温度はいずれも室温である。
Thereafter, the
その後、半導体活性層13を、フォトリソグラフィー法を用いてエッチングによりパターン形成した後、メタルマスクを用いたEB(Electron Beam)蒸着によりAlからなるソース電極14とドレイン電極15を膜厚100nmとして形成し、薄膜トランジスタ1を得た。ソース/ドレイン電極間の長さは0.2mmであり、ソース/ドレイン電極間の幅は2mmである。また、膜厚は触針式膜厚計(ULVAC製,Dektak6M)で測定した。なお、下部層12aの成膜速度は100nm/min、上部層12bの成膜速度は10nm/minである。よって、ゲート絶縁層12の成膜に要した時間は31minであった。このようにして作製された実施例1の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
Then, after patterning the semiconductor
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製 SCS4200)を用いて測定した実施例1の薄膜トランジスタ1の移動度は10cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は6桁、subthreshold swing値(s値)は0.8V/decadeであった。ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は2.3×10−11Aであり、良好なトランジスタ特性を示すとともに、十分にゲートリーク電流が抑制されていた。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 1 measured by using a semiconductor parameter analyzer (SCS4200 manufactured by Keithley) was 10 cm 2 / Vs, and when a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio was 6 digits and the subthreshold swing value (s value) was 0.8 V / decade. The gate leakage current at a gate voltage of 20 V was 2.3 × 10 −11 A, showing good transistor characteristics and sufficiently suppressing the gate leakage current.
(実施例2)
下部層の膜厚を200nm、上部層12bの膜厚を200nmとした以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。下部層12aの抵抗率は実施例1と同様、1.3×1012Ω・cmであった。なおゲート絶縁層12の成膜に要した時間は22minであった。このようにして作製された実施例2の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
(Example 2)
A thin film transistor 1 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the lower layer was 200 nm and the thickness of the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例2の薄膜トランジスタ1の移動度は10cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は6桁、s値は0.8V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は9.5×10−11Aであり、良好なトランジスタ特性を示すとともに、十分にゲートリーク電流が抑制されていた。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 2 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 10 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio is 6 digits, the s value is 0.8 V / decade, and the gate leakage current is 9.5 × 10 −11 A when the gate voltage is 20 V. The current was suppressed.
(実施例3)
下部層12aの膜厚を320nm、上部層12bの膜厚を80nmとした以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。下部層12aの抵抗率は実施例1と同様、1.3×1012Ω・cmであった。なお、ゲート絶縁層12の成膜に要した時間は11.2minであった。このようにして作製された実施例3の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
Example 3
A thin film transistor 1 was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例3の薄膜トランジスタ1の移動度は8cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は5桁、s値は1.0V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は1.1×10−10Aであり、実施例1と比較するとゲートリーク電流の値は大きいが良好な素子特性を示した。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 3 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 8 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio is 5 digits, the s value is 1.0 V / decade, and the gate leakage current at a gate voltage of 20 V is 1.1 × 10 −10 A. Compared with Example 1, the value of the gate leakage current is Large but good device characteristics.
(実施例4)
下部層12aの成膜後の熱処理条件を変更した以外は実施例3と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。熱処理は80℃で3時間、大気中で行った。下部層12aの抵抗率は1.3×1011Ω・cmであった。なおゲート絶縁層12の成膜に要した時間は11.2minであった。このようにして作製された実施例4の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
Example 4
A thin film transistor 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment conditions after the formation of the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例4の薄膜トランジスタ1の移動度は7cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は4桁、s値は1.5V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は1.5×10−9Aであり、実施例1と比較するとゲートリーク電流の値は大きいが良好な素子特性を示した。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 4 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 7 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio is 4 digits, the s value is 1.5 V / decade, and the gate leakage current when the gate voltage is 20 V is 1.5 × 10 −9 A. Compared with Example 1, the value of the gate leakage current is Large but good device characteristics.
(実施例5)
上部層12bとして原子層堆積装置を用いてAl2O3を成膜した以外は、実施例3と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。Al2O3は基板温度を150℃とし、トリメチルアルミニウムとH2Oを原料として成膜した。下部層12aの抵抗率は実施例3と同様、1.3×1012Ω・cmであった。Al2O3の成膜時間は3nm/minであり、ゲート絶縁層12の成膜に要した時間は30minであった。このようにして作製された実施例5の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
(Example 5)
A thin film transistor 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that an Al 2 O 3 film was formed using an atomic layer deposition apparatus as the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例5の薄膜トランジスタ1の移動度は12cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は7桁、s値は0.4V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は1.5×10−10Aであり、良好な素子特性を示した。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 5 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 12 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio was 7 digits, the s value was 0.4 V / decade, and the gate leakage current at a gate voltage of 20 V was 1.5 × 10 −10 A, showing good device characteristics.
(実施例6)
上部層12bとして平行平板プラズマCVD装置を用いてSiO2を成膜した以外は、実施例3と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。SiO2は基板温度を120℃とし、ヘキサメチルジシロキサン(50℃)をガス流量5SCCM、O2をガス流量50SCCM流し、投入電力100W、成膜圧力20Paとして成膜した。下部層12aの抵抗率は実施例3と同様、1.3×1012Ω・cmであった。SiO2の成膜時間は20nm/minであり、ゲート絶縁層12の成膜に要した時間は7.2minであった。このようにして作製された実施例6の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
(Example 6)
A thin film transistor 1 was manufactured in the same manner as in Example 3 except that SiO 2 was formed as the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例6の薄膜トランジスタ1の移動度は8cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は6桁、s値は0.8V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は1.8×10−10Aであり、良好な素子特性を示した。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 6 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 8 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio was 6 digits, the s value was 0.8 V / decade, and the gate leakage current at a gate voltage of 20 V was 1.8 × 10 −10 A, showing good device characteristics.
(実施例7)
図3において上部層12bとして平行平板プラズマCVD装置を用いてSiNを成膜した以外は、実施例3と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。SiNは基板温度を120℃とし、シランをガス流量100SCCM、アンモニアをガス流量50SCCM、N2をガス流量1SLM、H2をガス流量1SLMとして流し、投入電力100W、成膜圧力200Paとして成膜した。下部層12aの抵抗率は実施例3と同様、1.3×1012Ω・cmであった。SiNの成膜時間は20nm/minであり、ゲート絶縁層12の成膜に要した時間は7.2minであった。このようにして作製された実施例7の薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性を表1に示す。
(Example 7)
In FIG. 3, the thin film transistor 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that SiN was formed as the
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した実施例7の薄膜トランジスタ1の移動度は9cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は6桁、s値は0.7V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は2.2×10−10Aであり、良好な素子特性を示した。 As shown in Table 1, the mobility of the thin film transistor 1 of Example 7 measured using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200) was 9 cm 2 / Vs, and a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes. The ON / OFF ratio was 6 digits, the s value was 0.7 V / decade, and the gate leakage current at a gate voltage of 20 V was 2.2 × 10 −10 A, showing good device characteristics.
(実施例8)
図3において下部層12aの成膜後の熱処理を行わなかった以外は、実施例3と同様にして薄膜トランジスタ1を作製した。形成した下部層12aの抵抗率は1.0×1011Ω・cmであり、炭素含有量は30atm%であった。
薄膜トランジスタ素子が絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタ1を、直径2cmの筒に10回繰り返し巻きつける試験を行った後に、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて実施例8の薄膜トランジスタ1の素子特性を測定した結果、移動度は7cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は3桁、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は3.6×10−9Aであり、実施例1と比較するとゲートリーク電流の値は大きいが良好な素子特性を示した。
(Example 8)
In FIG. 3, the thin film transistor 1 was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment after forming the
The thin film transistor 1 in which the thin film transistor element is formed on the insulating substrate was subjected to a test repeatedly wound 10 times around a cylinder having a diameter of 2 cm, and then the element of the thin film transistor 1 of Example 8 using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200). As a result of measuring the characteristics, the mobility was 7 cm 2 / Vs, the ON / OFF ratio when a voltage of 10 V was applied between the source / drain electrodes was 3 digits, and the gate leakage current at a gate voltage of 20 V was 3.6 ×. It was 10 −9 A. Compared with Example 1, the gate leakage current was large, but good device characteristics were shown.
(比較例1)
比較例1では、図5に示すように、ゲート絶縁層12を単層とした薄膜トランジスタ100を作製した。具体的には、ゲート絶縁層12(上部層12b)としてRFマグネトロンスパッタ装置を用いてSiONを400nm(投入電力500W、Ar=50SCCM、O2=20SCCM、成膜圧力1.0Pa)の膜厚で成膜した以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタ100を作製した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 5, a
形成したゲート絶縁層12の抵抗率は7.3×1014Ω・cmであった。なおゲート絶縁層12の成膜速度は10nm/minであったため、成膜に要した時間は40minであった。このようにして作製された比較例1の薄膜トランジスタ100のトランジスタ特性を表1に示す。
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)を用いて測定した比較例1の薄膜トランジスタ100の移動度は1cm2/Vs、ソース/ドレイン電極間に10Vの電圧が印加されたときのON/OFF比は2桁、s値は5.0V/decade、ゲート電圧20V時のゲートリーク電流は3.5×10−11Aであり、実施例1と比較して、移動度とs値が劣る値となり、良好な素子特性を得ることができなかった。
The resistivity of the formed
As shown in Table 1, the mobility of the
(比較例2)
ゲート絶縁層12を単層とし、ゲート絶縁層12(下部層12a)として真空紫外光CVD装置を用いてSiO2を400nm(投入電力100W、成膜圧力10Pa)の膜厚で成膜した以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタ100を作製した。
形成したゲート絶縁層12の抵抗率は1.3×1012Ω・cmであった。なおゲート絶縁層12の成膜速度は100nm/minであったため、成膜に要した時間は4minであった。このようにして作製された比較例2の薄膜トランジスタ100のトランジスタ特性を表1に示す。
表1に示すように、半導体パラメータアナライザ(Keithlay製,SCS4200)による素子特性の評価中に素子の絶縁破壊が生じ、比較例2の薄膜トランジスタ100の素子特性を評価することはできなかった。
(Comparative Example 2)
The
The resistivity of the formed
As shown in Table 1, device breakdown occurred during evaluation of device characteristics using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Keithley, SCS4200), and the device characteristics of the
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート絶縁層を二層以上の多層構造とし、基板と接触する層を真空紫外光CVD法で成膜することで基板の表面状態によらず膜表面が平坦なゲート絶縁層を短時間で設けることができる。これにより、信頼性が高く、製造コストを低減させた薄膜トランジスタを提供することができる。
このようにして得られた薄膜トランジスタは、信頼性が高く、製造コストを低減させたという特性を生かして、電子ペーパー、LCD、有機ELディスプレイ等のスイッチング素子として利用できる。また特にフレキシブル基材を基板とするフレキシブルディスプレイや、ICカード、ICタグ等にも広く応用することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
In the thin film transistor manufacturing method of the present invention, the gate insulating layer has a multilayer structure of two or more layers, and the layer in contact with the substrate is formed by a vacuum ultraviolet light CVD method so that the film surface is flat regardless of the surface state of the substrate. The gate insulating layer can be provided in a short time. Thus, a thin film transistor with high reliability and reduced manufacturing cost can be provided.
The thin film transistor thus obtained can be used as a switching element for electronic paper, LCD, organic EL display and the like by taking advantage of the characteristics of high reliability and reduced manufacturing cost. In particular, the present invention can be widely applied to flexible displays, IC cards, IC tags, etc. using a flexible substrate as a substrate.
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 薄膜トランジスタ
10 絶縁基板
11 ゲート電極
12 ゲート絶縁層
12a 下部層
12b 上部層
13 半導体活性層
14 ソース電極
15 ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin-
Claims (11)
前記ゲート絶縁層は、前記絶縁基板上に下部層と該下部層上に積層された少なくとも一層以上の上部層とがこの順で形成されてなり、前記下部層が真空紫外光CVD法により形成され、
前記上部層の少なくとも一層が、スパッタ法、原子層堆積法、又はプラズマCVD法で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on an insulating substrate; forming a gate insulating layer on the gate electrode and the insulating substrate; forming a semiconductor active layer on the gate insulating layer; and a source electrode connected to the semiconductor active layer; A method for producing a bottom-gate thin film transistor in which a drain electrode is formed on the gate insulating layer,
The gate insulating layer includes a lower layer formed on the insulating substrate and at least one upper layer laminated on the lower layer in this order, and the lower layer is formed by a vacuum ultraviolet light CVD method. ,
At least one layer, sputtering, atomic layer deposition, or a method of manufacturing the thin film transistor is characterized that you have been formed by plasma CVD of the upper layer.
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