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JP5626978B2 - THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND APPARATUS HAVING THE THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents

THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND APPARATUS HAVING THE THIN FILM TRANSISTOR Download PDF

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Description

本発明は、酸化物半導体膜を備えた薄膜トランジスタ及び、その製造方法に関するものである。また、本発明は、その薄膜トランジスタを用いた表示装置、イメージングセンサー及びX線デジタル撮影装置等の装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film transistor including an oxide semiconductor film and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to devices such as a display device, an imaging sensor, and an X-ray digital imaging device using the thin film transistor.

近年、In-Ga-Zn-O系(IGZO)の酸化物半導体薄膜をチャネル層に用いた薄膜トランジスタの研究・開発が盛んである。上記酸化物薄膜は低温成膜が可能であり、且つアモルファスシリコンよりも高移動度を示し、更に可視光に透明であることから、プラスチック板やフィルム等の基板上にフレキシブルな透明薄膜トランジスタを形成することが可能である。   In recent years, research and development of thin film transistors using an In-Ga-Zn-O-based (IGZO) oxide semiconductor thin film as a channel layer have been active. The oxide thin film can be formed at a low temperature, has higher mobility than amorphous silicon, and is transparent to visible light. Therefore, a flexible transparent thin film transistor is formed on a substrate such as a plastic plate or a film. It is possible.

表1に各種トランジスタ特性の移動度、プロセス温度等の比較表を示す。
Table 1 shows a comparison table of various transistor characteristics such as mobility and process temperature.

従来のポリシリコン薄膜トランジスタは100cm2/Vs程度の移動度を得ることが可能だが、プロセス温度が450℃以上と非常に高いために、耐熱性が高い基板にしか形成できず、安価、大面積、フレキシブル化には不向きである。また、アモルファスシリコン薄膜トランジスタは300℃程度の比較的低温で形成可能なため基板の選択性はポリシリコンに比べて広いが、せいぜい1cm2/Vs程度の移動度しか得られず高精細なディスプレイ用途には不向きである。一方、低温成膜という観点では有機薄膜トランジスタは100℃以下での形成が可能なため、耐熱性の低いプラスティックフィルム基板等を用いたフレキシブルディスプレイ用途等への応用が期待されているが、移動度はアモルファスシリコンと同程度の結果しか得られていない。 A conventional polysilicon thin film transistor can obtain a mobility of about 100 cm 2 / Vs, but since the process temperature is as high as 450 ° C. or higher, it can be formed only on a substrate having high heat resistance, and is inexpensive, has a large area, Not suitable for flexibility. Amorphous silicon thin film transistors can be formed at a relatively low temperature of about 300 ° C., so the selectivity of the substrate is wider than that of polysilicon, but only a mobility of about 1 cm 2 / Vs can be obtained at most, so that it can be used for high-definition displays. Is unsuitable. On the other hand, since organic thin film transistors can be formed at 100 ° C. or lower from the viewpoint of low-temperature film formation, application to flexible display applications using plastic film substrates with low heat resistance is expected. Only results similar to amorphous silicon have been obtained.

すなわち、300℃程度以下の、比較的低温での形成が可能で、かつ100cm2/Vs程度以上の高移動度を有する薄膜トランジスタを実現することは困難である。 That is, it is difficult to realize a thin film transistor that can be formed at a relatively low temperature of about 300 ° C. or less and has a high mobility of about 100 cm 2 / Vs or more.

トランジスタのキャリア移動度を向上させる方法として、電子親和力の異なる異種半導体を接合させ、量子井戸をトランジスタのチャネルとして利用するHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)構造が提案されている。酸化物半導体薄膜トランジスタにおいてはZnOをZnMgOで挟みこんだHEMT構造デバイスを作製し、140cm2/Vsという高い移動度が得られた文献報告がなされている(非特許文献1)。 As a method for improving the carrier mobility of a transistor, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) structure in which different types of semiconductors having different electron affinities are joined and a quantum well is used as a transistor channel has been proposed. In the oxide semiconductor thin film transistor, a HEMT structure device in which ZnO is sandwiched between ZnMgO is manufactured, and a literature report has been made that a high mobility of 140 cm 2 / Vs is obtained (Non-patent Document 1).

また、IGZO系の酸化物半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、物理量の異なるIGZO膜を多層構造にして活性層として用いる薄膜トランジスタが提案されている。特許文献1には、非晶質酸化物を含む活性層が、第1の領域と、第1の領域よりもゲート絶縁膜に近い第2の領域とを含む2層構造となっており、第2の領域の酸素濃度が、第1の領域の酸素濃度より高いことを特徴とする電界効果型トランジスタについて記載がなされている。このような構造にすることにより、ゲート絶縁膜側の活性層の電気抵抗が高くなることから、チャネルが非晶質酸化物の内部に形成され、リーク電流を減らすことが可能であることが記載されている。   In addition, a thin film transistor using an IGZO-based oxide semiconductor thin film and using an IGZO film having different physical quantities as a multilayer structure as an active layer has been proposed. In Patent Document 1, the active layer containing an amorphous oxide has a two-layer structure including a first region and a second region closer to the gate insulating film than the first region. A field effect transistor is described in which the oxygen concentration in the region 2 is higher than the oxygen concentration in the first region. It is described that with such a structure, the electrical resistance of the active layer on the gate insulating film side is increased, so that a channel is formed inside the amorphous oxide and leakage current can be reduced. Has been.

また、特許文献2には、IGZO系の酸化物半導体薄膜と、a−Si薄膜との多層構造から成る活性層を有する薄膜トランジスタが提案されている。エネルギーバンドギャップが小さいa−Si膜を、よりエネルギーギャップの大きいIGZO膜で挟み込むことで、層厚方向について活性層中心のa−Si部分にキャリアが集中し、電界効果移動度が従来のa−Si膜と比較して上昇したとの記載がある。   Patent Document 2 proposes a thin film transistor having an active layer composed of a multilayer structure of an IGZO-based oxide semiconductor thin film and an a-Si thin film. By sandwiching an a-Si film having a small energy band gap with an IGZO film having a larger energy gap, carriers are concentrated in the a-Si portion at the center of the active layer in the layer thickness direction, and the field-effect mobility is the conventional a- There is a description that it is higher than that of the Si film.

特許文献3には、電界効果移動度が高く、高ON/OFF比を示すアモルファス酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタとして、活性層とソース/ドレイン電極との間にGa含有率が活性層の酸化物のGa含有率より高い酸化物を含有する抵抗層を備えた構成が開示されている。   In Patent Document 3, as a field effect transistor using an amorphous oxide semiconductor having a high field effect mobility and a high ON / OFF ratio, the Ga content is between an active layer and a source / drain electrode. The structure provided with the resistance layer containing the oxide whose Ga content rate of this oxide is higher is disclosed.

特開2006−165529号公報JP 2006-165529 A 特開2009−170905号公報JP 2009-170905 A 特開2010−073881号公報JP 2010-073881 A

K. Koike et al., Applied Physics Letters, 87 (2005) 112106K. Koike et al., Applied Physics Letters, 87 (2005) 112106

しかしながら、特許文献1では、活性層の電子親和力差によってキャリア走行層にキャリアを供給する設計になっていない。又、リーク電流を減らすことが可能であるとの記載があるが、十分なキャリア密度が得られず、結果的に十分な移動度が得られないという問題点がある。   However, in patent document 1, it is not the design which supplies a carrier to a carrier travel layer by the electron affinity difference of an active layer. Although there is a description that the leakage current can be reduced, there is a problem that a sufficient carrier density cannot be obtained, and as a result, a sufficient mobility cannot be obtained.

非特許文献1では高移動度を得るために、分子線エピタキシー法(MBE法)によるエピタキシャル成長により、ヘテロ構造電界効果トランジスタ(HEMT)を作製しており、基板と半導体膜層との格子不整合を極めて小さくする必要がある。そのため基板温度を700℃超に加熱する必要があり、基材の選択性を著しく低下させるという問題点がある。   In Non-Patent Document 1, in order to obtain high mobility, a heterostructure field effect transistor (HEMT) is fabricated by epitaxial growth by molecular beam epitaxy (MBE), and lattice mismatch between the substrate and the semiconductor film layer is observed. It needs to be very small. Therefore, it is necessary to heat the substrate temperature to over 700 ° C., and there is a problem that the selectivity of the base material is remarkably lowered.

特許文献2では量子井戸部であるキャリア走行層に酸化物半導体と比較して1桁程度移動度の低い非晶質シリコンを用いているために、十分な移動度が得られない。又、酸化物半導体であるIGZO膜と非酸化物であるa−Siという異種半導体材料を接合しており、良好な接合界面が得られないという問題点がある。   In Patent Document 2, since the amorphous silicon whose mobility is about one digit lower than that of the oxide semiconductor is used for the carrier traveling layer which is the quantum well portion, sufficient mobility cannot be obtained. Another problem is that an IGZO film that is an oxide semiconductor and a non-oxide a-Si dissimilar semiconductor material are bonded together, and a good bonding interface cannot be obtained.

特許文献3では、活性層となるIGZO膜のキャリア濃度を損なうことなく、On/Off比を向上させる手段として電極層と活性層の間に抵抗層を挿入する事が提案されているが、電子親和力による設計は考慮されておらず、抵抗層から活性層への十分なキャリアの流入が無いために、従来のIGZO単膜の移動度を上回るような電界効果移動度は得られないという問題点がある。   In Patent Document 3, it is proposed to insert a resistance layer between the electrode layer and the active layer as a means for improving the On / Off ratio without impairing the carrier concentration of the IGZO film serving as the active layer. The design by affinity is not taken into consideration, and there is not enough inflow of carriers from the resistance layer to the active layer, so that the field effect mobility exceeding the mobility of the conventional IGZO single film cannot be obtained. There is.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸化物半導体、特にIGZO系の酸化物半導体に関して、低温(例えば300℃以下)で作製可能であり、高い電界効果移動度を示す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ものである。また、本発明は、チャネル層において高い電子移動度を有する薄膜トランジスタを備えた装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and relates to an oxide semiconductor, in particular, an IGZO-based oxide semiconductor, which can be manufactured at a low temperature (for example, 300 ° C. or less) and has a high field effect mobility. And it aims at providing the manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a device including a thin film transistor having high electron mobility in a channel layer.

本発明の薄膜トランジスタは、基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、
前記活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されており、
前記活性層が、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)から成る酸化物半導体層であり(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)、前記第2の領域のb/(a+b)が前記第1の領域のb/(a+b)よりも大きいことを特徴とする。
The thin film transistor of the present invention is a thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The active layer is disposed on the gate electrode side through the gate insulating film, the first region having a first electron affinity, and the first electron disposed on the side far from the gate electrode. A second region having a second electron affinity less than the affinity,
In the film thickness direction of the active layer, a well-type potential is formed in which the first region is a well layer, and the second region and the gate insulating film are barrier layers.
The active layer is an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (where a, b, and c are a ≧ 0 and b ≧, respectively) 0, c ≧ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, and c + a ≠ 0.) B / (a + b) of the second region is larger than b / (a + b) of the first region. It is characterized by.

図1に半導体電子構造のパラメータを示す。電子親和力(χ)とは、電子を一つ付与するのに要するエネルギーを意味し、半導体の場合は伝導体下端(E)から真空準位(EVac)までのエネルギー差を指す。電子親和力は図1に示すように、イオン化ポテンシャル(I)とバンドギャップエネルギー(Eg)の差から求めることが可能である。イオン化ポテンシャル(I)は光電子分光測定から、バンドギャップエネルギー(Eg)は透過スペクトル測定および反射スペクトル測定から得ることが可能である。 FIG. 1 shows parameters of the semiconductor electronic structure. The electron affinity (χ) means the energy required to give one electron. In the case of a semiconductor, it refers to the energy difference from the lower end of the conductor (E C ) to the vacuum level (E Vac ). As shown in FIG. 1, the electron affinity can be obtained from the difference between the ionization potential (I) and the band gap energy (Eg). The ionization potential (I) can be obtained from photoelectron spectroscopy, and the band gap energy (Eg) can be obtained from transmission spectrum measurement and reflection spectrum measurement.

すなわち、本発明の薄膜トランジスタは、図2(A)にそのポテンシャル構造を示すように、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)から成る酸化物半導体層がそのゲート電極側(図2(A)においてはゲート絶縁膜側)から膜厚方向に第1の領域A、第2の領域A、を含み、第1の領域Aの電子親和力χが、第2の領域の電子親和力χよりも大きく井戸型ポテンシャルを構成し、前記第2の領域のb/(a+b)を、前記第1の領域のb/(a+b)よりも大きくすることで、第1の領域Aと第2の領域Aとの電子親和力差を付与することを特徴とする。 That is, the thin film transistor of the present invention has an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) as shown in FIG. the gate electrode side (see FIG. 2 (a) a gate insulating film side in) the first region a 1 in the thickness direction from the second region a 2, wherein the electron affinity chi 1 of the first region a 1 is By forming a well-type potential larger than the electron affinity χ 2 of the second region and making b / (a + b) of the second region larger than b / (a + b) of the first region , characterized by applying the first region a 1 and the electron affinity difference between the second region a 2.

なおここで、「領域」とは、膜厚方向における3次元的な領域(部分)を示すものである。なお、酸化物半導体層の第1、第2の領域は同種の材料により構成されているものとしている。同種とは、膜を構成する元素種が同一で、カチオン組成比や酸素濃度が異なるもの、または、構成元素の一部に、異なる元素がドーピングされているものを意味する。例えば、互いにGa/(In+Ga)が異なるIGZO膜は同種であり、IGZO膜とZnの一部にMgをドープしたIGZO膜とは同種である。   Here, the “region” indicates a three-dimensional region (part) in the film thickness direction. Note that the first and second regions of the oxide semiconductor layer are formed of the same kind of material. The same type means that the element types constituting the film are the same, the cation composition ratio and the oxygen concentration are different, or a part of the constituent elements is doped with a different element. For example, the IGZO films having different Ga / (In + Ga) are the same type, and the IGZO film and the IGZO film in which a part of Zn is doped with Mg are the same type.

領域A、Aにおいてb/(a+b)を変調することによって各領域間にポテンシャル差(電子親和力差)を付与させることが出来る。又、領域Aの酸素濃度を領域Aの酸素濃度よりも大きくすることによって、更なる電子親和力差を付与することが出来る。本発明においてはb/(a+b)と酸素濃度を同時に変調させても良い。 By modulating b / (a + b) in the regions A 1 and A 2 , a potential difference (electron affinity difference) can be imparted between the regions. Further, the oxygen concentration in the region A 1 is set to be greater than the oxygen concentration in the region A 2, it is possible to impart a further electron affinity difference. In the present invention, b / (a + b) and oxygen concentration may be modulated simultaneously.

ここで、前記第1、第2の領域におけるカチオン組成比を変調、および/または、酸素濃度変調による電子親和力差は0.17eV以上、1.3eV以下であることが望ましく、更には、第1、第2の領域における電子親和力差が0.32eV以上、1.3eV以下である事が望ましい。   Here, the difference in electron affinity due to modulation of the cation composition ratio in the first and second regions and / or modulation of the oxygen concentration is preferably 0.17 eV or more and 1.3 eV or less. The difference in electron affinity in the second region is preferably 0.32 eV or more and 1.3 eV or less.

第1、第2の領域の電子親和力差が、0.17eV以上であると、第2の領域から第1の領域へ効率的にキャリアが流れ込み、高いキャリア濃度と移動度を得ることができる。   When the difference in electron affinity between the first and second regions is 0.17 eV or more, carriers efficiently flow from the second region to the first region, and a high carrier concentration and mobility can be obtained.

又、本発明の薄膜トランジスタにおいて、電子親和力差を増大させていくと第1の領域に供給されるキャリア量が上昇し、移動度が増大していく振る舞いが見られる。酸化物半導体層中のIn、Ga、ZnのうちZn組成比を固定したままb/(a+b)を変調して電子親和力差を増大していくと最大で凡そ1.3eVの電子親和力差が得られる。これ以上の電子親和力差を得るためには例えば、活性層中のZn量を大幅に変調する手法があるが、Zn量を大幅に変調すると酸化物半導体層におけるアモルファス構造が不安定になり、TFT特性の不安定性、不均一性を招くことから、上記電子親和力差は1.3eV以下であることが望ましい。   Further, in the thin film transistor of the present invention, when the difference in electron affinity is increased, the amount of carriers supplied to the first region is increased, and the mobility is increased. When the electron affinity difference is increased by modulating b / (a + b) with the Zn composition ratio being fixed among In, Ga, and Zn in the oxide semiconductor layer, a maximum electron affinity difference of about 1.3 eV is obtained. It is done. In order to obtain an electron affinity difference larger than this, for example, there is a method of greatly modulating the amount of Zn in the active layer. However, if the amount of Zn is significantly modulated, the amorphous structure in the oxide semiconductor layer becomes unstable, and the TFT Since the instability and non-uniformity of the characteristics are caused, the difference in electron affinity is preferably 1.3 eV or less.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、酸化物半導体層は非晶質膜であることが好ましい。
前記酸化物半導体層が非晶質であるかどうかは、X線回折測定により確認することができる。すなわち、X線回折測定により、結晶構造を示す明確なピークが検出されなかった場合は、その酸化物半導体層は非晶質であると判断することができる。
In the thin film transistor of the present invention, the oxide semiconductor layer is preferably an amorphous film.
Whether or not the oxide semiconductor layer is amorphous can be confirmed by X-ray diffraction measurement. That is, when a clear peak indicating a crystal structure is not detected by X-ray diffraction measurement, the oxide semiconductor layer can be determined to be amorphous.

本発明の薄膜トランジスタは、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)から成る酸化物半導体を活性層に用い、第1の領域Aのb/(a+b))が0.5よりも小さいことが望ましい。
更に好ましくは、第1の領域Aのb/(a+b)が0.4よりも小さく、かつ、第2の領域Aのb/(a+b)が0.6以上であることが望ましい。
The thin film transistor of the present invention uses an oxide semiconductor made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) as an active layer, and b / (a + b) in the first region A 1 Is preferably less than 0.5.
More preferably, the first area A 1 of b / (a + b) is less than 0.4, and it is desirable for the second region A 2 b / (a + b) is 0.6 or more.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記基板が可撓性を有するものであることが望ましい。   In the thin film transistor of the present invention, it is desirable that the substrate has flexibility.

可撓性を有する基板としては、飽和ポリエステル/ポリエチレンテレフタレート(PET)系樹脂基板、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂基板、架橋フマル酸ジエステル系樹脂基板、ポリカーボネート(PC)系樹脂基板、ポリエーテルスルフォン(PES)樹脂基板、ポリスルフォン(PSF,PSU)樹脂基板、ポリアリレート(PAR)樹脂基板、環状ポリオレフィン(COP,COC)樹脂基板、セルロース系樹脂基板、ポリイミド(PI)樹脂基板、ポリアミドイミド(PAI)樹脂基板、マレイミド−オレフィン樹脂基板、ポリアミド(PA)樹脂基板、アクリル系樹脂基板、フッ素系樹脂基板、エポキシ系樹脂基板、シリコーン系樹脂フィルム基板、ポリベンズアゾール系樹脂基板、エピスルフィド化合物による基板、液晶ポリマー(LCP)基板、シアネート系樹脂基板、芳香族エーテル系樹脂基板、酸化ケイ素粒子との複合プラスチック材料からなる基板、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子などのナノ粒子との複合プラスチック材料からなる基板、金属系・無機系のナノファイバーおよびマイクロファイバーとの複合プラスチック材料からなる基板、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合プラスチック材料からなる基板、ガラスフェレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズとの複合プラスチック材料からなる基板、粘土鉱物や、雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料からなる基板、薄いガラスと上記単独有機材料との間に少なくとも1回の接合界面を有する積層プラスチック材料からなる基板、無機層(例えば、SiO2、Al23、SiOxy)と有機層を交互に積層することで、少なくとも1回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料からなる基板、ステンレス基板、ステンレスと異種金属を積層した金属多層基板、アルミニウム基板、表面に酸化処理(例えば、陽極酸化処理)を施すことで、表面の絶縁性を向上してある酸化被膜付きのアルミニウム基板などが挙げられる。 Examples of flexible substrates include saturated polyester / polyethylene terephthalate (PET) resin substrates, polyethylene naphthalate (PEN) resin substrates, cross-linked fumaric acid diester resin substrates, polycarbonate (PC) resin substrates, polyether sulfone ( PES) resin substrate, polysulfone (PSF, PSU) resin substrate, polyarylate (PAR) resin substrate, cyclic polyolefin (COP, COC) resin substrate, cellulose resin substrate, polyimide (PI) resin substrate, polyamideimide (PAI) Resin substrate, maleimide-olefin resin substrate, polyamide (PA) resin substrate, acrylic resin substrate, fluorine resin substrate, epoxy resin substrate, silicone resin film substrate, polybenzazole resin substrate, substrate made of episulfide compound Liquid crystal polymer (LCP) substrates, cyanate resin substrates, aromatic ether resin substrates, substrates made of composite plastic materials with silicon oxide particles, nanoparticles such as metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles, and inorganic nitride nanoparticles Substrates made of composite plastic materials with, substrates made of composite plastic materials with metal and inorganic nanofibers and microfibers, substrates made of composite plastic materials with carbon fibers and carbon nanotubes, glass ferkes, glass fibers, A substrate made of a composite plastic material with glass beads, a substrate made of a composite material with clay mineral or particles having a mica-derived crystal structure, and at least one bonding interface between the thin glass and the single organic material. Substrate made of laminated plastic material, no Layer (e.g., SiO 2, Al 2 O 3 , SiO x N y) by alternately stacking the organic layer, the substrate made of a composite material having a barrier property having a bonding interface at least once, a stainless steel substrate, Examples thereof include a metal multilayer substrate in which stainless steel and a different kind of metal are laminated, an aluminum substrate, and an aluminum substrate with an oxide film whose surface insulation is improved by subjecting the surface to oxidation treatment (for example, anodization treatment).

本発明の第1の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程において、成膜室内を第1の酸素分圧/アルゴン分圧下で前記第1の領域を成膜し、前記成膜室内を第2の酸素分圧/アルゴン分圧下で、第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域を成膜することを特徴とする。
The first thin film transistor manufacturing method of the present invention is a thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate, wherein the active layer includes the gate. A first region having a first electron affinity disposed on the electrode side through the gate insulating film, and a second region disposed on a side farther from the gate electrode and smaller than the first electron affinity. A well-type potential having a well layer as the first region and a barrier layer between the second region and the gate insulating film in the film thickness direction of the active layer. As an active layer, an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (where a, b, and c are a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ , B + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) A film forming step of forming by sputtering,
In the film forming step, the first region is formed in a film formation chamber under a first oxygen partial pressure / argon partial pressure, and the film formation chamber is formed in a first oxygen partial pressure / argon partial pressure. The second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the region is formed.

ここで、前記第2の酸素分圧/アルゴン分圧を、前記第1の酸素分圧/アルゴン分圧より小さくすることが望ましい。   Here, it is preferable that the second oxygen partial pressure / argon partial pressure is smaller than the first oxygen partial pressure / argon partial pressure.

本発明の第2の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程が、前記第1の領域と、第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域とを成膜する工程を含み、前記第1の領域の成膜中および/または該第1の領域を成膜した後に、該第1の領域の成膜面に酸素含有ラジカルを照射する工程を含むことを特徴とする。
The second thin film transistor manufacturing method of the present invention is a thin film transistor having, on a substrate, an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode, wherein the active layer includes the gate. A first region having a first electron affinity disposed on the electrode side through the gate insulating film, and a second region disposed on a side farther from the gate electrode and smaller than the first electron affinity. A well-type potential having a well layer as the first region and a barrier layer between the second region and the gate insulating film in the film thickness direction of the active layer. As an active layer, an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (where a, b, and c are a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ , B + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) A film forming step of forming by sputtering,
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, The method includes irradiating a film-forming surface of the first region with an oxygen-containing radical during film formation of the first region and / or after film formation of the first region.

本発明の第3の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程が、前記第1の領域と、第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域とを成膜する工程を含み、前記第1の領域の成膜中および/または第1の領域の成膜後に、オゾン雰囲気中にて該第1の領域の成膜面に紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする。
The third thin film transistor manufacturing method of the present invention is a thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate, wherein the active layer includes the gate. A first region having a first electron affinity disposed on the electrode side through the gate insulating film, and a second region disposed on a side farther from the gate electrode and smaller than the first electron affinity. A well-type potential having a well layer as the first region and a barrier layer between the second region and the gate insulating film in the film thickness direction of the active layer. As an active layer, an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (where a, b, and c are a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ , B + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) A film forming step of forming by sputtering,
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, The method includes irradiating ultraviolet rays onto the film formation surface of the first region in an ozone atmosphere during film formation of the first region and / or after film formation of the first region.

なお、本発明の第1から第3の薄膜トランジスタの製造方法においては、いずれも前記成膜工程の間、成膜基板を大気に曝さないことが望ましい。   In any of the first to third thin film transistor manufacturing methods of the present invention, it is desirable that all of the film formation substrates are not exposed to the air during the film formation step.

本発明の表示装置は、本発明の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするものである。   A display device according to the present invention includes the thin film transistor according to the present invention.

本発明イメージセンサーは、本発明の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするものである。   The image sensor of the present invention includes the thin film transistor of the present invention.

本発明のX線センサーは、本発明の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするものである。   The X-ray sensor of the present invention includes the thin film transistor of the present invention.

本発明のX線デジタル撮影装置は、本発明のX線センサーを備えたことを特徴とするものである。   The X-ray digital imaging apparatus of the present invention includes the X-ray sensor of the present invention.

本発明の薄膜トランジスタは、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層の第1の領域が、より電子親和力の小さな第2の領域と接しており、第1の領域の伝導帯下端が第2の領域、及びゲート絶縁膜をポテンシャル障壁とする井戸型ポテンシャル構造を形成する。その結果、第1の領域への電子キャリアの流れ込みが起こり、第1の領域の組成比や酸素欠損量を変化させることなく、キャリア密度を高めることができるので高い移動度を有するものとすることができる。 In the thin film transistor of the present invention, the first region of the oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) is in contact with the second region having a lower electron affinity. The lower end of the conduction band of the first region forms the second region and a well-type potential structure having the gate insulating film as a potential barrier. As a result, electron carriers flow into the first region, and the carrier density can be increased without changing the composition ratio or the amount of oxygen vacancies in the first region, so that it has high mobility. Can do.

一般に、酸化物半導体においては、キャリア密度を高めるために、酸素欠損量を増やすことがなされるが、過剰な酸素欠損は同時にキャリアに対する散乱体となり、移動度を低下させる要因となる。本発明においては、井戸層となる第1の領域において酸素欠損量を増やす必要がないので、井戸型ポテンシャル構造によるキャリアの増大に加え、チャネル層となる第1の領域中の酸素欠損による移動度低下が抑制され、更なる移動度の向上が可能である。   In general, in an oxide semiconductor, the amount of oxygen vacancies is increased in order to increase the carrier density. However, excessive oxygen vacancies simultaneously become scatterers for carriers, which causes a decrease in mobility. In the present invention, since it is not necessary to increase the amount of oxygen vacancies in the first region serving as the well layer, the mobility due to oxygen vacancies in the first region serving as the channel layer in addition to the increase in carriers due to the well-type potential structure. The decrease is suppressed, and the mobility can be further improved.

本発明の薄膜トランジスタはa(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層は、第1、第2の領域において同種の材料で形成されていることから、チャネル層となる第1の領域が、異種材料と接している場合に比べて界面での欠陥密度が低減され、均一性、安定性、信頼性の観点からも優れた薄膜トランジスタを提供することができる。又同時に、チャネル層となる第1の領域が外気に晒されていないために、経時や素子の置かれている環境下に依存する素子特性劣化が低減される。 In the thin film transistor of the present invention, the oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) is formed of the same material in the first and second regions. Thus, the defect density at the interface is reduced as compared with the case where the first region serving as the channel layer is in contact with a different material, and a thin film transistor excellent in terms of uniformity, stability, and reliability is provided. Can do. At the same time, since the first region serving as the channel layer is not exposed to the outside air, the deterioration of the device characteristics depending on the time and the environment where the device is placed is reduced.

本発明において、酸化物半導体層が非晶質膜であれば、300℃以下の低温で成膜可能であるため、プラスチック基板のような可撓性のある樹脂基板に形成し易い。従って薄膜トランジスタ付プラスチック基板を用いたフレキシブルディスプレイへの適用がより容易となる。さらに、非晶質膜は大面積にわたって均一な膜を形成し易く、多結晶のような粒界が存在しないため素子特性のバラツキを抑えることが容易である。   In the present invention, when the oxide semiconductor layer is an amorphous film, it can be formed at a low temperature of 300 ° C. or lower, and thus can be easily formed over a flexible resin substrate such as a plastic substrate. Therefore, application to a flexible display using a plastic substrate with a thin film transistor becomes easier. Furthermore, an amorphous film can easily form a uniform film over a large area, and since there is no grain boundary like a polycrystal, it is easy to suppress variations in device characteristics.

本発明の表示装置は、高い移動度を有する本発明の薄膜トランジスタを備えているので、低消費電力かつ高品位な表示を実現することができる。   Since the display device of the present invention includes the thin film transistor of the present invention having high mobility, low power consumption and high-quality display can be realized.

本発明のX線センサーは、信頼性に優れた本発明の薄膜トランジスタを備えるため、S/Nが高く、高い感度特性を実現することができる。   Since the X-ray sensor of the present invention includes the thin film transistor of the present invention having excellent reliability, the S / N is high and high sensitivity characteristics can be realized.

本発明のX線デジタル撮影装置は、そのX線センサーに高い移動度を有するトランジスタを備えているので、軽量かつフレキシブル性を有し、かつ広いダイナミックレンジの画像が得られ、その高速性から特に動画撮影に好適である。   Since the X-ray digital imaging apparatus of the present invention includes a transistor having high mobility in the X-ray sensor, it is lightweight and flexible, and an image with a wide dynamic range can be obtained. It is suitable for video shooting.

半導体電子構造のパラメータを説明するための図Diagram for explaining parameters of semiconductor electronic structure (A)電子親和力差によるポテンシャル構造を示す図および(B)バンドギャップエネルギー構造を示す図(A) Diagram showing potential structure due to electron affinity difference and (B) Diagram showing bandgap energy structure (A)トップゲート−トップコンタクト型、(B)トップゲート−ボトムコンタクト型、(C)ボトムゲート−トップコンタクト型、(D)ボトムゲート−ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図(A) Top gate-top contact type, (B) Top gate-bottom contact type, (C) Bottom gate-top contact type, (D) Bottom gate-bottom contact type thin film transistor IGZO積層膜の(A)積層直後、(B)250℃アニール処理後、(C)500℃アニール処理後を示す断面STEM像Cross-sectional STEM image showing (A) immediately after lamination of IGZO laminated film, (B) after 250 ° C. annealing treatment, and (C) after 500 ° C. annealing treatment サンプル1〜5についてのTaucプロットを示す図The figure which shows the Tauc plot about samples 1-5 図5から導いたバンドギャップエネルギーの組成比依存を示す図The figure which shows the composition ratio dependence of the band gap energy derived from FIG. サンプル1〜5についての励起光エネルギーと規格化光電子収率を示す図Diagram showing excitation light energy and normalized photoelectron yield for samples 1-5 図7から求めたイオン化ポテンシャルの組成依存性を示す図The figure which shows the composition dependence of the ionization potential calculated | required from FIG. 電子親和力の組成依存性を示す図Diagram showing electron affinity composition dependence (A)サンプル6、7、(B)サンプル8、9についてのTaucプロットを示す図(A) Samples 6 and 7, (B) Tauc plots for samples 8 and 9 図10から導いたバンドギャップエネルギーの酸素分圧/アルゴン分圧依存性を示す図The figure which shows the oxygen partial pressure / argon partial pressure dependence of the band gap energy derived from FIG. (A)サンプル6、7、(B)サンプル8、9についての励起光エネルギーと規格化電子収率を示す図(A) Excitation light energy and normalized electron yield for samples 6 and 7 and (B) samples 8 and 9 図12から導いたイオン化ポテンシャルの酸素分圧/アルゴン分圧依存性を示す図The figure which shows the oxygen partial pressure / argon partial pressure dependence of the ionization potential derived from FIG. 電子親和力の酸素分圧/アルゴン分圧依存性を示す図Diagram showing the electron affinity's oxygen partial pressure / argon partial pressure dependence (A)比抵抗、(B)キャリア密度、(C)移動度のGa/(In+Ga)依存性をそれぞれ示す図(A) Specific resistance, (B) Carrier density, and (C) Ga / (In + Ga) dependence of mobility, respectively. 実施形態の液晶表示装置の一部分を示す概略断面図Schematic sectional view showing a part of the liquid crystal display device of the embodiment 図16の液晶表示装置の電気配線の概略構成図Schematic configuration diagram of electrical wiring of the liquid crystal display device of FIG. 実施形態の有機EL表示装置の一部分を示す概略断面図Schematic sectional view showing a part of the organic EL display device of the embodiment 図18の有機EL表示装置の電気配線の概略構成図Schematic configuration diagram of electric wiring of the organic EL display device of FIG. 実施形態のX線センサーアレイの一部分を示す概略断面図Schematic sectional view showing a part of the X-ray sensor array of the embodiment 図20のX線センサーアレイの電気配線の概略構成図Schematic configuration diagram of electrical wiring of the X-ray sensor array of FIG. 実施例及び比較例のVg−Id特性を表す図The figure showing the Vg-Id characteristic of an Example and a comparative example 実施例1、2、3、比較例1における移動度μのポテンシャル深さΔχ依存性を示す図The figure which shows the potential depth (DELTA) chi dependence of the mobility (micro | micron | mu) in Example 1, 2, 3 and the comparative example 1.

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<薄膜トランジスタ>
図3(A)から(D)は、本発明の第1〜第4の実施形態の薄膜トランジスタ1〜4の構成を模式的に示す断面図である。図3(A)〜(D)の各薄膜トランジスタにおいて、共通の要素には同一の符号を付している。
<Thin film transistor>
3A to 3D are cross-sectional views schematically showing the configuration of the thin film transistors 1 to 4 of the first to fourth embodiments of the present invention. In each thin film transistor of FIGS. 3A to 3D, common elements are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ1〜4は、基板11上に、活性層12と、ソース電極13と、ドレイン電極14と、ゲート絶縁膜15と、ゲート電極16とを有し、活性層12が、膜厚方向に井戸型ポテンシャルを構成する第1、第2の領域A、Aを備えている(図3(A)〜(D)参照)。 The thin film transistors 1 to 4 according to the embodiment of the present invention include an active layer 12, a source electrode 13, a drain electrode 14, a gate insulating film 15, and a gate electrode 16 on the substrate 11. but first, a second region a 1, a 2 constituting the well potential in the film thickness direction (see FIG. 3 (a) ~ (D) ).

活性層12はa(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)で表される酸化物半導体層(IGZO層)から成り、第1の領域Aは、井戸型ポテンシャル(図2(A)参照)の井戸部となる第1の電子親和力χを有する領域であり、第2の領域Aは、第1の領域Aよりもゲート電極16に遠い側に配置された、第1の電子親和力χよりも小さい第2の電子親和力χを有し、且つ第1の領域よりもカチオン組成比b/(a+b)が大きいことを特徴とする領域である。 The active layer 12 is composed of an oxide semiconductor layer (IGZO layer) represented by a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO), and the first region A 1 has a well-type potential. (Refer to FIG. 2A), which is a region having a first electron affinity χ 1 serving as a well portion, and the second region A 2 is arranged on the side farther from the gate electrode 16 than the first region A 1. The region having a second electron affinity χ 2 smaller than the first electron affinity χ 1 and having a cation composition ratio b / (a + b) larger than that of the first region.

又、本発明の薄膜トランジスタ1〜4においては、第1、第2の領域は連続成膜され、第1、第2の領域間に電極層等の酸化物半導体層以外の層は挿入されないものとする。   In the thin film transistors 1 to 4 of the present invention, the first and second regions are continuously formed, and no layers other than the oxide semiconductor layer such as an electrode layer are inserted between the first and second regions. To do.

領域A、Aにおいてb/(a+b)を変調することによって各領域間にポテンシャル差(電子親和力差)を付与させることが出来る。又、領域Aの酸素濃度を領域Aの酸素濃度よりも大きくすることによって、更なる電子親和力差を付与することが出来、ポテンシャル井戸部に効率よくキャリアを集中させる事が出来る。同時に、領域Aの酸素濃度を高めることによって不純物散乱による移動度の低下を抑制し、更なる移動度の向上が可能である。本発明においてはb/(a+b)と酸素濃度を同時に変調させても良い。 By modulating b / (a + b) in the regions A 1 and A 2 , a potential difference (electron affinity difference) can be imparted between the regions. Further, by making the oxygen concentration in the region A 1 larger than the oxygen concentration in the region A 2 , a further difference in electron affinity can be given, and carriers can be efficiently concentrated in the potential well portion. At the same time, to suppress a decrease in mobility due to impurity scattering by increasing the oxygen concentration of the region A 1, it is possible to further improve the mobility. In the present invention, b / (a + b) and oxygen concentration may be modulated simultaneously.

図3(A)に示す第1の実施形態の薄膜トランジスタ1は、トップゲート−トップコンタクト型のトランジスタであり、図3(B)に示す第2の実施形態の薄膜トランジスタ2は、トップゲート−ボトムコンタクト型のトランジスタであり、図3(C)に示す第3の実施形態の薄膜トランジスタ3は、ボトムゲート−トップコンタクト型のトランジスタであり、図3(D)に示す第4の実施形態の薄膜トランジスタ4は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型のトランジスタである。
図3(A)〜(D)に示す実施形態は、ゲート、ソース、ドレイン電極の、活性層(IGZO層)に対する配置が異なるが、同一符号を付与されている各要素の機能は同一であり、同様の材料を適応することができる。
The thin film transistor 1 of the first embodiment shown in FIG. 3A is a top gate-top contact type transistor, and the thin film transistor 2 of the second embodiment shown in FIG. 3B is a top gate-bottom contact. The thin film transistor 3 of the third embodiment shown in FIG. 3C is a bottom gate-top contact type transistor, and the thin film transistor 4 of the fourth embodiment shown in FIG. A bottom-gate / bottom-contact transistor.
In the embodiment shown in FIGS. 3A to 3D, the arrangement of the gate, source, and drain electrodes with respect to the active layer (IGZO layer) is different, but the function of each element given the same reference numeral is the same. Similar materials can be applied.

以下、各構成要素について詳述する。   Hereinafter, each component will be described in detail.

(基板)
薄膜トランジスタ1を形成するための基板11の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板の構造は単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。基板11としては、例えば、YSZ(イットリウム安定化ジルコニウム)やガラス等の無機材料、樹脂や樹脂複合材料等からなる基板を用いることができる。中でも軽量である点、可撓性を有する点から樹脂あるいは樹脂複合材料からなる基板が好ましい。具体的には、ポリブチレンテレフタレート、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、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミドーオレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂からなる基板、既述の合成樹脂等と酸化珪素粒子との複合プラスチック材料からなる基板、既述の合成樹脂等と金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子もしくは無機窒化物ナノ粒子等との複合プラスチック材料からなる基板、既述の合成樹脂等とカーボン繊維もしくはカーボンナノチューブとの複合プラスチック材料からなる基板、既述の合成樹脂等とガラスフェレーク、ガラスファイバーもしくはガラスビーズとの複合プラスチック材料からなる基板、既述の合成樹脂等と粘土鉱物もしくは雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料からなる基板、薄いガラスと既述のいずれかの合成樹脂との間に少なくとも1回の接合界面を有する積層プラスチック基板、無機層と有機層(既述の合成樹脂)を交互に積層することで、少なくとも1回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料からなる基板、ステンレス基板またはステンレスと異種金属とを積層した金属多層基板、アルミニウム基板または表面に酸化処理(例えば陽極酸化処理)を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板等を用いることができる。
(substrate)
There is no restriction | limiting in particular about the shape of the board | substrate 11 for forming the thin-film transistor 1, a structure, a magnitude | size, It can select suitably according to the objective. The structure of the substrate may be a single layer structure or a laminated structure. As the substrate 11, for example, a substrate made of an inorganic material such as YSZ (yttrium stabilized zirconium) or glass, a resin, a resin composite material, or the like can be used. Among these, a substrate made of a resin or a resin composite material is preferable in terms of light weight and flexibility. Specifically, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, Fluorine resin such as polybenzazole, polyphenylene sulfide, polycycloolefin, norbornene resin, polychlorotrifluoroethylene, liquid crystal polymer, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, ionomer resin, cyanate resin, crosslinked fumaric acid diester, cyclic polyolefin, Substrates made of synthetic resins such as aromatic ethers, maleimide-olefins, cellulose, episulfide compounds, A substrate composed of a composite plastic material of the above-mentioned synthetic resin and the like and silicon oxide particles, a substrate composed of a composite plastic material of the above-described synthetic resin and the like and metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles or inorganic nitride nanoparticles, A substrate made of a composite plastic material of the aforementioned synthetic resin, etc. and carbon fiber or carbon nanotube, a substrate made of a composite plastic material of the aforementioned synthetic resin, etc., and glass fake, glass fiber or glass bead, the aforementioned synthesis A substrate made of a composite plastic material of a resin or the like and particles having a clay mineral or a mica-derived crystal structure, a laminated plastic substrate having at least one bonding interface between a thin glass and any of the aforementioned synthetic resins, inorganic By alternately laminating layers and organic layers (the aforementioned synthetic resins), at least one contact Insulating the surface by subjecting a substrate made of a composite material having a barrier property having an interface, a stainless steel substrate, a metal multilayer substrate in which stainless steel and a dissimilar metal are laminated, an aluminum substrate or a surface to an oxidation treatment (for example, anodization treatment). An aluminum substrate with an improved oxide film can be used.

なお、樹脂基板としては、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、および低吸湿性等に優れていることが好ましい。樹脂基板は、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層や、樹脂基板の平坦性や下部電極との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えていてもよい。   The resin substrate is preferably excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, low moisture absorption, and the like. The resin substrate may include a gas barrier layer for preventing permeation of moisture and oxygen, an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate and adhesion with the lower electrode, and the like.

また、基板の厚みは50μm以上500μm以下であることが好ましい。基板の厚みが50μm以上であると、基板自体の平坦性がより向上する。基板の厚みが500μm以下であると、基板自体の可撓性がより向上し、フレキシブルデバイス用基板としての使用がより容易となる。なお、基板を構成する材料によって、十分な平坦性および可撓性を有する厚みは異なるため、基板材料に応じてその厚みを設定する必要があるが、概ねその範囲は50μm−500μmの範囲となる。   Moreover, it is preferable that the thickness of a board | substrate is 50 micrometers or more and 500 micrometers or less. When the thickness of the substrate is 50 μm or more, the flatness of the substrate itself is further improved. When the thickness of the substrate is 500 μm or less, the flexibility of the substrate itself is further improved, and the use as a substrate for a flexible device becomes easier. In addition, since the thickness which has sufficient flatness and flexibility changes with the materials which comprise a board | substrate, it is necessary to set the thickness according to board | substrate material, but the range becomes a range of 50 micrometers-500 micrometers in general. .

(活性層)
活性層12はIGZO膜、より詳細にはa(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)から成り、第1、第2の電子親和力χ、χをそれぞれ有する第1、第2の領域A、Aを備え、第1の電子親和力χが第2の電子親和力χよりも大きく、且つ領域Aにおけるb/a+bが、領域Aにおけるb/(a+b)よりも大きいことを特徴とする。
(Active layer)
The active layer 12 is made of an IGZO film, more specifically a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO), and has first and second electron affinity χ 1 and χ 2 , respectively. The first and second regions A 1 and A 2 are provided, the first electron affinity χ 1 is greater than the second electron affinity χ 2 , and b / a + b in the region A 2 is b / a + b in the region A 1 . It is larger than (a + b).

積層方向に井戸型ポテンシャルを形成させるためには、各領域間でb/(a+b)を変調することによって各領域の電子親和力差を付与させる。又、第1の領域Aと第2の領域Aとのポテンシャルの差は第2の領域Aの酸素濃度を、第1の領域Aの酸素濃度より低くすることによっても井戸型ポテンシャルを形成する電子親和力差を付与することができる。各領域が共通の元素および組成比により構成されてなる場合、酸素濃度が高いほど電子親和力が大きい。 In order to form a well-type potential in the stacking direction, b / (a + b) is modulated between the regions to give an electron affinity difference between the regions. The first region A 1 and the difference in potential between the second region A 2 well potential by making the oxygen concentration of the second region A 2, lower than the first oxygen concentration in the region A 1 An electron affinity difference that forms can be imparted. When each region is configured by a common element and composition ratio, the higher the oxygen concentration, the higher the electron affinity.

ここで、前記第1、第2の領域におけるb/(a+b)を変調、および酸素濃度変調による電子親和力差は0.17eV以上、1.3eV以下であることが望ましく、更には、第1、第2の領域における電子親和力差が0.32eV以上、1.3eV以下である事が望ましい。   Here, it is preferable that the electron affinity difference by modulating b / (a + b) in the first and second regions and by modulating the oxygen concentration is 0.17 eV or more and 1.3 eV or less. It is desirable that the electron affinity difference in the second region be 0.32 eV or more and 1.3 eV or less.

第1、第2の領域の電子親和力差が、0.17eV以上であると、第2の領域から第1の領域へ効率的にキャリアが流れ込み、高いキャリア濃度と高移動度を得ることができる。   When the electron affinity difference between the first and second regions is 0.17 eV or more, carriers efficiently flow from the second region to the first region, and a high carrier concentration and high mobility can be obtained. .

又、本発明の薄膜トランジスタにおいて、電子親和力差を増大させていくと第1の領域に供給されるキャリア量が上昇し、移動度が増大していく振る舞いが見られる。酸化物半導体層中のIn、Ga、ZnのうちZn組成比を固定したままb/(a+b)を変調して電子親和力差を増大していくと最大で凡そ1.3eVの電子親和力差が得られる。これ以上の電子親和力差を得るためには例えば、活性層中のZn量を大幅に変調する手法があるが、Zn量を大幅に変調すると酸化物半導体層におけるアモルファス構造が不安定になり、TFT特性の不安定性、不均一性を招くことから、上記電子親和力差は1.3eV以下であることが望ましい。   Further, in the thin film transistor of the present invention, when the difference in electron affinity is increased, the amount of carriers supplied to the first region is increased, and the mobility is increased. When the electron affinity difference is increased by modulating b / (a + b) with the Zn composition ratio being fixed among In, Ga, and Zn in the oxide semiconductor layer, a maximum electron affinity difference of about 1.3 eV is obtained. It is done. In order to obtain an electron affinity difference larger than this, for example, there is a method of greatly modulating the amount of Zn in the active layer. However, if the amount of Zn is significantly modulated, the amorphous structure in the oxide semiconductor layer becomes unstable, and the TFT Since the instability and non-uniformity of the characteristics are caused, the difference in electron affinity is preferably 1.3 eV or less.

酸素濃度の制御は、具体的には第2の領域の成膜時には相対的に酸素分圧の低い条件で成膜をし、第1の領域については成膜時の相対的に酸素分圧が高い条件で成膜をすることにより、あるいは、第1の領域成膜後に酸素ラジカルやオゾンを照射する処理を施すことにより膜の酸化を促進し、第1の領域中の酸素欠損量を低減させるなどにより行うことができる。   Specifically, the oxygen concentration is controlled by forming the film in a condition where the oxygen partial pressure is relatively low when forming the second region, and for the first region, the oxygen partial pressure is relatively low when forming the film. Oxidation of the film is promoted by film formation under high conditions or by performing treatment with oxygen radicals or ozone irradiation after film formation in the first region, thereby reducing the amount of oxygen vacancies in the first region. Etc.

なお、第1の領域の酸素欠損量は極めて少なくすることが好ましい。従来酸化物半導体層をチャネル層として用いる場合には、移動度を高めるためにキャリア密度をある程度増やす必要があり、酸素欠損を意図的に形成する、すなわち酸素濃度を低くすることがなされてきた。しかしながら酸素欠損が多いと酸素欠陥自体がキャリアに対する散乱体となり移動度の低下を招くという問題があった。本発明ではチャネル層としてのキャリアは、第2の領域から供給されるため、第1の領域の酸素欠損量を極めて少ない状態にしても十分なキャリア密度、それに伴う移動度が得られる。   Note that the amount of oxygen vacancies in the first region is preferably extremely small. Conventionally, when an oxide semiconductor layer is used as a channel layer, it is necessary to increase the carrier density to some extent in order to increase mobility, and oxygen vacancies are intentionally formed, that is, the oxygen concentration is lowered. However, when there are many oxygen vacancies, there is a problem that the oxygen vacancies themselves become a scatterer with respect to carriers, leading to a decrease in mobility. In the present invention, since the carrier as the channel layer is supplied from the second region, sufficient carrier density and accompanying mobility can be obtained even when the amount of oxygen vacancies in the first region is extremely small.

本発明の薄膜トランジスタは前記酸化物半導体層の第1の領域Aのb/(a+b)を、第2の領域Aのb/(a+b)よりも小さいものとすることが好ましい。更に、第1の領域Aのb/(a+b)が0.5以下であることが望ましい。更に好ましくは、第1の領域Aのa/a+bが0.6以上でかつ、第2の領域Aのb/a+bが0.6以上であることが望ましい。 The thin film transistor of the present invention is the oxide first region A 1 of the semiconductor layer b / (a + b), it is preferably smaller than the second region A 2 b / (a + b ). Furthermore, it is desirable that the first area A 1 of b / (a + b) is 0.5 or less. More preferably, and in the first region A 1 in a / a + b is 0.6 or more, it is desirable that the second region A 2 b / a + b is 0.6 or more.

第1の領域と第2の領域のb/(a+b)の差を大きくすることにより、伝導帯下端のエネルギー差が大きくなり、効率よく電子キャリアを第1の領域に局在させることが可能となる。   By increasing the difference of b / (a + b) between the first region and the second region, the energy difference at the lower end of the conduction band increases, and it is possible to efficiently localize electron carriers in the first region. Become.

また、本発明における活性層構成する第1の領域のZn/In+Ga(前述の一般式においては2c/(a+b)に相当)は0.5以上であることが好ましく、第2の領域の2c/(a+b)は0.5以下であることが好ましい。2c/(a+b)が大きくなるにつれて光学吸収端が長波長側にシフトし、2c/(a+b)が大きくなることによりバンドギャップが狭くなる。そのため第1の領域に相対的に2c/(a+b)の大きなIGZO層を配置し、第2の領域に相対的に2c/(a+b)の小さなIGZO層を配置することにより伝導帯下端のエネルギー差を得ることができ、電子キャリアを第1領域に局在させることが可能である。2c/(a+b)を制御する手法はb/(a+b)の差を大きくした膜に適用させることで、より深い井戸型ポテンシャル構造を形成することが可能であり、当然b/(a+b)が各領域で同一の場合においても用いることが可能である。   In the present invention, Zn / In + Ga (corresponding to 2c / (a + b) in the above general formula) of the first region constituting the active layer is preferably 0.5 or more, and 2c / of the second region. (A + b) is preferably 0.5 or less. As 2c / (a + b) increases, the optical absorption edge shifts to the longer wavelength side, and by increasing 2c / (a + b), the band gap becomes narrower. Therefore, by disposing a relatively large 2c / (a + b) IGZO layer in the first region and disposing a relatively small 2c / (a + b) IGZO layer in the second region, the energy difference at the lower end of the conduction band. And the electron carriers can be localized in the first region. The method of controlling 2c / (a + b) can be applied to a film having a large difference of b / (a + b), so that a deeper well-type potential structure can be formed. It can be used even in the case of the same region.

また、IGZOからなる酸化物半導体層のZnの一部を、よりバンドギャップの広がる元素イオンをドーピングすることによって、より深い井戸型ポテンシャル構造を得ることができる。具体的には、Mgをドーピングすることにより膜のバンドギャップを大きくすることが可能である。例えば、第2の領域のみにMgをドープすることにより、より深い井戸型ポテンシャル構造を形成することができる。また、第1の領域と、第2の領域との間に、b/(a+b)および2c/(a+b)に差を持たせた状態で、各領域にMgをドープすることで、In、Ga、Znのみの組成比を制御した系に比べて、井戸障壁の高さを保ったまま、全体のバンドギャップを広くすることができる。   A deeper well-type potential structure can be obtained by doping part of Zn in the oxide semiconductor layer made of IGZO with element ions having a wider band gap. Specifically, the band gap of the film can be increased by doping Mg. For example, a deeper well-type potential structure can be formed by doping Mg only in the second region. In addition, by doping Mg in each region with a difference in b / (a + b) and 2c / (a + b) between the first region and the second region, In, Ga Compared with a system in which the composition ratio of only Zn is controlled, the entire band gap can be widened while maintaining the well barrier height.

有機ELに用いられる青色発光層はλ=450nm程度にピークを持つブロードな発光を示すことから、仮にIGZO膜の光学バンドギャップが比較的狭く、その領域に光学吸収を持つ場合には、トランジスタの閾値シフトが起こってしまうという問題が生じる。従って、特に有機EL駆動用に用いられる薄膜トランジスタとしては、チャネル層に用いる材料のバンドギャップが、より大きいことが好ましい。   Since the blue light-emitting layer used in organic EL exhibits broad light emission having a peak at about λ = 450 nm, if the optical band gap of the IGZO film is relatively narrow and the region has optical absorption, There arises a problem that threshold shift occurs. Therefore, it is preferable that the material used for the channel layer has a larger band gap, particularly for a thin film transistor used for driving an organic EL.

IGZOにおいてb/(a+b)を大きくすると光学吸収端が短波長側にシフトし、バンドギャップが広がるが、それと同時にb/(a+b)の大きな組成にすることで電気伝導性が低下する。すなわち、b/(a+b)の大きなIGZO膜を単独で薄膜トランジスタに用いた場合には、求めるようなトランジスタ特性(具体的には、数十〜100cm/Vsを超えるような移動度)は得られない(図15(c)参照。)。本発明では、バンドギャップの広いb/(a+b)の大きなIGZO層(第2の領域)と、相対的にバンドギャップの狭いb/(a+b)の小さなIGZO層(第1の領域)とを接合した構造を用いることにより、ゲート絶縁膜と活性層からなる井戸型ポテンシャルが形成され、第1の領域にキャリアを局在化させることが可能となる。 When b / (a + b) is increased in IGZO, the optical absorption edge is shifted to the short wavelength side and the band gap is widened, but at the same time, the electrical conductivity is lowered by using a large composition of b / (a + b). That is, when an IGZO film having a large b / (a + b) is used alone for a thin film transistor, the desired transistor characteristics (specifically, mobility that exceeds several tens to 100 cm 2 / Vs) can be obtained. (Refer to FIG. 15C.) In the present invention, a b / (a + b) large IGZO layer (second region) having a wide band gap and a b / (a + b) small IGZO layer (first region) having a relatively narrow band gap are joined. By using this structure, a well-type potential composed of a gate insulating film and an active layer is formed, and carriers can be localized in the first region.

第1の領域のキャリア密度は第2の酸素欠損量制御やカチオンドーピングにより任意に制御することができる。キャリア密度を増やしたい際には第2の領域の酸素欠損量を増やす、または相対的に価数の大きなカチオンになりやすい材料(例えばTi、Zr、Hf、Ta等)をドーピングすればよい。但し、価数の大きいカチオンをドーピングする場合は、酸化物半導体膜の構成元素数が増えるため、成膜プロセスの単純化、低コスト化の面で不利であることから、酸素濃度(酸素欠損量)により、キャリア密度を制御することが好ましい。   The carrier density in the first region can be arbitrarily controlled by the second oxygen deficiency control or cation doping. In order to increase the carrier density, the amount of oxygen vacancies in the second region may be increased, or a material (eg, Ti, Zr, Hf, Ta, etc.) that tends to become a cation having a relatively large valence may be doped. However, when doping a cation having a large valence, the number of constituent elements of the oxide semiconductor film increases, which is disadvantageous in terms of simplifying the film formation process and reducing the cost. ) To control the carrier density.

なお、300℃以下の温度で成膜が可能であるという点から、酸化物半導体層は非晶質であることが好ましい。例えば、非晶質IGZO膜は基板温度200℃以下で成膜可能である。   Note that the oxide semiconductor layer is preferably amorphous in that film formation is possible at a temperature of 300 ° C. or lower. For example, an amorphous IGZO film can be formed at a substrate temperature of 200 ° C. or lower.

活性層12のトータルの膜厚(総膜厚)は10〜200nm程度であることが好ましい。   The total film thickness (total film thickness) of the active layer 12 is preferably about 10 to 200 nm.

(ソース・ドレイン電極)
ソース電極13およびドレイン電極14はいずれも高い導電性を有するものであれば特に制限なく、例えばAl、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等の金属、Al−Nd、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜等を、単層または2層以上の積層構造として用いることができる。
(Source / drain electrodes)
The source electrode 13 and the drain electrode 14 are not particularly limited as long as they have high conductivity. For example, metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, and Ag, Al—Nd, tin oxide, and zinc oxide A metal oxide conductive film such as indium oxide, indium tin oxide (ITO), or indium zinc oxide (IZO) can be used as a single layer or a stacked structure of two or more layers.

ソース電極13およびドレイン電極14はいずれも、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜すればよい。   Each of the source electrode 13 and the drain electrode 14 is, for example, a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, a chemical method such as CVD or a plasma CVD method, or the like. The film may be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the material to be used.

ソース電極13およびドレイン電極14を、上記金属により構成する場合、成膜性、エッチングやリフトオフ法によるパターンニング性および導電性等を考慮すると、その厚みは、10nm以上、1000nm以下とすることが好ましく、50nm以上、100nm以下とすることがより好ましい。   When the source electrode 13 and the drain electrode 14 are made of the above metal, the thickness is preferably set to 10 nm or more and 1000 nm or less in consideration of the film forming property, the patterning property by etching or lift-off method, and the conductivity. 50 nm or more and 100 nm or less is more preferable.

(ゲート絶縁膜)
ゲート絶縁膜15としては、高い絶縁性を有するものが好ましく、例えばSiO、SiN、SiON、Al、Y、Ta、HfO等の絶縁膜、またはこれらの化合物を少なくとも二つ以上含む絶縁膜等から構成することができる。
(Gate insulation film)
The gate insulating film 15 is preferably one having high insulating properties, for example, an insulating film such as SiO 2 , SiN x , SiON, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , or the like. It can be composed of an insulating film containing at least two compounds.

ゲート絶縁膜15は、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜すればよい。   The gate insulating film 15 is a material used from a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method or an ion plating method, or a chemical method such as a CVD or plasma CVD method. The film may be formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of

なお、ゲート絶縁膜15はリーク電流の低下および電圧耐性の向上のために十分な厚みを有する必要がある一方、厚みが大きすぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。ゲート絶縁膜15の厚みは、材質にもよるが、10nm〜10μmが好ましく、50nm〜1000nmがより好ましく、100nm〜400nmが特に好ましい。   Note that the gate insulating film 15 needs to have a sufficient thickness in order to reduce leakage current and improve voltage resistance. On the other hand, if the thickness is too large, the driving voltage increases. Although the thickness of the gate insulating film 15 depends on the material, it is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1000 nm, and particularly preferably 100 nm to 400 nm.

(ゲート電極)
ゲート電極16としては、高い導電性を有するものであれば特に制限なく、例えばAl、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等の金属、Al−Nd、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜等を、単層または2層以上の積層構造として用いることができる。
(Gate electrode)
The gate electrode 16 is not particularly limited as long as it has high conductivity. For example, a metal such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag, Al—Nd, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, A metal oxide conductive film such as indium tin oxide (ITO) or zinc indium oxide (IZO) can be used as a single layer or a stacked structure of two or more layers.

ゲート電極16は、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜すればよい。   The gate electrode 16 is a material used from, for example, a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method. The film may be formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of

ゲート電極16を、上記金属により構成する場合、成膜性、エッチングやリフトオフ法によるパターンニング性および導電性等を考慮すると、その厚みは、10nm以上、1000nm以下とすることが好ましく、50nm以上、200nm以下とすることがより好ましい。   When the gate electrode 16 is made of the above metal, the thickness is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less in consideration of film forming properties, patterning properties by etching or lift-off methods, conductivity, and the like, preferably 50 nm or more, More preferably, it is 200 nm or less.

(薄膜トランジスタの製造方法)
図3(A)に示すトップゲート−トップコンタクト型の薄膜トランジスタ1の製造方法について簡単に説明する。基板11を用意し、基板11上に活性層(IGZO膜)12を、第2の領域A、第1の領域Aの順にスパッタ法等の成膜手法により成膜する。次いで活性層12をパターンニングする。パターンニングはフォトリソグラフィーおよびエッチングにより行うことができる。具体的には、残存させる部分にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、または燐酸、硝酸および酢酸の混合液等の酸溶液によりエッチングすることによりパターンを形成する。
(Thin Film Transistor Manufacturing Method)
A method for manufacturing the top gate-top contact type thin film transistor 1 shown in FIG. A substrate 11 is prepared, and an active layer (IGZO film) 12 is formed on the substrate 11 in the order of the second region A 2 and the first region A 1 by a film forming method such as sputtering. The active layer 12 is then patterned. Patterning can be performed by photolithography and etching. Specifically, a resist pattern is formed on the remaining portion by photolithography, and the pattern is formed by etching with an acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, dilute sulfuric acid, or a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid and acetic acid.

次に、活性層12の上にソース・ドレイン電極13、14を形成するための金属膜を形成する。次いで金属膜をエッチングまたはリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ソース電極13およびドレイン電極14を形成する。この際、ソース・ドレイン電極13、14および図示しない、これらの電極に接続する配線を同時にパターンニングすることが好ましい。   Next, a metal film for forming the source / drain electrodes 13 and 14 is formed on the active layer 12. Next, the metal film is patterned into a predetermined shape by etching or a lift-off method to form the source electrode 13 and the drain electrode 14. At this time, it is preferable to pattern the source / drain electrodes 13 and 14 and wiring (not shown) connected to these electrodes simultaneously.

ソース・ドレイン電極13、14および配線を形成した後、ゲート絶縁膜15を形成する。ゲート絶縁膜15はフォトリソグラフィーおよびエッチングによって所定の形状にパターンニング形成される。   After forming the source / drain electrodes 13 and 14 and the wiring, the gate insulating film 15 is formed. The gate insulating film 15 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching.

ゲート絶縁膜15を形成した後、ゲート電極16を形成する。電極膜を成膜後、エッチングまたはリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ゲート電極16を形成する。この際、ゲート電極16およびゲート配線を同時にパターンニングすることが好ましい。   After forming the gate insulating film 15, the gate electrode 16 is formed. After the electrode film is formed, it is patterned into a predetermined shape by etching or a lift-off method to form the gate electrode 16. At this time, it is preferable to pattern the gate electrode 16 and the gate wiring simultaneously.

以上の手順により、図3Aに示す薄膜トランジスタ1を作製することができる。   Through the above procedure, the thin film transistor 1 illustrated in FIG. 3A can be manufactured.

(活性層の成膜工程)
次に、活性層の成膜工程について、より詳細に説明する。活性層12のトータルの膜厚(総膜厚)は10〜200nm程度が好ましく、各領域は大気中に暴露されることなく連続して成膜されることが好ましい。大気中に暴露されることなく連続して成膜されることにより、結果として、より優れたトランジスタ特性を得ることができる。また、成膜工程数を削減できるため、製造コストも低減できる。
(Active layer deposition process)
Next, the process for forming the active layer will be described in more detail. The total film thickness (total film thickness) of the active layer 12 is preferably about 10 to 200 nm, and each region is preferably formed continuously without being exposed to the atmosphere. By continuously forming a film without being exposed to the atmosphere, more excellent transistor characteristics can be obtained as a result. In addition, since the number of film forming steps can be reduced, the manufacturing cost can also be reduced.

ここで、図3(C)(D)に示すようなボトムゲート型の薄膜トランジスタ製造時について説明する。既述のとおり、ボトムゲート型の薄膜トランジスタの製造時には第1の領域A、第2の領域Aの順に成膜する。なお、トップゲート型の薄膜トランジスタの製造時には、活性層は、第2の領域A、第1の領域Aの順に成膜することとなる。 Here, description will be made on manufacturing a bottom gate type thin film transistor as shown in FIGS. As described above, when the bottom-gate thin film transistor is manufactured, the first region A 1 and the second region A 2 are formed in this order. Note that when the top-gate thin film transistor is manufactured, the active layer is formed in the order of the second region A 2 and the first region A 1 .

まず、第1の領域Aを成膜する。ここで、例えば、第1の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.25、Zn/(In+Ga)=0.5であるIGZO膜を膜厚10nmとなるように形成する。 First, the formation of the first region A 1. Here, for example, as the first region A 1, Ga / (In + Ga) = 0.25, is formed to have a Zn / (In + Ga) = IGZO film thickness 10nm is 0.5.

上記のような金属元素の組成比となるように成膜する手法として、スパッタ成膜であればIn、Ga、Zn、またはこれらの酸化物若しくはこれらの複合酸化物のターゲットを組み合わせて用いた共スパッタであってもよいし、あらかじめ、成膜したIGZO膜中の金属元素の組成比が上記となるような複合酸化物ターゲットの単独スパッタであってもよい。成膜中の基板温度は基板に応じて任意に選択してもよいが、フレキシブル基板を用いる場合には基板温度はより室温に近いことが好ましい。   As a method for forming a film so as to have the composition ratio of the metal element as described above, in the case of sputtering film formation, a combination of In, Ga, Zn, or a combination of these oxides or a composite oxide of these is used. Sputtering may be used, or single sputtering of a complex oxide target in which the composition ratio of the metal elements in the IGZO film formed in advance is as described above may be used. The substrate temperature during film formation may be arbitrarily selected according to the substrate, but when a flexible substrate is used, the substrate temperature is preferably closer to room temperature.

第1の領域のキャリア密度を高める場合は、成膜時の成膜室内の酸素分圧を相対的に低くして、膜中の酸素濃度を低くする。例えば成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を0.005とする。逆に電子キャリア密度を低くする場合は、成膜時の成膜室内の酸素分圧を相対的に高くする(例えば成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を0.05とする。)か、成膜中または成膜後に酸素ラジカルを照射するか、オゾン雰囲気中にて該成膜基板表面に紫外線を照射する等により膜中の酸素濃度を高める。   In the case of increasing the carrier density in the first region, the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation is relatively lowered to reduce the oxygen concentration in the film. For example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation is set to 0.005. Conversely, when the electron carrier density is lowered, is the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation relatively high (for example, the oxygen partial pressure during film formation / argon partial pressure is set to 0.05)? The oxygen concentration in the film is increased by irradiating oxygen radicals during or after film formation, or by irradiating ultraviolet rays onto the surface of the film formation substrate in an ozone atmosphere.

次に、第2の領域の成膜を行う。第2の領域の成膜は、第1の領域の成膜後、一旦成膜を停止し、成膜室内の酸素分圧およびターゲットにかける電力を変更した後、成膜を再開する方法であってもよいし、成膜を停止せず成膜室内の酸素分圧およびターゲットにかける電力を速やかにまたは緩やかに変更する方法であってもよい。また、ターゲットは第1の領域成膜時に用いたターゲットをそのまま用い、投入電力を変化させる手法であってもよいし、第1の領域から第2領域に成膜を切り替える際に、第1の領域成膜に用いたターゲットへの電力投入を停止し、異なるターゲットに電力印加を行う手法であってもよいし、第1の領域の成膜に用いたターゲットに加えて、更に複数のターゲットに追加で電力印加を行う手法であってもよい。   Next, the second region is formed. The film formation in the second region is a method in which the film formation is temporarily stopped after the film formation in the first region, the oxygen partial pressure in the film formation chamber and the power applied to the target are changed, and then the film formation is restarted. Alternatively, the oxygen partial pressure in the deposition chamber and the power applied to the target may be changed quickly or slowly without stopping the deposition. Further, the target may be a method in which the target used at the time of film formation in the first region is used as it is and the input power is changed, and when the film formation is switched from the first region to the second region, the first A method may be used in which power supply to the target used for the region deposition is stopped and power is applied to a different target. In addition to the target used for the deposition of the first region, a plurality of targets may be added. A method of additionally applying power may be used.

ここで、第2の領域として、例えば金属元素の組成比がGa/(In+Ga)=0.75、Zn/(In+Ga)=0.5であるIGZO膜を膜厚30nmとなるように形成する。   Here, as the second region, for example, an IGZO film having a metal element composition ratio of Ga / (In + Ga) = 0.75 and Zn / (In + Ga) = 0.5 is formed to a thickness of 30 nm.

成膜中の基板温度は基板に応じて任意に選択してもよいが、フレキシブル基板を用いる場合には基板温度はより室温に近いことが好ましい。   The substrate temperature during film formation may be arbitrarily selected according to the substrate, but when a flexible substrate is used, the substrate temperature is preferably closer to room temperature.

第2の領域のキャリア密度を高める場合は、成膜時の成膜室内の酸素分圧を相対的に低くして、膜中の酸素濃度を低くする。例えば成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を0.005とする。逆に電子キャリア密度を低くする場合は、成膜時の成膜室内の酸素分圧を相対的に高くする(例えば成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を0.05とする。)か、成膜中または成膜後に酸素ラジカルを照射するか、オゾン雰囲気中にて該成膜基板表面に紫外線を照射する等により膜中の酸素濃度を高める。本発明の実施形態においては、第2の領域の酸素濃度より、第1の領域の酸素濃度の方が高い方がより好ましい。   In order to increase the carrier density in the second region, the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation is relatively lowered to reduce the oxygen concentration in the film. For example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation is set to 0.005. Conversely, when the electron carrier density is lowered, is the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation relatively high (for example, the oxygen partial pressure during film formation / argon partial pressure is set to 0.05)? The oxygen concentration in the film is increased by irradiating oxygen radicals during or after film formation, or by irradiating ultraviolet rays onto the surface of the film formation substrate in an ozone atmosphere. In the embodiment of the present invention, it is more preferable that the oxygen concentration in the first region is higher than the oxygen concentration in the second region.

なお、酸素ラジカルの照射またはオゾン雰囲気中での紫外線照射により膜中の酸素濃度を高める際には、第1の領域および第2の領域の成膜中および成膜後の両方で行ってもよく、第2の領域成膜後のみに行ってもよい。また、酸素ラジカル照射時の基板温度は基板に応じて任意に選択してもよいが、フレキシブル基板を用いる場合には基板温度はより室
温に近いことが好ましい。
Note that when the oxygen concentration in the film is increased by oxygen radical irradiation or ultraviolet irradiation in an ozone atmosphere, it may be performed both during and after the formation of the first region and the second region. Alternatively, it may be performed only after the second region is formed. The substrate temperature at the time of oxygen radical irradiation may be arbitrarily selected according to the substrate, but when a flexible substrate is used, the substrate temperature is preferably closer to room temperature.

さらに、酸化物半導体層形成後にアニール処理を施してもよい。アニールの際の雰囲気は膜に応じて任意に選択することが可能であり、アニール温度は基板に応じて任意に選択してもよいが、フレキシブル基板を用いる場合にはより低温(例えば200℃以下)でアニールすることが好ましい。一方、高い耐熱性を有する基板を用いる場合には、500℃近い高温でアニール処理を施してもよい。   Further, annealing may be performed after the oxide semiconductor layer is formed. The annealing atmosphere can be arbitrarily selected according to the film, and the annealing temperature may be arbitrarily selected according to the substrate. However, when a flexible substrate is used, the annealing temperature is lower (for example, 200 ° C. or lower). ) Is preferably annealed. On the other hand, when a substrate having high heat resistance is used, annealing may be performed at a high temperature close to 500 ° C.

なお、図4は、Ga/(In+Ga)=0.75のIGZO膜とGa/(In+Ga)=0.25のIGZO膜を5層積層した積層膜の断面STEM像であり、同図(A)は、積層直後(アニール処理前)、同図(B)はアニール温度250℃で処理したもの、同図(C)はアニール温度が500℃で処理したものを示す。図4から、500℃でアニール処理されても積層構造を維持していることが確認できる。   FIG. 4 is a cross-sectional STEM image of a laminated film in which five layers of an IGZO film with Ga / (In + Ga) = 0.75 and an IGZO film with Ga / (In + Ga) = 0.25 are laminated. FIG. 4B shows the result of treatment at an annealing temperature of 250 ° C. immediately after lamination (before annealing treatment), and FIG. From FIG. 4, it can be confirmed that the laminated structure is maintained even if the annealing process is performed at 500 ° C.

なお、本発明者らは、IGZO層について、電子親和力をカチオンの組成比および/または酸素濃度により変化させることができること、および井戸型ポテンシャル構造とすることにより、エネルギーギャップが小さいIGZO層を井戸層として用いることが可能であることを以下の実験を行い確認した。   Note that the inventors of the present invention have made it possible to change the electron affinity of the IGZO layer according to the composition ratio of the cation and / or the oxygen concentration, and to make the IGZO layer having a small energy gap a well layer by adopting a well-type potential structure. It was confirmed by performing the following experiment that it can be used as

電子親和力χは前述したとおりイオン化ポテンシャルIとバンドギャップエネルギーEgの差で決定される。バンドギャップエネルギーEgは、光の反射率および透過率測定を行い、Taucプロットを用いて算出することができる。ここでバンドギャップエネルギーEgは直接遷移の値を指す事とする。また、イオン化ポテンシャルIは、光電子分光測定から求めることができる。   As described above, the electron affinity χ is determined by the difference between the ionization potential I and the band gap energy Eg. The band gap energy Eg can be calculated using a Tauc plot by measuring the reflectance and transmittance of light. Here, the band gap energy Eg indicates a direct transition value. The ionization potential I can be obtained from photoelectron spectroscopy measurement.

(電子親和力χのカチオン組成比依存)
カチオン組成比が異なるサンプル1〜5を作製し、上記各測定を行って電子親和力χのカチオン組成比に対する依存性を調べた。
(Dependence of electron affinity χ on cation composition ratio)
Samples 1 to 5 having different cation composition ratios were prepared, and the above measurements were performed to examine the dependence of the electron affinity χ on the cation composition ratio.

まず、IGZO膜を測定対象とし、カチオン組成比の異なるIGZO膜サンプル1〜5を作製した。サンプル1〜5は、カチオン組成比として、Ga/(In+Ga)が異なるIGZO膜をそれぞれ基板上に成膜したものである。いずれのサンプルも基板として合成石英ガラス基板(コバレントマテリアル社製、品番T-4040)を用いた。   First, IGZO film samples 1 to 5 having different cation composition ratios were prepared using an IGZO film as a measurement target. In samples 1 to 5, IGZO films having different cation composition ratios of Ga / (In + Ga) are formed on the substrates, respectively. In each sample, a synthetic quartz glass substrate (manufactured by Covalent Materials, product number T-4040) was used as the substrate.

サンプル1は、基板上に、Ga/(In+Ga)=0、Zn/(In+Ga)=0.5のIGZO膜を100nm厚となるように成膜させたものである。成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0.01とし、In23ターゲット、Ga23ターゲットおよびZnOターゲットを用いた共スパッタ(co-sputter)にて行った。なお、成膜時の基板温度は室
温とし、成膜時の成膜室内圧力は排気バルブの開度を自動制御することで常に4.4×10-1Paを保った。
Sample 1 is obtained by forming an IGZO film of Ga / (In + Ga) = 0 and Zn / (In + Ga) = 0.5 on a substrate so as to have a thickness of 100 nm. The oxygen partial pressure at the time of film formation / argon partial pressure was set to 0.01, and co-sputtering using an In 2 O 3 target, a Ga 2 O 3 target, and a ZnO target was performed. The substrate temperature in film formation was set to room temperature, the deposition chamber pressure during the deposition was maintained at all times 4.4 × 10 -1 Pa by automatically controlling the opening of the exhaust valve.

サンプル2〜5は、Ga/(In+Ga)の値が異なる点を除き、サンプル1と同様の作製手順で作製した。サンプル2は、Ga/(In+Ga)=0.25、サンプル3は、Ga/(In+Ga)=0.5、サンプル4は、Ga/(In+Ga)=0.75、サンプル5は、Ga/(In+Ga)=1とした。   Samples 2 to 5 were produced by the same production procedure as Sample 1 except that the value of Ga / (In + Ga) was different. Sample 2 is Ga / (In + Ga) = 0.25, Sample 3 is Ga / (In + Ga) = 0.5, Sample 4 is Ga / (In + Ga) = 0.75, Sample 5 is Ga / (In + Ga) ) = 1.

なお、各サンプル1〜5におけるGa/(In+Ga)およびZn/(In+Ga)の制御はIn23、Ga23、ZnOの各ターゲットに投入する電力値を調整することにより行った。 The control of the Ga / in each sample 1~5 (In + Ga) and Zn / (In + Ga) was performed by adjusting the power value to be put into In 2 O 3, Ga 2 O 3, ZnO each target.

各サンプル1〜5について、反射率および透過率測定を行った結果から得た、Taucプロットを図5に示す。Ga/(In+Ga)が大きくなればなるほどバンドギャップエネルギーも大きくなっていることがわかる。   FIG. 5 shows Tauc plots obtained from the results of the reflectance and transmittance measurements for each of Samples 1 to 5. It can be seen that the band gap energy increases as Ga / (In + Ga) increases.

図6は、図5に示すTaucプロットから導き出した各サンプルのバンドギャップエネルギーを示すものである。この結果からGa/(In+Ga)を0から1へと大きくするとバンドギャップエネルギーが1.2〜1.3eV程度大きくなることが明らかになった。   FIG. 6 shows the band gap energy of each sample derived from the Tauc plot shown in FIG. From this result, it was clarified that when Ga / (In + Ga) is increased from 0 to 1, the band gap energy is increased by about 1.2 to 1.3 eV.

図7は、各サンプル1〜5についての光電子分光測定による励起光エネルギーと規格化光電子収率を示す。図7のグラフにおいて、それぞれ曲線の立ち上がりの励起光エネルギー、すなわち光電子放出を始めるエネルギー値がイオン化ポテンシャルを意味するものとなる。   FIG. 7 shows the excitation light energy and the normalized photoelectron yield by photoelectron spectroscopy measurement for each sample 1-5. In the graph of FIG. 7, the excitation light energy at the rising edge of each curve, that is, the energy value at which photoelectron emission starts is the ionization potential.

図8は、図7のグラフから求めた各サンプル1〜5のイオン化ポテンシャルを示すグラフである。図8からGa/(In+Ga)が0.5付近でイオン化ポテンシャルが最大値をとり、そこから離れるにしたがってイオン化ポテンシャルは小さくなっていることが明らかである。   FIG. 8 is a graph showing the ionization potential of each sample 1 to 5 obtained from the graph of FIG. From FIG. 8, it is clear that the ionization potential takes the maximum value when Ga / (In + Ga) is around 0.5, and the ionization potential decreases as the distance from it becomes far.

先に求めたバンドギャップエネルギーEgとイオン化ポテンシャルIの差から各サンプル1〜5の電子親和力χを求めた。次に示す表2は、各サンプルの組成比、酸素分圧/アルゴン分圧、エネルギーギャップEg、イオン化ポテンシャルIおよび電子親和力χを一覧にしたものである。
The electron affinity χ of each sample 1 to 5 was determined from the difference between the previously obtained band gap energy Eg and the ionization potential I. Table 2 shown below lists the composition ratio, oxygen partial pressure / argon partial pressure, energy gap Eg, ionization potential I, and electron affinity χ of each sample.

図9は、上記結果から得られた電子親和力のGa/(In+Ga)依存性を示すものである。電子親和力χは、Ga/(In+Ga)が0.25付近で最大値をとり、そこから離れるにしたがって小さくなることがわかり、Ga/(In+Ga)を0.25から1へと大きくすると電子親和力が1.2〜1.3eV程度小さくなることが分かった。   FIG. 9 shows the Ga / (In + Ga) dependence of the electron affinity obtained from the above results. It can be seen that the electron affinity χ has a maximum value when Ga / (In + Ga) is around 0.25, and decreases with increasing distance from it, and when Ga / (In + Ga) is increased from 0.25 to 1, the electron affinity is increased. It was found to be about 1.2 to 1.3 eV smaller.

以上のように、Ga/In+Gaを変化させることにより電子親和力を変化させることができることが明確になった。従って、IGZOからなる酸化物半導体層において、例えば、領域A、Aの酸素濃度変調を行わなかった場合に、領域AのGa/(In+Ga)を0.25とし、領域AのGa/In+Gaを0.75とすることにより、領域A、Aのポテンシャル差0.48eVの井戸型構造とすることができることがわかる。 As described above, it has become clear that the electron affinity can be changed by changing Ga / In + Ga. Therefore, in the oxide semiconductor layer made of IGZO, for example, when oxygen concentration modulation of the regions A 1 and A 2 is not performed, Ga / (In + Ga) in the region A 1 is set to 0.25, and Ga in the region A 2 is set. It can be seen that by setting / In + Ga to 0.75, a well structure having a potential difference of 0.48 eV between the regions A 1 and A 2 can be obtained.

(電子親和力χの酸素濃度依存)
酸素濃度が異なるサンプル6〜9を作製し、同様の測定を行った電子親和力χの酸素濃度に対する依存性を調べた。
(Dependence of electron affinity χ on oxygen concentration)
Samples 6 to 9 having different oxygen concentrations were prepared, and the dependence of the electron affinity χ, which was measured in the same manner, on the oxygen concentration was examined.

サンプル6〜9は、上記と同様にIGZO膜を測定対象とし、同様の作製手順および同様の基板上に成膜して得た。サンプル6は、Ga/(In+Ga)=0.75、Zn/(In+Ga)=0.5であり、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0とした。サンプル7は、サンプル6において、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0.01とした。サンプル8は、Ga/(In+Ga)=0.25、Zn/(In+Ga)=0.5であり、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0とした。サンプル9は、サンプル8において、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0.01とした。作製サンプル6から9の組成比、酸素分圧/アルゴン分圧、および後述するエネルギーギャップ等を表3に示す。
Samples 6 to 9 were obtained by forming an IGZO film as a measurement object in the same manner as described above, and forming the film on a similar substrate and a similar substrate. In Sample 6, Ga / (In + Ga) = 0.75, Zn / (In + Ga) = 0.5, and oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation = 0. Sample 7 was the same as Sample 6 except that the oxygen partial pressure at the time of film formation / argon partial pressure was 0.01. In sample 8, Ga / (In + Ga) = 0.25, Zn / (In + Ga) = 0.5, and oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation = 0. Sample 9 is the same as sample 8, but the oxygen partial pressure at the time of film formation / argon partial pressure was set to 0.01. Table 3 shows the composition ratio, oxygen partial pressure / argon partial pressure, energy gap described later, and the like of the manufactured samples 6 to 9.

各サンプル6〜9について、反射率および透過率測定を行った結果のTaucプロットを図10(A)および(B)に示す。図10(A)はGa/(In+Ga)が0.75のサンプル6および7について、図10(B)はGa/(In+Ga)が0.25のサンプル8、9についてのTaucプロットである。いずれの場合も、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を変えても、バンドギャップエネルギーEgは大きく変化していないことがわかった。   FIGS. 10A and 10B show Tauc plots of the results of measuring reflectance and transmittance for each sample 6-9. FIG. 10A is a Tauc plot for samples 6 and 7 with Ga / (In + Ga) of 0.75, and FIG. 10B is a Tauc plot for samples 8 and 9 with Ga / (In + Ga) of 0.25. In any case, it was found that the band gap energy Eg did not change greatly even when the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation was changed.

図11は、図10(A)および図10(B)に示すTaucプロットから導き出した各サンプルのバンドギャップエネルギーを酸素分圧/アルゴン分圧を横軸にプロットしたものである。この結果から、酸素分圧/アルゴン分圧を変化させてもバンドギャップエネルギーの変化はほとんどないことが明らかになった。   FIG. 11 is a graph in which the band gap energy of each sample derived from the Tauc plot shown in FIGS. 10A and 10B is plotted with the oxygen partial pressure / argon partial pressure on the horizontal axis. From this result, it was clarified that the band gap energy hardly changed even when the oxygen partial pressure / argon partial pressure was changed.

図12(A)はサンプル6、7について、図12(B)はサンプル8、9についての光電子分光測定による励起光エネルギーと規格化光電子収率を示し、図13は、図12(A)および図12(B)のグラフから求めた各サンプルのイオン化ポテンシャルを示すものである。図13に示す結果から、Ga/(In+Ga)の値が異なる場合であっても成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧が大きくなるにつれてイオン化ポテンシャルが大きくなっていることがわかった。   12A shows the excitation light energy and the normalized photoelectron yield of the samples 6 and 7, and FIG. 12B shows the photoelectron spectroscopy measurement of the samples 8 and 9. FIG. 13 shows the results of FIG. It shows the ionization potential of each sample obtained from the graph of FIG. From the results shown in FIG. 13, it was found that the ionization potential increased as the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation increased even when the value of Ga / (In + Ga) was different.

先に求めたバンドギャップエネルギーEgとイオン化ポテンシャルIとの差から各サンプル6〜9の電子親和力χを求めた(表3参照)。   The electron affinity χ of each sample 6 to 9 was determined from the difference between the previously obtained band gap energy Eg and ionization potential I (see Table 3).

図14は、上記結果から得られた、電子親和力の、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧依存性を示すものである。電子親和力χは、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧が大きくなるほど大きくなることが明らかになった。成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を0から0.01へと大きくするとGa/(In+Ga)の値が0.75、0.25いずれの場合にも電子親和力が0.2eV程度大きくなることが分かった。   FIG. 14 shows the dependence of electron affinity on oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation, obtained from the above results. It has been clarified that the electron affinity χ increases as the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation increases. When the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation is increased from 0 to 0.01, the electron affinity increases by about 0.2 eV in both cases where the value of Ga / (In + Ga) is 0.75 or 0.25. I understood that.

以上のように、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を変化させることにより、電子親和力を変化させることができること、より詳細には、酸素分圧/アルゴン分圧を大きくすることにより電子親和力を大きくすることができることが明確になった。   As described above, the electron affinity can be changed by changing the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation. More specifically, the electron affinity can be changed by increasing the oxygen partial pressure / argon partial pressure. It became clear that can be increased.

従って、IGZOからなる酸化物半導体層において、例えば、領域A、領域Aのb/(a+b)を変調することによって付与された電子親和力差に加え、領域A成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を、領域A成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧よりも大きくすることにより、より大きな電子親和力差を得ることが出来る。 Therefore, in the oxide semiconductor layer made of IGZO, for example, in addition to the electron affinity difference given by modulating b / (a + b) of the region A 1 and the region A 2 , the oxygen partial pressure during the formation of the region A 1 / argon partial pressure, by larger than the oxygen partial pressure / argon partial pressure in region a 2 deposition, it is possible to obtain a larger electron affinity difference.

なお、一般に成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧が大きい場合は膜中の酸素濃度が高く、逆に成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧が小さい場合は酸素濃度が低くなるので、上記結果は膜中の酸素濃度が高くなるにつれて電子親和力が大きくなることを意味する。   In general, when the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation is large, the oxygen concentration in the film is high. Conversely, when the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation is small, the oxygen concentration is low. The above results mean that the electron affinity increases as the oxygen concentration in the film increases.

本実験においては、膜内の酸素濃度を高める手法として、成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧を大きくするという方法を採用したが、その他、成膜面に酸素ラジカルを照射させる、オゾン雰囲気中で成膜面に紫外線を照射する等の方法を採っても同様に膜内の酸素濃度を高めることができる。   In this experiment, a method of increasing the oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation was adopted as a method for increasing the oxygen concentration in the film, but in addition, an ozone atmosphere in which oxygen radicals are irradiated on the film formation surface. Even if a method such as irradiating the film formation surface with ultraviolet rays is employed, the oxygen concentration in the film can be similarly increased.

上述したGa/(In+Ga)の変調と膜中酸素濃度の変調は同時に適用することが可能であり、例えば、第1の領域Aを、Ga/(In+Ga)=0.25の組成比、かつ膜中酸素濃度が高い(成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0.01)IGZO膜(表3におけるサンプル9)とし、第2の領域Aを、Ga/(In+Ga)=0.75付近の組成比、かつ膜中酸素濃度が低い(成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧=0)IGZO膜(表3におけるサンプル6)で挟み込んだ構造にすることによって、組成比のみ、あるいは酸素濃度のみを変調した場合よりも深い井戸型障壁構造(電子親和力差Δχ=0.65)を得ることができる。 Modulation of modulation and film oxygen concentration of the above-mentioned Ga / (In + Ga) is applicable at the same time, for example, a first region A 1, Ga / (In + Ga) = 0.25 compositional ratio, and and the oxygen concentration in the film high (oxygen partial pressure / argon partial pressure during film formation = 0.01) IGZO film (sample 9 in Table 3), the second region a 2, Ga / (in + Ga) = 0. By using a structure sandwiched between IGZO films (sample 6 in Table 3) with a composition ratio of around 75 and a low oxygen concentration in the film (oxygen partial pressure at the time of film formation / argon partial pressure = 0), Alternatively, a well-type barrier structure (electron affinity difference Δχ = 0.65) deeper than that obtained when only the oxygen concentration is modulated can be obtained.

ここで、IGZO膜におけるキャリア濃度、移動度について行った実験について説明する。キャリア濃度および移動度は、ホール効果および比抵抗の測定により求めることができる。   Here, experiments conducted on carrier concentration and mobility in the IGZO film will be described. The carrier concentration and mobility can be obtained by measuring the Hall effect and specific resistance.

図15(A)〜(C)は、酸素分圧/アルゴン分圧を変化させて作製したIGZO膜中の比抵抗、キャリア密度、移動度のGa/(In+Ga)依存性をそれぞれ示すものである。図15中において、●は酸素分圧/アルゴン分圧が0.01、■は酸素分圧/アルゴン分圧が0.005、▲は酸素分圧/アルゴン分圧が0のサンプルについてのデータである。   FIGS. 15A to 15C show the Ga / (In + Ga) dependence of the specific resistance, carrier density, and mobility in the IGZO film produced by changing the oxygen partial pressure / argon partial pressure. . In FIG. 15, ● represents the oxygen partial pressure / argon partial pressure of 0.01, ■ represents the oxygen partial pressure / argon partial pressure of 0.005, and ▲ represents the data for the oxygen partial pressure / argon partial pressure of 0. is there.

測定に供されたサンプルは、上記と同様の方法で作製したものである。ホール効果および比抵抗の測定にはホール測定装置(東陽テクニカ製、ホール効果・比抵抗測定装置Resitest 8300)を用いた。   The sample used for the measurement was prepared by the same method as described above. A Hall measuring device (manufactured by Toyo Technica, Hall effect / specific resistance measuring device Resett 8300) was used for measuring the Hall effect and the specific resistance.

図15(B)からGa/(In+Ga)または酸素分圧/アルゴン分圧を変化させることによってキャリア密度を独立に制御できることがわかる。例えばGa/(In+Ga)を一定にし、酸素分圧/アルゴン分圧のみを変化させることで、膜のバンドギャップを変化させずに膜中のキャリア濃度のみを任意に調整することができる。但し、酸素分圧/アルゴン分圧が0であるとき、Ga/(In+Ga)を変化させることにより、キャリア濃度は任意に制御できるが、図15(C)に示すように移動度は低い状態のままとなっていることがわかる。この結果から、単に酸素欠損量を増やしてキャリア濃度を増やすだけでは求めるような移動度の向上は得られないことがわかった。   FIG. 15B shows that the carrier density can be independently controlled by changing Ga / (In + Ga) or oxygen partial pressure / argon partial pressure. For example, by making Ga / (In + Ga) constant and changing only the oxygen partial pressure / argon partial pressure, only the carrier concentration in the film can be arbitrarily adjusted without changing the band gap of the film. However, when the oxygen partial pressure / argon partial pressure is 0, the carrier concentration can be arbitrarily controlled by changing Ga / (In + Ga), but the mobility is low as shown in FIG. You can see that it remains. From this result, it was found that the mobility improvement that is obtained by simply increasing the amount of oxygen deficiency and increasing the carrier concentration cannot be obtained.

次に、IGZOの単層膜と積層構造とのキャリア濃度、移動度を比較した結果について説明する。   Next, a result of comparison of carrier concentration and mobility between the IGZO single layer film and the laminated structure will be described.

積層構造として、基板上に、サンプル7の組成比(0.25)−酸素分圧/アルゴン分圧(0.01)のIGZO膜を10nm成膜した後、連続してサンプル6の組成比(0.75)−酸素分圧/アルゴン分圧(0)を50nm成膜した、ホール素子を作製した。   As a laminated structure, an IGZO film having a composition ratio of sample 7 (0.25) −oxygen partial pressure / argon partial pressure (0.01) of 10 nm was formed on the substrate, and then the composition ratio of sample 6 ( A Hall element having a film thickness of 0.75) -oxygen partial pressure / argon partial pressure (0) of 50 nm was produced.

単膜として、それぞれサンプル7(IGZO-0.25-0.01)、サンプル6(IGZO-0.75-0)のそれぞれの単膜のホール素子を用意した。   As single films, single film Hall elements of Sample 7 (IGZO-0.25-0.01) and Sample 6 (IGZO-0.75-0) were prepared.

各領域の単膜のキャリア濃度と比較して、あるいは単膜を積層した場合の単純平均から予想されるキャリア濃度値と比較して、積層構造はキャリア密度が増大し、移動度が増大した。これは井戸型ポテンシャルが形成され、井戸層に電子が移動したことを意味する。   Compared with the carrier concentration of a single film in each region, or compared with a carrier concentration value expected from a simple average when single films are laminated, the laminated structure has increased carrier density and mobility. This means that a well-type potential has been formed and electrons have moved to the well layer.

以上において説明した本発明の薄膜トランジスタの用途は特に限定されるものではないが、例えば電気光学装置としての表示装置(例えば液晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)表示装置、無機EL表示装置等)における駆動素子として好適である。   Although the use of the thin film transistor of the present invention described above is not particularly limited, for example, in a display device (for example, a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, an inorganic EL display device, etc.) as an electro-optical device. It is suitable as a drive element.

さらに、本発明の電子素子は、樹脂基板を用いた低温プロセスで作製可能なフレキシブルディスプレイ等のデバイス、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等のイメージセンサー、X線センサー等の各種センサー、MEMS(Micro Electro Mechanical System)等、種々の電子デバイスにおける駆動素子(駆動回路)として、好適に用いられるものである。   Furthermore, the electronic device of the present invention is a device such as a flexible display that can be manufactured by a low-temperature process using a resin substrate, an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), an X-ray sensor, or the like. It is suitably used as a drive element (drive circuit) in various electronic devices such as various sensors and MEMS (Micro Electro Mechanical System).

本発明の薄膜トランジスタを用いた本発明の表示装置およびセンサーは、いずれも低い消費電力により良好な特性を示す。なお、ここで言う「特性」とは、表示装置の場合には表示特性、センサーの場合には感度特性である。   Both the display device and the sensor of the present invention using the thin film transistor of the present invention exhibit good characteristics due to low power consumption. The “characteristic” referred to here is a display characteristic in the case of a display device, and a sensitivity characteristic in the case of a sensor.

<液晶表示装置>
図16に、本発明の電気光学装置の一実施形態の液晶表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図17にその電気配線の概略構成図を示す。
<Liquid crystal display device>
FIG. 16 is a schematic sectional view of a part of a liquid crystal display device according to an embodiment of the electro-optical device of the present invention, and FIG. 17 is a schematic configuration diagram of the electric wiring.

図16に示すように、本実施形態の液晶表示装置5は、図3Aに示したトップゲート型の薄膜トランジスタ1と、トランジスタ1のパッシベーション層54で保護されたゲート電極16上に画素下部電極55およびその対向上部電極56で挟まれた液晶層57と、各画素に対応させて異なる色を発色させるためのRGBカラーフィルタ58とを備え、TFT10の基板11側およびカラーフィルタ58上にそれぞれ偏光板59a、59bを備えた構成である。   As shown in FIG. 16, the liquid crystal display device 5 of this embodiment includes a top gate type thin film transistor 1 shown in FIG. 3A, a pixel lower electrode 55 on the gate electrode 16 protected by the passivation layer 54 of the transistor 1, and A liquid crystal layer 57 sandwiched between the opposing upper electrodes 56 and an RGB color filter 58 for developing different colors corresponding to each pixel are provided, and polarizing plates 59a are provided on the substrate 11 side of the TFT 10 and on the color filter 58, respectively. , 59b.

また、図17に示すように、本実施形態の液晶表示装置5は、互いに平行な複数のゲート配線51と、該ゲート配線51と交差する、互いに平行なデータ配線52とを備えている。ここでゲート配線51とデータ配線52は電気的に絶縁されている。ゲート配線51とデータ配線52との交差部付近に、薄膜トランジスタ1が備えられている。   In addition, as shown in FIG. 17, the liquid crystal display device 5 of this embodiment includes a plurality of gate lines 51 that are parallel to each other and data lines 52 that are parallel to each other and intersect the gate lines 51. Here, the gate wiring 51 and the data wiring 52 are electrically insulated. The thin film transistor 1 is provided in the vicinity of the intersection between the gate line 51 and the data line 52.

薄膜トランジスタ1のゲート電極16は、ゲート配線51に接続されており、薄膜トランジスタ1のソース電極13はデータ配線52に接続されている。また、薄膜トランジスタ1のドレイン電極14はゲート絶縁膜15に設けられたコンタクトホール19を介して(コンタクトホール19に導電体が埋め込まれて)画素下部電極55に接続されている。この画素下部電極55は、接地された対向電極56とともにコンデンサ53を構成している。   The gate electrode 16 of the thin film transistor 1 is connected to the gate wiring 51, and the source electrode 13 of the thin film transistor 1 is connected to the data wiring 52. The drain electrode 14 of the thin film transistor 1 is connected to the pixel lower electrode 55 through a contact hole 19 provided in the gate insulating film 15 (a conductor is embedded in the contact hole 19). The pixel lower electrode 55 and the grounded counter electrode 56 constitute a capacitor 53.

図16に示した本実施形態の液晶装置においては、トップゲート型の薄膜トランジスタを備えるものとしたが、本発明の表示装置である液晶装置において用いられる薄膜トランジスタはトップゲート型に限定されることなく、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。   In the liquid crystal device of this embodiment shown in FIG. 16, the top gate type thin film transistor is provided. However, the thin film transistor used in the liquid crystal device which is the display device of the present invention is not limited to the top gate type, A bottom-gate thin film transistor may be used.

本発明の薄膜トランジスタは高い移動度を有するため、液晶表示装置において高精細、高速応答、高コントラスト等の高品位表示が可能となり、大画面化にも適している。また、活性層のIGZOが非晶質である場合には素子特性のバラツキを抑えることができ、大画面でムラのない優れた表示品位が実現される。しかも特性シフトが少ないため、ゲート電圧を低減でき、ひいては表示装置の消費電力を低減できる。また、本発明によると、半導体層として低温(例えば200℃以下)での成膜が可能な非晶質IGZO膜を用いて薄膜トランジスタを作製することができるため、基板としては樹脂基板(プラスチック基板)を用いることができる。従って、本発明によれば、表示品質に優れフレキシブルな液晶表示装置を提供することができる。   Since the thin film transistor of the present invention has high mobility, high-definition display such as high definition, high-speed response, and high contrast is possible in a liquid crystal display device, which is suitable for a large screen. In addition, when the active layer IGZO is amorphous, variations in device characteristics can be suppressed, and an excellent display quality with a large screen and no unevenness can be realized. In addition, since the characteristic shift is small, the gate voltage can be reduced, and thus the power consumption of the display device can be reduced. In addition, according to the present invention, a thin film transistor can be manufactured using an amorphous IGZO film that can be formed at a low temperature (for example, 200 ° C. or lower) as a semiconductor layer. Therefore, a resin substrate (plastic substrate) is used as a substrate. Can be used. Therefore, according to the present invention, a flexible liquid crystal display device excellent in display quality can be provided.

<有機EL表示装置>
図18に、本発明の電気光学装置の一実施形態のアクティブマトリックス方式の有機EL表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図19に電気配線の概略構成図を示す。
<Organic EL display device>
FIG. 18 is a schematic sectional view of a part of an active matrix organic EL display device according to an embodiment of the electro-optical device of the present invention, and FIG. 19 is a schematic configuration diagram of electrical wiring.

有機EL表示装置の駆動方式には、単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式の2種類がある。単純マトリックス方式は低コストで作製できるメリットがあるが、走査線を1本ずつ選択して画素を発光させることから、走査線数と走査線あたりの発光時間は反比例する。そのため高精細化、大画面化が困難となっている。アクティブマトリック
ス方式は画素ごとにトランジスタやキャパシタを形成するため製造コストが高くなるが、単純マトリックス方式のように走査線数を増やせないという問題はないため高精細化、大画面化に適している。
There are two types of driving methods for organic EL display devices: a simple matrix method and an active matrix method. The simple matrix method has an advantage that it can be manufactured at low cost. However, since the pixels are emitted by selecting one scanning line at a time, the number of scanning lines and the light emission time per scanning line are inversely proportional. Therefore, it is difficult to increase the definition and increase the screen size. The active matrix method has a high manufacturing cost because a transistor and a capacitor are formed for each pixel. However, since there is no problem that the number of scanning lines cannot be increased unlike the simple matrix method, it is suitable for high definition and large screen.

本実施形態のアクティブマトリックス方式の有機EL表示装置6は、図3Aに示したトップゲート型の薄膜トランジスタ1が、パッシベーション層61aを備えた基板60上に、駆動用1aおよびスイッチング用1bとして備えられ、該トランジスタ1aおよび1b上に下部電極62および上部電極63に挟まれた有機発光層64からなる有機発光素子65を備え、上面もパッシベーション層61bにより保護された構成となっている。   In the active matrix type organic EL display device 6 of the present embodiment, the top gate type thin film transistor 1 shown in FIG. 3A is provided as a driving 1a and a switching 1b on a substrate 60 provided with a passivation layer 61a. An organic light emitting element 65 including an organic light emitting layer 64 sandwiched between the lower electrode 62 and the upper electrode 63 is provided on the transistors 1a and 1b, and the upper surface is also protected by the passivation layer 61b.

また、図19に示すように、本実施形態の有機EL表示装置7は、互いに平行な複数のゲート配線66と、該ゲート配線66と交差する、互いに平行なデータ配線67および駆動配線68とを備えている。ここでゲート配線66とデータ配線67、駆動配線68とは電気的に絶縁されている。スイッチング用薄膜トランジスタ1bのゲート電極16aは、ゲート配線66に接続されており、スイッチング用薄膜トランジスタ1bのソース電極13bはデータ配線67に接続されている。また、スイッチング用薄膜トランジスタ1bのドレイン電極14bは駆動用薄膜トランジスタ1aのゲート電極16aに接続されるとともに、コンデンサ69を用いることで駆動用薄膜トランジスタ1aをオン状態に保つ。駆動用薄膜トランジスタ1aのソース電極13aは駆動配線68に接続され、ドレイン電極14aは有機EL発光素子65に接続される。   Further, as shown in FIG. 19, the organic EL display device 7 of the present embodiment includes a plurality of gate lines 66 parallel to each other, and data lines 67 and drive lines 68 that intersect the gate lines 66 and are parallel to each other. I have. Here, the gate wiring 66, the data wiring 67, and the driving wiring 68 are electrically insulated. The gate electrode 16 a of the switching thin film transistor 1 b is connected to the gate wiring 66, and the source electrode 13 b of the switching thin film transistor 1 b is connected to the data wiring 67. The drain electrode 14b of the switching thin film transistor 1b is connected to the gate electrode 16a of the driving thin film transistor 1a, and the driving thin film transistor 1a is kept on by using the capacitor 69. The source electrode 13 a of the driving thin film transistor 1 a is connected to the driving wiring 68, and the drain electrode 14 a is connected to the organic EL light emitting element 65.

図18に示した本実施形態の有機EL装置においては、トップゲート型の薄膜トランジスタ1aおよび1bを備えるものとしたが、本発明の表示装置である有機EL装置において用いられる薄膜トランジスタは、トップゲート型に限定されることなく、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。   The organic EL device of this embodiment shown in FIG. 18 includes the top gate type thin film transistors 1a and 1b. However, the thin film transistor used in the organic EL device which is the display device of the present invention is a top gate type. Without limitation, a bottom-gate thin film transistor may be used.

本発明の薄膜トランジスタは高い移動度を有するため、低消費電力で且つ高品位な表示が可能となる。また、本発明によると、半導体層として低温(例えば200℃以下)での成膜が可能な非晶質IGZO膜を用いて薄膜トランジスタを作製することができるため、基板として樹脂基板(プラスチック基板)を用いることができる。従って、本発明によれば、表示品質に優れフレキシブルな有機EL表示装置を提供することができる。   Since the thin film transistor of the present invention has high mobility, display with low power consumption and high quality is possible. In addition, according to the present invention, a thin film transistor can be manufactured using an amorphous IGZO film that can be formed at a low temperature (for example, 200 ° C. or lower) as a semiconductor layer. Therefore, a resin substrate (plastic substrate) is used as a substrate. Can be used. Therefore, according to the present invention, a flexible organic EL display device having excellent display quality can be provided.

なお、図18に示した有機EL表示装置において、上部電極63を透明電極としてトップエミッション型としてもよいし、下部電極62およびTFTの各電極を透明電極とすることによりボトムエミッション型としてもよい。   In the organic EL display device shown in FIG. 18, the top electrode 63 may be a top emission type with a transparent electrode, or the bottom electrode 62 and each TFT electrode may be a transparent electrode.

<X線センサー>
図20に、本発明のセンサーの一実施形態であるX線センサーについて、その一部分の概略断面図を示し、図21にその電気配線の概略構成図を示す。
<X-ray sensor>
FIG. 20 shows a schematic sectional view of a part of an X-ray sensor which is an embodiment of the sensor of the present invention, and FIG. 21 shows a schematic configuration diagram of its electric wiring.

図20は、より具体的にはX線センサーアレイの一部を拡大した概略断面図である。本実施形態のX線センサー7は基板上に形成された薄膜トランジスタ1およびキャパシタ70と、キャパシタ70上に形成された電荷収集用電極71と、X線変換層72と、上部電極73とを備えて構成される。薄膜トランジスタ1上にはパッシベーション膜75が設けられている。   FIG. 20 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the X-ray sensor array, more specifically. The X-ray sensor 7 of this embodiment includes a thin film transistor 1 and a capacitor 70 formed on a substrate, a charge collection electrode 71 formed on the capacitor 70, an X-ray conversion layer 72, and an upper electrode 73. Composed. A passivation film 75 is provided on the thin film transistor 1.

キャパシタ70はキャパシタ用下部電極76とキャパシタ用上部電極77とで絶縁膜78を挟んだ構造となっている。キャパシタ用上部電極77は絶縁膜78に設けられたコンタクトホール79を介し、薄膜トランジスタ1のソース電極13およびドレイン電極14のいずれか一方(図20においてはドレイン電極14)と接続されている。   The capacitor 70 has a structure in which an insulating film 78 is sandwiched between a capacitor lower electrode 76 and a capacitor upper electrode 77. The capacitor upper electrode 77 is connected to one of the source electrode 13 and the drain electrode 14 (the drain electrode 14 in FIG. 20) of the thin film transistor 1 through a contact hole 79 provided in the insulating film 78.

電荷収集用電極71は、キャパシタ70におけるキャパシタ用上部電極77上に設けられており、キャパシタ用上部電極77に接している。X線変換層72はアモルファスセレンからなる層であり、薄膜トランジスタ1およびキャパシタ70を覆うように設けられている。上部電極73はX線変換層72上に設けられており、X線変換層72に接している。   The charge collection electrode 71 is provided on the capacitor upper electrode 77 in the capacitor 70 and is in contact with the capacitor upper electrode 77. The X-ray conversion layer 72 is a layer made of amorphous selenium, and is provided so as to cover the thin film transistor 1 and the capacitor 70. The upper electrode 73 is provided on the X-ray conversion layer 72 and is in contact with the X-ray conversion layer 72.

図21に示すように、本実施形態のX線センサー7は、互いに平行な複数のゲート配線81と、ゲート配線81と交差する、互いに平行な複数のデータ配線82とを備えている。ここでゲート配線81とデータ配線82は電気的に絶縁されている。ゲート配線81とデータ配線82との交差部付近に、薄膜トランジスタ1が備えられている。   As shown in FIG. 21, the X-ray sensor 7 of the present embodiment includes a plurality of gate wirings 81 that are parallel to each other and a plurality of data wirings 82 that intersect with the gate wirings 81 and are parallel to each other. Here, the gate wiring 81 and the data wiring 82 are electrically insulated. The thin film transistor 1 is provided in the vicinity of the intersection between the gate wiring 81 and the data wiring 82.

薄膜トランジスタ1のゲート電極16は、ゲート配線81に接続されており、薄膜トランジスタ1のソース電極13はデータ配線82に接続されている。また、薄膜トランジスタ1のドレイン電極14は電荷収集用電極71に接続されており、さらにこの電荷収集用電極71は、接地された対向電極76とともにキャパシタ70を構成している。   The gate electrode 16 of the thin film transistor 1 is connected to the gate wiring 81, and the source electrode 13 of the thin film transistor 1 is connected to the data wiring 82. The drain electrode 14 of the thin film transistor 1 is connected to a charge collecting electrode 71, and the charge collecting electrode 71 constitutes a capacitor 70 together with a grounded counter electrode 76.

本構成のX線センサー7において、X線は図21中、上部(上部電極73側)から照射され、X線変換層72で電子-正孔対を生成する。このX線変換層72に上部電極73によって高電界を印加しておくことにより、生成した電荷はキャパシタ70に蓄積され、薄膜トランジスタ1を順次走査することによって読み出される。   In the X-ray sensor 7 of this configuration, X-rays are irradiated from the upper part (upper electrode 73 side) in FIG. 21, and electron-hole pairs are generated in the X-ray conversion layer 72. By applying a high electric field to the X-ray conversion layer 72 by the upper electrode 73, the generated charges are accumulated in the capacitor 70 and read out by sequentially scanning the thin film transistor 1.

本発明のX線センサーは、オン電流が高く、信頼性に優れた薄膜トランジスタ1を備えるため、S/Nが高く、感度特性に優れているため、X線デジタル撮影装置に用いた場合に広ダイナミックレンジの画像が得られる。特に本発明のX線デジタル撮影装置は、静止画撮影のみ可能なものではなく、動画による透視と静止画の撮影が1台で行えるX線デジタル撮影装置に用いるのが好適である。さらに薄膜トランジスタにおける活性層のIGZOが非晶質である場合には均一性に優れた画像が得られる。   Since the X-ray sensor of the present invention includes the thin film transistor 1 having a high on-current and excellent reliability, the S / N is high and the sensitivity characteristic is excellent. Therefore, the X-ray sensor has a wide dynamic when used in an X-ray digital imaging apparatus. A range image is obtained. In particular, the X-ray digital imaging apparatus of the present invention is suitable not only for still image shooting but also for an X-ray digital imaging apparatus that can perform fluoroscopy with a moving image and still image shooting. Further, when IGZO of the active layer in the thin film transistor is amorphous, an image with excellent uniformity can be obtained.

なお、図20に示した本実施形態のX線センサーにおいては、トップゲート型の薄膜トランジスタを備えるものとしたが、本発明のセンサーにおいて用いられる薄膜トランジスタはトップゲート型に限定されることなく、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。   In the X-ray sensor of this embodiment shown in FIG. 20, the top gate type thin film transistor is provided. However, the thin film transistor used in the sensor of the present invention is not limited to the top gate type, and the bottom gate type. A thin film transistor may be used.

ボトムゲート型薄膜トランジスタについて実施例1、2、3、比較例1、2を作製して、移動度を比較した。表4は、各トランジスタのGa/(In+Ga)および成膜時の酸素分圧/アルゴン分圧および移動度を示す表である。
Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared for the bottom gate type thin film transistor, and the mobility was compared. Table 4 is a table showing Ga / (In + Ga) and oxygen partial pressure / argon partial pressure and mobility during film formation of each transistor.

<実施例1>
ボトムゲート、トップコンタクト型の薄膜トランジスタを実施例1として作製した。基板として、SiO酸化膜100nmが表面上に形成された高濃度ドープされたp型シリコン基板(三菱マテリアル社製)を用いた。酸化物半導体層はIGZOからなるものとし、まず、第1の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.25、Zn/(In+Ga)=0.5であるInGaZnO膜を5nmスパッタ成膜した後、第2の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.75、Zn/(In+Ga)=0.5のIGZO膜を30nmスパッタ成膜した。酸化物半導体層は各領域間で大気中に暴露することなく連続して成膜を行った。各領域のスパッタは、Inターゲット、Gaターゲット、ZnOターゲットを用いた共スパッタ(co-sputter)にて行った。各領域の膜厚調整は成膜時間の調整にて行った。各領域の詳細なスパッタ条件は以下の通りである。
<Example 1>
A bottom gate, top contact type thin film transistor was manufactured as Example 1. As the substrate, a highly doped p-type silicon substrate (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) having a SiO 2 oxide film of 100 nm formed on the surface was used. The oxide semiconductor layer is consisted of IGZO, first, as the first region A 1, Ga / (In + Ga) = 0.25, was 5nm sputtering a Zn / (In + Ga) = 0.5 and a InGaZnO film after, the second region a 2, Ga / (in + Ga) = 0.75, was 30nm sputtering an IGZO film of Zn / (in + Ga) = 0.5. The oxide semiconductor layer was continuously formed between the regions without being exposed to the atmosphere. Sputtering of each region was performed by co-sputtering using an In 2 O 3 target, a Ga 2 O 3 target, and a ZnO target. The film thickness in each region was adjusted by adjusting the film formation time. The detailed sputtering conditions for each region are as follows.

(第1の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.02
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;43.0:38.0:19.0
(First area A 1 of the sputtering conditions)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature; room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.02
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 43.0: 38.0: 19.0

(第2の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.005
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;14.7:67.8:17.5
(Second sputtering conditions of a region A 2)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature; room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 14.7: 67.8: 17.5

スパッタによる酸化物半導体層の積層後、メタルマスクを介した真空蒸着法により、Ti(10nm)/Au(40nm)から成るオーミックコンタクトを積層膜上に形成した。   After stacking the oxide semiconductor layer by sputtering, an ohmic contact made of Ti (10 nm) / Au (40 nm) was formed on the stacked film by vacuum vapor deposition through a metal mask.

以上により、チャネル長180μm、チャネル幅1mmのボトムゲート型薄膜トランジスタ1の実施例1を得た。   Thus, Example 1 of bottom-gate thin film transistor 1 having a channel length of 180 μm and a channel width of 1 mm was obtained.

<実施例2>
素子構成は実施例1と同様であり、酸化物半導体層の組成のみが異なる。まず、第1の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.375、Zn/(In+Ga)=0.5であるIGZO膜を5nmスパッタ成膜した後、第2の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.625、Zn/(In+Ga)=0.5のIGZO膜を30nmスパッタ成膜した。酸化物半導体層は各領域間で大気中に暴露することなく連続して成膜を行った。各領域のスパッタは、Inターゲット、Gaターゲット、ZnOターゲットを用いた共スパッタ(co-sputter)にて行った。各領域の膜厚調整は成膜時間の調整にて行った。各領域の詳細なスパッタ条件は以下の通りである。
<Example 2>
The element structure is the same as that of Example 1, and only the composition of the oxide semiconductor layer is different. First, as the first area A 1, the Ga / (In + Ga) = 0.375, Zn / (In + Ga) = IGZO film after 5nm sputtering the second region A 2 is 0.5, Ga An IGZO film of /(In+Ga)=0.625 and Zn / (In + Ga) = 0.5 was formed by sputtering at 30 nm. The oxide semiconductor layer was continuously formed between the regions without being exposed to the atmosphere. Sputtering of each region was performed by co-sputtering using an In 2 O 3 target, a Ga 2 O 3 target, and a ZnO target. The film thickness in each region was adjusted by adjusting the film formation time. The detailed sputtering conditions for each region are as follows.

(第1の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.02
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;39.5:50.0:18.0
(First area A 1 of the sputtering conditions)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature; room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.02
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 39.5: 50.0: 18.0

(第2の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.005
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;20.5:61.0:17.0
(Second sputtering conditions of a region A 2)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature; room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 20.5: 61.0: 17.0

<実施例3>
素子構成は実施例1と同様であり、酸化物半導体層の組成及び、酸素濃度が異なる。まず、第1の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=0.0、Zn/(In+Ga)=0.5であるIGZO膜を5nmスパッタ成膜した後、第2の領域Aとして、Ga/(In+Ga)=1.0、Zn/(In+Ga)=0.5のIGZO膜を30nmスパッタ成膜した。酸化物半導体層は各領域間で大気中に暴露することなく連続して成膜を行った。各領域のスパッタは、Inターゲット、Gaターゲット、ZnOターゲットを用いた共スパッタ(co-sputter)にて行った。各領域の膜厚調整は成膜時間の調整にて行った。各領域の詳細なスパッタ条件は以下の通りである。
<Example 3>
The element structure is the same as that of Example 1, and the composition of the oxide semiconductor layer and the oxygen concentration are different. First, as the first area A 1, the Ga / (In + Ga) = 0.0, Zn / (In + Ga) = IGZO film after 5nm sputtering the second region A 2 is 0.5, Ga An IGZO film of /(In+Ga)=1.0 and Zn / (In + Ga) = 0.5 was formed by sputtering at 30 nm. The oxide semiconductor layer was continuously formed between the regions without being exposed to the atmosphere. Sputtering of each region was performed by co-sputtering using an In 2 O 3 target, a Ga 2 O 3 target, and a ZnO target. The film thickness in each region was adjusted by adjusting the film formation time. The detailed sputtering conditions for each region are as follows.

(第1の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.067
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;55.0:0.0:13.0
(First area A 1 of the sputtering conditions)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature: room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.067
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 55.0: 0.0: 13.0

(第2の領域Aのスパッタ条件)
到達真空度;6×10-6Pa
成膜圧力;4.4×10-1Pa
成膜温度;室温
酸素分圧/アルゴン分圧;0.005
In、Ga、ZnOターゲットの投入電力比;0.0:60.0:15.0
(Second area A 1 of the sputtering conditions)
Ultimate vacuum: 6 × 10 −6 Pa
Deposition pressure: 4.4 × 10 −1 Pa
Deposition temperature; room temperature oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , ZnO target; 0.0: 60.0: 15.0

<比較例1>
実施例1の酸化物半導体の成膜において、層厚方向の組成及び酸素変調を行わず、投入電力比を31.5:61.0:20.0、酸素分圧/アルゴン分圧を0.002の条件下で、IGZO膜のみを45nm成膜し、それ以外は実施例1と同様の方法で薄膜トランジスタを作製したものを比較例1とした。これは従来のIn:Ga:Zn=1:1:1組成(Ga/(In+Ga)=0.5)のIGZO単膜を活性層に有するトランジスタであり、層厚方向に井戸型ポテンシャル構造が形成されていない場合のものである。
<Comparative Example 1>
In the film formation of the oxide semiconductor of Example 1, composition in the layer thickness direction and oxygen modulation were not performed, the input power ratio was 31.5: 61.0: 20.0, and the oxygen partial pressure / argon partial pressure was set to 0.00. Comparative Example 1 was obtained by forming a thin film transistor by the same method as in Example 1 except that only an IGZO film was formed to a thickness of 45 nm under the condition of 002. This is a conventional transistor having an IGZO single film of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 composition (Ga / (In + Ga) = 0.5) as an active layer, and a well-type potential structure is formed in the layer thickness direction. If not.

<比較例2>
実施例1の酸化物半導体層の成膜において、第1の領域を成膜し、第2の領域を成膜しなかった以外は実施例1と同様の方法で薄膜トランジスタを作製したものを比較例2とした。比較例2は、層厚方向に井戸型ポテンシャル構造が形成されていない他、キャリア供給層となる第2の領域が構造中に含まれない場合のものである。
<Comparative example 2>
A comparative example in which a thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the first region was formed and the second region was not formed in the formation of the oxide semiconductor layer of Example 1 2. In Comparative Example 2, the well-type potential structure is not formed in the layer thickness direction, and the second region serving as the carrier supply layer is not included in the structure.

上記実施例1、2、3および比較例1、2について、半導体パラメータ・アナライザー4156C(アジレントテクノロジー社製)を用い、トランジスタ特性(Vg−Id特性)および移動度μの測定を行った。測定結果を図22に示した。Vg−Id特性の測定は、ドレイン電圧(Vd)を10Vに固定し、ゲート電圧(Vg)を−15V〜+15Vの範囲内で変化させ、各ゲート電圧(Vg)におけるドレイン電流(Id)を測定することにて行った。   With respect to Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2, transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility μ were measured using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies). The measurement results are shown in FIG. Vg-Id characteristics are measured by fixing the drain voltage (Vd) to 10V, changing the gate voltage (Vg) within the range of -15V to + 15V, and measuring the drain current (Id) at each gate voltage (Vg). I went to do it.

表4に示す通り、井戸型ポテンシャル構造を有する実施例1、2、3においては20cm/Vs以上の移動度が得られ、とりわけ実施例3においては移動度57.4cm/Vsと高い値が得られた。一方、層厚方向に組成・酸素濃度変調のない比較例1については、従来のIGZO単膜のトランジスタとして平均的な値である、11cm/Vs程度の移動度が得られた。また、第2の領域を成膜しなかった比較例2についてはトランジスタ駆動したものの、移動度が0.029cm/Vsと積層TFT素子と比較して大きく低減した。これは、第2の領域がキャリア供給層であるため、キャリア供給層を有さない比較例2においては、十分なキャリア濃度が得られなかったことを意味している。 As shown in Table 4, in Examples 1, 2, and 3 having a well-type potential structure, a mobility of 20 cm 2 / Vs or more is obtained, and in Example 3, the mobility is as high as 57.4 cm 2 / Vs. was gotten. On the other hand, in Comparative Example 1 where there is no composition / oxygen concentration modulation in the layer thickness direction, a mobility of about 11 cm 2 / Vs, which is an average value as a conventional IGZO single film transistor, was obtained. In Comparative Example 2 in which the second region was not formed, although the transistor was driven, the mobility was 0.029 cm 2 / Vs, which was greatly reduced as compared with the laminated TFT element. This means that since the second region is a carrier supply layer, a sufficient carrier concentration could not be obtained in Comparative Example 2 having no carrier supply layer.

図23に実施例1、2、3、比較例1における移動度μのポテンシャル深さΔχ依存性を示す。ここでΔχは、b/(a+b)の変調に加え、酸素濃度変調による電子親和力差が凡そ0.1eVであるとして算出している。ポテンシャル深さΔχを増大させていくと移動度が増大していく振る舞いが分かる。この図から、おおよそΔχ=0.17eV以上とすることによって、IGZO単膜の移動度のほぼ倍である20cm/Vs以上の移動度が得られ、低消費電力かつ高品位な表示装置あるいは、高感度のX線センサー等を提供可能となる。従って本発明のトランジスタにおいて第1、第2の領域の電子親和力差は0.17eV以上であることが好ましい。 FIG. 23 shows the dependence of the mobility μ on the potential depth Δχ in Examples 1, 2, 3 and Comparative Example 1. Here, Δχ is calculated on the assumption that the electron affinity difference due to the oxygen concentration modulation is about 0.1 eV in addition to the modulation of b / (a + b). It can be seen that the mobility increases as the potential depth Δχ is increased. From this figure, by setting Δχ = 0.17 eV or more, a mobility of 20 cm 2 / Vs, which is almost twice the mobility of the IGZO single film, can be obtained, and a low power consumption and high-quality display device or A highly sensitive X-ray sensor or the like can be provided. Accordingly, in the transistor of the present invention, the difference in electron affinity between the first and second regions is preferably 0.17 eV or more.

1、2、3、4 薄膜トランジスタ
11 基板
12 酸化物半導体層
13 ソース電極
14 ドレイン電極
15 ゲート絶縁膜
16 ゲート電極
酸化物半導体層の第1の領域
酸化物半導体層の第2の領域
1, 2, 3, 4 Thin film transistor 11 Substrate 12 Oxide semiconductor layer 13 Source electrode 14 Drain electrode 15 Gate insulating film 16 Gate electrode A First region of oxide semiconductor layer A 2 Second region of oxide semiconductor layer

Claims (15)

基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、
前記活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されており、
前記活性層が、a(In)・b(Ga)・c(ZnO)から成る酸化物半導体層であり(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)、
前記第2の領域のb/(a+b)が前記第1の領域のb/(a+b)よりも大きく、
前記第1の領域の酸素濃度が、前記第2の領域の酸素濃度よりも大きいことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The active layer is disposed on the gate electrode side through the gate insulating film, the first region having a first electron affinity, and the first electron disposed on the side far from the gate electrode. A second region having a second electron affinity less than the affinity,
In the film thickness direction of the active layer, a well-type potential is formed in which the first region is a well layer, and the second region and the gate insulating film are barrier layers.
The active layer is an oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (where a, b, and c are a ≧ 0 and b ≧, respectively) 0, c ≧ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0).
Wherein b / a second region (a + b) is much larger than the b / (a + b) of the first region,
A thin film transistor , wherein an oxygen concentration in the first region is higher than an oxygen concentration in the second region .
前記第1の領域の電子親和力と、前記第2の領域の電子親和力との差が、0.17eV以上、1.3eV以下であることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。   2. The thin film transistor according to claim 1, wherein a difference between an electron affinity of the first region and an electron affinity of the second region is 0.17 eV or more and 1.3 eV or less. 前記第1の領域の電子親和力と、前記第2の領域の電子親和力との差が、0.32eV以上、1.3eV以下であることを特徴とする請求項2記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 2, wherein a difference between an electron affinity of the first region and an electron affinity of the second region is 0.32 eV or more and 1.3 eV or less. 前記酸化物半導体層が非晶質であることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is amorphous. 前記酸化物半導体層において、前記第1の領域のb/(a+b)が0.5よりも小さいことを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の薄膜トランジスタ。   5. The thin film transistor according to claim 1, wherein b / (a + b) of the first region is smaller than 0.5 in the oxide semiconductor layer. 前記酸化物半導体層において、前記第1の領域のb/(a+b)が0.4よりも小さく、かつ前記第2の領域のb/(a+b)が0.6以上であることを特徴とする請求項5記載の薄膜トランジスタ。   In the oxide semiconductor layer, b / (a + b) of the first region is smaller than 0.4, and b / (a + b) of the second region is 0.6 or more. The thin film transistor according to claim 5. 前記基板が可撓性を有するものであることを特徴とする、請求項1からいずれか1項記載の薄膜トランジスタ。 Characterized in that said substrate is of a flexible, thin film transistor according to any one of claims 1 6. 基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程において、前記第1の領域の酸素濃度が、前記第2の領域の酸素濃度よりも大きくなるように、成膜室内を第1の酸素分圧/アルゴン分圧とした条件下で前記第1の領域を成膜し、前記成膜室内を前記第1の酸素分圧/アルゴン分圧よりも小さい第2の酸素分圧/アルゴン分圧とした条件下で前記第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域を成膜することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The active layer is disposed on the gate electrode side through the gate insulating film, the first region having a first electron affinity, and the first electron disposed on the side far from the gate electrode. A second region having a second electron affinity smaller than the affinity, and in the film thickness direction of the active layer, the first region is a well layer, and the second region and the gate insulating film are barriers As the active layer, an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (here, a, b , C, respectively, a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0).
In the film forming step , under the condition that the film forming chamber is set to the first oxygen partial pressure / argon partial pressure so that the oxygen concentration in the first region is larger than the oxygen concentration in the second region. under conditions wherein the first region is formed, and the deposition chamber and the first oxygen partial pressure / argon partial second smaller than pressure of oxygen partial pressure / argon partial pressure, said first region A method of manufacturing a thin film transistor, wherein the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) is formed.
基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程が、前記第1の領域と、第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域とを成膜する工程を含み、前記第1の領域の酸素濃度が、前記第2の領域の酸素濃度よりも大きくなるように、前記第1の領域の成膜中および/または該第1の領域を成膜した後に、該第1の領域の成膜面に酸素含有ラジカルを照射する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The active layer is disposed on the gate electrode side through the gate insulating film, the first region having a first electron affinity, and the first electron disposed on the side far from the gate electrode. A second region having a second electron affinity smaller than the affinity, and in the film thickness direction of the active layer, the first region is a well layer, and the second region and the gate insulating film are barriers As the active layer, an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (here, a, b , C, respectively, a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0).
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, The first region is formed during and / or after the first region is deposited so that the oxygen concentration in the first region is greater than the oxygen concentration in the second region . A method for manufacturing a thin film transistor, comprising a step of irradiating an oxygen-containing radical on a film formation surface in one region.
基板上に、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタであって、
前記活性層が、前記ゲート電極側に前記ゲート絶縁膜を介して配置された、第1の電子親和力を有する第1の領域と、前記ゲート電極に遠い側に配置された、前記第1の電子親和力よりも小さい第2の電子親和力を有する第2の領域とを含み、該活性層の膜厚方向において、前記第1の領域を井戸層、前記第2の領域と前記ゲート絶縁膜とを障壁層とする井戸型ポテンシャルが構成されるように、前記活性層として、a(In23)・b(Ga23)・c(ZnO)からなる酸化物半導体層(ここでa、b、cは、それぞれa≧0、b≧0、c≧0、かつa+b≠0、b+c≠0、c+a≠0である。)をスパッタ法により成膜する成膜工程を含み、
該成膜工程が、前記第1の領域と、第1の領域のb/(a+b)よりも大きいb/(a+b)となる組成比の前記第2の領域とを成膜する工程を含み、前記第1の領域の酸素濃度が、前記第2の領域の酸素濃度よりも大きくなるように、前記第1の領域の成膜中および/または第1の領域の成膜後に、オゾン雰囲気中にて該第1の領域の成膜面に紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The active layer is disposed on the gate electrode side through the gate insulating film, the first region having a first electron affinity, and the first electron disposed on the side far from the gate electrode. A second region having a second electron affinity smaller than the affinity, and in the film thickness direction of the active layer, the first region is a well layer, and the second region and the gate insulating film are barriers As the active layer, an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) · b (Ga 2 O 3 ) · c (ZnO) (here, a, b , C, respectively, a ≧ 0, b ≧ 0, c ≧ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0).
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, In the ozone atmosphere during the formation of the first region and / or after the formation of the first region so that the oxygen concentration of the first region is higher than the oxygen concentration of the second region. And a step of irradiating the film formation surface of the first region with ultraviolet rays.
前記成膜工程の間、成膜基板を大気に曝さないことを特徴とする請求項8から10いずれか1項記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 8 , wherein the film formation substrate is not exposed to the atmosphere during the film formation step. 請求項1からいずれか1項記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする表示装置。 Display device characterized by comprising a thin film transistor of claims 1 to 7 any one of claims. 請求項1からいずれか1項記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするイメージセンサー。 Image sensor characterized by comprising a thin film transistor according to claim 1 to 7 any one. 請求項1からいずれか1項記載の薄膜トランジスタを備えたことを特徴とするX線センサー。 X-ray sensor, characterized by comprising a thin film transistor of claims 1 to 7 any one of claims. 請求項14記載のX線センサーを備えたことを特徴とするX線デジタル撮影装置。 An X-ray digital imaging apparatus comprising the X-ray sensor according to claim 14 .
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