(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜条件や薄膜トランジスタの製造条件に依存して、組成が変化することなく、欠陥が生成されることで電気的特性が変動しずらいトランジスタ及びトランジスタの製造方法、並びにトランジスタを含む表示装置を提供する。【解決手段】酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６との間には第１絶縁層１１４が配置される。第１ゲート電極１１６と酸化物半導体層１１２は、第１絶縁層１１４を挟んで重畳する領域を含むように配置される。トランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２が第１ゲート電極１１６と重畳する領域にチャネルが形成される。第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。【選択図】図１
2020053529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置され、基板に近接している第１領域と、前記第１領域の前記基板側とは反対の面に配置されており、前記第１領域よりキャリア濃度が低い第２領域と、を含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、前記酸化物半導体層の前記基板側とは反対の面に配置された第１ゲート電極と、
前記第１ゲート電極と前記酸化物半導体層との間の第１絶縁層と、
前記酸化物半導体層と前記基板との間に配置され、前記酸化物半導体層と接する領域を含む第１酸化物導電層及び第２酸化物導電層と、
を有するトランジスタ。
【請求項２】
前記第１酸化物導電層及び前記第２酸化物導電層は、前記酸化物半導体層の前記第１領域と接する請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項３】
前記基板と前記酸化物半導体層との間の第２絶縁層と、
前記酸化物半導体層及び前記第１ゲート電極と重なる領域を有し、前記第２絶縁層と前記基板との間に配置された第２ゲート電極と、
をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のトランジスタ。
【請求項４】
前記第１ゲート電極のチャネル長方向の幅は、前記第２ゲート電極のチャネル長方向の幅より広い、請求項３に記載のトランジスタ。
【請求項５】
前記第１酸化物導電層及び前記第２酸化物導電層の一端は、前記第１ゲート電極と重畳する、請求項１乃至４の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項６】
前記酸化物半導体層は、前記第１領域の導電率が前記第２領域の導電率より高い請求項１乃至５の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体層は、前記第１領域のバンドギャップが前記第２領域のバンドギャップより小さく、かつ前記第１領域の仕事関数が前記第２領域の仕事関数より大きい請求項１乃至６の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項８】
前記酸化物半導体層は、前記第１領域のキャリア移動度が前記第２領域のキャリア移動度より大きい請求項１乃至７の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項９】
前記酸化物半導体層は、前記第１領域の結晶化率が前記第２領域の結晶化率より小さく、前記第２領域の方が前記第１領域より還元されにくい請求項１乃至８の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１０】
前記酸化物半導体層は、前記第１領域の膜厚が前記第２領域の膜厚より大きい請求項１乃至９の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１１】
前記第１絶縁層は、前記酸化物半導体層と接する窒化シリコン膜と、前記窒化シリコン膜と接する酸化シリコン膜とを含む、請求項１乃至１０の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１２】
前記第１絶縁層は、水素を含まないシリコン系材料を用いて形成される請求項１乃至１１の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１３】
前記酸化物半導体層の材料は、ＩｎとＧａとＳｎを含む酸化物材料である請求項１乃至１２の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１４】
前記第１酸化物導電層及び前記第２酸化物導電層は、前記第１ゲート電極と重なる領域を有し、
前記第２酸化物導電層は、少なくとも前記第１ゲート電極と重なる領域において、平面視で、Ｕ字状に湾曲されたパターンを有し、
前記第１酸化物導電層は、平面視で、前記Ｕ字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する、請求項１乃至１３の何れか１項に記載のトランジスタ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載のトランジスタと、
前記トランジスタと電気的に接続される表示素子と、を少なくとも含む画素を有する表示装置。
【請求項１６】
前記表示素子は、
透光性を有する第１電極と、
前記第１電極に対向して配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間の発光層と、
前記発光層と前記第１電極との間の電子輸送層と、を含み、
前記第１電極は、前記第１酸化物導電層と電気的に接続される、請求項１５に記載の表示装置。
【請求項１７】
基板上に第１酸化物導電層及び第２酸化物導電層を形成し、
前記第１酸化物導電層及び前記第２酸化物導電層と接する第１領域と、前記第１領域の前記基板側とは反対の面に配置され、前記第１領域よりキャリア濃度が低い第２領域と、を含む酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層を覆うように第１絶縁層を形成し、
前記第１絶縁層上に配置され、前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１ゲート電極を形成すること、を含むトランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記酸化物半導体層の前記第１領域を、スパッタガスとして希ガスを用いたスパッタリング法により形成し、
前記酸化物半導体層の前記第２領域を、スパッタガスとして希ガス及び酸素ガスを用いたスパッタリング法により形成する、
請求項１７に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記第２領域を形成する時の酸素分圧は、前記第１領域を形成する時の酸素分圧より大きい請求項１８に記載のトランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記スパッタリング法による成膜は、ＩｎとＧａとＳｎを含む酸化物材料のターゲットを用いて行う、請求項１８または１９に記載のトランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、酸化物半導体を含むトランジスタ及びその作製方法、並びに酸化物半導体を含むトランジスタで画素が形成される表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型表示装置は、各画素に、表示素子と、表示素子を駆動するトランジスタが設けられている。表示素子としては、一組の電極間に液晶層が設けられた液晶素子、陰極及び陽極と呼ばれる電極間に有機エレクトロルミネセンス材料を含む層が設けられた有機エレクトロルミネセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」ともいう。）が適用され、トランジスタとしては、アモルファスシリコン半導体、多結晶シリコン半導体、さらに近年では酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが適用されている。
【０００３】
アモルファスシリコン半導体膜は、大面積基板に容易に形成することができるが、薄膜トランジスタを形成したときに得られる電界効果移動度が低いという問題がある。一方、多結晶シリコン半導体膜を用いて作製された薄膜トランジスタは、電界効果移動度は高いが、レーザアニール等の結晶化工程が必要なので、基板の大面積化に均一性のある多結晶を形成することが難しく、閾値電圧がばらつくという問題がある。酸化物半導体を用いて作製される薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン半導体膜を用いた場合に比べて高い電界効果移動度を有する。また、多結晶シリコン半導体を用いて薄膜トランジスタを作製する場合に比べて、基板の大面積化に対応することが容易であり、結晶化の工程が必要ないという利点を有する。しかしながら、酸化物半導体膜は、成膜条件や薄膜トランジスタの製造条件に依存して、組成が変化し、欠陥が生成されることで電気的特性が変動しやすいといった問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、第１の酸化物半導体領域を活性層として用いた薄膜トランジスタにおいて、第１の酸化物半導体領域と薄膜トランジスタの保護絶縁層との間に、第１の酸化物半導体より導電率が低く、保護層として機能する第２の酸化物半導体領域を形成することによって、第１の酸化物半導体領域の組成の変化や膜質の劣化を防ぎ、薄膜トランジスタの電気的特性を安定させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化物半導体は、金属と酸素とを含む化合物半導体の一種であるため、薄膜トランジスタの製造工程においては、酸化物半導体の組成制御及び酸素欠損の制御、並びに不純物の制御をする必要がある。特許文献１に記載のボトムゲート型の薄膜トランジスタ素子では、バックチャネル側の電位が液晶表示装置ではコモン電位の影響を受けやすく、有機ＥＬ表示装置において逆積み構造の有機ＥＬ素子が画素に設けられる場合には、バックチャネル側の電位は、陽極電極のプラス電位の影響を受けやすいという致命的な欠点を有する。さらにソース、ドレインの電極に銅（Ｃｕ）を使用した場合、銅（Ｃｕ）原子はｎ型酸化物半導体のキャリア（電子）キラーとしての作用が大きく、特許文献１の構造では、銅（Ｃｕ）原子のチャネル領域汚染の問題が発生してしまう。一方で、デバイス構造から薄膜トランジスタの特性を制御するには、例えば、バックゲートを設けることが有効であると
考えられる。しかし、バックゲートを備える薄膜トランジスタは、構造が複雑化し、製造に必要なフォトマスクの数が増えるといった問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態に係るトランジスタは、基板上に配置され、基板に近接している第１領域と、前記第１領域の前記基板側とは反対の面に配置されており、前記第１領域よりキャリア濃度が低い第２領域と、を含む酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、前記酸化物半導体層の前記基板側とは反対の面に配置された第１ゲート電極と、前記第１ゲート電極と前記酸化物半導体層との間の第１絶縁層と、前記酸化物半導体層と前記基板との間に配置され、前記酸化物半導体層と接する領域を含む第１酸化物導電層及び第２酸化物導電層と、を有する。
【０００８】
本開示の一実施形態に係る表示装置は、上記トランジスタと、前記トランジスタと電気的に接続される表示素子と、を少なくとも含む画素を有する。
【０００９】
本開示の一実施形態に係るトランジスタの製造方法は、基板上に第１酸化物導電層及び第２酸化物導電層を形成し、前記第１酸化物導電層及び前記第２酸化物導電層と接する第１領域と、前記第１領域の前記基板側とは反対の面に配置され、前記第１領域よりキャリア濃度が低い第２領域と、を含む酸化物半導体層を形成し、前記酸化物半導体層を覆うように第１絶縁層を形成し、前記第１絶縁層上に配置され、前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第１ゲート電極を形成すること、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るトランジスタの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る酸化物半導体層のエネルギーバンド図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るトランジスタの電気的特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るトランジスタの作製方法を説明する図であり、（Ａ）は第２絶縁層、第２導電膜、および第３導電膜を形成する段階を示し、（Ｂ）はフォトレジスト膜を形成し、多階調マスクで露光する段階を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係るトランジスタの作製方法を説明する図であり、（Ａ）はレジストマスクを形成する段階を示し、（Ｂ）は第３導電膜及び第２導電膜をエッチングする段階を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係るトランジスタの作製方法を説明する図であり、（Ａ）は第３導電膜をエッチングする段階を示し、（Ｂ）は酸化物半導体層を形成する段階を示す。
【図７】本発明の一実施形態に係るトランジスタの作製方法を説明する図であり、（Ａ）は第１絶縁層及び第４導電膜を形成する段階を示し、（Ｂ）はトランジスタの構造を示す。
【図８】本発明の一実施形態に係る表示装置の構成を説明する図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の等価回路を示す。
【図１０】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の構成を説明する平面図を示す。
【図１１】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の構成を示す断面図であり、（Ａ）は図１０で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図１０で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図１２】（Ａ）はボトムコンタクトボトムゲート型のトランジスタの構造と動作時における電荷の影響を示し、（Ｂ）はトップコンタクトボトムゲート型のトランジスタの構造と動作時における電荷の影響を示す。
【図１３】本発明の一実施形態に係るトランジスタの断面構造を示す。
【図１４】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する平面図を示す。
【図１５】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図１４で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図１４で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図１６】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図１４で示すＡ１−Ａ２線に対応する領域の断面構造を示し、（Ｂ）は図１４で示すＢ１−Ｂ２線に対応する領域の断面構造を示す。
【図１７】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する平面図を示す。
【図１８】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図１７で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図１７で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図１９】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する平面図を示す。
【図２０】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図１９で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図１９で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図２１】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する平面図を示す。
【図２２】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図２１で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図２１で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図２３】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図２１で示すＡ１−Ａ２線に対応する領域の断面構造を示し、（Ｂ）は図２１で示すＢ１−Ｂ２線に対応する領域の断面構造を示す。
【図２４】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造方法を説明する断面図であり、（Ａ）は図２１で示すＡ１−Ａ２線に対応する領域の断面構造を示し、（Ｂ）は図２１で示すＢ１−Ｂ２線に対応する領域の断面構造を示す。
【図２５】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造に使用するフォトマスクの平面図を示す。
【図２６】本発明の一実施形態に係るトランジスタの構造を示す断面図である。
【図２７】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の等価回路を示す。
【図２８】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の構成を説明する平面図を示す。
【図２９】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の構成を示す断面図であり、（Ａ）は図２８で示すＡ１−Ａ２線に沿った断面構造を示し、（Ｂ）は図２８で示すＢ１−Ｂ２に沿った断面構造を示す。
【図３０】本発明の一実施形態に係るトランジスタの構造を示し、（Ａ）及び（Ｂ）は断面構造を示す。
【図３１】本発明の一実施形態に係る表示装置の製造に使用するフォトマスクの平面図を示す。
【図３２】本発明の一実施形態に係るトランジスタの構造を示す断面図である。
【図３３】本発明の一実施形態に係るトランジスタの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様を含み、以下に例示する実施形態に限定して解釈されるものではない。本明細書に添付される図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、それはあくまで一例であって、本発明の内容を必ずしも限定するものではない。また、本発明において、ある図面に記載された特定の要素と、他の図面に記載された特定の要素とが同一又は対応する関係にあるときは、同一の符号（又は符号として記載された数字の後にａ、ｂなどを付した符号）を付して、繰り返しの説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第１」、「第２」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。
【００１２】
本明細書において、ある部材又は領域が他の部材又は領域の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限りこれは他の部材又は領域の直上（又は直下）にある場合のみでなく他の部材又は領域の上方（又は下方）にある場合を含む。すなわち、他の部材又は領域の上方（又は下方）においてある部材又は領域との間に別の構成要素が含まれている場合も含む。
【００１３】
第１実施形態：
１−１．トランジスタの構造
図１は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ１００ａの構造を断面図で示す。トランジスタ１００ａは、絶縁表面を有する基板１０２に設けられた、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６を含む。
【００１４】
酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６との間には第１絶縁層１１４が配置される。第１ゲート電極１１６と酸化物半導体層１１２は、第１絶縁層１１４を挟んで重畳する領域を含むように配置される。トランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２が第１ゲート電極１１６と重畳する領域にチャネルが形成される。第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。
【００１５】
酸化物半導体層１１２と基板１０２との間には第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２と第２絶縁層１０６との間には第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２と接して設けられる。第１酸化物導電層１０８ａの一端と、第２酸化物導電層１０８ｂの一端とは、第１ゲート電極１１６と重なるように配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一方はソース領域として、他方はドレイン領域として機能する。図１に示す構造によれば、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一端が、第１ゲート電極１１６と重なるように配置されることで、酸化物半導体層１１２にオフセット領域（抵抗が高い領域）が形成されないので、オン電流を高めることができる。
【００１６】
第１酸化物導電層１０８ａに接して第１配線１１０ａが設けられ、第２酸化物導電層１０８ｂに接して第２配線１１０ｂが設けられる。第１配線１１０ａは第１酸化物導電層１０８ａと酸化物半導体層１１２との間に配置され、第２配線１１０ｂは第２酸化物導電層１０８ｂと酸化物半導体層１１２との間に配置される。第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂを、それぞれ第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと接して設けることで、後述されるようにリソグラフィ工程の回数を削減することができる。
【００１７】
１−２．酸化物半導体層
酸化物半導体層１１２は、元素として、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた一種又は複数種を含む透明酸化物半導体である。例えば、酸化物半導体層１１２を形成する酸化物半導体材料としては、半導体特性を示す、四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、および二元系酸化物材料が適用される。例えば、四元系酸化物材料としてＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ系酸化物材料、三元系酸化物材料としてＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、二元系酸化物材料としてＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２−
ＺｎＯ系酸化物材料、Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｇａ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料、ＳｎＯ２−ＳｉＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−Ｗ２Ｏ３系酸化物材料等を用いることができ、特にＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２系酸化物材料を用いることが好ましい。また、上記酸化物半導体にタンタル（Ｔａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、ランタン（Ｌａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イジトリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）が含まれていてもよい。なお、例えば、上記で示すＩｎ−Ｇａ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物材料は、少なくともＩｎとＧａとＳｎを含む酸化物材料であり、その組成比に特に制限はない。Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物材料の組成比は、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｎに対して、Ｉｎのａｔｍ％が６０〜７０、Ｇａのａｔｍ％が１０〜２５、Ｓｎのａｔｍ％が５〜３０であることがより好ましい。また、他の表現をすれば、酸化物半導体層１１２は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＨｆおよびＳｉから選ばれた一つ、または複数の金属元素を示す。なお、上記の四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料は、含まれる酸化物が化学量論的組成のものに限定されず、化学量論的組成からずれた組成を有する酸化物材料によって構成されてもよい。
【００１８】
酸化物半導体層１１２は、基板１０２側から、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とが積層された構造を有する。酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１の膜厚が、第２領域１１２−２の膜厚より大きい。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１の膜厚は、３０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２の膜厚は、２ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。しかしながらこれに限定されず、第１領域１１２−１および第２領域１１２−２を含む酸化物半導体層１１２の膜厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍ、例えば、３０ｎｍ〜６０ｎｍであればよい。
【００１９】
酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とは、キャリア濃度（多数キャリアの濃度）が異なっている。第２領域１１２−２のキャリア濃度は、第１領域１１２−１のキャリア濃度よりも小さい値を有する。第１領域１１２−１のキャリア濃度は１×１０１５／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３程度であることが好ましく、第２領域１１２−２のキャリア濃度は１×１０１１／ｃｍ３〜１×１０１５／ｃｍ３程度であることが好ましい。これに対応して、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１は、導電率が１×１０−５Ｓ／ｃｍ〜１０Ｓ／ｃｍ程度であることが望ましい。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２は、導電率が１×１０−１０Ｓ／ｃｍ〜１×１０−５Ｓ／ｃｍ程度であることが望ましい。また、酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２のキャリア移動度も、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１のキャリア移動度よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
また、酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とで、結晶性が異なっていてもよい。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２の結晶化率は、第１領域１１２−１の結晶化率より高いことが好ましい。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１はアモルファスの形態であっても良く、アモルファスとナノ微結晶質相の混合相の形態であっても良い。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２はナノ微結晶質相の形態であっても良く、アモルファスとナノ微結晶質相の混合相の形態であっても良い。この場合、第２領域１１２−２は、第１領域１１２−１より微結晶質相の混合比が高く、さらに多結晶質相との混合相の形態であっても良い。
【００２１】
酸化物半導体層１１２はスパッタリング法で作製することができる。第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とは、スパッタリング条件を変えることで作製することができる。例えば、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１は、スパッタガスとしてＡｒ等の希ガスを用いて成膜され、第２領域１１２−２は、スパッタガスとしてＡｒ等の希ガスお
よび酸素ガスを用いて成膜される。第１領域１１２−１に対し、第２領域１１２−２を成膜するときの酸素分圧を高めることで、第２領域１１２−２のドナー欠陥を低減することができ、結晶化率を向上させることができる。それにより、第１領域１１２−１に比べ、第２領域１１２−２のキャリア濃度を低くし、これに応じて導電率を低くすることができる。また、第２領域１１２−２を成膜するときにスパッタガスに酸素を添加することで（酸素分圧を高めることで）、第１領域１１２−１に対して緻密な膜（密度の高い膜）を形成することができる。
【００２２】
酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２の組成を同一として、結晶化率が異なるように組み合わされてもよい。また、酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２に同種の金属酸化物を用い、組成が異なるように組み合わせてもよい。さらに、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とに、異なる組成の金属酸化物を組み合わせてもよい。第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２に対し、このような組み合わせを適用することで、キャリア濃度を異ならせ、また導電率を異ならせることができる。
【００２３】
図２（Ａ）は、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２との結晶化率が異なる場合の酸化物半導体層１１２のバンド図の一例を示す。例えば、酸化物半導体層１１２がＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料で形成され、第１領域１１２−１はアモルファス状態の領域であって良いし、アモルファスとナノ微結晶が混合した領域であってもよい。第２領域１１２−２は、ナノ微結晶の領域であっても良いし、アモルファスとナノ微結晶が混合した領域であっても良く、この場合ナノ微結晶成分が第１領域１１２−１より多い方が好ましい。
【００２４】
酸化物半導体層１１２が単一の組成であっても、第１領域１１２−１の結晶構造と第２領域１１２−２の結晶化率が異なることから、それぞれのバンドギャップは異なる。第１領域１１２−１のバンドギャップは２．８〜３．０ｅＶであり、第２領域１１２−２のバンドギャップは３．０〜３．２ｅＶであり、第１領域１１２−１のバンドギャップは第２領域のバンドギャップより小さい値を有する。また、結晶化率の違いに伴って、第１領域１１２−１の仕事関数は第２領域１１２−２の仕事関数より大きくなる。したがって、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２が接合した状態のバンド図は、第１領域１１２−１に対して第２領域１１２−２における伝導帯の底のエネルギー（Ｅｃ）が高くなる。
【００２５】
これを、トランジスタ１００ａの構造に照らして見ると、第１絶縁層１１４と、第１領域１１２−１との間に、伝導帯の電子に対してエネルギー障壁を形成するように第２領域１１２−２が設けられた状態が形成される。このような構造により、トランジスタ１００ａは、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面から離れた位置にチャネル領域を形成することができる。酸化物半導体層１１２に埋め込みチャネルが形成されて動作可能とすることにより、トランジスタ１００ａは、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面にキャリア（電子）がトラップされることを防止することができる。
【００２６】
図２（Ｂ）は、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とに、異なる組成の酸化物材料が用いられた場合のバンド図の一例を示す。例えば、第１領域１１２−１は、Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２系酸化物材料、Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料から構成され、第２領域１１２−２は、Ｇａ２Ｏ３系酸化物材料、ＧａＳｎＯｘ系酸化物材料、ＧａＳｉＯｘ系酸化物材料などのガリウム酸化物材料から構成されてもよい。ガリウム酸化物材料はワイドギャップ材料であり、４ｅＶ以上のバンドギャップを形成することができる。例えば、第１領域１１２−１を形成する、Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＳｎＯ２系酸化物材料のバンドギャップは２．８〜３．０ｅＶである。これに対し、第２領域１１２−２を形成する酸化物材
料として、ａ−Ｇａ２Ｏ３のバンドギャップは４．３ｅＶであり、ａ−ＧａＳｎＯｘのバンドギャップは４．０ｅＶであり、ａ−ＧａＳｉＯｘバンドギャップは４．５ｅＶ以上であり、第１領域１１２−１と比べて１．０ｅＶ以上大きくすることができる。
【００２７】
また、第１領域１１２−１を構成する酸化物材料には、さらにシリコン（Ｓｉ）が２ａｔｍ％〜５ａｔｍ％含まれていてもよい。第１領域１１２−１を構成する酸化物材料にシリコンが含まれることによって、トランジスタ１００ａの電界効果移動度を向上することができ、耐熱性が向上することによって閾値電圧を制御することができるようになる。
【００２８】
図２（Ｂ）に示すように、異なる組成の酸化物半導体材料で構成される第１領域１１２−１と第２領域１１２−２のバンドギャップは異なっている。第１領域１１２−１のバンドギャップは第２領域１１２−２のバンドギャップより小さく、第１領域１１２−１の仕事関数は第２領域１１２−２の仕事関数より大きい。これにより、図２（Ａ）と同様に、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２が接合した状態のバンド図は、第１領域１１２−１に対して第２領域１１２−２における伝導帯の底のエネルギー（Ｅｃ）が高くなる。このような構造により、トランジスタ１００ａは、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面から離れた位置にチャネル領域を形成することができる。別言すれば、トランジスタ１００ａは、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面にキャリア（電子）がトラップされることを防止することができる。
【００２９】
第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とが異なる元素を含む酸化物半導体層で構成される場合、第１領域１１２−１を構成する酸化物材料に対して、第２領域１１２−２を構成するＧａ酸化物材料のバンドギャップが１ｅＶ以上大きければよい。例えば、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１はＩｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３−ＺｎＯ系酸化物材料から構成され、第２領域１１２−２はＧａ２Ｏ３系酸化物材料から構成されてもよい。
【００３０】
酸化物半導体層がスパッタリング法で作製されるとき、クロー放電を止めた段階でイオンシースが消滅するのに対し、その後に気相中に残留するスパッタ粒子が堆積して形成される密度の低い領域が、トランジスタ特性に影響を及ぼすと考えられる。これに対し、本実施形態に係るトランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２に第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とを形成することで、このような問題を克服している。
【００３１】
トランジスタ１００ａにおいて、酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１に対して第２領域１１２−２の導電率を小さくし、キャリア濃度を低減することで、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面にキャリアが流れにくくなるようにしている。また、第１領域１１２−１に対し、第２領域１１２−２の結晶化率を高めることで、緻密な膜が形成されるようにしている。さらに、第１領域１１２−１に対して第２領域１１２−２のエネルギーバンドをワイドギャップ化することで、チャネル領域が酸化物半導体層１１２の内部に形成されるようにしている（すなわち、埋め込みチャネル型のトランジスタが形成されるようにしている。
【００３２】
トランジスタ１００ａは、このような構成を有することで、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面にトラップされる電荷を低減し、閾値電圧がシフトすることを防止し、ノーマリオフのトランジスタを実現している。また、トランジスタ１００ａは、埋め込みチャネル型となることで、第１絶縁層１１４と酸化物半導体層１１２との界面に流れるリーク電流が抑制され、オフ電流を低減することができる。また、図１に示すように、ソース領域、ドレイン領域を形成する第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、導電率の高い第１領域１１２−１と接触するので、オン電流を高めることができる。これにより、トランジスタ１００ａは、１×１０９から１×１０１２程度のオン電流とオフ電流の比（オンオフ比）を得ることができる。
【００３３】
また、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２との間に、キャリア濃度が段階的又は連続的に変化する酸化物半導体の中間領域が存在してもよい。また、酸化物半導体の中間領域は、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２と、同一の酸化物半導体層中に一緒に形成されてもよいし、異なる酸化物半導体層として別々に形成されてもよい。
【００３４】
１−３．酸化物導電層
第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、導電性を有する金属酸化物材料、金属窒化物材料又は金属酸窒化物材料を用いて作製される。金属酸化物材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（Ｉｎ２Ｏ３・ＳｎＯ２：ＩＴＯ）、酸化インジウムスズ亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３・ＳｎＯ２・ＺｎＯ：ＩＴＺＯ）、酸化インジウムスズシリコン（Ｉｎ２Ｏ３・ＳｎＯ２・ＳｉＯ２：ＩＴＳＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化アルミニウム亜鉛スズ（Ａｌ２Ｏ３・ＺｎＯ・ＳｎＯ２：ＡＺＴＯ）、酸化ガリウム亜鉛スズ（Ｇａ２Ｏ３・ＺｎＯ・ＳｎＯ２：ＧＺＴＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺｎＯ・ＳｎＯ２：ＺＴＯ）、酸化ガリウムスズ（Ｇａ２Ｏ３・ＳｎＯ２：ＧＴＯ）などを用いることができる。このような金属酸化物材料は、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と良好なオーミック接触を形成することができる。
【００３５】
また、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、金属酸化物材料として、酸化チタン（ＴｉＯｘ）等を適用することができ、金属窒化物材料としては、窒化チタン（ＴｉＮｘ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮｘ）等を適用することができ、金属酸窒化物材料としては、酸窒化チタン（ＴｉＯｘＮｙ）、酸窒化タンタル（ＴａＯｘＮｙ）、酸窒化ジルコニウム（ＺｒＯｘＮｙ）、酸窒化ハフニウム（ＨｆＯｘＮｙ）等を適用することができる。また、これらの金属酸化物材料、金属窒化物材料、金属酸窒化物材料に、導電性を向上させる微量の金属元素が添加されていてもよい。例えば、ニオブがドープされた酸化チタン（ＴｉＯｘ：Ｎｂ）を用いてもよい。ＴｉＳｉＯｘなどの高融点金属シリサイド酸化物を用いてもよい。このようなｎ型電気伝導性を示す金属酸化物材料、金属窒化物材料、金属酸窒化物材料を用いることで、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂと接触させた場合でも安定性を確保することができる。すなわち、このような金属酸化物材料、金属窒化物材料、金属酸窒化物材料を用いることで、卑な電位を持つアルミニウム（Ａｌ）との酸化還元反応（局所的な電池反応）を防止することができる。
【００３６】
１−４．絶縁層
第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、無機絶縁材料を用いて形成される。無機絶縁材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム等を適用することができる。第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、これらの無機絶縁材料でなる膜の単層又は複数の膜が積層された構造を有する。例えば、第２絶縁層１０６として、基板１０２側から、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜が積層された構造を適用することができる。また、第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２側から、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜が積層された構造を適用することができる。第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、このように複数種の無機絶縁膜を積層することで、内部応力の作用を緩和することができ、また水蒸気等に対するバリア性を高めることができる。
【００３７】
なお、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と接する面が酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜であることが好ましい。酸化物半導体層１１２に酸化物の無機絶縁材料を含む絶縁層が接して設けられることで（別言すれば、酸化物半導体層１１２に窒化物の無機絶縁材料を含む絶縁層が接して設けられないようにすることで）、酸化物半導体層１１２にドナーを発生させる水素等の不純物の拡散を低減することが可能となる。また、酸化物半導体層１１２に、酸化物の絶縁膜を接して設けることで、酸化物半導体層１１２に酸素欠損に起因する欠陥（ドナー）が生成するの
を防止することが可能となる。
【００３８】
なお、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４の酸化物半導体層１１２と接する酸化シリコン膜のシリコン系材料は、Ｓｉα−Ｘβで表した場合、Ｘは、−Ｏ−Ｃ≡Ｎであるシアネート基、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏであるイソシアネート基、−Ｃ≡Ｎであるシアノ基、＝Ｎ２であるジアゾ基、−Ｎ３であるアジド基、−ＮＯであるニトロソ基、及び−ＮＯ２であるニトロ基のすくなくとも１つを含み、αは１〜３であり、βは１〜８であることが好ましく、例えば下記の構造式（１）で示すテトラシアネートシラン、構造式（２）で示すテトライソシアネートシラン、構造式（３）で示すテトラシアノシラン、構造式（４）で示す１，１，１，１−イソシアネートシアネートシアノニトロシラン、構造式（５）で示す１，１−ジイソシアネート１，１−ジシアネートシラン、構造式（６）で示すヘキサイソシアネートシラン、構造式（７）で示すオクタイソシアネートシランのいずれかの材料を用いることが好ましい。また、酸化シリコン膜の成膜方法において、酸化ガスはＯ２、Ｏ３、ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ５、ＣＯ、ＣＯ２の少なくとも一つを用いることが好ましい。
【００３９】
【化１】
2020053529.tif 000003
【化２】
2020053529.tif 000004
【化３】
2020053529.tif 000005
【化４】
2020053529.tif 000006
【化５】
2020053529.tif 000007
【化６】
2020053529.tif 000008
【化７】
2020053529.tif 000009
【００４０】
このように、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４の酸化物半導体層１１２と接する酸化シリコン膜に水素を含まないシリコン系材料を用いることで、酸化物半導体層１１２にドナーを発生させる水素等の不純物の拡散をより低減することが可能となる。
【００４１】
例えば、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４の酸化物半導体層１１２と接する酸化シリコン膜の形成に、テトライソシアネートシラン系材料と酸素（Ｏ２）ガス、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガス等の酸素を含むガスを用いてもよい。酸化シリコン膜の形成に、並行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いる場合には、反応ガス圧力は１３Ｐａ以上６６６Ｐａ以下、基板温度は２００〜３５０℃で成膜することが好ましい。ＩＣＰ−ＣＶＤ装置を用いる場合には、反応ガス圧力は１．３Ｐａ以上６６Ｐａ以下、基板温度は２００〜３００℃で成膜することが好ましい。
【００４２】
さらに第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と接する酸化シリコン膜の酸化物半導体層１１２とは反対側に窒化シリコン膜が積層された構造を適用することが好ましい。窒化シリコン膜のシリコン系材料としては、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスであることが好ましい。また、窒化シリコン膜の成膜方法において、窒素原子の供給源としては窒素（Ｎ２）を用いることが好ましい。
【００４３】
このように、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４の酸化シリコン膜と接する窒化シリコン膜に水素を含まないシリコン系材料を用いることで、酸化物半導体層１１２を還元して導体化したり、酸素欠損を生じさせてキャリア濃度を増大させたりする、水素の悪影響をより低減することが可能となる。例えば、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４の酸化シリコン膜と接する窒化シリコン膜の形成に、誘導結合プラズマ化学気相堆積（ＩＣＰ−ＣＶＤ）装置を用いてＳｉＦ４ガスとＮ２ガスとでフッ素を含有する窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮｘ：Ｆ）膜を成膜してもよい。
【００４４】
このように水素原子が含まれない原料から成膜された第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、水素含有量を１０１８〜１０２０／ｃｍ３程度に抑えることができる。本実施形態に係るトランジスタは、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４が、テトライソシアネートシラン系材料を原料とする酸化シリコン膜と、ＳｉＦ４を原料とするフッ素を含有する窒化シリコン（ＳｉＮｘ：Ｆ）膜とが積層された構造を適用することで、酸化物半導体層１１２のキャリア濃度の増加を抑制することができ、トランジスタの閾値電圧の変動を抑制することができる。
【００４５】
１−５．ゲート電極
第１ゲート電極１１６は、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料を用いて作製される。例えば、第１ゲート電極１１６は、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン・タングステン（ＭｏＷ）合金等の膜を用いて作製される。また、第１ゲート電極１１６は、アルミニウム合金、銅合金、または銀合金を用いて作製されてもよい。アルミニウム合金としては、アルミニウム・ネオジム合金（Ａｌ−Ｎｄ）、アルミニウム・ネオジム・ニッケル合金（Ａｌ−Ｎｄ−Ｎｉ）、アルミニウム・カーボン・ニッケル合金（Ａｌ−Ｃ−Ｎｉ）、銅・ニッケル合金（Ｃｕ−Ｎｉ）等を適用することができる。さらに、第１ゲート電極１１６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電膜で形成することもできる。また、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏなどの３層積層構造の電極も有効である。すなわち、上述する金属材料をモリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、またはこれらの合金材料を含む酸化防止層で挟んだ３層積層構造を適用することもできる。
【００４６】
１−６．配線
第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂは、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の導電率の高い金属材料が用いられる。例えば、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂは、アルミニウム合金、銅合金、または銀合金を用いて作製される。アルミニウム合金としては、アルミニウム・ネオジム合金（Ａｌ−Ｎｄ）、アルミニウム・チタン合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム・シリコン合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウム・ネオジム・ニッケル合金（Ａｌ−Ｎｄ−Ｎｉ）、アルミニウム・カーボン・ニッケル合金（Ａｌ−Ｃ−Ｎｉ）、銅・ニッケル合金（Ｃｕ−Ｎｉ）等を適用することができる。このような金属材料を用いれば、耐熱性を有すると共に、配線抵抗を低減することができる。また、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏなどの３層積層構造の電極も有効である。すなわち、上述する金属材料をモリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、またはこれらの合金材料を含む酸化防止層で挟んだ３層積層構造を適用することもできる。
【００４７】
１−７．トランジスタの動作・機能の説明
トランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２が第１ゲート電極１１６と重畳する領域には、チャネルが形成される。酸化物半導体層１１２を構成する第２領域１１２−２は、第１領域１１２−１よりキャリア濃度が低い。このため、トランジスタ１
００ａは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１にチャネルを形成する。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１の第２領域１１２−２側（第１ゲート電極１１６側）に電流が流れることにより、トランジスタ１００ａの電界効果移動度を向上することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係るトランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２が、希ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いて作製される。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧は、第１領域１１２−１を作製するときの酸素分圧よりも大きい。図３に、酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧を変化させたときの、トランジスタの電気的特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性）を示す。図３に示すように、酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧を５％、１０％、１５％、２０％、５０％と変化させることで、トランジスタの閾値電圧を調整することができる。本実施形態に係るトランジスタは、閾値電圧が０〜５Ｖの範囲であることが好ましく、０．５Ｖ〜３Ｖの範囲であることがより好ましい。還元性のガスを用いないで第１絶縁膜１１４を形成することで、成膜時の基板温度を２５０〜３５０℃程度まで上げることができる。このことでトランジスタ１００ａが完成した後に、高温度・長時間のアニール処理が必要なくなり、信頼性を向上することができる。また、酸素分圧が１５％〜２０％の範囲で酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を成膜した場合、熱などのストレスによる閾値電圧の変化が小さくなり、トランジスタ１００ａが完成した後にカラーフィルタ形成のための２２０〜２５０℃のアニール処理を数回行っても安定したトランジスタ特性を維持することができる。
【００４９】
トランジスタ１００ａは、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の側）に第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。したがって、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と接触する。酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１の導電率が第２領域１１２−２の導電率より高い。このため、第１酸化物導電層１０８ａと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗、および第２酸化物導電層１０８ｂと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗を低くすることができる。別言すれば、酸化物半導体層１１２の基板１０２側の面に、第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとを接触させることで、接触抵抗を低減することができる。
【００５０】
１−８．製造方法
次に、トランジスタ１００ａの製造工程について説明する。図４（Ａ）は、基板１０２の上層に、第２絶縁層１０６、第２導電膜１０７、第３導電膜１０９を形成する段階を示す。第２導電膜１０７からは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが形成され、第３導電膜１０９からは、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂが形成される。
【００５１】
基板１０２としては、例えば、透明絶縁物基板が用いられる。透明絶縁物基板としては、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等で例示される無アルカリガラス基板、石英基板が用いられる。透明絶縁物基板の内、可撓性を有するフレキシブル透明絶縁物基板としては、透明ポリイミドや、透明ポリアミドなどが用いられる。
【００５２】
第２絶縁層１０６は、無機絶縁膜で形成される。例えば、第２絶縁層１０６として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜から選ばれた一種又は複数種の膜が成膜される。また、第２絶縁層１０６として酸化アルミニウム膜を作製するには、アルミナのスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法により成膜される。
【００５３】
第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂを形成する第２導電膜１０７は、導電性を有する金属酸化物材料、金属窒化物材料、金属酸窒化物材料、または高融点金属シリサイド酸化物材料の被膜をスパッタリング法により成膜することで作製される。例えば、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂを形成する第２導電膜１０７は、３０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚を有する導電性を有する金属酸化物材料の膜で作製される。また、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂを形成する第３導電膜１０９は、金属材料又は合金材料の膜をスパッタリング法により成膜することで作製される。第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂを形成する第３導電膜１０９は、低抵抗化を図るため、２００ｎｍ〜２０００ｎｍの金属膜により作製される。
【００５４】
図４（Ｂ）は、第１配線１１０ａ、第２配線１１０ｂ、第１酸化物導電層１０８ａ、および第２酸化物導電層１０８ｂを成形するリソグラフィ工程を示す。ここでは、多階調露光法（ハーフトーン露光法）が適用され、１枚のフォトマスクにより、第１配線１１０ａ、第２配線１１０ｂ、第１酸化物導電層１０８ａ、および第２酸化物導電層１０８ｂのパターンが形成される。
【００５５】
第３導電膜１０９の上にポジ型のフォトレジスト膜２０５を形成する。フォトレジスト膜２０５の露光には多階調マスク２０１を用いる。多階調マスク２０１には、多階調マスクパターンとして、露光機の解像度以下のスリットを設け、そのスリット部が光の一部を遮って中間露光を実現するグレイトーンマスクと、半透過膜を利用して中間露光を実現するハーフトーンマスクが知られるが、本実施形態においては双方の多階調マスク２０１を使用することができる。多階調マスク２０１の光透過領域、半透過領域２０２、非透過領域２０３を介して露光することで、フォトレジスト膜２０５には露光部分、中間露光部分、未露光部分の３種類の部分が形成される。
【００５６】
その後、フォトレジスト膜２０５を現像することで、図５（Ａ）に示すように、厚さの異なる領域を有するレジストマスク２０７ａが形成される。図５（Ａ）では、レジストマスク２０７ａが、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂが形成される領域に対応する部分の膜厚が厚くなり、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが形成される領域に対応する部分の膜厚が相対的に薄くなるように形成された態様を示す。
【００５７】
レジストマスク２０７ａを使用して第３導電膜１０９及び第２導電膜１０７がエッチングされる。エッチングの条件に限定はないが、例えば、金属材料で形成される第３導電膜１０９が混酸エッチング液を用いたウェットエッチングで行われ、金属酸化物材料等で形成される第２導電膜１０７が塩素系ガスを用いたドライエッチングやシュウ酸系のウェットエッチングで行われる。この段階で、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが形成される。このエッチングの後、アッシング処理により、レジストマスク２０７ａの膜厚が薄い領域を除去して、第３導電膜１０９の表面を露出させる処理が行われる。図５（Ｂ）は、アッシング処理が行われた後のレジストマスク２０７ｂを示す。レジストマスク２０７ｂは、第３導電膜１０９の上に残存している状態となる。
【００５８】
次に、露出した第３導電膜１０９のエッチングが行われる。このエッチングは、例えば、混酸エッチング液を用いたウェットエッチングで行われる。金属酸化物等で形成される第２導電膜１０７は、スズ（Ｓｎ）が１０ａｔｍ％以上含有されていれば、混酸エッチング液によりエッチングされにくいので、選択比は比較的高くとれる。そのため、下層の第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの形状は保持される。図６（Ａ）は、第３導電膜１０９がエッチングされ、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂが形成された段階を示す。なお、第３導電膜１０９をエッチングした後、レジストマスク２０７ｂはレジスト剥離液やアッシングにより除去される。
【００５９】
レジスト剥離液やアッシング処理により、既に形成されている第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの表面は酸素プラズマに晒されることになる。しかし、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの成分として含まれるチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）は、酸化物となってもキャリア（電子）をトラップする欠陥を生成せず、キャリア（電子）キラーの役割を発現しないでｎ型酸化物半導体となる。そのため、酸素プラズマに晒されたとしても、後の工程で作製される酸化物半導体層１１２と良好なコンタクトを形成することができる。
【００６０】
図６（Ｂ）は、酸化物半導体層１１２を形成する段階を示す。酸化物半導体層１１２は、第１酸化物導電層１０８ａ、第２酸化物導電層１０８ｂ、第１配線１１０ａ、および第２配線１１０ｂを覆うようにトランジスタ１００ａの略全面に形成される。酸化物半導体層１１２は、スパッタリング法により作製される。スパッタリングターゲットには、酸化物半導体材料を焼結したものが適用される。酸化物半導体層１１２は、２０ｎｍ〜１００ｎｍ、例えば、３０ｎｍ〜６０ｎｍの膜厚で作製される。
【００６１】
酸化物半導体層１１２は、例えば、四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、一元系酸化物材料に対応するスパッタリングターゲットを用いて作製されてもよい。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１は、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス用いて作製することができる。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２は、希ガスと酸素（Ｏ２）の混合ガスを用いて作製することができる。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧は、第１領域１１２−１を作製するときの酸素分圧よりも大きくなるように調節する。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧は、例えば、１０％〜５０％が好ましい。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を作製するときの酸素分圧は、１５％〜３０％がより好ましい。また、希ガス（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）に窒素（Ｎ２）や亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を加えた混合ガスを用いて作製してもよい。具体的には、第１領域１１２−１の成膜が終了する段階で、グロー放電を維持したまま、希ガス（Ａｒガス）に加えて成膜室内に酸素ガスを導入する。このとき、排気速度を向上させ成膜室内の圧力を下げ、成膜速度を低下させるようにしてもよい。このような制御により、第２領域１１２−２の密度を高めることができる。
【００６２】
本実施形態に係る酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２は、このように酸素分圧を制御することにより連続して作製することができ、生産性を高めることができる。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２を成膜するときの酸素分圧を高めることで、第２領域１１２−２の膜の結晶化率を高めることができ、第１絶縁層１１４をプラズマＣＶＤで成膜する時にプラズマにさらされても還元されにくくすることができる。このために第１絶縁層１１４の成膜時の基板温度を２５０℃以上に上げることができるようになり、良品のＳｉＯ２膜を形成することができる。これによりトランジスタの信頼性を向上することができる。
【００６３】
本実施形態に係る酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２の作製方法は、同一のスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスの酸素分圧を制御することにより連続して作製する方法を一例として示した。しかしながらこれに限定されず、例えば、酸化物半導体層１１２の全体を第１領域１１２−１と同じ条件で作製し、水蒸気処理またはＮ２Ｏプラズマ酸化処理することにより第２領域１１２−２を形成してもよい。水蒸気処理は、例えば、水蒸気分圧１０％〜５０％の窒素雰囲気で３５０℃〜５００℃で行ってもよい。また、酸化物半導体層１１２の作製時に酸素分圧を異ならせて成膜することのみでなく、ＮＦ３やＳｉＦ４ガスを用いたフッ素ドーピング処理や、Ｓｎ、Ｓｉ、またはＷドーピングによって第２領域１１２−２を作製してもよい。このようにして
作製された第２領域１１２−２も同様に、第１領域１１２−１に比べてキャリア濃度を低くすることができる。また、例えば、第１領域１１２−１にＩｎ−Ｇａ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物材料、第２領域１１２−２にＧａ２Ｏ３系酸化物材料を用いて異なる元素を含む２つの領域を作製してもよい。本実施形態に係る酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２は、このような作製方法を用いることで、第１領域１１２−１よりキャリア濃度が低い第２領域１１２−２を作製することができる。
【００６４】
その後、第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２を有する酸化物半導体層１１２は、エッチングによってパターニングされる。このため、図４（Ｂ）に示すように、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１の端部は露出している。しかしながらこれに限定されず、本実施形態の酸化物半導体層１１２は、例えば、第１領域１１２−１を作製し、パターニングをした後、第２領域１１２−２を形成する場合、第１領域１１２−１の端部は第２領域１１２−２で覆われていてもよい。このような構造を有することで、酸化物半導体層１１２の物理的特性をさらに向上することができる。
【００６５】
図７（Ａ）は、酸化物半導体層１１２の上に第１絶縁層１１４、第４導電膜１１５を形成する段階を示す。第１絶縁層１１４は、第２絶縁層１０６と同様に作製される。また、第４導電膜１１５は、第１導電膜１０３と同様に作製される。その後、第４導電膜１１５をエッチングすることで、第１ゲート電極１１６が形成される。これにより、図７（Ｂ）に示すトランジスタ１００ａが作製される。
【００６６】
本実施形態に係るトランジスタ１００ａの製造方法によれば、多階調マスクを用いることで、製造に必要なフォトマスクの数を削減することが可能となる。また、多階調マスクを用いることで、１回の露光により複数のパターン（第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂ）を作製することができる。これにより、トランジスタ１００ａを有する集積回路素子の生産性を高め、製造コストを低減することができる。
【００６７】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂと、第１ゲート電極１１６とは、重なり合って配置されていない。トランジスタ１００ａのチャネル領域（第１ゲート電極１１６が酸化物半導体層１１２と重なる領域）から、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂをできるだけ離して配置することで、金属元素による汚染を防止することができる。例えば、配線材料として用いられる銅（Ｃｕ）は、ｎ型半導体でもある酸化物半導体に対してキラー不純物となる（酸化物半導体の特性を劣化させ、滅失させる不純物となる）。これに対し、本実施形態におけるように、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂをトランジスタ１００ａのチャネル領域から遠ざけて配置することで、第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂに銅（Ｃｕ）が含まれていたとしても、酸化物半導体層１１２に対する銅（Ｃｕ）の汚染を低減することができる。
【００６８】
本実施形態に係るトランジスタ１００ａの製造方法によれば、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２を、同一のスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスの酸素分圧を制御することにより連続して作製することができ、生産性を高めることができる。
【００６９】
第２実施形態：
本実施形態は、第１実施形態で示すトランジスタと同様の構造を有するトランジスタにより構成される表示装置の一例を示す。図８に示すように、表示装置１２０は、複数の画素１２２を含む表示領域１２１、走査線駆動回路１２３、データ線駆動回路１２５を含む。図８では図示されないが、複数の画素１２２には、表示素子として有機ＥＬ素子と、この有機ＥＬ素子を駆動するトランジスタが設けられている。
【００７０】
２−１．等価回路
図９は、本実施形態に係る表示装置の画素１２２の等価回路を示す。画素１２２は、選択トランジスタ１２４、駆動トランジスタ１２６、容量素子１２８、有機ＥＬ素子１３０を含む。選択トランジスタ１２４及び駆動トランジスタ１２６は、第１実施形態で示すトランジスタ１００ａと同様の構成を有する。すなわち、図９はトップゲート構造のトランジスタを示し、選択トランジスタ１２４は、第１ゲート電極１１６ｂを有し、駆動トランジスタ１２６は、第１ゲート電極１１６ａを有している。
【００７１】
本実施形態において、選択トランジスタ１２４及び駆動トランジスタ１２６は、ｎチャネル型である。選択トランジスタ１２４の第１ゲート電極１１６ｂは、ゲート信号線１３２ａと接続される。選択トランジスタ１２４の入出力端子（ソース及びドレイン）の一方の端子はデータ信号線１３４と接続され、他方の端子は駆動トランジスタ１２６の第１ゲート電極１１６ａと接続される。駆動トランジスタ１２６の第１ゲート電極１１６ａは、選択トランジスタ１２４の入出力端子の他方の端子と接続される。駆動トランジスタ１２６のドレインは有機ＥＬ素子１３０と接続され、ソースは第２コモン配線１３６ｂと接続される。容量素子１２８は、一方の端子が選択トランジスタ１２４の入出力端子（ソース及びドレイン）の他方の端子と接続され、他方の端子が第１コモン配線１３６ａと接続される。第１コモン配線１３６ａ及び第２コモン配線１３６ｂは、例えば、接地電位が与えられる。
【００７２】
有機ＥＬ素子１３０は、一方の端子が駆動トランジスタ１２６のドレインと接続され、他方の端子が電源線１３８と接続される。電源線１３８は、コモン配線１３６よりも高い電位である電源電位ＶＤＤが与えられる。本実施形態において、有機ＥＬ素子１３０が駆動トランジスタ１２６のドレインと接続される側の端子が陰極であり、電源線１３８と接続される側の端子が陽極である。
【００７３】
２−２．画素の構成
図９に示す等価回路に対応する画素１２２ａの平面構造の一例を図１０に示す。また、図１０に示すＡ１−Ａ２線及びＢ１−Ｂ２線に対応する断面構造を図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）にそれぞれ示す。図１１（Ａ）は、駆動トランジスタ１２６及び有機ＥＬ素子１３０の断面構造を示し、図１１（Ｂ）は選択トランジスタ１２４及び容量素子１２８の断面構造を示す。以下の説明では、図１０、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を適宜参照して説明する。なお、図１０で示す画素１２２ａの平面図において、有機ＥＬ素子１３０の構造は省略されている。
【００７４】
２−２−１．駆動トランジスタ
駆動トランジスタ１２６は、第１実施形態で示すトランジスタ１００ａと同様の構成を有する。すなわち、駆動トランジスタ１２６は、第２絶縁層１０６、第１酸化物半導体層１１２ａ（第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２）、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６ａが積層された構造を有する。第１ゲート電極１１６ａは、第１絶縁層１１４の上層（基板１０２と反対側の面）に設けられる。
【００７５】
第２絶縁層１０６と第１酸化物半導体層１１２ａとの間には、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが設けられる。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａの第１領域１１２−１と接するように設けられる。
【００７６】
第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂは第１ゲート電極１１６ａと重なる領域を有し、平面視において第１ゲート電極１１６ａを両側から挟むように設けられ
る。少なくとも第１ゲート電極１１６ａと重なる領域において、第２酸化物導電層１０８ｂは平面視でＵ字状に湾曲されたパターンを有し、第１酸化物導電層１０８ａは第２酸化物導電層１０８ｂのＵ字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する。図１に示すトランジスタの断面図は、第１酸化物導電層１０８ａから第２酸化物導電層１０８ｂまでの単位構造を示すものであり、図１０において駆動トランジスタ１２６の第２方向（Ｄ２方向）の断面図は、図１に示す断面図の繰り返し構造となる。
【００７７】
第１酸化物導電層１０８ａの直線状のパターンの幅は、１．０μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましく、１．５μｍ〜３μｍの範囲であることがより好ましい。第１ゲート電極１１６ａと重なる領域における第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとの最短距離は、１．５μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましく、２μｍ〜５μｍの範囲であることがより好ましい。第１酸化物導電層１０８ａの直線状のパターンの幅よりも第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとの最短距離の方が、同じかより大きくなるような構造を採用することで、駆動トランジスタ１２６がオフした時のリーク電流の増大を抑制することが可能となる。第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとがこのような構造を有することで、第１ゲート電極１１６ａと第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂとのアライメントのずれが発生してもゲート−ドレイン間容量の変動を抑制することができるため、表示むらを抑制することができ、歩留まりを向上することができる。
【００７８】
駆動トランジスタ１２６は、第１酸化物導電層１０８ａが、または第１酸化物導電層１０８ａが第１酸化物半導体層１１２ａと接する領域がドレイン領域となり、第２酸化物導電層１０８ｂが、または第１酸化物半導体層１１２ａが第２酸化物導電層１０８ｂと接する領域がソース領域となる。
【００７９】
駆動トランジスタ１２６の第２酸化物導電層１０８ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａと共に、第１コモン配線１３６ａ及び第２コモン配線１３６ｂと電気的に接続される。第２コモン配線１３６ｂは、酸化物導電層１０８と酸化物半導体層１１２との間に設けられる配線層１１０と同じ層構造で設けられる。第１コモン配線１３６ａと第２酸化物導電層１０８ｂとは、第２絶縁層１０６に設けられた第１コンタクトホール１１７ａを介して電気的に接続される。第２コモン配線１３６ｂは、第２酸化物導電層１０８ｂの上面と直接接している。
【００８０】
第２絶縁層１０６は、例えば、基板１０２側から、第１窒化シリコン膜１４１ａ、第１酸化シリコン膜１４０ａが積層された構造を有する。第１絶縁層１１４は、第１酸化物半導体層１１２ａの側から、第２酸化シリコン膜１４０ｂ、第２窒化シリコン膜１４１ｂが積層された構造を有する。
【００８１】
駆動トランジスタ１２６は、第１酸化物半導体層１１２ａが第１ゲート電極１１６ａと重畳する領域にチャネルが形成される。したがって、第１酸化物半導体層１１２ａはチャネルが形成される領域において、第１酸化シリコン膜１４０ａ、１４０ｂと接して設けられる。第１酸化物半導体層１１２ａは、絶縁性を有する酸化物の膜と接して設けられることで酸素欠損の生成が抑制される。第１酸化シリコン膜１４０ａ、１４０ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａから酸素を引き抜かないように酸素欠損が無いことが望ましく、むしろ酸素を過剰に含むことが好ましい。酸素を過剰に含む第１酸化シリコン膜１４０ａ、１４０ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａに対する酸素の供給源となり得るためである。ここで、酸素を過剰に含む酸化シリコン膜とは、化学量論的組成に対し酸素を多く含むものを含み、また、格子内に酸素を含む場合もあり得るものとする。なお、第２絶縁層１０６及び第１絶縁層１１４は、酸化シリコン膜に代えて酸窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜を適用してもよい。
【００８２】
駆動トランジスタ１２６は、平坦化層１４２によって覆われる。平坦化層１４２は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などの有機樹脂材料によって形成される。平坦化層１４２は、製造段階において、有機樹脂材料の前駆体を含む組成物を塗布した際に、塗膜のレベリング作用により表面が平坦化される。
【００８３】
平坦化層１４２と第１絶縁層１１４には開口部１４４が設けられる。この開口部１４４に重ねて有機ＥＬ素子１３０の陰極である第１電極１４６が配置される。有機ＥＬ素子１３０は、少なくとも開口部１４４の領域に複数の層を積層することによって形成される。
【００８４】
本実施形態において、駆動トランジスタ１２６は、図１を参照して説明したように酸化物半導体層１１２が、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とで構成されている。そして、第１領域１１２−１に対し、第２領域１１２−２のキャリア濃度が低くなるように構成されている。これにより、駆動トランジスタ１２６は、酸化物半導体層１１２において、第１絶縁層１１４から離れた第１領域１１２−１にチャネルが形成される構造となる。ノーマリーＯＦＦ（エンハンスメント）動作のＴＦＴを製作するために、本発明では埋め込みチャネルを形成できるようにした。
【００８５】
仮に、酸化物半導体層１１２に第２領域１１２−２に相当する領域を設けない場合には、酸化物半導体層１１２の成膜最終段階で形成される膜質の悪い（密度が低く、欠陥が多い）領域が第１絶縁層１１４と直接的に接する構造となる。このような構造では、チャネル領域が酸化物半導体層１１２の膜質の悪い領域を含んで形成されるため、電界効果移動度が低下し、第１絶縁層１１４を成膜する時に還元されやすいので閾値電圧も大きく変動する要因となる。
【００８６】
これに対し、本実施形態に係る駆動トランジスタ１２６は、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と第１絶縁層１１４との間に第２領域１１２−２を設けることで、電界効果移動度を向上することができる。また、駆動トランジスタ１２６の閾値電圧の変動を抑制することができ、安定した電気的特性により信頼性を向上することができる。
【００８７】
２−２−２．選択トランジスタ
選択トランジスタ１２４は、第１実施形態で示すトランジスタ１００ａと同様の構成を有する。すなわち、選択トランジスタ１２４は、第２絶縁層１０６、第２酸化物半導体層１１２ｂ（第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２）、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６ｂが積層された構造を有する。選択トランジスタ１２４は、第２酸化物半導体層１１２ｂが第１ゲート電極１１６ｂと重畳する領域にチャネルが形成される。
【００８８】
第２絶縁層１０６と第２酸化物半導体層１１２ｂとの間に、第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄが設けられる。第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄは、第２酸化物半導体層１１２ｂの第１領域１１２−１と接して設けられることで、ソース領域、ドレイン領域として機能する。
【００８９】
第３酸化物導電層１０８ｃと第４酸化物導電層１０８ｄとは第１ゲート電極１１６ｂと重なる領域を有し、平面視において第１ゲート電極１１６ｂを両側から挟むように設けられる。少なくとも第１ゲート電極１１６ｂと重なる領域において、第３酸化物導電層１０８ｃは平面視でＵ字状に湾曲されたパターンを有し、第４酸化物導電層１０８ｄは第３酸化物導電層１０８ｃのＵ字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する。図１に示すトランジスタの断面図は、第１酸化物導電層１０８ａから第２酸化物導電層１０８ｂまでの単位構造を示すものであり、図１０において選択トランジスタ１２４の第２方向（Ｄ２方向）の断面図は、図１に示す断面図の繰り返し構造となる。
【００９０】
第４酸化物導電層１０８ｄの直線状のパターンの幅は、１．０μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましく、１．５μｍ〜３μｍの範囲であることがより好ましい。第１ゲート電極１１６ｂと重なる領域における第３酸化物導電層１０８ｃと第４酸化物導電層１０８ｄとの最短距離は、１．５μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましく、２μｍ〜５μｍの範囲であることがより好ましい。第４酸化物導電層１０８ｄの直線状のパターンの幅よりも第３酸化物導電層１０８ｃと第４酸化物導電層１０８ｄとの最短距離の方が、同じかより大きくなるような構造を採用することで、選択トランジスタ１２４がオフした時のリーク電流の増大を抑制することが可能となる。第３酸化物導電層１０８ｃと第４酸化物導電層１０８ｄとがこのような構造を有することで、第１ゲート電極１１６ｂと第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄとのアライメントのずれが発生してもゲート−ドレイン間容量の変動を抑制することができるため、表示むらを抑制することができ、生産性を向上することができる。
【００９１】
第３酸化物導電層１０８ｃは、データ信号線１３４と電気的に接続される。データ信号線１３４は、酸化物導電層１０８と酸化物半導体層１１２との間に設けられる配線層１１０と同じ層構造で設けられる。データ信号線１３４は、第３酸化物導電層１０８ｃの上面と直接接している。また、第２酸化物半導体層１１２ｂは、データ信号線１３４が配設される領域まで延伸され、データ信号線１３４を覆うように設けられる。データ信号線１３４は、第３酸化物導電層１０８ｃと直接接触していることで、コンタクトホールを介して接続される場合と比べて接触面積が増大するので、接触抵抗を低減することができる。また、データ信号線１３４は、上面及び側面が第２酸化物半導体層１１２ｂで覆われることで、製造工程において酸化性雰囲気及び還元性雰囲気に晒されないこととなる。そのためデータ信号線１３４は、表面の高抵抗化を抑制することが可能となる。
【００９２】
２−２−３．容量素子
容量素子１２８は、第１容量電極１６０ａ、第２絶縁層１０６、第４酸化物導電層１０８ｄ、第２容量電極１６０ｂが積層された構造を有する。第２容量電極１６０ｂはデータ信号線１３４と同じ層構造で形成される。第４酸化物導電層１０８ｄは、第２容量電極１６０ｂと電気的に接続された状態にあるので、実質的に容量素子１２８の他方の電極として機能する。
【００９３】
第２容量電極１６０ｂの上層側には第２酸化物半導体層１１２ｂ、第１絶縁層１１４が設けられる。第２容量電極１６０ｂは、第１絶縁層１１４及び第２酸化物半導体層１１２ｂを貫通する第２コンタクトホール１１７ｂを介して第１ゲート電極１１６ａと電気的に接続される。
【００９４】
２−２−４．有機ＥＬ素子
有機ＥＬ素子１３０は、基板１０２の側から、陰極に相当する第１電極１４６、第１酸化物半導体層１１２ａ（第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２）、電子輸送層１４８、電子注入層１５０、発光層１５２、正孔輸送層１５４、正孔注入層１５６、陽極に相当する第２電極１５８が積層された構造を有する。ここで、有機ＥＬ素子１３０は、積層順が基板１０２に近接した陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極と順次積層される構造を順積み構造と呼ばれるが、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１３０は基板１０２に近接した陰極側から電子輸送層、発光層、正孔輸送層等が積層される構造を有するので、逆積み構造とも呼ばれる。
【００９５】
本実施形態においては、電子輸送層１４８、第１酸化物半導体層１１２ａの第２領域１１２−２、第１酸化物半導体層１１２ａの第１領域１１２−１、第１電極１４６、の順にエネルギー準位が下がる構成とすることで、エネルギー準位差を低減することができ、電
子注入効率を向上し、有機ＥＬ素子１３０の発光効率を向上することができる。また、本実施形態においては、駆動トランジスタ１２６がｎチャネル型であるので、有機ＥＬ素子が順積み構造の場合、ソースが陽極と接続することとなる。その場合駆動トランジスタのドレイン電流は有機ＥＬ素子の特性変動により変化してしまうことが問題となる。しかしながら、本実施形態におけるように、有機ＥＬ素子を逆積み構造とすると、ｎチャネル型の駆動トランジスタはドレインが有機ＥＬ素子の陰極と接続されるので、ドレイン電流が有機ＥＬ素子の特性変動の影響を受けにくい回路構成とすることができる。
【００９６】
平坦化層１４２の上面と、平坦化層１４２及び第１絶縁層１１４に設けられた開口部１４４には、電子輸送層１４８、電子注入層１５０、発光層１５２、正孔輸送層１５４、正孔注入層１５６、陽極である第２電極１５８が積層される。これらの積層体と、陰極に相当する第１電極１４６とが重なる領域が有機ＥＬ素子１３０の発光領域となる。
【００９７】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１３０は、基板１０２側に光を出射する、所謂ボトムエミッション型である。以下、有機ＥＬ素子１３０を構成する各層を詳細に説明する。
【００９８】
２−２−４−1．陰極
有機ＥＬ素子の陰極材料としては、従来、アルミニウム・リチウム合金（ＡｌＬｉ）、マグネシウム・銀合金（ＭｇＡｇ）等の材料が用いられている。しかし、これらの材料は、大気中の酸素や水分の影響を受けて劣化しやすく、取扱が困難な材料である。また、これらの陰極材料は金属材料であるので、逆積み構造で、かつボトムエミッション型の有機ＥＬ素子を構成するには適していない。
【００９９】
本実施形態に係る有機ＥＬ素子１３０は、陰極である第１電極１４６を透明導電膜で形成することにより、ボトムエミッション型の構造を実現している。具体的には、駆動トランジスタ１２６の第１酸化物導電層１０８ａが有機ＥＬ素子１３０の領域まで拡張されることで、陰極である第１電極１４６として機能する層が設けられる。このような構造にすることで、駆動トランジスタ１２６と有機ＥＬ素子１３０とを電気的に接続するための構造が簡略化される。例えば、駆動トランジスタと有機ＥＬ素子との間に層間絶縁層が介在していると、コンタクトホールを設けて両者を接続する必要があるが、本実施形態に係る画素１２２ａの構造によれば、コンタクトホールを必要としないで済む。
【０１００】
陰極である第１電極１４６は、第１酸化物導電層１０８ａと同じ導電膜で形成される。第１酸化物導電層１０８ａは、導電性を有する金属酸化物材料、金属窒化物材料、金属酸窒化物材料で形成される。これらの材料による導電膜は、バンドギャップが２．８ｅＶ以上、好ましくは３．０ｅＶ以上であるので、可視光帯域の光をほぼ透過する。そのため、有機ＥＬ素子１３０の光出射面側の電極として用いることが可能となる。
【０１０１】
陰極に相当する第１電極１４６の上層には、駆動トランジスタ１２６から延在する第１酸化物半導体層１１２ａが設けられていてもよい。第１酸化物半導体層１１２ａは、バンドギャップが３ｅＶ以上であるので、可視光に対して透光性を有する。また、後述されるように、本実施形態において電子輸送層１４８は、金属酸化物で形成される。そのため、電子輸送層１４８と同一又は同種の材料である第１酸化物半導体層１１２ａが陰極に相当する第１電極１４６との間に介在することで、電子注入障壁が形成されないようにすることができる。別言すれば、駆動トランジスタ１２６のチャネル領域から延伸する第１酸化物半導体層１１２ａを、陰極に相当する第１電極１４６と接する電子輸送層１４８の一部として用いることができる。
【０１０２】
２−２−４−２．電子輸送層
電子輸送層１４８は、金属酸化物材料を用いて形成される。金属酸化物材料としては、
第１実施形態で述べたものと同様の、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、および一元系酸化物材料が適用される。これらの金属酸化物材料は、アモルファスの形態であっても良く、結晶質の形態であっても良く、あるいはアモルファスと結晶質相の混合相の形態であっても良い。例えば、電子輸送層１４８、インジウム酸化物、亜鉛酸化物、ガリウム（Ｇａ）酸化物、スズ（Ｓｎ）酸化物から選ばれた一種又は複数種を含んで構成される。これらの金属酸化物材料は可視光を吸収せず透明である必要があるので、バンドギャップは３．０ｅＶ以上であることが求められる。さらに、電子輸送層１４８は、可能な限り膜厚を大きくすることで、陰極と陽極との短絡を防止することができる。これにより有機ＥＬパネルの歩留まりを大幅に改善することができる。代表的な電子輸送層としてＺｎＳｉＯｘがある。ＺｎＯにＳｉＯ２を１０〜１５ａｔｍ％程度ドーピングすることでバンドギャップ３．５ｅＶ、仕事関数３．５ｅＶの電子輸送層に適した物性値が得られる。ＭｇＺｎＯＸ系の酸化物半導体でＭｇ２０ａｔｍ％、Ｚｎ８０ａｔｍ％の酸化物でも同様な物性値を得ることが可能である。このような電子輸送層１４８は、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等により作製することができる。電子輸送層１４８は、このような成膜方法により、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚で作製される。
【０１０３】
なお、電子輸送層１４８のキャリア濃度は、第１酸化物半導体層１１２ａの平均キャリア濃度の１０分の１以下、好ましくは１００分の１以下であることが好ましい。別言すれば、第１酸化物半導体層１１２ａの平均キャリア濃度は、電子輸送層１４８のキャリア濃度に対して１０倍以上、好ましくは１００倍以上であることが好ましい。具体的には、電子輸送層１４８のキャリア濃度が１０１３〜１０１７／ｃｍ３であるのに対し、第１酸化物半導体層１１２ａの第１領域１１２−１におけるキャリア濃度は１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲にあり、双方のキャリア濃度の差は上述のように１桁以上、好ましくは２桁以上差があることが好ましい。第１酸化物半導体層１１２ａの第１領域１１２−１は、１０１５〜１０１９／ｃｍ３のキャリア濃度を有することで、駆動トランジスタ１２６と有機ＥＬ素子１３０との電気的な接続において抵抗損失を低減し、駆動電圧の上昇を抑えることができる。電子輸送層１４８は、キャリア濃度が１０２０／ｃｍ３以上となると、発光層１５２における励起状態が失活して発光効率を低下させてしまう。一方、電子輸送層１４８のキャリア濃度が１０１３／ｃｍ３以下であると、発光層１５２に供給されるキャリアが低減し十分な輝度を得ることができない。このように、駆動トランジスタ１２６から延在する第１酸化物導電層１０８ａと第１酸化物半導体層１１２ａとを、電子輸送層１４８と積層させて接して設けると共に、３層のそれぞれのキャリア濃度を異ならせることで、駆動電圧の上昇を防ぎ、電子注入効率を向上させ有機ＥＬ素子１３０の発光効率を高めることができる。
【０１０４】
２−２−４−３．電子注入層
有機ＥＬ素子において、電子注入層は、陰極から電子輸送材料へ電子を注入するためのエネルギー障壁を小さくするために用いられる。本実施形態では、酸化物半導体で形成される電子輸送層１４８から発光層１５２へ電子が注入されやすくするために、電子注入層１５０が用いられる。すなわち、電子注入層１５０は、電子輸送層１４８と発光層１５２との間に設けられる。
【０１０５】
電子注入層１５０は、有機材料で形成される発光層１５２に電子を注入するために、仕事関数が小さな材料であることが望ましい。電子注入層１５０は、カルシウム（Ｃａ）酸化物、アルミニウム（Ａｌ）酸化物を含んで構成される。電子注入層１５０としては、例えば、Ｃ１２Ａ７（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３）エレクトライドを用いることが好ましい。Ｃ１２Ａ７エレクトライドは半導体特性を有し、高抵抗から低抵抗まで制御することが可能であり、仕事関数も２．４ｅＶ〜３．２ｅＶとアルカリ金属と同程度であるので、電子注入層１５０として好適に用いることができる。
【０１０６】
Ｃ１２Ａ７エレクトライドによる電子注入層１５０は、Ｃ１２Ａ７電子化物の多結晶体をターゲットとしてスパッタリング法で作製される。Ｃ１２Ａ７エレクトライドは半導体特性を有するので、電子注入層１５０の膜厚は１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とすることができる。なお、Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、Ｃａ：Ａｌのモル比が１３：１３〜１１：１６の範囲にあることが好ましい。また、Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、スパッタリング法で成膜されるため非晶質であることが好ましく、結晶性を有するものであってもよい。
【０１０７】
Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、大気中で安定であるので、従来から電子注入層として用いられているフッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）等のアルカリ金属化合物と比較して取り扱いが簡便であるという利点を有する。これにより、有機ＥＬ素子の製造工程において、乾燥空気又は不活性気体中で作業をする必要がなくなり、製造条件の制限が緩和されることとなる。
【０１０８】
また、Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、イオン化ポテンシャルが大きいため、発光層１５２を挟んで正孔輸送層１５４と反対側に配置することで、正孔ブロック層として用いることができる。すなわち、電子輸送層１４８と発光層１５２との間に、Ｃ１２Ａ７エレクトライドで形成される電子注入層１５０を設けることで、発光層１５２に注入された正孔が陰極である第１電極１４６の側に突き抜けることを抑制し、発光効率を高めることができる。ＭｇＺｎＯｘ（Ｍｇ３０ａｔｍ％、Ｚｎ７０ａｔｍ％）を電子注入層として利用することも可能である。
【０１０９】
２−２−４−４．発光層
発光層１５２としては種々の材料を用いることができる。例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物、燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
【０１１０】
例えば、青色系の発光材料として、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（ＹＧＡＰＡ）等を用いることができる。緑色系の発光材料としては、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（２ＤＰＡＢＰｈＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）］−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（ＤＰｈＡＰｈＡ）等を用いることができる。赤色系の発光材料としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１３−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）等を用いることができる。また、ビス［２−（２’−ベンゾ［４，５−α］チエニル）ピリジナトーＮ，Ｃ３’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））のような燐光材料を用いることができる。
【０１１１】
この他にも、発光層１５２として、公知の各種材料を使用することができる。発光層１５２は、蒸着法、転写法、スピンコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法等により作製することができる。発光層１５２の膜厚は適宜選択されればよいが、例えば、１０ｎ
ｍ〜１００ｎｍの範囲で設けられる。
【０１１２】
２−２−４−５．正孔輸送層
正孔輸送層１５４は、正孔輸送性を有する材料を用いて形成される。正孔輸送層１５４は、例えば、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、およびフルオレン誘導体を含むアミン化合物などであっても良い。正孔輸送層１５４は、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’−ビス［Ｎ−（９，９−ジメチルフルオレン−２−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＤＦＬＤＰＢｉ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（ＢＳＰＢ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢ等の有機材料が用いられる。
【０１１３】
正孔輸送層１５４は、真空蒸着法、塗布法など一般的な成膜方法によって作製される。正孔輸送層１５４は、このような成膜方法により、１０ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で作製される。なお、正孔輸送層１５４は省略されてもよい。
【０１１４】
２−２−４−６．正孔注入層
正孔注入層１５６は、有機層に対して正孔注入性の高い物質を含む。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）、銅（ＩＩ）フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（ＶＯＰｃ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＤＰＡＢ）、４，４’−ビス（Ｎ−｛４−［Ｎ’−（３−メチルフェニル）−Ｎ’−フェニルアミノ］フェニル｝−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（ＤＰＡ３Ｂ）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（ＰＣｚＰＣＮ１）、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ−ＣＮ）等の有機化合物を用いることができる。
【０１１５】
このような正孔注入層１５６は、真空蒸着法、塗布法など一般的な成膜方法によって作製される。正孔注入層１５６は、このような成膜方法により、１ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚で作製される。
【０１１６】
２−２−４−７．陽極
陽極に相当する第２電極１５８としては、仕事関数の大きい（具体的には４．０ｅＶ以上）金属、合金、導電性化合物で作製される。陽極に相当する第２電極１５８には、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）などが用いられる。これらの導電性金属酸化物材料が用いられる陽極に相当する第２電極１５８は、真空蒸着法、スパッタリ
ング法により作製される。本実施形態において、有機ＥＬ素子１３０はボトムエミッション型であるため、陽極に相当する第２電極１５８は光反射性を有しているか、光反射面を有していることが好ましい。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物の被膜は透光性を有するので、正孔注入層１５６と反対側の面に、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などの金属膜が積層されていてもよい。なお、図１０、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）では省略されているが、陽極に相当する第２電極１５８の上層には、酸素（Ｏ２）や水分（Ｈ２Ｏ）の透過を遮断するパッシベーション層が、表示領域１２１の略全面に設けられていてもよい。
【０１１７】
このように、本実施形態によれば、ｎチャネル型の導電性を示す駆動トランジスタ１２６と有機ＥＬ素子１３０とが電気的に接続された画素１２２ａを実現することができる。この場合において、有機ＥＬ素子１３０は、陰極である第１電極１４６側から電子輸送層１４８、電子注入層１５０、発光層１５２、正孔輸送層１５４、正孔注入層１５６等が適宜積層された逆積み構造を適用することができる。陰極である第１電極１４６として、アルカリ金属材料を使用しないで済むので、表示装置の信頼性を高めることができる。さらに、下層側に配置される電子輸送層及び電子注入層を無機絶縁材料で形成することで、この上に有機層を形成しても変質等による特性劣化が抑制されるので、有機ＥＬ素子１３０の特性の安定化を図ることができる。
【０１１８】
２−３．トランジスタの構造
図１１（Ａ）及び（Ｂ）で示すように、本実施形態に係る画素１２２ａの構造は、第２電極１５８が駆動トランジスタ１２６及び選択トランジスタ１２４の全面を覆う構造となる。そして、駆動トランジスタ１２６及び選択トランジスタ１２４は、チャネルが形成される酸化物半導体層１１２の下層に第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとが接するように配置され、酸化物半導体層１１２の上層側に第１ゲート電極１１６が配置されるボトムコンタクトトップゲート構造を有している。
【０１１９】
一方、図１２（Ａ）は、基板３０２上に、ゲート電極３０４、第２絶縁層３０６、第１酸化物導電層３０８ａ、第２酸化物導電層３０８ｂ、第１配線３１０ａ、第２配線３１０ｂ、酸化物半導体層３１２、第１絶縁層３１４、平坦化層３４２、陽極３５８が積層された断面構造を有するボトムコンタクトボトムゲート型のトランジスタ３００を示す。図１２（Ｂ）は、基板４０２上に、ゲート電極４０４、第２絶縁層４０６、酸化物半導体層４１２、第１酸化物導電層４０８ａ、第２酸化物導電層４０８ｂ、第１配線４１０ａ、第２配線４１０ｂ、第１絶縁層４１４、平坦化層４４２、陽極４５８の順に積層された断面構造を有するトップコンタクトボトムゲート型のトランジスタ４００を示す。このようなボトムゲート型のトランジスタ３００およびボトムゲート型のトランジスタ４００では、酸化物半導体層３１２、４１２の第１領域３１２−１、４１２−１の第１ゲート電極３０４、４０４側（点線）の領域に電流が流れる。さらに、ボトムゲート型のトランジスタ３００およびボトムゲート型のトランジスタ４００では、バックチャネル側（酸化物半導体層３１２、４１２の陽極側）が、陽極の影響を受けやすくなる。具体的には、陽極３５８、４５８の電位が正であり、酸化物半導体層３１２、４１２と第１絶縁層３１４、４１４との界面（バックチャネル界面）と、陽極３５８、４５８との間隔が概略３μｍ〜５μｍ程度であるため、酸化物半導体層３１２、４１２のバックチャネル側と第１絶縁層３１４、４１４の界面に正電荷が蓄積されやすくなる。バックチャネル側と第１絶縁層３１４、４１４の界面に正電荷が蓄積されると、トランジスタの閾値電圧はマイナス側にシフトする（ノーマリオフとなる）という問題を有する。
【０１２０】
このような問題を解消するには、本実施形態で示すように、酸化物半導体層１１２の上層側にゲート電極を設けた構成とすることが好ましい。この場合、第１ゲート電極１１６は、接地して一定電位とすることで、バックチャネル側の電位を安定化することができる
。
【０１２１】
図１３は、本実施形態に係るトランジスタ１００ａの、酸化物半導体層１１２の下層に第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとが接するように配置され、酸化物半導体層１１２の上層側に第１ゲート電極１１６が配置されるボトムコンタクトトップゲート構造を示す。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが、酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２よりキャリア濃度の高い第１領域１１２−１と接することで、接触抵抗を低減することができる。これにより、本実施形態に係るトランジスタ１００ａは、アドミタンスを高くすることができ、ドレイン電流を高めることができる。
【０１２２】
図１３は、トランジスタ１００ａの一態様として、酸化物半導体層１１２の上層側の第１ゲート電極１１６が、ソース・ドレイン電極に相当する第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの両方と重畳した構造を示す。第１ゲート電極１１６のチャネル長方法の幅Ｗｔｏｐは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと幅Ｗｏｖだけ重畳している。このように、第１ゲート電極１１６が、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一部と重畳することにより、酸化物半導体層１１２のチャネル領域は第２電極１５８の電界から実質的に遮蔽されることとなる。これにより、第２電極１５８がトランジスタ１００ａの全面を覆うように配置されたとしても、第２電極１５８からの電界の影響を受けないようにすることができる。そして、トランジスタ１００ａの閾値電圧が時間の経過と共に変動することを防止することができる。
【０１２３】
２−４．表示装置の製造方法
本発明の一実施形態に係る表示装置１２０の製造方法の一例を説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態で述べるトランジスタ１００ａの製造方法に係る説明と重複する部分は適宜省略し、相違する部分について述べる。
【０１２４】
図１４及び図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、基板１０２の上に第１容量電極１６０ａ、第１コモン配線１３６ａを形成する段階、および第２絶縁層１０６を形成する段階を示す。なお、図１４は画素１２２ａに相当する領域の平面図を示し、図１５（Ａ）はＡ１−Ａ２線に対応する断面図、図１５（Ｂ）はＢ１−Ｂ２線に対応する断面図を示す。
【０１２５】
図１４、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）で示すように、第１コモン配線１３６ａおよび第１容量電極１６０ａは同じ導電膜により形成される。このため、第１コモン配線１３６ａと第１容量電極１６０ａとは、同一層に形成された導電膜による、連続する一つのパターンとして形成される。
【０１２６】
第１コモン配線１３６ａ、第１容量電極１６０ａの上層側には、第２絶縁層１０６が形成される。例えば、第２絶縁層１０６は、基板１０２側から、第１窒化シリコン膜１４１ａと第１酸化シリコン膜１４０ａとが積層されて形成される。第１窒化シリコン膜１４１ａは、ＩＣＰ−ＣＶＤ法により、ＳｉＦ４、Ｎ２等のガスをソースガスとして用いて成膜される。第１酸化シリコン膜１４０ａも同様に、プラズマＣＶＤ法により、テトライソシアネートシラン系材料、Ｎ２Ｏ等を適宜用いて成膜される。このような第２絶縁層１０６は、基板１０２の略全面に成膜される。
【０１２７】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、第２絶縁層１０６の上層に、第２導電膜１０７、第３導電膜１０９を成膜し、その上に多階調マスク２０１を使ってレジストマスク２０７を形成した段階を示す。多階調マスク２０１の光透過領域、半透過領域２０２、非透過領域２０３を介して露光することで、フォトレジスト膜２０５には露光部分、中間露光部分、未露光部分の３種類の部分が形成される。多階調マスク２０１の非透過領域２０３のパタ
ーンによって、レジストマスク２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄは、第２コモン配線１３６ｂ（図１６（Ａ））、データ信号線１３４（図１６（Ｂ））が形成される領域が未露光となり、他の領域の膜厚より厚くなるように形成される。第２導電膜１０７は透明導電材料で形成され、第３導電膜１０９は金属材料で形成される。なお、図１６（Ａ）に示すように、第２絶縁層１０６には、第１コモン配線１３６ａを露出させる第１コンタクトホール１１７ａが、あらかじめ形成されている。
【０１２８】
図１７、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、レジストマスク２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄを用いて第３導電膜１０９及び第２導電膜１０７をエッチングした状態を示す。図１７は、この段階の画素１２２ａに相当する領域の平面図を示し、図１８（Ａ）はＡ１−Ａ２線に対応する断面図、図１８（Ｂ）はＢ１−Ｂ２線に対応する断面図を示す。
【０１２９】
第１酸化物導電層１０８ａ、第２酸化物導電層１０８ｂ、第３酸化物導電層１０８ｃ、第４酸化物導電層１０８ｄは、第２導電膜１０７から形成される。第２絶縁層１０６の上に、第１酸化物導電層１０８ａ、第２酸化物導電層１０８ｂ、第３酸化物導電層１０８ｃ、第４酸化物導電層１０８ｄが形成される。第２コモン配線１３６ｂ、第２容量電極１６０ｂ、データ信号線１３４は、第３導電膜１０９から形成される。第２酸化物導電層１０８ｂの上には第２コモン配線１３６ｂが形成される。第２コモン配線１３６ｂは、第２酸化物導電層１０８ｂの上面に接して形成される。この形態により、第１コモン配線１３６ａ、第２酸化物導電層１０８ｂ及び第２コモン配線１３６ｂは電気的に接続された状態となる。
【０１３０】
第２容量電極１６０ｂは、第４酸化物導電層１０８ｄの上面に接して形成される。第２容量電極１６０ｂは、第４酸化物導電層１０８ｄ及び第２絶縁層１０６を介して第１容量電極１６０ａと少なくとも一部の領域が重なるように配置される。第２絶縁層１０６を介して第１容量電極１６０ａと第２容量電極１６０ｂが重なる領域に容量素子１２８が形成される。
【０１３１】
データ信号線１３４は、第３酸化物導電層１０８ｃの上面に接して形成される。この形態により、第３酸化物導電層１０８ｃとデータ信号線１３４は電気的に接続された状態となる。第３酸化物導電層１０８ｃはデータ信号線１３４に沿って設けられることで確実に電気的に接続された状態となる。
【０１３２】
また、第２コモン配線１３６ｂの端部は、第２酸化物導電層１０８ｂの端部より内側に配置される。これにより、第２酸化物導電層１０８ｂと第２コモン配線１３６ｂを積層しても、段差部が階段状に形成されるので、後の工程で形成される酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４の段差被覆性を良好なものとすることができる。同様に、データ信号線１３４の端部は、第３酸化物導電層１０８ｃの端部より内側に配置され、第２容量電極１６０ｂの端部は第４酸化物導電層１０８ｄの端部より内側に配置されるので、上層側に形成される酸化物半導体層１１２及び第１絶縁層１１４の段差被覆性を良好なものとすることができる。
【０１３３】
図１９、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）は、酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４、第４導電膜１１５を形成する段階を示す。図１９は、この段階の画素１２２ａに相当する領域の平面図を示し、図２０（Ａ）はＡ１−Ａ２線に対応する断面図、図２０（Ｂ）はＢ１−Ｂ２線に対応する断面図を示す。
【０１３４】
第１酸化物半導体層１１２ａは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの略全面を覆うように形成される。また、第２酸化物半導体層１１２ｂは、第３酸化
物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄの略全面を覆うように形成される。なお、第１酸化物半導体層１１２ａ及び第２酸化物半導体層１１２ｂはそれぞれ第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２を含む積層構造を有する。第１酸化物半導体層１１２ａ及び第２酸化物半導体層１１２ｂは、酸化物半導体をターゲットとして用いスパッタリング法により第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２の順に成膜された後、リソグラフィ工程を経て上記のような所定の形状に形成される。第１酸化物半導体層１１２ａの第１領域１１２−１は、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと接して形成され、第２酸化物半導体層１１２ｂの第１領域１１２−１は第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄと接して形成されることで、電気的に接続された状態となる。
【０１３５】
第１酸化物半導体層１１２ａ及び第２酸化物半導体層１１２ｂの上層に第１絶縁層１１４が形成される。第１絶縁層１１４は、例えば、酸化物半導体層１１２側から、第２酸化シリコン膜１４０ｂ、第２窒化シリコン膜１４１ｂが積層される。これにより、酸化物半導体層１１２の下層側に第１酸化シリコン膜１４０ａ、上層側に第２酸化シリコン膜１４０ｂが形成される。酸化物半導体層１１２は、酸化物系の絶縁膜により挟まれることで、酸素欠損による欠陥（ドナー準位）が生成されることが抑制される。
【０１３６】
さらに、第１酸化シリコン膜１４０ａ、１４０ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａから酸素を引き抜かないように酸素欠損が無いことが望ましく、むしろ酸素を過剰に含むことが好ましいものとなる。第１絶縁層１１４を成膜した後、２５０℃〜４００℃の熱処理をすることで、第１酸化シリコン膜１４０ａ、第２酸化シリコン膜１４０ｂから第１酸化物半導体層１１２ａ及び第２酸化物半導体層１１２ｂに酸素を拡散させることができる。このような熱処理により、仮に、酸化物半導体層１１２に酸素欠損が含まれていても、酸化シリコン膜１４０から拡散された酸素により、酸素欠損を補償し、ドナー準位となる欠陥を消滅させることができるので、高抵抗化を図ることができる。
【０１３７】
第１絶縁層１１４には、第２容量電極１６０ｂと重なる領域に第２コンタクトホール１１７ｂが形成される。その後、第４導電膜１１５が形成される。第４導電膜１１５は、第１導電膜１０３と同様に形成される。
【０１３８】
図２１、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）は、第１ゲート電極１１６を形成する段階を示す。図２１は、この段階の画素１２２ａに相当する領域の平面図を示し、図２２（Ａ）はＡ１−Ａ２線に対応する断面図、図２２（Ｂ）はＢ１−Ｂ２線に対応する断面図を示す。
【０１３９】
第１ゲート電極１１６は、第４導電膜を、リソグラフィ工程を経てエッチング加工されることで形成される。第１ゲート電極１１６ａは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一端部が第１絶縁層１１４を介して重なる領域を含むように形成される。また、第１ゲート電極１１６ｂは、第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄの一端部が第１絶縁層１１４を介して重なる領域を含むように形成される。これにより、駆動トランジスタ１２６、選択トランジスタ１２４が形成される。また、容量素子１２８は、第２コンタクトホール１１７ｂにより、第１ゲート電極１１６ａと電気的に接続される。
【０１４０】
図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に示すように、選択トランジスタ１２４、駆動トランジスタ１２６及び容量素子１２８を埋設するように平坦化層１４２が形成される。平坦化層１４２は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などの有機樹脂材料によって形成される。平坦化層１４２には、陰極である第１電極１４６と重なる領域に、第１酸化物半導体層１１２ａを露出させる開口部１４４が形成される。開口部１４４は、平坦化層１４２が感光性樹脂材料で形成される場合には、フォトマスクを
用いて、露光処理をすることで形成される。また、第１絶縁層１１４には、平坦化層１４２を形成する前に、予め開口部１４４に相当する領域に開口部が形成される。あるいは、第１絶縁層１１４には、平坦化層１４２に開口部１４４を形成する段階で、第１酸化物半導体層１１２ａを露出させる開口部が形成されてもよい。平坦化層１４２の開口部１４４は、有機ＥＬ素子１３０を形成するために、内壁面がテーパー形状となるように形成されていることが好ましい。
【０１４１】
図２４は、電子輸送層１４８及び電子注入層１５０を形成する段階を示す。電子輸送層１４８は、金属酸化物材料を用いて形成される。金属酸化物材料としては、第１実施形態で述べたものと同様の、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、または一元系酸化物材料のスパッタリングターゲットを用い、スパッタリング法で作製される。電子注入層１５０は、Ｃ１２Ａ７エレクトライドにより作製される。電子注入層１５０もＣ１２Ａ７エレクトライドのスパッタリングターゲットを用い、スパッタリング法で作製することができる。この場合、スパッタリング法は、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｎ２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）、ＮＯ（一酸化窒素）、Ｋｒ（クリプトン）、およびＸｅ（キセノン）からなる群から選定された少なくとも一つのガス種を用いて実施されても良い。電子輸送層１４８及び電子注入層１５０は、複数の画素間で共通して用いられる層であるので、画素１２２ａが配置される領域の略全面に形成される。
【０１４２】
その後、発光層１５２、正孔輸送層１５４、正孔注入層１５６、陽極である第２電極１５８を形成することで、図１１に示す画素が形成される。発光層１５２は、赤色画素、緑色画素、青色画素に対応して、異なる発光材料を用いて形成される。発光層１５２から出射される光が白色発光スペクトルを有する場合には、各画素共通の層として表示領域１２１の略全面に形成することができる。正孔輸送層１５４、正孔注入層１５６は、各画素に共通の層として、画素１２２ａが配置される領域の略全面に形成される。また、陽極である第２電極１５８は画素間の共通電極として用いられるため、画素１２２ａが配置される領域の略全面に形成される。
【０１４３】
本実施形態に係る表示装置１２０の製造方法によれば、多階調マスク２０１を用いることで、製造に必要なフォトマスクの数を削減することが可能となる。図２５（Ａ）から（Ｃ）に、本実施形態に係る表示装置１２０の製造に使用するフォトマスクの容量素子１２８および選択トランジスタ１２４付近を示す。図２５（Ａ）は、第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄと、データ信号線１３４、第２容量電極１６０ｂを形成するための多階調マスク２０１である。多階調マスク２０１の非透過領域２０３は、データ信号線１３４および第２容量電極１６０ｂが形成される領域に対応する。半透過領域２０２は、第３酸化物導電層１０８ｃおよび第４酸化物導電層１０８ｄが形成される領域に対応する。このような多階調マスク２０１を用いることで、１回の露光により複数のパターン（第１酸化物導電層１０８ａ、第２酸化物導電層１０８ｂ、第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄと、データ信号線１３４、第２コモン配線１３６ｂ、第２容量電極１６０ｂ等）を作製することができる。図２５（Ｂ）は、第２酸化物半導体層１１２ｂを形成するためのフォトマスクである。このようなフォトマスクを用いることで、１回の露光により複数のパターン（第１酸化物半導体層１１２ａおよび第２酸化物半導体層１１２ｂ）を作製することができる。図２５（Ｃ）は、第１ゲート電極１１６を形成するためのフォトマスクである。このようなフォトマスクを用いることで、１回の露光により複数のパターン（第１ゲート電極１１６ａおよび第１ゲート電極１１６ｂ）を作製することができる。これにより、表示装置１２０の生産性を高め、製造コストを低減することができる。本実施形態では、有機ＥＬ素子用の薄膜トランジスタとして論じているが、選択トランジスタ１２４は液晶表示素子にも適用することができる。図２５に記載されているフォトマスク群を改良して液晶表示素子用の選択トランジスタを製作することも可能である。
【０１４４】
なお、本実施形態では、選択トランジスタ１２４及び駆動トランジスタ１２６が共にトップゲート型の構造であるものを示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、選択トランジスタ１２４及び駆動トランジスタ１２６は、後述する第１ゲート電極１１６と重なる領域にボトムゲートを配置したデュアルゲート型のトランジスタを用いていてもよい。また、画素回路は図９に例示する回路に限定されず、１画素に３つ以上のトランジスタを有する画素回路に、本実施形態に係るトランジスタ及び有機ＥＬ素子を適用することもできる。
【０１４５】
第３実施形態：
第３実施形態では、第１実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第３実施形態においては、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２側）に第２ゲート電極１０４が配置されることが第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
【０１４６】
３−１．トランジスタの構造
図２６は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ１００ｂの構造を断面図で示す。トランジスタ１００ｂは、絶縁表面を有する基板１０２に設けられた、第２ゲート電極１０４、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６を含む。酸化物半導体層１１２は、基板１０２側から、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とを有する。
【０１４７】
酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２側）に第２ゲート電極１０４が配置される。酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４との間に第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２の他方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６との間には第１絶縁層１１４が配置される。第２ゲート電極１０４と第１ゲート電極１１６とは、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２及び第１絶縁層１１４を挟んで重畳する領域を含むように配置される。トランジスタ１００ｂは、酸化物半導体層１１２が第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重畳する領域にチャネルが形成される。第２絶縁層１０６は、酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。
【０１４８】
酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４との間には第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２と第２絶縁層１０６との間には第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２と接して設けられる。第１酸化物導電層１０８ａの一端と、第２酸化物導電層１０８ｂの一端とは、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重なるように配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一方はソース領域として、他方はドレイン領域として機能する。図２６に示す構造によれば、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一端が、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重なるように配置されることで、酸化物半導体層１１２にオフセット領域（抵抗が高い領域）が形成されないので、さらにオン電流を高めることができる。
【０１４９】
第１酸化物導電層１０８ａに接して第１配線１１０ａが設けられ、第２酸化物導電層１０８ｂに接して第２配線１１０ｂが設けられる。第１配線１１０ａは第１酸化物導電層１０８ａと酸化物半導体層１１２との間に配置され、第２配線１１０ｂは第２酸化物導電層１０８ｂと酸化物半導体層１１２との間に配置される。第１配線１１０ａ及び第２配線１
１０ｂを、それぞれ第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと接して設けることで、リソグラフィ工程の回数を削減することができる。
【０１５０】
３−２．トランジスタの動作・機能の説明
トランジスタ１００ｂは、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２側）に第２ゲート電極１０４が配置され、他方の面の側（基板１０２とは反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２が第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重畳する領域には、チャネルが形成される。酸化物半導体層１１２を構成する第２領域１１２−２は、第１領域１１２−１よりキャリア濃度が低い。このため、トランジスタ１００ｂは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１にチャネルを形成する。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１の第２領域１１２−２側（第１ゲート電極１１６側）および第１領域１１２−１の第２絶縁層１０６側の両方（第１領域１１２−１の上下両方の界面）に電流が流れることにより、トランジスタ１００ｂの電界効果移動度を向上することができる。また、トランジスタ１００ｂの閾値電圧の変動を抑制することができ、安定した電気的特性により信頼性を向上することができる。
【０１５１】
第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６の一方は一定電位（固定電位）を与えることで、バックゲートとして用いることができる。トランジスタ１００ｂがｎチャネル型である場合、例えば、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６の一方にソース電位より低い電位を与え、それをバックゲート電極として機能させることができる。これにより、トランジスタ１００ｂの閾値電圧の変動を抑制することができる。また、トランジスタ１００ｂは、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６に同じゲート電圧を与えることで、デュアルゲートトランジスタとして動作させることができる。これにより、トランジスタ１００ｂは、オン電流の向上、周波数特性の向上を図ることができる。
【０１５２】
トランジスタ１００ｂは、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の側）に第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と接触する。酸化物半導体層１１２は、第１領域１１２−１の導電率が第２領域１１２−２の導電率より高い。このため、第１酸化物導電層１０８ａと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗、および第２酸化物導電層１０８ｂと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗を低くすることができる。別言すれば、酸化物半導体層１１２の基板１０２側の面に、第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとを接触させることで、接触抵抗を低減することができる。酸化物導電層１０８のキャリア濃度は１０２０／ｃｍ３以上であることが好ましく、１０２１／ｃｍ３以上であることがより好ましい。酸化物導電層１０８の導電率は１×１０２Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０３Ｓ／ｃｍ以上であることがより好ましい。酸化物導電層１０８に接触している酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１は、キャリア濃度と導電率の両方が酸化物導電層１０８よりも２桁以上小さい。酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１に接触している酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２は、キャリア濃度と導電率の両方が第１領域１１２−１よりも２桁以上小さい。酸化物半導体層１１２の第２領域１１２−２のキャリア移動度も、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１のキャリア移動度より小さい。
【０１５３】
３−３．製造方法
トランジスタ１００ｂの製造工程については、基板１０２の一表面に第２ゲート電極１０４を形成し、第２ゲート電極１０４の上層に第２絶縁層１０６、第２導電膜１０７、第３導電膜１０９を形成すること以外、第１実施形態に係るトランジスタの製造方法と同じであることから、ここでは基板１０２の上に第２ゲート電極１０４を形成する段階のみを説明する。なお、第２ゲート電極１０４は、第１ゲート電極１１６と同じ金属材料を用い
て作製することができる。
【０１５４】
まず、基板１０２の一表面に第１導電膜が形成される。その後、第１導電膜の上にリソグラフィ工程によってレジストマスクが形成され、エッチング加工によって第２ゲート電極１０４が形成される。第１導電膜の膜厚に限定はないが、例えば、１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の膜厚で作製される。第２ゲート電極１０４は、断面視において、端面がテーパー形状とされていることが好ましい。第２ゲート電極１０４は、端面にテーパー形状を有することで、第２絶縁層１０６によって確実に覆われることが可能となる。従って、第２ゲート電極１０４を形成するためのエッチング工程では、レジストマスクを食刻しながら第１導電膜を異方性エッチングする、所謂テーパーエッチングを行うことが好ましい。第２ゲート電極１０４を形成した後に残るレジストマスクは、剥離液による処理、アッシング処理により除去される。
【０１５５】
第１実施形態と同様に、本実施形態に係るトランジスタ１００ｂの製造方法によれば、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２を、同一のスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスの酸素分圧を制御することにより連続して作製することができ、生産性を高めることができる。
【０１５６】
第４実施形態：
本実施形態は、第３実施形態で示すトランジスタと同様の構造を有するトランジスタにより構成される表示装置の一例を示す。なお、第２実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
【０１５７】
４−１．等価回路
図２７は、本実施形態に係る表示装置の画素１２２ｂの等価回路を示す。画素１２２ｂは、選択トランジスタ１２４ｂ、駆動トランジスタ１２６ｂ、容量素子１２８、有機ＥＬ素子１３０を含む。選択トランジスタ１２４ｂ及び駆動トランジスタ１２６ｂは、第３実施形態で示すトランジスタ１００ｂと同様の構成を有する。すなわち、図２７はデュアルゲート構造のトランジスタを示し、選択トランジスタ１２４ｂは、第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂを有し、駆動トランジスタ１２６ｂは、第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａを有している。
【０１５８】
本実施形態において、選択トランジスタ１２４ｂ及び駆動トランジスタ１２６ｂは、ｎチャネル型である。選択トランジスタ１２４ｂのゲート（第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂ）は、ゲート信号線１３２ａと接続される。選択トランジスタ１２４ｂの入出力端子（ソース及びドレイン）の一方の端子はデータ信号線１３４と接続され、他方の端子は駆動トランジスタ１２６ｂのゲート（第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａ）と接続される。駆動トランジスタ１２６ｂのゲート（第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａ）は、選択トランジスタ１２４ｂの入出力端子の他方の端子と接続される。駆動トランジスタ１２６ｂのドレインは有機ＥＬ素子１３０と接続され、ソースは第２コモン配線１３６ｂと接続される。容量素子１２８は、一方の端子が選択トランジスタ１２４ｂの入出力端子（ソース及びドレイン）の他方の端子と接続され、他方の端子が第１コモン配線１３６ａと接続される。第１コモン配線１３６ａ及び第２コモン配線１３６ｂは、例えば、接地電位が与えられる。
【０１５９】
有機ＥＬ素子１３０は、一方の端子が駆動トランジスタ１２６ｂのドレインと接続され、他方の端子が電源線１３８と接続される。電源線１３８は、コモン配線１３６よりも高い電位である電源電位ＶＤＤが与えられる。本実施形態において、有機ＥＬ素子１３０が駆動トランジスタ１２６ｂのドレインと接続される側の端子が陰極であり、電源線１３８と接続される側の端子が陽極である。
【０１６０】
４−２．画素の構成
図２７に示す等価回路に対応する画素１２２ｂの平面構造の一例を図２８に示す。また、図２８に示すＡ１−Ａ２線及びＢ１−Ｂ２線に対応する断面構造を図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）にそれぞれ示す。図２９（Ａ）は、駆動トランジスタ１２６ｂ及び有機ＥＬ素子１３０の断面構造を示し、図２９（Ｂ）は選択トランジスタ１２４ｂ及び容量素子１２８の断面構造を示す。以下の説明では、図２８、図２９（Ａ）及び図２９（Ｂ）を適宜参照して説明する。なお、図２８で示す画素１２２ｂの平面図において、有機ＥＬ素子１３０の構造は省略されている。
【０１６１】
４−２−１．駆動トランジスタ
駆動トランジスタ１２６ｂは、第３実施形態で示すトランジスタ１００ｂと同様の構成を有する。すなわち、駆動トランジスタ１２６ｂは、第２ゲート電極１０４ａ、第２絶縁層１０６、第１酸化物半導体層１１２ａ、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６ａが積層された構造を有する。第２ゲート電極１０４ａは、基板１０２と第２絶縁層１０６との間に設けられる。第１ゲート電極１１６ａは、第１絶縁層１１４の上層（基板１０２と反対側の面）に設けられる。
【０１６２】
第２絶縁層１０６と第１酸化物半導体層１１２ａとの間には、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが設けられる。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、第１酸化物半導体層１１２ａと接するように設けられることで、ソース領域、ドレイン領域として機能する。
【０１６３】
第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂは第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａと重なる領域を有し、平面視において第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａを両側から挟むように設けられる。少なくとも第２ゲート電極１０４ａ及び第１ゲート電極１１６ａと重なる領域において、第２酸化物導電層１０８ｂは平面視でＵ字状に湾曲されたパターンを有し、第１酸化物導電層１０８ａは第２酸化物導電層１０８ｂのＵ字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する。図２６に示すトランジスタの断面図は、第１酸化物導電層１０８ａから第２酸化物導電層１０８ｂまでの単位構造を示すものであり、図２８において駆動トランジスタ１２６ｂの第２方向（Ｄ２方向）の断面図は、図２６に示す断面図の繰り返し構造となる。なお、第２ゲート電極１０４ａは、第１コモン配線１３６ａと同じ層構造で設けられる。
【０１６４】
本実施形態において、駆動トランジスタ１２６ｂは、酸化物半導体層１１２が、第１領域１１２−１と第２領域１１２−２とで構成されている。そして、第１領域１１２−１に対し、第２領域１１２−２のキャリア濃度が低くなるように構成されている。これにより、駆動トランジスタ１２６は、酸化物半導体層１１２において、第１絶縁層１１４から離れた第１領域１１２−１にチャネルが形成される構造となる。本実施形態に係る駆動トランジスタ１２６ｂは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と第１絶縁層１１４との間に第２領域１１２−２を設けることで、電界効果移動度を向上することができる。また、駆動トランジスタ１２６ｂの閾値電圧の変動を抑制することができ、安定した電気的特性により信頼性を向上することができる。さらに、駆動トランジスタ１２６ｂはデュアルゲート構造を有していることで電流駆動能力が向上する。そのため、有機ＥＬ素子１３０を駆動するに当たって陽極となる第２電極１５８の電圧を小さくしても十分な電流を供給することができる。仮に、有機ＥＬ素子の動作点が変動したとしても、動作点の変動に応じて定電流駆動をすることができる。駆動トランジスタ１２６ｂにデュアルゲート構造を採用することで低消費電力化することができるため、有機ＥＬ表示装置を大型化した場合に顕在化する発熱問題を解決することができ、有機ＥＬ素子の長寿命化に効果がある。
【０１６５】
４−２−２．選択トランジスタ
選択トランジスタ１２４ｂは、第３実施形態で示すトランジスタ１００ｂと同様の構成を有する。すなわち、選択トランジスタ１２４ｂは、第２ゲート電極１０４ｂ、第２絶縁層１０６、第２酸化物半導体層１１２ｂ、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６ｂが積層された構造を有する。選択トランジスタ１２４ｂは、第２酸化物半導体層１１２ｂが第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂと重畳する領域にチャネルが形成される。
【０１６６】
第２絶縁層１０６と第２酸化物半導体層１１２ｂとの間に、第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄが設けられる。第３酸化物導電層１０８ｃ及び第４酸化物導電層１０８ｄは、第２酸化物半導体層１１２ｂと接して設けられることで、ソース領域、ドレイン領域として機能する。
【０１６７】
第３酸化物導電層１０８ｃと第４酸化物導電層１０８ｄとは第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂと重なる領域を有し、平面視において第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂを両側から挟むように設けられる。少なくとも第２ゲート電極１０４ｂ及び第１ゲート電極１１６ｂと重なる領域において、第３酸化物導電層１０８ｃは平面視でＵ字状に湾曲されたパターンを有し、第４酸化物導電層１０８ｄは、第３酸化物導電層１０８ｃのＵ字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する。図２６に示すトランジスタの断面図は、第１酸化物導電層１０８ａから第２酸化物導電層１０８ｂまでの単位構造を示すものであり、図２８において選択トランジスタ１２４ｂの第２方向（Ｄ２方向）の断面図は、図２６に示す断面図の繰り返し構造となる。なお、第２ゲート電極１０４ｂは、第１容量電極１６０ａと同じ層構造で設けられる。
【０１６８】
４−３．トランジスタの構造
図２９（Ａ）及び（Ｂ）で示すように、本実施形態に係る画素１２２ｂの構造は、第２電極１５８が駆動トランジスタ１２６ｂ及び選択トランジスタ１２４ｂの全面を覆う構造となる。そして、駆動トランジスタ１２６ｂ及び選択トランジスタ１２４ｂは、チャネルが形成される酸化物半導体層１１２の下層に第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとが接するように配置され、酸化物半導体層１１２の下層側に第２ゲート電極１０４、酸化物半導体層１１２の上層側に第１ゲート電極１１６が配置されるボトムコンタクトデュアルゲート構造を有している。
【０１６９】
図３０（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施形態に係るトランジスタ１００ｂの、酸化物半導体層１１２の下層に第１酸化物導電層１０８ａと第２酸化物導電層１０８ｂとが接するように配置され、酸化物半導体層１１２の上層側に第１ゲート電極１１６が配置され、酸化物半導体層１１２の下層側に第２ゲート電極１０４が配置されるボトムコンタクトデュアルゲート構造を示す。酸化物半導体層１１２が第２領域１１２−２よりキャリア濃度の高い第１領域１１２−１を有することで、本実施形態に係るトランジスタ１００ｂは、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１の第２領域１１２−２側（第１ゲート電極１１６側）の領域に電流が流れ、電界効果移動度を向上することができる。また、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが、導電率の高い酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１と接触することで、第１酸化物導電層１０８ａと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗、および第２酸化物導電層１０８ｂと酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１との間の接触抵抗を低くすることができる。
【０１７０】
本実施形態で示すように、酸化物半導体層１１２の下層側及び上層側にゲート電極を設けた構成とすることで酸化物半導体層１１２のバックチャネル側に正電荷が蓄積されることを抑制することができる。この場合、第２ゲート電極１０４は、接地して一定電位とするか、又は第１ゲート電極１１６と同電圧を与えることで、バックチャネル側の電位を安
定化することができる。
【０１７１】
図３０（Ａ）は、トランジスタ１００ｂの一態様として、酸化物半導体層１１２の下層側の第２ゲート電極１０４と上層側の第１ゲート電極１１６とが、ソース・ドレイン電極に相当する第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの両方と重畳した構造を示す。第２ゲート電極１０４のチャネル長方向の幅Ｗｂｏｔｔｏｍは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと幅Ｗｏｖ１だけ重畳し、第１ゲート電極１１６のチャネル長方法の幅Ｗｔｏｐは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと幅Ｗｏｖ２だけ重畳している。このように、第２ゲート電極１０４と第１ゲート電極１１６とが、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一部と重畳することにより、酸化物半導体層１１２のチャネル領域は外部電界から実質的に遮蔽されることとなる。これにより、第２電極１５８がトランジスタ１００ｂの全面を覆うように配置されたとしても、第２電極１５８からの電界の影響を受けないようにすることができる。そして、トランジスタ１００ｂの閾値電圧が時間の経過と共に変動することを防止することができる。
【０１７２】
図３０（Ｂ）は、トランジスタ１００ｂの一態様として、上層の第１ゲート電極１１６が、ソース・ドレイン電極に相当する第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの両方と重畳し、第２ゲート電極１０４は、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂとオーバーラップしない構造を示す。第１ゲート電極１１６のチャネル長方法の幅Ｗｔｏｐは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂと幅Ｗｏｖ２だけ重畳している。一方、第２ゲート電極１０４のチャネル長方向の幅Ｗｂｏｔｔｏｍは、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの間隔より狭く、幅Ｗｏｆｆだけオフセットされている。このように、少なくとも第１ゲート電極１１６が、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一部と重畳していることにより、酸化物半導体層１１２のチャネル領域は第２電極１５８の電界から実質的に遮蔽されることとなる。したがって、トランジスタ１００ｂの閾値電圧が時間の経過と共に変動することを防止することができる。すなわち、第１ゲート電極が酸化物半導体層と重畳する面積は、第２ゲート電極が酸化物半導体層と重畳する面積より大きくされており、これによりバックチャネル側に蓄積され得る電荷の影響を遮蔽することができる。別言すれば、平面視において、第２ゲート電極１０４と第１ゲート電極１１６とを重畳して配置すると共に、第１ゲート電極１１６が第２ゲート電極１０４を覆うように設けることで、バックチャネル側に蓄積され得る電荷の影響を遮蔽することができる。
【０１７３】
なお、リソグラフィ工程におけるフォトマスクのアライメント精度を考慮すると、第２ゲート電極１０４の幅Ｗｂｏｔｔｏｍより第１ゲート電極Ｗｔｏｐの幅を大きくしておくことが好ましい（Ｗｔｏｐ＞Ｗｂｏｔｔｏｍ）。すなわち、下層の第２ゲート電極１０４より上層の第１ゲート電極１１６の幅を広くすることにより、リソグラフィ工程におけるフォトマスクのアライメント精度に余裕を持たせることができるので、酸化物半導体層１１２に形成されるチャネル領域を第１ゲート電極１１６によって確実に覆うことができる。
【０１７４】
４−４．表示装置の製造方法
本発明の一実施形態に係る表示装置１２０製造工程については、基板１０２の一表面に第２ゲート電極１０４を形成し、第２ゲート電極１０４の上層に第２絶縁層１０６、第２導電膜１０７、第３導電膜１０９を形成すること以外、第１実施形態に係る表示装置の製造方法と同じであることから、ここでは基板１０２の上に第２ゲート電極１０４を形成する段階のみを説明する。
【０１７５】
基板１０２の上に第２ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、第１容量電極１６０ａ、第１コ
モン配線１３６ａを形成する。第２ゲート電極１０４ａ、１０４ｂと同じ導電膜により、第１コモン配線１３６ａ、第１容量電極１６０ａが形成される。このため、第２ゲート電極１０４ａとゲート信号線１３２ａとは、同一層に形成された導電膜による、連続する一つのパターンとして形成される。同様に、第１コモン配線１３６ａと第１容量電極１６０ａとは、同一層に形成された導電膜による、連続する一つのパターンとして形成される。
【０１７６】
第１実施形態と同様に、本実施形態に係る表示装置１２０の製造方法によれば、多階調マスク２０１を用いることで、製造に必要なフォトマスクの数を削減することが可能となる。図３１（Ａ）および（Ｂ）に、本実施形態に係る表示装置１２０の製造に使用する追加のフォトマスクの容量素子１２８および選択トランジスタ１２４付近を示す。図３１（Ａ）は、第２ゲート電極１０４ｂ、第１容量電極１６０ａ、第１コモン配線１３６ａを形成するためのフォトマスクである。このようなフォトマスクを用いることで、１回の露光により複数のパターン（第２ゲート電極１０４ａ、１０４ｂ、第１容量電極１６０ａ、第１コモン配線１３６ａ）を作製することができる。図３１（Ｂ）は、第２ゲート電極１０４ｂと第１ゲート電極１１６を接続する第３コンタクトホール１１７ｃを形成するためのフォトマスクである。第１実施形態に係る表示装置１２０の製造方法に使用する追加のフォトマスクに追加してこのようなフォトマスクを用いることで、表示装置１２０の信頼性を高め、消費電力を低減することができる。
【０１７７】
第１実施形態と同様に、本実施形態に係るトランジスタ１００ｂの製造方法によれば、酸化物半導体層１１２の第１領域１１２−１及び第２領域１１２−２を、同一のスパッタリングターゲットを用い、スパッタガスの酸素分圧を制御することにより連続して作製することができ、生産性を高めることができる。
【０１７８】
なお、本実施形態では、選択トランジスタ１２４ｂ及び駆動トランジスタ１２６ｂが共にデュアルゲート型の構造であるものを示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、選択トランジスタ１２４ｂ又は駆動トランジスタ１２６ｂは、第２ゲート電極１０４ｂが省略されたトップゲート型のトランジスタを用いていてもよい。また、画素回路は図２７に例示する回路に限定されず、１画素に３つ以上のトランジスタを有する画素回路に、本実施形態に係るトランジスタ及び有機ＥＬ素子を適用することもできる。
【０１７９】
第５実施形態：
第５実施形態では、第１実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第５実施形態においては、第１配線１１０ａは第１酸化物導電層１０８ａと第２絶縁層１０６との間に配置され、第２配線１１０ｂは第２酸化物導電層１０８ｂと第２絶縁層１０６との間に配置されることが第１実施形態と相違する。なお、第１実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
【０１８０】
５−１．トランジスタの構造
図３２は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ１００ｃの構造を断面図で示す。トランジスタ１００ｃは、絶縁表面を有する基板１０２に設けられた、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６を含む。
【０１８１】
酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６との間には第１絶縁層１１４が配置される。第１ゲート電極１１６と酸化物半導体層１１２は、第１絶縁層１１４を挟んで重畳する領域を含むように配置される。トランジスタ１００ｃは、酸化物半導体層１１２が第１ゲート電極１１６と重畳する領域にチャネルが形成される。第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。
【０１８２】
酸化物半導体層１１２と基板１０２との間には第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２と第２絶縁層１０６との間には第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２と接して設けられる。第１酸化物導電層１０８ａの一端と、第２酸化物導電層１０８ｂの一端とは、第１ゲート電極１１６と重なるように配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一方はソース領域として、他方はドレイン領域として機能する。図３２に示す構造によれば、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一端が、第１ゲート電極１１６と重なるように配置されることで、酸化物半導体層１１２にオフセット領域（抵抗が高い領域）が形成されないので、オン電流を高めることができる。
【０１８３】
第１酸化物導電層１０８ａに接して第１配線１１０ａが設けられ、第２酸化物導電層１０８ｂに接して第２配線１１０ｂが設けられる。第１配線１１０ａは第１酸化物導電層１０８ａと第２絶縁層１０６との間に配置され、第２配線１１０ｂは第２酸化物導電層１０８ｂと第２絶縁層１０６との間に配置される。本実施形態に係るトランジスタ１００ｃによれば、酸化物半導体層１１２が第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂと直接接しないことで、配線材料として用いられる金属による汚染が防止される。
【０１８４】
第６実施形態：
第６実施形態では、第５実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第６実施形態においては、酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２側）に第２ゲート電極１０４が配置されることが第５実施形態と相違する。なお、第１実施形態から第５実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
【０１８５】
６−１．トランジスタの構造
図３３は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ１００ｄの構造を断面図で示す。トランジスタ１００ｄは、絶縁表面を有する基板１０２に設けられた、第２ゲート電極１０４、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２、第１絶縁層１１４、第１ゲート電極１１６を含む。
【０１８６】
酸化物半導体層１１２の一方の面の側（基板１０２側）に第２ゲート電極１０４が配置される。酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４との間に第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２の他方の面の側（基板１０２の反対側）に第１ゲート電極１１６が配置される。酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６との間には第１絶縁層１１４が配置される。第２ゲート電極１０４と第１ゲート電極１１６とは、第２絶縁層１０６、酸化物半導体層１１２及び第１絶縁層１１４を挟んで重畳する領域を含むように配置される。トランジスタ１００ｄは、酸化物半導体層１１２が第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重畳する領域にチャネルが形成される。第２絶縁層１０６は、酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。第１絶縁層１１４は、酸化物半導体層１１２と第１ゲート電極１１６が重なる領域においてゲート絶縁膜として機能する。
【０１８７】
酸化物半導体層１１２と第２ゲート電極１０４との間には第２絶縁層１０６が配置される。酸化物半導体層１１２と第２絶縁層１０６との間には第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂが配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂは、酸化物半導体層１１２と接して設けられる。第１酸化物導電層１０８ａの一端と、第２酸化物導電層１０８ｂの一端とは、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重なるように配置される。第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１
０８ｂの一方はソース領域として、他方はドレイン領域として機能する。図３３に示す構造によれば、第１酸化物導電層１０８ａ及び第２酸化物導電層１０８ｂの一端が、第２ゲート電極１０４及び第１ゲート電極１１６と重なるように配置されることで、酸化物半導体層１１２にオフセット領域（抵抗が高い領域）が形成されないので、オン電流を高めることができる。
【０１８８】
第１酸化物導電層１０８ａに接して第１配線１１０ａが設けられ、第２酸化物導電層１０８ｂに接して第２配線１１０ｂが設けられる。第１配線１１０ａは第１酸化物導電層１０８ａと第２絶縁層１０６との間に配置され、第２配線１１０ｂは第２酸化物導電層１０８ｂと第２絶縁層１０６との間に配置される。本実施形態に係るトランジスタ１００ｄによれば、酸化物半導体層１１２が第１配線１１０ａ及び第２配線１１０ｂと直接接しないことで、配線材料として用いられる金属による汚染が防止される。
【０１８９】
なお本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１９０】
１００・・・トランジスタ、１０２・・・基板、１０３・・・第１導電膜、１０４・・・第２ゲート電極、１０６・・・第２絶縁層、１０７・・・第２導電膜、１０８・・・酸化物導電層、１０９・・・第３導電膜、１１０・・・配線層、１１２・・・酸化物半導体層、１１４・・・第１絶縁層、１１５・・・第４導電膜、１１６・・・第１ゲート電極、１１７・・・コンタクトホール、１１８・・・ソース・ドレイン領域、１２０・・・表示装置、１２１・・・表示領域、１２２・・・画素、１２３・・・走査線駆動回路、１２４・・・選択トランジスタ、１２５・・・データ線駆動回路、１２６・・・駆動トランジスタ、１２８・・・容量素子、１３０・・・有機ＥＬ素子、１３２・・・ゲート信号線、１３４・・・データ信号線、１３６・・・コモン配線、１３８・・・電源線、１４０・・・酸化シリコン膜、１４１・・・窒化シリコン膜、１４２・・・平坦化層、１４４・・・開口部、１４６・・・第１電極、１４８・・・電子輸送層、１４９・・・空乏層化領域、１５０・・・電子注入層、１５２・・・発光層、１５４・・・正孔輸送層、１５６・・・正孔注入層、１５８・・・第２電極、１６０・・・容量電極、１６２・・・反射層、１６４・・・反射電極、１６６・・・金属層、２０１・・・多階調マスク、２０３・・・非透過領域、２０５・・・フォトレジスト膜、２０７・・・レジストマスク
【図１】
2020053529.tif 000010
【図２】
2020053529.tif 000011
【図３】
2020053529.tif 000012
【図４】
2020053529.tif 000013
【図５】
2020053529.tif 000014
【図６】
2020053529.tif 000015
【図７】
2020053529.tif 000016
【図８】
2020053529.tif 000017
【図９】
2020053529.tif 000018
【図１０】
2020053529.tif 000019
【図１１】
2020053529.tif 000020
【図１２】
2020053529.tif 000021
【図１３】
2020053529.tif 000022
【図１４】
2020053529.tif 000023
【図１５】
2020053529.tif 000024
【図１６】
2020053529.tif 000025
【図１７】
2020053529.tif 000026
【図１８】
2020053529.tif 000027
【図１９】
2020053529.tif 000028
【図２０】
2020053529.tif 000029
【図２１】
2020053529.tif 000030
【図２２】
2020053529.tif 000031
【図２３】
2020053529.tif 000032
【図２４】
2020053529.tif 000033
【図２５】
2020053529.tif 000034
【図２６】
2020053529.tif 000035
【図２７】
2020053529.tif 000036
【図２８】
2020053529.tif 000037
【図２９】
2020053529.tif 000038
【図３０】
2020053529.tif 000039
【図３１】
2020053529.tif 000040
【図３２】
2020053529.tif 000041
【図３３】
2020053529.tif 000042