(57)【要約】【課題】酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタ及びその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを備えた平板表示装置を提供する。【解決手段】基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、ゲート絶縁層により酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域上に形成されたオーム接触層と、オーム接触層を介してソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極とを含み、オーム接触層は、ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されている。【選択図】図１
2010004000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、
ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域上に形成されたオーム接触層と、
該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含み、
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記酸化物半導体層に、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされていることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択された金属を含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極と重なっていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記酸化物半導体層の前記チャネル領域上に形成された保護層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を含む上部にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域上にオーム接触層を形成する工程と、
前記オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されるソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含み、
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記酸化物半導体層に、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択された金属を含む合金であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極と重なるように形成することを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記酸化物半導体層の前記チャネル領域上に保護層を形成する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域にプラズマを照射する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
複数の第１導電線と第２導電線とにより、複数の画素が画定され、各画素に供給される信号を制御する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された第１電極とが形成された第１基板と、
第２電極が形成された第２基板と、
前記第１電極と前記第２電極との間の密封された空間に注入された液晶層とを含み、
前記薄膜トランジスタは、前記第１基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、
ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域上に形成されたオーム接触層と、
該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極とを含み、
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項１７】
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項１８】
前記酸化物半導体層に、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされていることを特徴とする請求項１７に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項１９】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２０】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択された金属を含む合金であることを特徴とする請求項１６に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２１】
第１電極、有機薄膜層及び第２電極からなる有機電界発光素子と、該有機電界発光素子の動作を制御するための薄膜トランジスタが形成された第１基板と、
該第１基板に対向するように配置された第２基板とを含み、
前記薄膜トランジスタは、前記第１基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、
ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域及びドレイン領域上に形成されたオーム接触層と、
該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極とを含み、
前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２２】
前記酸化物半導体層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２３】
前記酸化物半導体層に、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされていることを特徴とする請求項２２に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２４】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【請求項２５】
前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、及びリチウム（Ｌｉ）からなる群から選択された金属を含む合金であることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜トランジスタを備えた平板表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを備えた平板表示装置に関し、より詳細には、酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタ及びその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを備えた平板表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体工程によって製造される薄膜トランジスタは、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する活性層が、非晶質シリコンやポリシリコンなどの半導体で形成される。しかし、活性層が非晶質シリコンで形成されると、移動度が低く、高速で動作する駆動回路の実現が困難になる。また、ポリシリコンで形成されると、移動度は高いものの、閾値電圧が不均一なため、補償回路を別途に付加しなければならないという問題があった。
【０００３】
一例として、ポリシリコンを活性層とする薄膜トランジスタを表示装置に適用した場合、均一な閾値電圧及び移動度を保持するためには、５つの薄膜トランジスタと、２つのキャパシタと、からなる補償回路が必要になる。その結果、複雑な工程及び多数のマスクの使用により製造コストが増加し、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するため、最近では、酸化物半導体を活性層として用いるための研究が行われている。
【０００５】
特許文献１には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする酸化物半導体を活性層として用いた薄膜トランジスタが開示されている。
【０００６】
しかし、前記酸化物半導体を活性層とする従来の薄膜トランジスタは、酸化物半導体のワイドバンドギャップにより金属電極とのオーム接触（ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）が難しいという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−２７３６１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、酸化物半導体層と金属電極とのオーム接触特性を向上させることが可能な薄膜トランジスタ及びその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを備えた平板表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、該基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、前記ソース領域及びドレイン領域の酸化物半導体層上に形成されたオーム接触層と、該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含み、前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成される。
【０００９】
本発明の他の態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を含む上部にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層を形成する工程と、前記ソース領域及びドレイン領域の酸化物半導体層上にオーム接触層を形成する工程と、前記オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されるソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を含み、前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されている。
【００１０】
本発明のさらに他の態様に係る薄膜トランジスタを備えた平板表示装置は、複数の第１導電線と第２導電線とにより、複数の画素が画定され、各画素に供給される信号を制御する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された第１電極とが形成された第１基板と、第２電極が形成された第２基板と、前記第１電極と第２電極との間の密封された空間に注入された液晶層とを含み、前記薄膜トランジスタは、前記第１基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、前記ソース領域及びドレイン領域の酸化物半導体層上に形成されたオーム接触層と、該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極とを含み、前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されている。
【００１１】
本発明のさらなる態様に係る薄膜トランジスタを備えた平板表示装置は、第１電極、有機薄膜層、及び第２電極からなる有機電界発光素子と、該有機電界発光素子の動作を制御するための薄膜トランジスタが形成された第１基板と、該第１基板に対向するように配置された第２基板とを含み、前記薄膜トランジスタは、前記第１基板上に形成され、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する酸化物半導体層と、ゲート絶縁層により前記酸化物半導体層から絶縁されたゲート電極と、前記ソース領域及びドレイン領域の酸化物半導体層上に形成されたオーム接触層と、該オーム接触層を介して前記ソース領域及びドレイン領域に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含み、前記オーム接触層は、前記ソース電極及びドレイン電極よりも仕事関数の低い金属で形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、酸化物半導体層と金属電極との間に仕事関数の低い金属または合金でオーム接触層を形成する。これにより、オーム接触層によるショットキー障壁（ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ）の高さの減少により、酸化物半導体層と、ソース電極及びドレイン電極との接触抵抗が低下する。これにより、電流−電圧特性が向上し、素子の電気的特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図であり、下部ゲート構造の一例を示す。
【００１４】
基板１０上にバッファ層１１が形成され、バッファ層１１上にゲート電極１２が形成されている。ゲート電極１２を含む上部には、ゲート絶縁層１３が形成されている。ゲート電極１２を含むゲート絶縁層１３上には、チャネル領域１４ａ、ソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃを提供する活性層として、酸化物半導体層１４が形成されている。また、ソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃの酸化物半導体層１４上には、オーム接触層１５が形成されている。さらに、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂは、オーム接触層１５を介してソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃと接続するように形成されている。
【００１５】
酸化物半導体層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでおり、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされ得る。酸化物半導体層１４は、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＧａＯ、ＺｎＩｎＯ、ＺｎＳｎＯ、ＧａＩｎＺｎＯ、ＣｄＯ、ＩｎＯ、ＧａＯ、ＳｎＯ、ＡｇＯ、ＣｕＯ、ＧｅＯ、ＧｄＯ、ＨｆＯなどで形成され得る。
【００１６】
オーム接触層１５は、ソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃの酸化物半導体層１４と、金属からなるソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂとの接触抵抗を減少させるためのものである。これにより、オーム接触層１５は、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを構成する金属よりも仕事関数の低い金属で形成されている。
【００１７】
ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂが、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属で形成された場合、これら金属の仕事関数は、およそ４ｅＶ以上である。したがって、オーム接触層１５は、２〜４ｅＶの仕事関数を有する金属で形成すればよい。前記金属には、カルシウム（Ｃａ）（２．９ｅＶ）、マグネシウム（Ｍｇ）（３．７ｅＶ）、カリウム（Ｋ）（２．３ｅＶ）、リチウム（Ｌｉ）（２．９ｅＶ）などのアルカリ金属がある。しかし、前記アルカリ金属は、化学的に反応性が高いため、化学的反応によって変化しやすい。そのため、化学的変化を防ぐために、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）、リチウム−アルミニウム（Ｌｉ−Ａｌ）、アルミニウム−銀（Ａｌ−Ａｇ）、リチウム−フッ素（ｆｌｕｏｒｉｎｅ）（Ｌｉ−Ｆ）などの合金で形成することが好ましい。
【００１８】
図２は、本発明の第２実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図であり、図１に示す構造との相違点についてのみ説明する。
【００１９】
図１の薄膜トランジスタは、オーム接触層１５が、酸化物半導体層１４のソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃ上にのみ形成された構造である。反面、図２の薄膜トランジスタは、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂの全域下に、オーム接触層２５が形成されている。すなわち、オーム接触層２５は、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂの全域と重なるように形成されている。これにより、オーム接触層２５、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを、１つのマスクを用いてパターニングすることが可能なため、図１の構造に比べて、マスクの数、及び工程の段階を減少させることができる。
【００２０】
図３は、本発明の第３実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図であり、図１に示す構造との相違点についてのみ説明する。
【００２１】
図１の薄膜トランジスタは、酸化物半導体層１４のチャネル領域１４ａが露出した構造を有しているのに対し、図３の薄膜トランジスタは、酸化物半導体層１４のチャネル領域１４ａ上に保護層３４が形成される。保護層３４は、無機物やポリイミド系樹脂などの絶縁性有機物で形成されている。
【００２２】
酸化物半導体層１４は、プラズマによって損傷を受けやすく、酸溶液（ａｃｉｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ）などによってエッチングされやすい。そのため、酸化物半導体層１４が露出された構造では、上部に薄膜を形成したり、形成された薄膜をエッチングしたりすると、プラズマによる損傷が発生してキャリアが増加するなど、電気的特性の変化が生じる。このような酸化物半導体層１４の電気的特性の変化により薄膜トランジスタの電気的特性が低下し、基板内における特性の分散度が低下し得る。
【００２３】
しかし、この実施形態によれば、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを形成するエッチング過程において、保護層３４は、酸化物半導体層１４のチャネル領域１４ａを保護するとともに、エッチング停止層として使用することが可能である。そのため、プラズマや酸溶液による酸化物半導体層１４の損傷を効果的に防止するとともに、工程が容易になる。
【００２４】
図４は、本発明の第４実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図であり、上部ゲート構造の一例を示す。
【００２５】
基板４０上にバッファ層４１が形成され、バッファ層４１上に、チャネル領域４２ａ、ソース領域４２ｂ及びドレイン領域４２ｃを提供する活性層として、酸化物半導体層４２が形成されている。酸化物半導体層４２を含む上部には、ゲート絶縁層４３が形成され、酸化物半導体層４２の上部のゲート絶縁層４３上には、ゲート電極４４が形成されている。ゲート電極４４を含む上部に絶縁層４５が形成され、絶縁層４５及びゲート絶縁層４３には、酸化物半導体層４２のソース領域４２ｂ及びドレイン領域４２ｃが所定部分露出するように、コンタクトホールが形成されている。コンタクトホールを介して露出した酸化物半導体層４２上には、オーム接触層４６が形成され、オーム接触層４６を介してソース領域４２ｂ及びドレイン領域４２ｃが接続されるように、ソース電極４７ａ及びドレイン電極４７ｂが形成されている。
【００２６】
図４には、オーム接触層４６を、ソース電極４７ａ及びドレイン電極４７ｂと重なるように形成した場合を示しているが、酸化物半導体層４２の露出した部分上にのみオーム接触層４６を形成することもできる。
【００２７】
酸化物半導体層４２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含んでおり、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされ得る。酸化物半導体層４２は、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＧａＯ、ＺｎＩｎＯ、ＺｎＳｎＯ、ＧａＩｎＺｎＯ、ＣｄＯ、ＩｎＯ、ＧａＯ、ＳｎＯ、ＡｇＯ、ＣｕＯ、ＧｅＯ、ＧｄＯ、ＨｆＯなどで形成され得る。
【００２８】
オーム接触層４６は、酸化物半導体層４２のソース領域４２ｂ及びドレイン領域４２ｃと、金属からなるソース電極４７ａ及びドレイン電極４７ｂとの間の接触抵抗を減少させるためのものである。したがって、オーム接触層４６は、ソース電極４７ａ及びドレイン電極４７ｂを構成する金属よりも仕事関数の低い金属で形成している。
【００２９】
ソース電極４７ａ及びドレイン電極４７ｂが、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属で形成された場合、これら金属の仕事関数は、およそ４ｅＶ以上であるため、例えば、２〜４ｅＶの仕事関数を有する金属で形成すればよい。前記金属には、カルシウム（Ｃａ）（２．９ｅＶ）、マグネシウム（Ｍｇ）（３．７ｅＶ）、カリウム（Ｋ）（２．３ｅＶ）、リチウム（Ｌｉ）（２．９ｅＶ）などのアルカリ金属がある。しかし、前記アルカリ金属は、化学的に反応性が高いため、化学的反応によって変化しやすい。そのため、化学的変化を防ぐために、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）、リチウム−アルミニウム（Ｌｉ−Ａｌ）、アルミニウム−銀（Ａｌ−Ａｇ）、リチウム−フッ素（Ｌｉ−Ｆ）などの合金で形成することが好ましい。
【００３０】
図５ａ〜図５ｅは、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図であり、図３の構造を一例として説明する。
【００３１】
図５ａに示すように、基板１０上にバッファ層１１を形成した後、バッファ層１１上にゲート電極１２を形成する。また、ゲート電極１２を含む上部に、ゲート絶縁層１３と、酸化物半導体層１４と、保護層３４とを順次形成する。
【００３２】
基板１０としては、シリコン（Ｓｉ）などの半導体基板、ガラスやプラスチックなどの絶縁基板、または金属基板を用いることができる。また、ゲート電極１２は、Ａｌ、Ｃｒ、ＭｏＷなどの金属で形成し、ゲート絶縁層１３は、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、ＧａＯ３などの絶縁物で形成する。酸化物半導体層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含み、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、及びバナジウム（Ｖ）からなる群から少なくとも１つのイオンがドープされ得る。酸化物半導体層１４は、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＧａＯ、ＺｎＩｎＯ、ＺｎＳｎＯ、ＧａＩｎＺｎＯ、ＣｄＯ、ＩｎＯ、ＧａＯ、ＳｎＯ、ＡｇＯ、ＣｕＯ、ＧｅＯ、ＧｄＯ、ＨｆＯなどで形成する。また、保護層３４は、無機物やポリイミド系樹脂などの絶縁性有機物で形成する。
【００３３】
図５ｂに示すように、チャネル領域１４ａ、ソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃが画定されるように、酸化物半導体層１４をパターニングし、酸化物半導体層１４のチャネル領域１４ａ上にのみ保護層３４が残留するようにパターニングする。
【００３４】
図５ｃに示すように、全体の上部にオーム接触層１５を形成した後、酸化物半導体層１４のソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃ、及び保護層３４の上にのみオーム接触層１５が残留するようにパターニングする。
【００３５】
図５ｄに示すように、オーム接触層１５を介してソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃが接続されるように、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂを形成する。ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂは、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの金属、もしくはこれら金属の合金または積層構造で形成し、透明な薄膜トランジスタの場合、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物で形成することができる。
【００３６】
本発明の他の実施形態として、図５ｅを参照すると、図５ｂと同様に酸化物半導体層１４と保護層３４とをパターニングした状態で、保護層３４の両側の露出したソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃにプラズマを照射することができる。この場合、プラズマによる格子損傷により酸素欠陥（ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙ）が発生する。また、それによるキャリア（ｅｆｆｅｃｔ  ｃａｒｒｉｅｒ）の増加により、ソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃの表面の電気伝導度が増加することにより、酸化物半導体層１４のソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃと、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂとの接触抵抗が効果的に減少し得る。
【００３７】
酸化物半導体層１４と、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂとの接触抵抗が効果的に減少し得る本発明の原理を、図６〜図９を参照して説明する。
【００３８】
図６は、金属と酸化物半導体（ＺｎＯ）との接合前のバンド図であり、ｎ型の酸化物半導体よりも金属の仕事関数が大きい（φｍ＞φｓ）。一般的な金属は、これに相当する。
【００３９】
図７は、金属と酸化物半導体（ＺｎＯ）との接合後のバンド図であり、酸化物半導体の電子の一部が金属側に拡散することにより、界面付近の酸化物半導体に空乏領域が形成される。この結果により、ショットキー障壁が形成されて界面準位が存在しない場合、オーム接触特性は見られない。このときの接触抵抗（Ｒｃ）は、下記数１に示される。
【００４０】
【数１】
2010004000.tif 000003
（ただし、Ｔは温度、Ａはリチャードソン定数、ｋはボルツマン定数、ｑΦＢｎはショットキー障壁高さ。）
【００４１】
上記数１において、ｑΦＢｎ＝ｑΦＭ−ｑχｓ（ｑΦＭは金属の仕事関数、ｑχｓは電子親和力）に近似可能なため、ショットキー障壁の高さは、金属と酸化物半導体との電子親和力によって決定される。金属の仕事関数が小さいほどショットキー障壁の高さは減少し、接触抵抗が減少する。
【００４２】
図８は、酸化物半導体の表面に多くの表面準位が存在した場合、金属と酸化物半導体（ＺｎＯ）との接合後のバンド図であり、酸化物半導体の表面の電子が界面準位でトラップ（ｔｒａｐ）され、空乏領域が形成される。これを「フェルミレベルピーニング（Ｆｅｒｍｉ  ｌｅｖｅｌ  ｐｉｎｎｉｎｇ）」という。
【００４３】
図９は、フェルミレベルピーニングされた酸化物半導体と金属との接合後のバンド図であり、このとき、ショットキー障壁の高さは、金属の仕事関数と無関係である。これを「バーディーンリミット（ｂａｒｄｅｅｎ  ｌｉｍｉｔ）」という。
【００４４】
上述のように、本発明は、酸化物半導体層と金属電極との間に仕事関数の低い金属でオーム接触層を形成する。オーム接触層によりショットキー障壁の高さが減少することにより、酸化物半導体層と金属電極との接触抵抗が減少し、これにより、薄膜トランジスタの電流−電圧特性を向上させることができる。
【００４５】
図１０は、本発明に係る薄膜トランジスタを適用した平板表示装置の一例を説明するための斜視図であり、画像を表示する表示パネル１００を中心として概略的に説明する。
【００４６】
表示パネル１００は、対向するように配置された２つの基板１１０及び１２０と、２つの基板１１０及び１２０の間に介在した液晶層１３０とからなる。また、表示パネル１００は、基板１１０に配列された複数のゲート線１１１とデータ線１１２とにより、画素領域１１３がマトリクス状に画定される。さらに、基板１１０のゲート線１１１とデータ線１１２とが交差する部分には、各画素に供給される信号を制御する薄膜トランジスタ１１４と、薄膜トランジスタ１１４に接続された画素電極１１５とが形成される。
【００４７】
薄膜トランジスタ１１４は、図１〜図４のいずれかの構造を有し、図５ａ〜図５ｅを参照して説明した本発明の製造方法によって製造可能である。
【００４８】
また、基板１２０には、カラーフィルタ１２１と、共通電極１２２とが形成される。さらに、基板１１０及び１２０の背面には、偏光板１１６及び１２３がそれぞれ形成され、偏光板１１６の下には、光源としてバックライト（図示せず）が配置される。
【００４９】
一方、表示パネル１００の画素領域１１３の周辺には、表示パネル１００を駆動させるための駆動部（ＬＣＤ  Ｄｒｉｖｅ  ＩＣ）（図示せず）が実装されている。駆動部は、外部から提供される電気的信号を走査信号及びデータ信号に変換して、ゲート線１１１及びデータ線１１２に供給する。
【００５０】
図１１ａ及び図１１ｂは、本発明に係る薄膜トランジスタを適用した平板表示装置の他の例を説明するための平面図及び断面図であり、画像を表示する表示パネル２００を中心として概略的に説明する。
【００５１】
図１１ａに示すように、基板２１０は、画素領域２２０と、画素領域２２０を囲む非画素領域２３０とに画定されている。基板２１０の画素領域２２０には、走査線２２４とデータ線２２６との間にマトリクス状に接続された複数の有機電界発光素子３００が形成されている。また、基板２１０の非画素領域２３０には、画素領域２２０の走査線２２４及びデータ線２２６から延びる走査線２２４及びデータ線２２６と、有機電界発光素子３００を作動させるための電源供給線（図示せず）と、パッド２２８を介して外部から提供された信号を処理して、走査線２２４及びデータ線２２６に供給する走査駆動部２３４及びデータ駆動部２３６とが形成されている。
【００５２】
図１２に示すように、有機電界発光素子３００は、アノード電極３１７と、カソード電極３２０と、アノード電極３１７とカソード電極３２０との間に形成された有機薄膜層３１９とからなる。有機薄膜層３１９は、正孔輸送層と、有機発光層と、電子輸送層との積層構造で形成し、正孔注入層と電子注入層とをさらに含むことができる。また、有機電界発光素子３００の動作を制御するための薄膜トランジスタと、信号を保持させるためのキャパシタとをさらに備えることができる。
【００５３】
薄膜トランジスタは、図１〜図４のいずれかの構造を有し、図５ａ〜図５ｅを参照して説明した本発明の製造方法によって製造可能である。
【００５４】
以下では、上記のように構成された薄膜トランジスタを備える有機電界発光素子３００を、図１１ａ及び図１２を参照してより詳細に説明する。
【００５５】
基板２１０の画素領域２２０上にバッファ層１１が形成され、バッファ層１１上にゲート電極１２が形成される。このとき、画素領域２２０には、ゲート電極１２に接続される走査線２２４が形成され、非画素領域２３０には、画素領域２２０から延びる走査線２２４と、外部から信号を受信するためのパッド２２８とが形成され得る。
【００５６】
ゲート電極１２を含む上部には、ゲート絶縁層１３により電気的に絶縁された酸化物半導体層１４が形成されている。酸化物半導体層１４のソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃ上には、オーム接触層１５が形成され、オーム接触層１５を介してソース領域１４ｂ及びドレイン領域１４ｃが接続されるように、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂが形成されている。このとき、画素領域２２０には、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂに接続されたデータ線２２６が形成され、非画素領域２３０には、画素領域２２０のデータ線２２６から延びるデータ線２２６と、外部から信号を受信するためのパッド２２８とが形成され得る。
【００５７】
その後、画素領域２２０の全体の上部には、表面を平坦化させるための平坦化層３１６が形成されている。また、平坦化層３１６にソース電極１６ａまたはドレイン電極１６ｂの所定部分が露出するように、ビアホールが形成され、ビアホールを介してソース電極１６ａまたはドレイン電極１６ｂが接続されるアノード電極３１７が形成されている。
【００５８】
アノード電極３１７の一部領域（発光領域）が露出するように、平坦化層３１６上に画素画定膜３１８が形成され、露出したアノード電極３１７上に有機薄膜層３１９が形成されている。また、有機薄膜層３１９を含む画素画定膜３１８上には、カソード電極３２０が形成されている。
【００５９】
図１１ｂに示すように、上記のように有機電界発光素子３００が形成された基板２１０上には、画素領域２２０を封止するための封止基板４００が配置される。また、封止材４１０により封止基板４００が基板２１０に貼り合わされ、これにより、表示パネル２００が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る薄膜トランジスタを説明するための断面図である。
【図５ａ】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５ｂ】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５ｃ】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５ｄ】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図５ｅ】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】金属と酸化物半導体との接合の前後のバンド図である。
【図７】金属と酸化物半導体との接合の前後のバンド図である。
【図８】金属と酸化物半導体との接合の前後のバンド図である。
【図９】金属と酸化物半導体との接合の前後のバンド図である。
【図１０】本発明に係る薄膜トランジスタを適用した平板表示装置の一例を説明するための斜視図である。
【図１１ａ】本発明に係る薄膜トランジスタを適用した平板表示装置の他の例を説明するための平面図及び断面図である。
【図１１ｂ】本発明に係る薄膜トランジスタを適用した平板表示装置の他の例を説明するための平面図及び断面図である。
【図１２】図１１ａの有機電界発光素子を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，４０    基板
１１，４１    バッファ層
１２，４４    ゲート電極
１３，４３    ゲート絶縁層
１４，４２    酸化物半導体層
１５，２５，４６    オーム接触層
３４    保護層
４５    絶縁層
１００，２００    表示パネル
１１０，１２０，２１０    基板
１１１    ゲート線
１１２    データ線
１１３    画素領域
１１４    薄膜トランジスタ
１１５    画素電極
１１６，１２３    偏光板
１２１    カラーフィルタ
１２２    共通電極
１３０    液晶層
３００    有機電界発光素子
【図１】
2010004000.tif 000004
【図２】
2010004000.tif 000005
【図３】
2010004000.tif 000006
【図４】
2010004000.tif 000007
【図５ａ】
2010004000.tif 000008
【図５ｂ】
2010004000.tif 000009
【図５ｃ】
2010004000.tif 000010
【図５ｄ】
2010004000.tif 000011
【図５ｅ】
2010004000.tif 000012
【図６】
2010004000.tif 000013
【図７】
2010004000.tif 000014
【図８】
2010004000.tif 000015
【図９】
2010004000.tif 000016
【図１０】
2010004000.tif 000017
【図１１ａ】
2010004000.tif 000018
【図１１ｂ】
2010004000.tif 000019
【図１２】
2010004000.tif 000020