(57)【要約】【課題】ＴＦＴ特性の経時的な特性劣化を抑制した薄膜トランジスタ素子を提供する。【解決手段】基板２の表面に沿って、チャネル領域５ｂと、ドナーイオンを含み、チャネル領域５ｂを挟んで位置するコンタクト領域５ａ1及び５ａ2とを有する酸化物半導体層５と、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2に接し、ドナーイオンと同一種のイオンを含むイオン含有層３と、チャネル領域５ｂに接し、ドナーイオンを電気的に中和するイオンをチャネル領域５ｂに供給可能なイオン中和部４とを備える。【選択図】図１
2015061029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板表面に沿って、チャネル領域と、ドナーイオンを含み、前記チャネル領域を挟んで位置する一対のコンタクト領域とを有する酸化物半導体層と、
前記一対のコンタクト領域に接し、前記ドナーイオンと同一種のイオンを含むイオン含有層と、
前記チャネル領域にゲート絶縁層を介して配されたゲート電極と、
前記一対のコンタクト領域の一方に接合されたソース電極と、
前記一対のコンタクト領域の他方に接合されたドレイン電極と、
前記チャネル領域に接し、前記ドナーイオンを電気的に中和するイオンを前記チャネル領域に供給可能なイオン中和部と、を備える、
ことを特徴とする薄膜トランジスタ素子。
【請求項２】
前記イオン含有層は、平坦な上面を有し、
前記イオン中和部は、前記イオン含有層の前記上面の一部に存在し、且つ、上面部と側面部とを有し、
前記チャネル領域は、前記イオン中和部の前記上面部と前記側面部とを被覆し、
前記一対のコンタクト領域は、前記イオン含有層の前記上面における前記イオン中和部を挟む一対の領域をそれぞれ被覆していることで、前記チャネル領域と前記コンタクト領域との間に段差を有している、
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項３】
前記酸化物半導体層のうち、前記イオン中和部の前記側面部に接している部分の膜厚は、前記イオン中和部の前記上面部に接している部分の膜厚、及び、前記イオン含有層の前記上面に接している部分の膜厚よりも薄いことを特徴とする、
請求項２に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項４】
前記イオン中和部の前記上面部の法線と前記イオン中和部の前記側面部の法線とを含む面で切ったときの前記イオン中和部の断面は、台形状であることを特徴とする、
請求項２または３に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項５】
前記コンタクト領域における、前記ソース電極、及び、前記ドレイン電極との接続部分は、前記酸化物半導体層の前記イオン含有層とは反対側であり、
前記酸化物半導体層の前記イオン含有層とは反対側の面上であって、前記接続部分を除いた前記酸化物半導体層の全面を前記ゲート絶縁層が被覆している、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項６】
前記ドナーイオンは、少なくともＨ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ａｌのいずれかのイオンを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項７】
前記イオン中和部は、酸化物材料を含み、前記ドナーイオンを電気的に中和する前記イオンは、酸素イオンであることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項８】
前記酸化物材料は、有色であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項９】
前記酸化物材料は、紫外光を吸収することを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ素子。
【請求項１０】
ゲート電極に印加された電圧に応じてソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が変化し、
チャネル領域と、前記チャネル領域を挟み、前記ソース電極、及び、前記ドレイン電極のそれぞれと接続され、ドナーイオンを含む一対のコンタクト領域とを含む酸化物半導体層と、を備える薄膜トランジスタ素子の製造方法であって、
基板上に、前記ドナーイオンと同一種のイオンを含むイオン含有層を形成する工程と、
前記イオン含有層の上面の一部に、前記ドナーイオンを電気的に中和するイオンを前記チャネル領域に供給可能なイオン中和部を形成する工程と、
前記イオン中和部を挟む一対の領域、及び、前記イオン中和部を被覆するように前記酸化物半導体層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層を被覆するようにゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上であって、前記イオン中和部と少なくとも一部が重畳する部分にゲート電極を形成する工程と、
前記酸化物半導体層の前記一対の領域の一方に相当する領域に接続される前記ソース電極と、前記酸化物半導体層の前記一対の領域の他方に相当する領域に接続される前記ドレイン電極とを形成する工程と、
前記基板、前記イオン含有層、前記イオン中和部、前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び、前記ゲート電極に対して、熱処理を行うことで、前記酸化物半導体層の前記一対の領域に前記イオン含有層から前記ドナーイオンを供給して、前記コンタクト領域を生成させる熱処理工程と、を含む、
ことを特徴とする薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記イオン中和部は、紫外光を吸収する酸化物材料を含み、
前記基板、前記イオン含有層、前記イオン中和部、前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び、ゲート電極膜を形成した後に、前記基板側から紫外光を照射することで前記イオン中和部をマスクとして、前記ゲート絶縁層上に前記ゲート電極を自己整合的にパターニングする工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれかに記載の薄膜トランジスタ素子を各画素の駆動素子として含むことを特徴とする、
有機ＥＬパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ素子、及び、その製造方法、並びにそれを用いた有機ＥＬパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）や酸化インジウム錫亜鉛（ＩｎＳｎＺｎＯ）等の酸化物半導体の研究開発が、積極的に行われている。酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ素子（以下、ＴＦＴと称す）は、電子移動度が高い上に、大面積基板での製造が可能であるという優れた特長を有している。
一例として、図１１に示す非特許文献１に開示されている酸化物半導体を用いたＴＦＴ９０１の構造を説明する。ＴＦＴ９０１は、基板９０２、酸化物半導体層９０５、ゲート絶縁層９０６、ゲート電極９０７、パッシベーション層９０８、ソース電極９０９、及び、ドレイン電極９１０を備える。
【０００３】
酸化物半導体層９０５は、ソース電極９０９、及び、ドレイン電極９１０にそれぞれ接触するコンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2と、これらのコンタクト領域に挟まれたチャネル領域９０５ｂとを有する。チャネル領域９０５ｂのキャリア濃度は、ＴＦＴのオンオフ特性を確保するのに適した範囲に設定される。一方、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2のキャリア濃度は、ソース電極９０９、及び、ドレイン電極９１０とのコンタクト抵抗を低くするため、チャネル領域９０５ｂよりも高い範囲に設定される。
【０００４】
非特許文献１では、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2のキャリア濃度を高めるため、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2に水素イオン（Ｈ+）を供給することとしている。具体的には、パッシベーション層９０８の材料をＳｉＮxとし、パッシベーション層９０８の成膜後に熱処理を施すこととしている。ＳｉＮxは、ＣＶＤ法で成膜するとＨ+を高濃度で含有することがよく知られている。パッシベーション層９０８の成膜後に熱処理を施すと、パッシベーション層９０８に含有されていたＨ+が熱拡散によりコンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2に供給される。これにより、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2のキャリア濃度を高めて、電気抵抗率を低くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５０９８３号公報
【特許文献２】特開２０１１−９１１１０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．５，Ｎｏ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  ２００９，ｐ．５１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の構成では、製品の出荷後に、熱の影響や、ソース・ドレイン間の電界の影響等で、Ｈ+が時間の経過とともに移動することがある。そして、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2からチャネル領域９０５ｂ内にＨ+が侵入して、チャネル領域９０５ｂのキャリア濃度を増加させてしまうことがある。また、パッシベーション層９０８は、コンタクト領域９０５ａ1及び９０５ａ2にＨ+を供給した後も高い濃度でＨ+を含有している。そして、製品の出荷後に、このＨ+が、パッシベーション層からコンタクト領域に供給され、さらにコンタクト領域からチャネル領域に侵入することもある。そのため、ＴＦＴ９０１のオフ電流が上昇し、最悪の場合には、ソース・ドレイン間が導通して、スイッチング動作ができなくなる場合がある。つまり、ＴＦＴ特性の経時的な特性劣化が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、ＴＦＴ特性の経時的な特性劣化を抑制した薄膜トランジスタ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタ素子は、基板と、前記基板表面に沿って、チャネル領域と、ドナーイオンを含み、前記チャネル領域を挟んで位置する一対のコンタクト領域とを有する酸化物半導体層と、前記一対のコンタクト領域に接し、前記ドナーイオンと同一種のイオンを含むイオン含有層と、前記チャネル領域にゲート絶縁層を介して配されたゲート電極と、前記一対のコンタクト領域の一方に接合されたソース電極と、前記一対のコンタクト領域の他方に接合されたドレイン電極と、前記チャネル領域に接し、前記ドナーイオンを電気的に中和するイオンを前記チャネル領域に供給可能なイオン中和部と、を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
また、前記イオン含有層は、平坦な上面を有し、前記イオン中和部は、前記イオン含有層の前記上面の一部に存在し、且つ、上面部と側面部とを有し、前記チャネル領域は、前記イオン中和部の前記上面部と前記側面部とを被覆し、前記一対のコンタクト領域は、前記イオン含有層の前記上面における前記イオン中和部を挟む一対の領域をそれぞれ被覆していることで、前記チャネル領域と前記コンタクト領域との間に段差を有していることとしてもよい。
【００１１】
また、前記酸化物半導体層のうち、前記イオン中和部の前記側面部に接している部分の膜厚は、前記イオン中和部の前記上面部に接している部分の膜厚、及び、前記イオン含有層の前記上面に接している部分の膜厚よりも薄いこととしてもよい。
また、前記イオン中和部の前記上面部の法線と前記イオン中和部の前記側面部の法線とを含む面で切ったときの前記イオン中和部の断面は、台形状であることとしてもよい。
【００１２】
また、前記コンタクト領域における、前記ソース電極、及び、前記ドレイン電極との接続部分は、前記酸化物半導体層の前記イオン含有層とは反対側であり、前記酸化物半導体層の前記イオン含有層とは反対側の面上であって、前記接続部分を除いた前記酸化物半導体層の全面を前記ゲート絶縁層が被覆していることとしてもよい。
また、前記ドナーイオンは、少なくともＨ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ａｌのいずれかのイオンを含むこととしてもよい。
【００１３】
また、前記イオン中和部は、酸化物材料を含み、前記ドナーイオンを電気的に中和する前記イオンは、酸素イオンであることとしてもよい。
また、前記酸化物材料は、有色であることとしてもよい。
また、前記酸化物材料は、紫外光を吸収することとしてもよい。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタ素子の製造方法は、ゲート電極に印加された電圧に応じてソース電極とドレイン電極との間に流れる電流が変化し、チャネル領域と、前記チャネル領域を挟み、前記ソース電極、及び、前記ドレイン電極のそれぞれと接続され、ドナーイオンを含む一対のコンタクト領域とを含む酸化物半導体層と、を備える薄膜トランジスタ素子の製造方法であって、基板上に、前記ドナーイオンと同一種のイオンを含むイオン含有層を形成する工程と、前記イオン含有層の上面の一部に、前記ドナーイオンを電気的に中和する前記イオンを前記チャネル領域に供給可能なイオン中和部を形成する工程と、前記イオン中和部を挟む一対の領域、及び、前記イオン中和部を被覆するように前記酸化物半導体層を形成する工程と、前記酸化物半導体層を被覆するようにゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上であって、前記イオン中和部と少なくとも一部が重畳する部分にゲート電極を形成する工程と、前記酸化物半導体層の前記一対の領域の一方に相当する領域に接続される前記ソース電極と、前記酸化物半導体層の前記一対の領域の他方に相当する領域に接続される前記ドレイン電極とを形成する工程と、前記基板、前記イオン含有層、前記イオン中和部、前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び、前記ゲート電極に対して、熱処理を行うことで、前記酸化物半導体層の前記一対の領域に前記イオン含有層から前記ドナーイオンを供給して、前記コンタクト領域を生成させる熱処理工程と、を含む、ことを特徴とする。
【００１４】
また、前記イオン中和部は、紫外光を吸収する酸化物材料を含み、前記基板、前記イオン含有層、前記イオン中和部、前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び、ゲート電極膜を形成した後に、前記基板側から紫外光を照射することで前記イオン中和部をマスクとして、前記ゲート絶縁層上に前記ゲート電極を自己整合的にパターニングする工程をさらに含んでいてもよい。
【００１５】
また、上記のいずれかに記載の薄膜トランジスタ素子を各画素の駆動素子として含むことを特徴とする、有機ＥＬパネルとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタ素子では、チャネル領域はイオン中和部と接している。そのため、製品の出荷後に、コンタクト領域に含まれているドナーイオン、及び、イオン含有層からさらにコンタクト領域に供給されたドナーイオンは、チャネル領域に侵入しても、イオン中和部から供給されるイオンで電気的に中和される。よって、チャネル領域のキャリア濃度を安定的に維持することができ、ＴＦＴ特性の経時的な特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るＴＦＴ１の断面図及び要部拡大図である。
【図２】ＣＶＤ法で成膜したＳｉＯx、ＳｉＮxのＴＤＳ測定の結果を示す図である。
【図３】（１Ａ）〜（１２Ａ）は、実施の形態１に係るＴＦＴ１の製造プロセスを示す断面図である。
【図４】（３Ｂ）、（８Ｂ）、（１２Ｂ）は、実施の形態１に係るＴＦＴ１の製造プロセスを示す平面図である。
【図５】実施の形態２に係るＴＦＴ１０１の断面図及び要部拡大図である。
【図６】変形例１に係るＴＦＴ２０１の断面図である。
【図７】変形例２に係るＴＦＴ３０１の断面図である。
【図８】変形例３に係るＴＦＴ４０１の断面図である。
【図９】変形例４に係るＴＦＴ５０１の断面図である。
【図１０】実施の形態１及び２、並びに、変形例１〜４に係るＴＦＴを駆動素子として用いた有機ＥＬパネル１００１の平面図である。
【図１１】従来技術に係るＴＦＴ９０１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
＜１＞ＴＦＴ１の構成
本実施の形態１に係るＴＦＴ１を図１を参照して説明する。このＴＦＴ１は、基板２、イオン含有層３、イオン中和部４、酸化物半導体層５、ゲート絶縁層６、ゲート電極７、パッシベーション層８、ソース電極９、及び、ドレイン電極１０を備える。このＴＦＴ１は、所謂トップゲート型（スタガー構造）のＴＦＴである。
【００１９】
基板２は、樹脂基板である。基板２の材料としては、樹脂の他に、ガラス、合成石英、熱酸化膜付きシリコン等を用いてもよい。
イオン含有層３は、基板２上に設けられている。イオン含有層３は、ＴＦＴ１の製造時に、酸化物半導体層５のコンタクト領域にキャリアを発生させる水素イオン（Ｈ+）を供給した後に残存した層である。尚、＜１＞ＴＦＴ１の構成の欄では、イオン含有層３は、コンタクト領域にＨ+を供給した後のものを示すこととする。以下の実施の形態２や変形例も同様とする。イオン含有層３は、コンタクト領域にＨ+を供給した後も高い濃度でＨ+を含有している。イオン含有層３の材料としては、例えば、ＣＶＤ法で成膜されたＳｉＮxを利用することができる。先に述べたように、ＣＶＤ法で成膜されたＳｉＮxには製造過程で自然にＨ+が含まれていることがよく知られている。イオン含有層３におけるＨ+の供給前の濃度は、酸化物半導体層５のコンタクト領域へのＨ+の供給量を充分にするために、１０15／ｃｍ3以上であることが好ましい。尚、イオン含有層３に含まれるドナーイオンは、酸化物半導体層５のコンタクト領域にキャリアを発生させる性質さえ有していれば、Ｈ+に限られない。例えば、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ａｌのイオンであってもよい。
【００２０】
イオン中和部４は、イオン含有層３の上面３ａの第１領域Ｒ１上に設けられている。イオン中和部４は、酸化物半導体層５のチャネル領域に、上記ドナーイオンを中和するイオン、例えば、酸素イオン（Ｏ2-）を供給する。このＯ2-は、コンタクト領域からチャネル領域に侵入してきたＨ+等のドナーイオンを電気的に中和するものである。イオン中和部４は、イオン含有層３に含まれているＨ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ａｌ等のドナーイオンを含有しない酸化物材料で構成される。そして、イオン中和部４は、これらのドナーイオンを電気的に中和する機能を有するイオンを供給する材料である。イオン中和部４の材料としては、例えば、Ｏ2-を供給する金属酸化物であるＣｒＯxが挙げられる。これ以外にも、ＳｉＯ2、ＭｏＯ2、ＭｎＯ，ＭｇＯ，Ｆｅ2Ｏ3，Ｃｏ2Ｏ3，Ｍｏ2Ｏ5，ＣｕＯ等でもよい。また、上記ドナーイオンは、硬い酸に属するものが多いので、イオン中和部４の材料は、それと結びつきやすい硬い塩基を供給する材料が好ましいと考えられる。尚、イオン中和部４の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００２１】
酸化物半導体層５は、イオン含有層３と接するコンタクト領域５ａ1及び５ａ2と、イオン中和部４と接するチャネル領域５ｂとからなる。コンタクト領域５ａ1及び５ａ2は、イオン含有層３の上面３ａの第１領域Ｒ１を挟む一対の第２領域Ｒ２上にある。また、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2にはイオン含有層３からＨ+が供給されていて、チャネル領域５ｂよりもキャリア濃度が高くなり、その結果、電気抵抗率が低くなっている。例えば、酸化物半導体層５のコンタクト領域５ａ1及び５ａ2は、キャリア濃度が１０18／ｃｍ3程度である。一方、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｂは、キャリア濃度が１０13〜１０15／ｃｍ3程度である。また、酸化物半導体層５の膜厚は、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。１０ｎｍ以上とすることで、酸化物半導体層５の製造時における膜厚制御が容易となる。５０ｎｍ以下とすることで、製造時において熱拡散によりコンタクト領域５ａ1及び５ａ2の下面（イオン含有層３の上面３ａ）から供給されたＨ+をコンタクト領域の上面まで充分に行き渡らせることができる。コンタクト領域の上面は、ソース・ドレイン電極とのコンタクト箇所であるので、この上面まで充分に電気抵抗率を下げておく必要がある。酸化物半導体層５の材料としては、ＭＯ（Ｍは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉのうちの少なくとも１種）を主成分として含んでいる。具体的に例示すると、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ−Ｏ）、ＺｎＯ（Ｚｎ−Ｏ）、ＩＧＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等である。ＩＧＺＯの場合を例に取ると、各元素の構成比の一例としては、ＩｎxＧａyＺｎzＯ1.5x+1.5y+z（ｘ，ｙ，ｚは整数）である。
【００２２】
ゲート絶縁層６は、ソース電極９及びドレイン電極１０が酸化物半導体層５と接続する部分を除いて、酸化物半導体層５の全面を被覆するように形成されている。ゲート絶縁膜６の材料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ａｌ2Ｏ3、または、Ｔａ2Ｏ5等を用いることができる。ゲート絶縁層６は、これらの酸化物材料を用いて、単層構造または多層構造で形成される。
【００２３】
ゲート電極７は、ゲート絶縁層６上でチャネル領域５ｂの上方に設けられている。ゲート電極７の材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、ＭｏＷ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ等を用いることができる。ゲート電極７は、これらの金属材料を用いて、単層構造または多層構造で形成される。
パッシベーション層８は、ゲート絶縁層６及びゲート電極７を被覆するように形成されている。パッシベーション層８の材料としては絶縁性の材料であれば特に材料、組成に限定はないが、例示すると、ＳｉＮx、ＳｉＯx、Ａｌ2Ｏ3等である。また、パッシベーション層８には、２つのコンタクトホール（以下、ＣＨと称す）ＣＨ１及びＣＨ２が設けられている。
【００２４】
ソース電極９は、パッシベーション層８上の一部と、ＣＨ１の内側に形成されている。ソース電極９の材料としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ等の金属材料を用いて、単層構造または多層構造で形成される。パッシベーション層８のＣＨ１では、酸化物半導体層５のコンタクト領域の一方５ａ1とソース電極９とが接続されている。
ドレイン電極１０は、パッシベーション層８上の一部と、ＣＨ２の内側に形成されている。ドレイン電極１０の材料としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ等の金属材料を用いて、単層構造または多層構造で形成される。パッシベーション層８のＣＨ２では、酸化物半導体層５のコンタクト領域の他方５ａ2とドレイン電極１０とが接続されている。
【００２５】
ここで、ＴＦＴ１を駆動素子として有する製品が出荷された後の使用時において、時間とともにＨ+はコンタクト領域５ａ1及び５ａ2からチャネル領域５ｂに、ある程度は侵入してくる（図１拡大図参照）。また、イオン含有層３は、依然としてＨ+を含有しており、このＨ+もコンタクト領域を経由して、時間とともにチャネル領域５ｂに、ある程度は侵入してくる。これは、Ｈ+の拡散距離が、長いためである。しかしながら、イオン中和部４からチャネル領域５ｂに供給されるＯ2-によって、時間とともに侵入してきたＨ+は電気的に中和される。そして、Ｂ１の部分にコンタクト領域とチャネル領域とのおよその境界ができると考えられる（図１拡大図参照）。その結果、チャネル領域５ｂのキャリア濃度は、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2よりも低く保たれる。以上により、チャネル領域５ｂのキャリア濃度を安定的に維持することができる。そのため、実際の製品使用時においても、ＴＦＴ１のオフ時におけるソース・ドレイン間のリーク電流が抑制され、ＴＦＴ１の特性の経時的な特性劣化を抑制することができる。
【００２６】
また、イオン中和部４は、上面部４ａと側面部４ｃとを有している。イオン中和部４のＸ−Ｚ断面は、台形状である。側面部４ｃは、イオン含有層３の上面３ａに対して、角度θで傾斜している（図１拡大図参照）。本実施の形態１では、θは、例えば、３０°以上７０°以下である。このように、側面部４ｃを傾斜させることで、酸化物半導体層５を薄く（例えば１０ｎｍ程度で）成膜したとしても酸化物半導体層５の膜が、側面部４ｃの部分で切れてしまわないようにすることができる。また、製造プロセスの欄で後述するが、酸化物半導体層５のチャネル領域５ｂにおける側面部４ｃ上の部分が、基板２側から照射される紫外光（ＵＶ）に晒されるのを防ぐことができる。
【００２７】
酸化物半導体層５において、イオン含有層３の上面３ａと接する部分を５Ａ、イオン中和部４の上面部４ａと接する部分を５Ｂ、そして、イオン中和部４の側面部４ｃと接する部分を５Ｃとする。部分５Ｃの膜厚ｔ2は、部分５Ａ及び部分５Ｂの膜厚ｔ1よりも薄い（図１拡大図参照）。これにより、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2からチャネル５ｂに侵入してくるＨ+の量を減らすことができる。そのため、ＴＦＴ１の特性の経時的な特性劣化を抑制することができる。
【００２８】
図１に示すように、酸化物半導体層５は、イオン含有層３とイオン中和部４とを被覆するように形成されているので、チャネル領域５ｂとコンタクト領域５ａ1及び５ａ2との間には段差が生じている。しかし、チャネル領域として本当に機能するのは、ゲート電極７の下方の部分（イオン中和部４の上面部４ａ上に存在する部分５Ｂ）である。この部分５Ｂのキャリア濃度が適切に維持できなければ、ＴＦＴ特性の閾値シフトやソース・ドレイン間の導通等の問題が生じる。上記構成では段差があるため、Ｈ+リッチなコンタクト領域と部分５Ｂとの間の距離を段差の分だけ長くすることができる。そして、コンタクト領域から部分５ＢまでＨ+が侵入するのに要する時間を長くすることができる。その結果、ＴＦＴ１の特性の経時的な特性劣化を抑制することができる。
＜２＞ＴＦＴ１の製造プロセス
図３及び図４を参照して、本実施の形態１に係るＴＦＴ１の製造プロセスを説明する。図３では、（１Ａ）〜（１２Ａ）の順に時系列に従って並べてある。また、図３は、ＴＦＴ１の製造プロセスにおいて、ＴＦＴ１をＸ−Ｚ断面で切ったときの断面図である。図４の（３Ｂ）、（８Ｂ）、（１２Ｂ）は、Ｚ軸の上方から見たときの平面図である。図３のＡと図４のＢとで頭の数字が同じ図同士は、同一プロセス処理後の状態を示している。
【００２９】
プロセス（１Ａ）では、樹脂基板２上にＣＶＤ法にて、１５０℃〜３５０℃の基板温度でイオン含有層３であるＳｉＮx層を形成する。尚、＜２＞ＴＦＴ１の製造プロセスの欄では、イオン含有層３は、コンタクト領域へのＨ+の供給前のものも供給後のものも共通して、イオン含有層３と称することとする。反応ガスとしては、ＮＨ3を用いる。このＮＨ3は、反応時にＮとＨとに解離する。そして、解離した一方のＮがＳｉと結合し、ＳｉＮxが形成される。そのため、解離した他方のＨが雰囲気中に多量に存在し、結果的にＳｉＮxには多くのＨが含まれることになる。図２は、ＣＶＤ法により成膜されたＳｉＯx膜、ＳｉＮx膜における質量数２（水素分子Ｈ2に相当）のＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）測定の結果である。ＳｉＯx膜は、温度が上昇しても脱離するＨの量の増加が少なく、含有水素量が少ないことが分かる。一方、ＳｉＮx膜は、温度上昇とともに、飛躍的にＨの脱離が生じていることが分かる。つまり、ＣＶＤ法で成膜したＳｉＮxは多量のＨを含んでいる。尚、図２は、成膜時の基板温度が８０℃と２７０℃のＳｉＮxのＨの脱離量の結果を示している。Ｈの脱離は、成膜時の基板温度を超えた温度域から生じていることが分かる。
【００３０】
プロセス（２Ａ）では、イオン含有層３の第１領域Ｒ１上に酸化物材料からなるイオン中和部４を形成する（図３（２Ａ）参照）。イオン中和部４は、スパッタリング法またはＰＥＣＶＤ法で成膜した後、パターニングして形成する。ここでは、イオン中和部４の形成を、ハーフトーンマスクを用いたＵＶ照射で行う。その後、ウェットエッチングでパターニングし、イオン中和部４は断面が台形状に形成される。傾斜角度は、先に述べたように、３０°以上７０°以下である。イオン中和部４として、酸化物材料の中でも有色のものを使用すると、イオン中和部４を以後のプロセスのアライメントマークとして利用することができる。有色の酸化物材料としては、例えば、ＣｒＯxが挙げられる。アライメントマークとして利用する場合には、視認性確保のためイオン中和部４の膜厚は５０ｎｍ以上であることが好ましい。また、この後に成膜する酸化物半導体層５の膜が、イオン中和部４の側面部で切れてしまうことのないように、１００ｎｍ以下であることが好ましい。そして、イオン中和部４は、後のプロセスでゲート電極をパターニングするためのマスクとしても使用するので、ＵＶを吸収する材料で構成される。
【００３１】
プロセス（３Ａ）では、イオン中和部４が形成された第１領域Ｒ１を挟む一対の第２領域Ｒ２、及び、第１領域Ｒ１のイオン中和部４上に酸化物半導体層５を形成する。成膜は、ＡｒとＯ2の混合ガス雰囲気下で、スパッタリング法等で行う。パターニングは、図４の（３Ｂ）に示すように、イオン中和部４を跨いだ形状となるように形成される。ここで、イオン中和部４は、断面が台形状である。そのため、酸化物半導体層５は、イオン中和部４の上面部上の部分と、イオン含有層３の上面上の部分との間で段差が生じる。
【００３２】
プロセス（４Ａ）では、酸化物半導体層５とイオン含有層３を被覆するように、ゲート絶縁層６を形成する。ゲート絶縁層６の成膜は、例えば、ＣＶＤ法を用いて、膜厚３００ｎｍ程度のＳｉＯx層を形成する。或いは、スパッタリング法、若しくは、ＡＬＤ法を用いて、膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3を形成する。
プロセス（５Ａ）では、ゲート絶縁層６を被覆するようにネガ型フォトレジストＲｔを塗布する。そして、イオン中和部４をマスクとして、基板２側からＵＶ照射を行う。よって、第１領域Ｒ１上のネガ型フォトレジストＲｔは、ＵＶに晒されない。また、この際、第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５は、ＵＶに晒されてキャリアが誘起される。このキャリアは、ＵＶ照射が完了した後はすぐに消滅するが、第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５は、キャリアが発生しやすいような膜質となる。しかし、第１領域Ｒ１上の酸化物半導体層５は、イオン中和部４がマスクとなって、ＵＶには晒されず、キャリアが発生しやすいような膜質とはならない。また特に、イオン中和部４の側面部が傾斜しているので、この側面部上の酸化物半導体層５もキャリアが発生しやすいような膜質とはならない。
【００３３】
プロセス（６Ａ）では、現像により、第１領域Ｒ１上のネガ型フォトレジストＲｔのみを除去する。
プロセス（７Ａ）では、基板２と反対側からゲート電極膜７ａを成膜する。この際、第１領域Ｒ１上と一対の第２領域Ｒ２上との境界では、ゲート電極膜７ａに段差が生じる。
プロセス（８Ａ）では、リフトオフ法により、第１領域Ｒ１上以外のゲート電極膜７ａをネガ型フォトレジストＲｔとともに除去して、ゲート電極７を形成する。
【００３４】
プロセス（５Ａ）〜（８Ａ）により、ゲート電極７の作製用のマスクが不要となり、マスク費用分のコストを削減することができる。さらにゲート電極７のパターニングのためのアライメントマージンをとる必要がないため、ゲート電極とソース・ドレイン電極との重なり領域が非常に少なくなり、トランジスタの寄生容量が大幅に削減できる。
尚、ゲート電極７は、ゲート電極膜７ａにＩＴＯやＺｎＯ等のＵＶを透過する材料を使用し、基板２側からＵＶ照射を行うことによって形成することもできる。
【００３５】
また、プロセス（８Ａ）では、ゲート電極７は、図４の（８Ｂ）に示すように、上面視で下方のイオン中和部４とほぼ同じ形状で形成される。これは、イオン中和部４をマスクとして、ネガ型フォトレジストＲｔをＵＶ照射することでゲート電極７を形成するという、自己整合的パターニングを行っているためである。そして、ゲート電極７を形成した後、ここまでで基板２上に形成した層全体に対して、熱処理を行う。熱処理時の基板温度は、イオン含有層３の成膜時の基板温度より１０℃以上高い温度である。この熱処理によって、第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５には、イオン含有層３からＨ+が供給されて、キャリア濃度が上昇する。熱処理時の基板温度は、イオン含有層３の成膜時の基板温度より高い温度であることが好ましい（図２参照）。これにより、第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５にＨ+が充分に供給される。
【００３６】
プロセス（９Ａ）は、Ｈ+の供給が完了した状態を示している。第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５のキャリア濃度は、１０18／ｃｍ3程度となり、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2が形成されている。一方、第１領域Ｒ１上の酸化物半導体層５のキャリア濃度は、低いままであり、チャネル領域５ｂとなる。
プロセス（１０Ａ）では、ゲート絶縁膜６及びゲート電極７を被覆するように、パッシベーション層８を形成する。
【００３７】
プロセス（１１Ａ）では、パッシベーション層８とゲート絶縁膜６に、ＣＨ１及びＣＨ２を形成する。
プロセス（１２Ａ）では、ＣＨ１及びＣＨ２とパッシベーション層８上の一部に、それぞれ、ソース電極９及びドレイン電極１０を形成する。ソース電極９及びドレイン電極１０の成膜はスパッタリング法で行い、膜厚は１００ｎｍ程度とした。ＴＦＴ１は、上面視で図４の（１２Ｂ）のような構造となっている。
【００３８】
以上で酸化物半導体ＴＦＴ１が完成する。
ここで、酸化物半導体層５の成膜直後（プロセス（４Ａ））は、キャリア濃度が膜全体でほぼ同一であり、１０13〜１０15／ｃｍ3程度である。その後、酸化物半導体層５の成膜時の基板温度よりも高い温度で熱処理を行うことで、一対の第２領域Ｒ２上の酸化物半導体層５には、イオン含有層３からＨ+が供給されて、キャリア濃度が上昇する。その結果、キャリア濃度が１０18／ｃｍ3程度まで上昇したコンタクト領域５ａ1及び５ａ2が生成され、良好な導電性を有する領域が得られる。尚、チャネル領域５ｂは、酸化物半導体層５の成膜時のキャリア濃度である１０13〜１０15／ｃｍ3程度を維持している（プロセス（９Ａ））。ところで、先に述べた熱処理工程において、Ｈ+の拡散距離は長いため、Ｈ+はチャネル領域５ｂに、ある程度は侵入してくる（図１拡大図参照）。しかしながら、第１領域Ｒ１上の酸化物半導体層５には、イオン中和部４からＯ2-が供給される。チャネル領域５ｂに供給されるＯ2-によって、侵入してきたＨ+は電気的に中和される。そして、Ｂ１の部分にコンタクト領域とチャネル領域とのおよその境界ができると考えられる。よって、チャネル領域５ｂのキャリア濃度は、コンタクト領域５ａ1及び５ａ2よりも低く保たれる。以上により、チャネル領域５ｂのキャリア濃度を安定的に維持することができる。
【００３９】
また、本実施の形態１では、ゲート絶縁層６が、酸化物半導体層５のほぼ全面を被覆するように形成されている。これにより、ゲート絶縁層６をゲート電極７と同じ形状にパターニングする際に問題となる、パターニング時の堆積物等によるゲート電極７とコンタクト領域５ａ1及び５ａ2との電流リークも防止することができる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態２に係るＴＦＴ１０１を図５を参照して説明する。尚、以下の説明では、実施の形態１と共通する構成、処理、及び、得られる効果については説明をおおよそ省略する。また、共通する構成には、同一の符号を付す。
【００４０】
実施の形態１と異なる点は、イオン中和部１０４の側面部１０４ｃが傾斜しておらず、イオン含有層３の上面３ａに対してほぼ直立している点である（図５拡大図参照）。例えば、θは、９０°である。θは、９０°に限らず、９０°未満であってもよい。７０°以上９０°以下であってもよい。尚、このように、イオン中和部１０４の側面部１０４ｃを９０°に近い角度で形成するには、イオン中和部１０４の形成をドライエッチングで行うことが好ましい。
【００４１】
この構成により、酸化物半導体層１０５の側面部１０４ｃと接する部分１０５Ｃの膜厚ｔ2は、イオン含有層３の上面３ａと接する部分１０５Ａ及びイオン中和部１０４の上面部１０４ａと接する部分１０５Ｂの膜厚ｔ1よりも実施の形態１と比べてさらに薄くできる。この理由としては、酸化物半導体層１０５の成膜時に、イオン中和部１０４の側面部１０４ｃが直立しているので、この側面には膜が堆積しにくいためと考えられる。この場合も、熱処理によって、イオン含有層３から酸化物半導体層１０５のコンタクト領域１０５ａ1及び１０５ａ2にＨ+が供給される。チャネル領域１０５ｂで側面部１０４ｃと接する部分にもＨ+がある程度は侵入してくる。また、イオン含有層３は、依然としてＨ+を含有しており、このＨ+もコンタクト領域を経由して、時間とともにチャネル領域１０５ｂに、ある程度は侵入してくる。しかしながら、本実施の形態２では、イオン中和部４の側面部１０４ｃと接する部分１０５Ｃが実施の形態１よりもさらに薄いことから、Ｈ+の侵入量がより少ないと考えられる。さらに、チャネル領域１０５ｂに供給されるＯ2-によって、侵入してきたＨ+は電気的に中和される。そして、Ｂ２の部分にコンタクト領域とチャネル領域とのおよその境界ができると考えられる。よって、チャネル領域１０５ｂのキャリア濃度は、コンタクト領域１０５ａ1及び１０５ａ2よりも低く保たれる。
【００４２】
また、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、ゲート電極作製用のマスクを用いて、基板２と反対側からＵＶ照射を行って、ゲート電極１０７を形成している。そのため、チャネル領域１０５ｂにおいて、イオン中和部１０４の側面部１０４ｃと接する部分はＵＶに晒されていない。よって、この部分がキャリアが発生しやすいような膜質にはならない。
＜変形例１＞
本変形例１に係るＴＦＴ２０１を図６を参照して説明する。ＴＦＴ２０１の実施の形態１との違いは、イオン中和部１０４の側面部１０４ｃが直立している点である。実施の形態２との違いは、ゲート電極７が、実施の形態１のように、基板２側からのＵＶ照射でパターニングされている点である。得られる効果は、説明済であるので省略する。
＜変形例２＞
本変形例２に係るＴＦＴ３０１を図７を参照して説明する。本変形例２では、これまでの実施の形態や変形例１と異なり、酸化物半導体層３０５は平坦である。その代わりに、基板３０２に凹部３０２ａが存在し、凹部３０２ａ内にイオン中和部３０４が位置している。酸化物半導体層３０５と基板３０２との間には、イオン含有層３０３が介在している。
【００４３】
本変形例の場合には、コンタクト領域３０５ａ1及び３０５ａ2には、その下側にあるイオン含有層３０３からＨ+が供給される。また、チャネル領域３０５ｂにも、その下側にあるイオン中和部３０４からＯ2-が供給される。そして、イオン含有層３０３から供給されたＨ+が、チャネル領域３０５ｂに侵入しても、イオン中和部３０４から供給されたＯ2-で電気的に中和される。
【００４４】
本変形例２では、イオン含有層３０４の膜厚分の段差がないので、パッシベーション層８の表面をよりフラットな形状とすることができ、その上に形成されるディスプレイ素子層が形成しやすいというメリットがある。
＜変形例３＞
本変形例３に係るＴＦＴ４０１を図８を参照して説明する。本変形例３では、これまでの実施の形態や変形例１及び２と異なり、パッシベーション層４０８がイオン含有層を兼ねている。つまり、パッシベーション層４０８は、高Ｈ含有絶縁膜で構成されている。酸化物半導体層４０５のコンタクト領域４０５ａ1及び４０５ａ2には、製造工程において、その上側にあるパッシベーション層４０８からＨ+が供給される。また、パッシベーション層４０８は、コンタクト領域４０５ａ1及び４０５ａ2にＨ+を供給した後も高い濃度でＨ+を含有している。そして、製品の出荷後にも、このＨ+が、パッシベーション層からコンタクト領域に供給される。一方、チャネル領域４０５ｂにはその下側にあるイオン中和部１０４からＯ2-が供給される。また、本変形例３では、ゲート絶縁層４０６をゲート電極７と重畳するようにパターニングが施されている。
【００４５】
本変形例３では、イオン含有層を別途、形成する必要がないので、工程数を減らすことができるというメリットがある。
＜変形例４＞
本変形例４に係るＴＦＴ５０１を図９を参照して説明する。変形例３との違いは、イオン中和部３０４が基板５０２の凹部５０２ａに埋め込まれている点である。
【００４６】
本変形例４では、イオン含有層３０４の膜厚分の段差がないので、パッシベーション層４０８の表面をよりフラットな形状とすることができ、その上に形成されるディスプレイ素子層が形成しやすいというメリットがある。
＜変形例５＞
本変形例５に係る有機ＥＬパネル１００１を図１０を参照して説明する。有機ＥＬパネル１００１は、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に発光する有機ＥＬ素子から構成される１画素１００２がマトリクス状に配置されて、表示領域を構成している。表示領域の外枠、及び、有機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子との間には、遮光性のブラックマトリクス（以下、ＢＭと称す）１００４が配置されている。また、外枠のＢＭの下には、有機ＥＬ素子に水分等が侵入してくるのを防止するための封止部材１００３が配置されている。
【００４７】
各有機ＥＬ素子を駆動させるためのアクティブ素子として、本実施の形態及び変形例に記載されたＴＦＴが用いられている。これらのＴＦＴを用いることで、電子移動度が高く、且つ、大面積基板での製造が可能な有機ＥＬパネルが実現される。
＜その他＞
（１）本明細書中の実施の形態及びその変形例では、ＴＦＴの適用例として、有機ＥＬパネルを挙げたが、これに限定されるものではない。無機ＥＬパネルや液晶パネル等の駆動素子としても適用することができる。
（２）本明細書中の実施の形態及びその変形例では、パッシベーション層を設けている構成としたが、これに限定されるものではない。パッシベーション層はなく、ゲート絶縁層が最表面にある構成でもよい。
（３）本明細書中の実施の形態及びその変形例では、ドナーイオンを電気的に中和するイオンとして、酸素イオン（Ｏ2-）を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。ドナーイオンを電気的に中和することができるイオンであれば、Ｏ2-以外に、ＯＨ-等でもよい。
（４）本明細書中の実施の形態及びその変形例では、主にトップゲート構造について説明したが、これに限定されるものではなく、ボトムゲート構造にも適用可能である。
（５）本発明に係るＴＦＴは、実施の形態及びその変形例の部分的な構成を、適宜組み合わせてなる構成であってもよい。また、実施の形態及びその変形例に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることは可能である。本発明は、フラットパネルディスプレイ全般に広く利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、例えば有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ用の駆動素子として利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１．ＴＦＴ
２、３０２、５０２．基板
３、３０３．イオン含有層
４、１０４、３０４．イオン中和部
４ａ、１０４ａ．上面部
４ｃ、１０４ｃ．側面部
５、１０５、３０５、４０５、５０５．酸化物半導体層
５ａ1、５ａ2、１０５ａ1、１０５ａ2、３０５ａ1、３０５ａ2、４０５ａ1、４０５ａ2、５０５ａ1、５０５ａ2．コンタクト領域
５ｂ、１０５ｂ、３０５ｂ、４０５ｂ、５０５ｂ．チャネル領域
６、４０６．ゲート絶縁層
７、１０７．ゲート電極
８、４０８．パッシベーション層
９．ソース電極
１０．ドレイン電極
１００１．有機ＥＬパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015061029.tif 000009
【図８】
2015061029.tif 000010
【図９】
2015061029.tif 000011
【図１０】
2015061029.tif 000012
【図１１】
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