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JP2007073558A - Thin film transistor manufacturing method - Google Patents

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JP2007073558A
JP2007073558A JP2005255732A JP2005255732A JP2007073558A JP 2007073558 A JP2007073558 A JP 2007073558A JP 2005255732 A JP2005255732 A JP 2005255732A JP 2005255732 A JP2005255732 A JP 2005255732A JP 2007073558 A JP2007073558 A JP 2007073558A
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
insulating film
gate insulating
gate
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Application number
JP2005255732A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Hirao
孝 平尾
Mamoru Furuta
守 古田
Hiroshi Furuta
寛 古田
Tokiyoshi Matsuda
時宜 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Kochi Prefecture Sangyo Shinko Center
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Kochi Prefecture Sangyo Shinko Center
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Publication date
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Abstract

【課題】 トップゲート構造を有し、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜を用いる薄膜トランジスタのゲート絶縁膜作製工程において、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜表面に、酸化性ガスによるプラズマ処理を施すことにより、半導体薄膜表面を酸素終端しつつ清浄化しゲート絶縁膜を形成することで、ゲート絶縁膜と半導体薄膜間で良好な界面を形成し、ソース・ドレイン間の短絡やリーク電流の発生を低減した高性能薄膜トランジスタの製法の提供。
【解決手段】 酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物を半導体薄膜として用いるトップゲート型薄膜トランジスタの製法であって、前記半導体薄膜にパターン加工を施した後、該半導体薄膜の表面全面を被覆するゲート絶縁膜をシリコン系絶縁膜により形成する加工前において、前記半導体薄膜表面全面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行い、前記表面処理に引き続き、真空中にて連続して前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製法。
【選択図】 図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxidation property on a surface of an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO in a gate insulating film manufacturing process of a thin film transistor having a top gate structure and using an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO. By performing plasma treatment with gas, the surface of the semiconductor thin film is cleaned with oxygen termination and a gate insulating film is formed, thereby forming a good interface between the gate insulating film and the semiconductor thin film. Providing a method for manufacturing high-performance thin film transistors with reduced leakage current.
A method of manufacturing a top gate thin film transistor using an oxide mainly composed of zinc oxide ZnO as a semiconductor thin film, the gate covering the entire surface of the semiconductor thin film after patterning the semiconductor thin film Prior to processing for forming the insulating film with a silicon-based insulating film, the entire surface of the semiconductor thin film is subjected to a surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, and the gate is continuously formed in vacuum following the surface treatment. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising forming an insulating film.
[Selection] Figure 2

Description

本発明はトップゲート構造薄膜トランジスタの製法に係り、より詳しくはゲート絶縁膜の形成前に薄膜トランジスタの半導体薄膜である酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物表面層をプラズマ処理することにより、ゲート絶縁膜と半導体薄膜との間で清浄な界面を形成し、ドレイン・ソース間のリーク電流の低減や伝達特性を向上させた高性能の薄膜トランジスタを得ることができる製法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a top gate thin film transistor, and more particularly, by subjecting an oxide surface layer mainly composed of zinc oxide ZnO, which is a semiconductor thin film of a thin film transistor, to plasma treatment before forming the gate insulating film, The present invention relates to a manufacturing method capable of forming a high-performance thin film transistor in which a clean interface is formed between a semiconductor thin film and a semiconductor thin film to reduce drain-source leakage current and improve transfer characteristics.

酸化亜鉛(ZnO)あるいは酸化マグネシウム亜鉛(ZnMgO)等の酸化物が優れた半導体(活性層)の性質を示すことは古くから知られており、近年薄膜トランジスタ(以下TFTと略)、発光デバイス、透明導電膜等の電子デバイス応用を目指し、これらの酸化物を用いた薄膜半導体の研究開発が活発化している。
特に酸化亜鉛(ZnO)を半導体薄膜として用いたTFTは、従来液晶ディスプレイに主に用いられているアモルファスシリコン(a-Si:H)を半導体層として用いたアモルファスシリコンTFTに比較して電子移動度が大きく、優れたTFT特性並びに低温プロセスが可能である等の理由により積極的な開発が進められている。
It has long been known that oxides such as zinc oxide (ZnO) or magnesium zinc oxide (ZnMgO) have excellent semiconductor (active layer) properties, and in recent years thin film transistors (hereinafter abbreviated as TFT), light-emitting devices, transparent Research and development of thin film semiconductors using these oxides has been activated with the aim of applying electronic devices such as conductive films.
In particular, TFTs using zinc oxide (ZnO) as a semiconductor thin film have electron mobility compared to amorphous silicon TFTs using amorphous silicon (a-Si: H), which is mainly used in conventional liquid crystal displays, as a semiconductor layer. Therefore, active development is underway for reasons such as large TFT, excellent TFT characteristics and low temperature process.

従来報告されている、酸化亜鉛(ZnO)を半導体薄膜として用いたTFT(ZnO-TFT)は、ボトムゲート型のものが主流である。   Conventionally reported TFTs using zinc oxide (ZnO) as a semiconductor thin film (ZnO-TFT) are mainly bottom-gate TFTs.

ボトムゲート型のZnO-TFTを開示したものとして、特許文献1、特許文献2などが例示できる。   Patent Document 1, Patent Document 2, and the like can be exemplified as those that disclose a bottom gate type ZnO-TFT.

特許文献1に開示されるボトムゲート型ZnO-TFTは、図5に示す如く、基板101、ゲート電極102、ゲート絶縁膜103、酸化亜鉛半導体薄膜104、ソース電極105、ドレイン電極106、保護膜107を有してなり、これら各構成をこの順に積層して形成されている。   As shown in FIG. 5, the bottom gate type ZnO-TFT disclosed in Patent Document 1 includes a substrate 101, a gate electrode 102, a gate insulating film 103, a zinc oxide semiconductor thin film 104, a source electrode 105, a drain electrode 106, and a protective film 107. These components are stacked in this order.

特許文献2に開示されるボトムゲート型ZnO-TFTは、図6(a)に示す如く、基板108、ゲート電極109、ゲート絶縁膜110、ソース電極111、ドレイン電極112、酸化亜鉛半導体薄膜113を有してなり、これら各構成をこの順に積層して形成されている。実際に製造の最終工程においては、図6(b)に示す如く、前記酸化亜鉛半導体薄膜113を被覆して保護膜114が形成される。   As shown in FIG. 6A, the bottom gate type ZnO-TFT disclosed in Patent Document 2 includes a substrate 108, a gate electrode 109, a gate insulating film 110, a source electrode 111, a drain electrode 112, and a zinc oxide semiconductor thin film 113. Each of these components is stacked in this order. Actually, in the final manufacturing process, as shown in FIG. 6B, the protective film 114 is formed by covering the zinc oxide semiconductor thin film 113.

これら文献に開示されているボトムゲート構造は、基板側よりゲート電極およびゲート絶縁膜が形成され、その上面を被覆して酸化亜鉛半導体薄膜が形成されている構造であり、液晶ディスプレイの駆動素子として現在事業化されているボトムゲート構造アモルファスシリコンTFTとのプロセスの互換性が高いため、ZnO-TFTにも多く用いられている。   The bottom gate structure disclosed in these documents is a structure in which a gate electrode and a gate insulating film are formed from the substrate side, and a zinc oxide semiconductor thin film is formed covering the upper surface thereof. Since the process compatibility with the currently commercialized bottom gate structure amorphous silicon TFT is high, it is also widely used in ZnO-TFT.

しかしながら、チャネル層(半導体層)として用いる酸化亜鉛の結晶性の観点からは、多結晶薄膜を基板上に形成していく場合、成膜初期に形成される下地との界面付近の領域は結晶欠陥が多く、薄膜形成が進むにつれて結晶性が改善されていくという特徴がある。
薄膜トランジスタにおいて活性層として用いられる部分は、半導体層の中で、ゲート絶縁膜に近いごく薄い領域であり、この領域の結晶性が移動度等の薄膜トランジスタのTFT特性を大きく左右している。
ボトムゲート型の薄膜トランジスタにおいては、構造上、半導体層はゲート絶縁膜上に積層されているため、結晶性が不十分な成膜初期の領域を活性層として用いざるを得ず、十分な移動度が得られないという問題点を抱えていた。
これらの問題に鑑みると、半導体層の上部にゲート絶縁膜を設ける構造を有するトップゲート構造は半導体層の上部の結晶性の良好な領域を活性層として用いることができ、高い移動度を期待することができる。
However, from the viewpoint of the crystallinity of zinc oxide used as a channel layer (semiconductor layer), when a polycrystalline thin film is formed on a substrate, the region near the interface with the base formed at the initial stage of film formation is a crystal defect. There is a feature that crystallinity is improved as thin film formation proceeds.
A portion used as an active layer in a thin film transistor is a very thin region near the gate insulating film in the semiconductor layer, and crystallinity in this region greatly affects TFT characteristics of the thin film transistor such as mobility.
In a bottom-gate thin film transistor, a semiconductor layer is stacked on a gate insulating film because of its structure. Therefore, an initial region of film formation with insufficient crystallinity must be used as an active layer, and sufficient mobility is achieved. Had the problem of not being able to get.
In view of these problems, a top gate structure having a structure in which a gate insulating film is provided above a semiconductor layer can use a region with good crystallinity above the semiconductor layer as an active layer, and high mobility is expected. be able to.

トップゲート型のZnO-TFTの一例としては、図7のような構造がある。
このトップゲート構造は、基板115上にソース・ドレイン電極116、半導体薄膜117、ゲート絶縁膜118、ゲート電極119をこの順に積層して構成されている。
ゲート絶縁膜は、プラズマ化学気相成長(PCVD)法にて、200〜500nmの厚みで形成されることが多い。
As an example of the top gate type ZnO-TFT, there is a structure as shown in FIG.
In this top gate structure, a source / drain electrode 116, a semiconductor thin film 117, a gate insulating film 118, and a gate electrode 119 are laminated on a substrate 115 in this order.
The gate insulating film is often formed with a thickness of 200 to 500 nm by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD).

酸化亜鉛を半導体活性層として用いたトップゲート型のTFT(ZnO-TFT)は、活性層の形状にパターン加工した半導体薄膜上に、良好なゲート絶縁膜の形成と同時に、ゲート絶縁膜と酸化亜鉛活性層との界面制御が必須である。ボトムゲート型アモルファスシリコンTFTの場合には、ゲート絶縁膜としてSiNが用いられることが多く、例えば大面積化が容易なプラズマ化学気相成長(PCVD)法を用い、基板温度250〜300℃にて、SiH4+NH3+H2もしくはSiH4+NH3+N2+H2等の混合ガスを用いて成膜されている。 A top gate type TFT (ZnO-TFT) using zinc oxide as a semiconductor active layer is formed on the semiconductor thin film patterned into the shape of the active layer, and at the same time as forming a good gate insulating film, the gate insulating film and the zinc oxide Control of the interface with the active layer is essential. In the case of a bottom gate type amorphous silicon TFT, SiN is often used as a gate insulating film. For example, a plasma chemical vapor deposition (PCVD) method capable of easily increasing the area is used, and a substrate temperature is 250 to 300 ° C. The film is formed using a mixed gas such as SiH 4 + NH 3 + H 2 or SiH 4 + NH 3 + N 2 + H 2 .

しかしながらZnO半導体薄膜のパターン形成後に、プラズマ化学気相成長(PCVD)法あるいはその他の成膜方法を用いて上記基板温度下にてゲート絶縁膜の成膜を行った場合、不純物の吸着による界面特性の悪化や、ゲート絶縁膜成膜における還元性雰囲気によるZnO表面の還元等によるリーク電流の増大といった問題を生じ、上記条件において製作したTFTは液晶ディスプレイなどへの応用に耐えうるものでは無かった。   However, when the gate insulating film is deposited at the above substrate temperature using the plasma chemical vapor deposition (PCVD) method or other deposition methods after the patterning of the ZnO semiconductor thin film, the interface characteristics due to the adsorption of impurities. However, TFTs fabricated under the above conditions were not able to withstand application to liquid crystal displays and the like, resulting in problems such as deterioration of the leakage current and increased leakage current due to reduction of the ZnO surface due to the reducing atmosphere in gate insulating film formation.

トップゲート型のZnO-TFTの他の例として、特許文献3が開示されている。該文献には、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体膜をチャネル層に用いるトランジスタにおいて、下地となる基板上に、上記酸化物半導体膜が形成される下地膜、上記酸化物半導体膜、ゲート絶縁膜、および、ゲート電極がこの順に形成され、ゲート電極と同一形状にゲート絶縁膜並びに酸化亜鉛薄膜が加工された薄膜トランジスタが開示されている。
特許文献3に開示されたトップゲート型のZnO-TFTにおいては、ゲート電極形成後にゲート絶縁膜と酸化亜鉛を一括してパターン加工することが可能となる。
As another example of the top gate type ZnO-TFT, Patent Document 3 is disclosed. In this document, in a transistor in which an oxide semiconductor film containing zinc oxide ZnO as a main component is used for a channel layer, a base film in which the oxide semiconductor film is formed over a base substrate, the oxide semiconductor film, A thin film transistor is disclosed in which a gate insulating film and a gate electrode are formed in this order, and the gate insulating film and the zinc oxide thin film are processed in the same shape as the gate electrode.
In the top gate type ZnO-TFT disclosed in Patent Document 3, it is possible to pattern process the gate insulating film and zinc oxide together after forming the gate electrode.

特開2005−033172号公報JP 2005-033172 A 特開2004−349583号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-349583 特開2003−298062号公報JP 2003-298062 A

特許文献3に開示されたトランジスタは、半導体薄膜及びゲート絶縁膜の形成過程において、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜表面の損傷及び不純物による汚染を防ぎうる手法を提供するものではなく、その後のゲート絶縁膜の形成過程においても、前期半導体膜表面の損傷及び、還元性雰囲気による還元脱離反応によって、半導体薄膜の低抵抗化が起こり、低抵抗化やリーク電流の増大、移動度の低下といった問題を抱えるものであった。   The transistor disclosed in Patent Document 3 does not provide a technique capable of preventing damage to the surface of an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO and contamination due to impurities in the process of forming the semiconductor thin film and the gate insulating film. In the subsequent gate insulating film formation process, the resistance of the semiconductor thin film is lowered due to the damage of the semiconductor film surface in the previous period and the reductive desorption reaction in a reducing atmosphere, resulting in lower resistance, increased leakage current, and mobility. It had a problem such as a drop in

酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜及びゲート絶縁膜の形成過程において、酸化亜鉛半導体薄膜の損傷を防ぐ手段として、該酸化物半導体薄膜の上表面に保護膜を形成し、パターニングされた該保護膜をマスクとしてウェットエッチングなどの方法により前記酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜にパターニングなどの形状加工を施し、この保護膜を除去せずにゲート絶縁膜を積層する手段が考えられる。しかしながら、この手段を用いて酸化亜鉛半導体層を形成した場合、エッチング液によって、前記酸化物半導体薄膜が前記保護膜より内側まで浸食される、所謂オーバーハングを生じ、その後のゲート絶縁膜の積層過程において、ゲート絶縁膜と半導体薄膜の間に空孔を生じてしまうという課題があった。そこで、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物薄膜層をゲート絶縁膜によって直接被覆しつつ、前記酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物薄膜層に損傷を与えない方法で、絶縁膜と半導体薄膜との良好な界面を形成する方法が求められていた。   In the process of forming the oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO and the gate insulating film, a protective film was formed on the upper surface of the oxide semiconductor thin film and patterned as a means for preventing damage to the zinc oxide semiconductor thin film. Means for applying a shape process such as patterning to the oxide semiconductor thin film containing zinc oxide ZnO as a main component by a method such as wet etching using the protective film as a mask, and laminating the gate insulating film without removing the protective film; Conceivable. However, when the zinc oxide semiconductor layer is formed using this means, the etching solution causes a so-called overhang in which the oxide semiconductor thin film is eroded to the inner side of the protective film, and the subsequent lamination process of the gate insulating film However, there is a problem that a void is generated between the gate insulating film and the semiconductor thin film. Therefore, an insulating film and a semiconductor thin film are formed by directly covering the oxide thin film layer mainly composed of zinc oxide ZnO with a gate insulating film and not damaging the oxide thin film layer mainly composed of zinc oxide ZnO. There has been a demand for a method for forming a good interface with the above.

本発明の目的は、トップゲート構造を有し、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜を用いる薄膜トランジスタのゲート絶縁膜作製工程において、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物半導体薄膜表面に、酸化性ガスによるプラズマ処理を施すことにより、半導体薄膜表面を酸素終端しつつ清浄化しゲート絶縁膜を形成することで、ゲート絶縁膜と半導体薄膜間で良好な界面を形成し、ソース・ドレイン間の短絡やリーク電流の発生を低減した高性能薄膜トランジスタの製法の提供にある。   An object of the present invention is to form a gate insulating film of a thin film transistor having a top gate structure and using an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO on the surface of the oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide ZnO. By performing plasma treatment with oxidizing gas, the semiconductor thin film surface is cleaned while oxygen-terminated to form a gate insulating film, thereby forming a good interface between the gate insulating film and the semiconductor thin film. The present invention provides a method for producing a high-performance thin film transistor in which the occurrence of short circuit and leakage current are reduced.

請求項1に係る発明は、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物を半導体薄膜として用いるトップゲート型薄膜トランジスタの製法であって、前記半導体薄膜にパターン加工を施した後、該半導体薄膜の表面全面を被覆するゲート絶縁膜をシリコン系絶縁膜により形成する加工前において、前記半導体薄膜表面全面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行い、前記表面処理に引き続き、真空中にて連続して前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製法に関する。   The invention according to claim 1 is a method of manufacturing a top gate type thin film transistor using an oxide mainly composed of zinc oxide ZnO as a semiconductor thin film, and after patterning the semiconductor thin film, the entire surface of the semiconductor thin film Before the processing for forming the gate insulating film to cover the surface with the silicon-based insulating film, the entire surface of the semiconductor thin film is subjected to a surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, and the surface treatment is continuously performed in a vacuum. Then, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, wherein the gate insulating film is formed.

請求項2に係る発明は、前記半導体薄膜のパターン加工として、前記半導体薄膜上に絶縁膜を形成せず、直接フォトレジストをマスクとして前記半導体薄膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製法に関する。   According to a second aspect of the present invention, the patterning of the semiconductor thin film includes a step of etching the semiconductor thin film directly using a photoresist as a mask without forming an insulating film on the semiconductor thin film. 1 relates to a method for producing the thin film transistor according to 1.

請求項3に係る発明は、前記半導体薄膜のパターン加工として、前記半導体薄膜上面全面を被覆する絶縁膜を形成し、該絶縁膜をフォトレジストによるパターン加工を施した後、前記半導体薄膜をエッチングし、前記半導体薄膜のエッチング後、前記絶縁膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製法に関する。   According to a third aspect of the present invention, as the patterning of the semiconductor thin film, an insulating film covering the entire upper surface of the semiconductor thin film is formed, and after patterning with a photoresist is performed on the insulating film, the semiconductor thin film is etched. 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, further comprising a step of removing the insulating film after etching the semiconductor thin film.

請求項4に係る発明は、前記半導体薄膜のエッチングがドライエッチングであることを特徴とする請求項2及び3記載の薄膜トランジスタの製法に関する。   The invention according to claim 4 relates to a method of manufacturing a thin film transistor according to claims 2 and 3, wherein the etching of the semiconductor thin film is dry etching.

請求項5に係る発明は、前記酸化性ガスとして酸素もしくは亜酸化窒素(N2O)を用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製法に関する。 The invention according to claim 5 relates to a method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein oxygen or nitrous oxide (N 2 O) is used as the oxidizing gas.

請求項6に係る発明は、前記酸化性ガスとして酸素を用いる場合において、He、Ar、Xe、Krのうち、少なくとも1種類以上のガスを酸素と併用することを特徴とする請求項5に記載の薄膜トランジスタの製法に関する。   The invention according to claim 6 is characterized in that when oxygen is used as the oxidizing gas, at least one kind of gas of He, Ar, Xe, Kr is used in combination with oxygen. The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.

請求項1に係る発明によれば、ゲート絶縁膜の成膜前に、酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物から成る半導体薄膜表面全面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行い、前記表面処理に引き続き、真空中にて連続して前記ゲート絶縁膜を形成することによって、半導体薄膜表面に付着した水分などの不純物を効率的に除去すると同時に半導体薄膜表面を酸素終端し、半導体薄膜とゲート絶縁膜との界面清浄化を図ると同時に、これによりZnO表面での還元脱離を防ぐことで、リーク電流の少ない薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, before the gate insulating film is formed, the entire surface of the semiconductor thin film made of an oxide containing zinc oxide ZnO as a main component is subjected to surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas. The gate insulating film is continuously formed in vacuum following the surface treatment, thereby efficiently removing impurities such as moisture adhering to the surface of the semiconductor thin film and simultaneously terminating the surface of the semiconductor thin film with oxygen. A thin film transistor with low leakage current can be provided by purifying the interface between the thin film and the gate insulating film and at the same time preventing reductive desorption on the ZnO surface.

請求項2に係る発明によれば、半導体薄膜の形状加工を、絶縁膜を形成せずに直接フォトレジストをマスクとしたエッチング加工にて行うことで、製法が容易になり、生産性の高い薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the second aspect of the present invention, the shape of the semiconductor thin film is processed directly by etching using a photoresist as a mask without forming an insulating film, thereby facilitating the manufacturing method and the high productivity thin film transistor. Can be provided.

請求項3に係る発明によれば、半導体薄膜の形状加工を、半導体薄膜上面全面を被覆する絶縁膜を形成し、該絶縁膜をフォトレジストによるパターン加工を施した後、前記半導体薄膜をエッチングし、前記半導体薄膜のエッチング後、前記絶縁膜を除去して行うことにより、半導体薄膜表面が保護され、酸化亜鉛半導体薄膜とゲート絶縁膜との間に空孔ができることを防ぐことができ、半導体薄膜表面をフォトリソグラフィー工程で用いる薬液による損傷を防ぐと同時に、絶縁膜との間で良好な界面を持つ、TFT特性に優れた薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the invention of claim 3, the semiconductor thin film is shaped by forming an insulating film covering the entire upper surface of the semiconductor thin film, patterning the insulating film with a photoresist, and then etching the semiconductor thin film. After the etching of the semiconductor thin film, the insulating film is removed to protect the surface of the semiconductor thin film and prevent a void from being formed between the zinc oxide semiconductor thin film and the gate insulating film. It is possible to provide a thin film transistor with excellent TFT characteristics that has a good interface with an insulating film while preventing damage to a chemical solution used on the surface in a photolithography process.

請求項4に係る発明によれば、エッチング加工の方法として、ドライエッチングを用いることで、微細加工が可能となり、高精度な薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, by using dry etching as an etching method, fine processing can be performed and a highly accurate thin film transistor can be provided.

請求項5に係る発明によれば、酸化性ガスとして、酸素あるいは亜酸化窒素(N2O)を用いることで、酸化亜鉛表面をより効果的に酸素終端し、ゲート絶縁膜の間で良好な界面を持つ、リーク電流が低く、かつ電流駆動能力の高い薄膜トランジスタを提供することができる。 According to the invention of claim 5, by using oxygen or nitrous oxide (N 2 O) as the oxidizing gas, the surface of the zinc oxide is more effectively oxygen-terminated, and good between the gate insulating films. A thin film transistor having an interface with low leakage current and high current driving capability can be provided.

請求項6に係る発明によれば、酸化性ガス雰囲気に、He、Ar、Xe、Krのうち、少なくとも1種類以上のガスを混合することで、酸素ラジカルの発生量を増大させることが可能となり、酸化亜鉛表面での有機物汚染の除去効果が向上する。また、添加したガスによる酸化亜鉛表面のスパッタ効果により、酸化性ガスのみでは除去できなかった金属およびイオン性不純物が除去され、より界面清浄性に優れた、リーク電流の発生が抑制され、かつ電流駆動能力の高い薄膜トランジスタを提供することができる。   According to the invention of claim 6, it is possible to increase the amount of oxygen radicals generated by mixing at least one kind of gas of He, Ar, Xe, and Kr in the oxidizing gas atmosphere. In addition, the effect of removing organic contamination on the zinc oxide surface is improved. In addition, the sputter effect on the zinc oxide surface by the added gas removes metal and ionic impurities that could not be removed only by the oxidizing gas, and more excellent interfacial cleanliness. A thin film transistor with high driving capability can be provided.

この発明の一実施例に係る薄膜トランジスタについて図1に基づいて以下に説明する。   A thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

本発明の一実施例に係る薄膜トランジスタ100は、基板1、ソース電極2、ドレイン電極3、半導体薄膜4、ゲート絶縁膜6、コンタクト部7、ゲート電極8、表示電極9を有してなり、上記の各構成を積層して形成される。   A thin film transistor 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 1, a source electrode 2, a drain electrode 3, a semiconductor thin film 4, a gate insulating film 6, a contact portion 7, a gate electrode 8, and a display electrode 9. These components are laminated to form.

薄膜トランジスタ100は、図1(a)に示す通り、ガラス(SiO2とAl2O3を主成分とする無アルカリガラス)からなる基板1上に形成される。
基板1の材料は、ガラスに限定されず、プラスチックや金属箔に絶縁物をコーティングしたもの等、絶縁物であれば使用可能である。
As shown in FIG. 1A, the thin film transistor 100 is formed on a substrate 1 made of glass (non-alkali glass containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components).
The material of the substrate 1 is not limited to glass, and any material can be used as long as it is an insulating material such as plastic or metal foil coated with an insulating material.

基板1上には、ソース電極2及びドレイン電極3が積層されている。このソース・ドレイン電極2は、基板1上面の一部分に間隔を有して配置されている。
ソース電極2及びドレイン電極3は、例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)、n+ZnO等の導電性酸化物、金属、もしくは前記導電性酸化物により少なくとも一部を被覆された金属により形成される。
ソース電極2及びドレイン電極3に用いられる金属としては、Ti、Cr、Ta、Mo、W、Al、Cu、Niの単層もしくは積層体、或いは合金であってTi、Cr、Ta、Mo、W、Al、Cu、Si、Niのうち、少なくとも一種類以上を含有する合金、が用いられる。この合金の具体例としては、TiW、TaW、MoW、MoSi、AlCu、AlSi、NiSi等の合金が例示できる。
ソース電極2及びドレイン電極3を前記導電性酸化物により少なくとも一部分を被覆された金属にて形成する例としては、後述する図1(b)に示されるような構造が考えられるが、金属あるいは導電性酸化物にて直接形成する構造も考えられる。
これら二電極の厚みは、特に限定されないが、例えば30nm〜150nmに形成され、好ましくは、ソース電極2及びドレイン電極3上に形成される半導体薄膜4の段差部での断線を防止するため、図1(b)の構造ではインジウムスズ酸化物(ITO)、n+ZnO等の導電性酸化物の膜厚を半導体薄膜3より薄く(例えば、約40nm)、直接形成する構造では金属化合物の積層体の膜厚を半導体薄膜4より薄く(例えば、約40nm)形成することが望ましい。
A source electrode 2 and a drain electrode 3 are stacked on the substrate 1. The source / drain electrodes 2 are arranged with a space in a part of the upper surface of the substrate 1.
The source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed of, for example, a conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) or n + ZnO, a metal, or a metal at least partially covered with the conductive oxide. .
The metal used for the source electrode 2 and the drain electrode 3 is a single layer or laminate of Ti, Cr, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, or an alloy, Ti, Cr, Ta, Mo, W An alloy containing at least one of Al, Cu, Si, and Ni is used. Specific examples of this alloy include alloys such as TiW, TaW, MoW, MoSi, AlCu, AlSi, and NiSi.
As an example of forming the source electrode 2 and the drain electrode 3 with a metal at least partially covered with the conductive oxide, a structure as shown in FIG. A structure formed directly from a conductive oxide is also conceivable.
The thicknesses of these two electrodes are not particularly limited. For example, in order to prevent disconnection at a step portion of the semiconductor thin film 4 formed on the source electrode 2 and the drain electrode 3, a thickness of 30 nm to 150 nm is preferable. In the structure 1 (b), a conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) or n + ZnO is thinner than the semiconductor thin film 3 (for example, about 40 nm). It is desirable to form the film thickness thinner than the semiconductor thin film 4 (for example, about 40 nm).

半導体薄膜4は、上記の基板1とソース・ドレイン電極2上に積層されている。
半導体薄膜4は、ソース・ドレイン電極2の電極間のチャンネルを形成するように配置されており、ソース電極により電流が供給され、ドレイン電極により放出される。
半導体薄膜4は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする酸化物半導体薄膜から形成されている。
この半導体薄膜4の厚みは、特に限定されないが、例えば約25〜200nmに形成され、好ましくは、約50〜100nm程度に形成される。
The semiconductor thin film 4 is laminated on the substrate 1 and the source / drain electrodes 2.
The semiconductor thin film 4 is disposed so as to form a channel between the source and drain electrodes 2, and current is supplied from the source electrode and emitted from the drain electrode.
The semiconductor thin film 4 is formed from an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide (ZnO).
Although the thickness of this semiconductor thin film 4 is not specifically limited, For example, it forms in about 25-200 nm, Preferably, it forms in about 50-100 nm.

図1(b)は、ソース電極2あるいはドレイン電極3と、半導体薄膜4との接合部分の一例を示した図であり、アルミニウム(Al)上にチタン(Ti)を積層した配線を形成し、インジウムスズ酸化物(ITO)によりこの積層体の一部を被覆する構造が示されている。
図1(b)において、ソース電極2あるいはドレイン電極3は、アルミニウム層11、チタン層12、インジウムスズ酸化物(ITO)層13から形成され、半導体薄膜4は符号14として示されている。
基板10上にアルミニウム層11が設けられ、その少なくとも上面がチタン層12により被覆され、チタン層12の一部と基板上の一部を被覆してインジウムスズ酸化物(ITO)層13が存在し、インジウムスズ酸化物(ITO)層13の一部にて半導体薄膜14とコンタクトしている。
この構造により、本来アルミニウムに酸化層が形成されることが原因で良好なオーミックコンタクトの得られないアルミニウム(Al)と酸化物半導体の接触において、チタン層12を、アルミニウム層11とインジウムスズ酸化物(ITO)層13の間に介装することで、アルミニウム(Al)と酸化物半導体のコンタクト抵抗を低減でき、配線抵抗の小さいアルミニウム(Al)を電極として用いることができるようになる。
FIG. 1B is a diagram showing an example of a junction portion between the source electrode 2 or the drain electrode 3 and the semiconductor thin film 4, and a wiring in which titanium (Ti) is laminated on aluminum (Al) is formed. A structure is shown in which a portion of this stack is covered with indium tin oxide (ITO).
In FIG. 1B, the source electrode 2 or the drain electrode 3 is formed from an aluminum layer 11, a titanium layer 12, and an indium tin oxide (ITO) layer 13, and the semiconductor thin film 4 is indicated by reference numeral 14.
An aluminum layer 11 is provided on the substrate 10, and at least the upper surface thereof is covered with a titanium layer 12. An indium tin oxide (ITO) layer 13 is present covering a part of the titanium layer 12 and a part on the substrate. A part of the indium tin oxide (ITO) layer 13 is in contact with the semiconductor thin film 14.
With this structure, the titanium layer 12 and the indium tin oxide are in contact with aluminum (Al) and an oxide semiconductor, which cannot obtain a good ohmic contact because an oxide layer is originally formed on the aluminum. By interposing between the (ITO) layer 13, the contact resistance between aluminum (Al) and the oxide semiconductor can be reduced, and aluminum (Al) having a low wiring resistance can be used as an electrode.

ゲート絶縁膜6は、ソース・ドレイン電極2、半導体薄膜3表面及び側面を確実に被覆するように積層されている。ゲート絶縁膜6の厚みは、例えば、200〜400nmに形成され、好ましくは、約300nmに形成されている。   The gate insulating film 6 is laminated so as to reliably cover the surface and side surfaces of the source / drain electrode 2 and the semiconductor thin film 3. The thickness of the gate insulating film 6 is, for example, 200 to 400 nm, and preferably about 300 nm.

ゲート絶縁膜6は、後述する本発明の薄膜トランジスタ100の製法において説明する如く、例えばプラズマ化学気相成長(PCVD)法により形成される。このとき、プラズマ化学気相成長(PCVD)法による成膜は酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体薄膜の還元もしくはZnO成分の脱離が生じない基板温度である250℃以下で実施することが望ましい。   The gate insulating film 6 is formed by, for example, a plasma chemical vapor deposition (PCVD) method, as will be described later in the method for manufacturing the thin film transistor 100 of the present invention. At this time, the film formation by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method may be performed at a substrate temperature of 250 ° C. or lower which does not cause reduction of an oxide semiconductor thin film mainly composed of zinc oxide or desorption of a ZnO component. desirable.

コンタクト部7は、ソース電極2及びドレイン電極3を外部に取り出すために、フォトリソグラフィーとエッチングにより形成された、コンタクトホール部分に、後述するゲート電極8と同一材料にて形成されている。   The contact portion 7 is formed of the same material as a gate electrode 8 described later in a contact hole portion formed by photolithography and etching in order to take out the source electrode 2 and the drain electrode 3 to the outside.

ゲート電極8は、ゲート絶縁膜6上に形成されている。このゲート電極8は、薄膜トランジスタに印加するゲート電圧により半導体薄膜4中の電子密度を制御する役割を果たすものである。
ゲート電極8はCr、Tiといった金属膜からなり、その厚みは、例えば、50〜100nmに形成される。
The gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 6. The gate electrode 8 serves to control the electron density in the semiconductor thin film 4 by a gate voltage applied to the thin film transistor.
The gate electrode 8 is made of a metal film such as Cr or Ti and has a thickness of 50 to 100 nm, for example.

表示電極9は、液晶ディスプレイに用いる液晶に薄膜トランジスタを介して電圧を印加するために形成される。この電極は可視光に対する高い透過率が要求されるため、導電性酸化物薄膜であるインジウムスズ酸化物(ITO)などにより形成される。
表示電極9の厚みは、特に限定されないが、例えば50〜100nmに形成される。
The display electrode 9 is formed to apply a voltage to the liquid crystal used in the liquid crystal display via a thin film transistor. Since this electrode requires high transmittance for visible light, it is formed of indium tin oxide (ITO), which is a conductive oxide thin film.
Although the thickness of the display electrode 9 is not specifically limited, For example, it forms in 50-100 nm.

本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法として、第一実施例(図2参照)と第二実施例(図3参照)を例示して説明する。   As a method for manufacturing a thin film transistor (TFT) according to the present invention, a first embodiment (see FIG. 2) and a second embodiment (see FIG. 3) will be described as examples.

本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第一実施例について、図2に基づいて以下に説明する。   A first embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor (TFT) according to the present invention will be described below with reference to FIG.

本発明に係る薄膜トランジスタの製法の第一実施例は、下記の工程から成る。
第1の工程は、基板1上にソース電極2及びドレイン電極3を積層する工程である。第2の工程は、基板1、ソース電極2及びドレイン電極3の全面を被覆する半導体薄膜4を積層する工程である。第3の工程は、半導体薄膜4をパターニングする工程である。第4の工程は、第3の工程によってパターン形成した半導体薄膜表面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行う工程である。第5の工程は、上記処理を施した半導体薄膜4、ソース電極2及びドレイン電極3、基板1の全面を被覆するようにゲート絶縁膜6を形成する工程である。第6の工程は上記ゲート絶縁膜6にコンタクトホールを形成する工程である。第7の工程は上記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極8、コンタクト部7及び表示電極9をこの順に形成する工程である。
The first embodiment of the thin film transistor manufacturing method according to the present invention includes the following steps.
The first step is a step of laminating the source electrode 2 and the drain electrode 3 on the substrate 1. The second step is a step of laminating the semiconductor thin film 4 that covers the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2, and the drain electrode 3. The third step is a step of patterning the semiconductor thin film 4. The fourth step is a step of performing a surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas on the surface of the semiconductor thin film patterned by the third step. The fifth step is a step of forming the gate insulating film 6 so as to cover the entire surface of the semiconductor thin film 4, the source electrode 2 and the drain electrode 3, and the substrate 1 that have been subjected to the above processing. The sixth step is a step of forming a contact hole in the gate insulating film 6. The seventh step is a step of forming the gate electrode 8, the contact portion 7 and the display electrode 9 in this order on the gate insulating film.

以下、本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第一実施例について具体的に説明する。   Hereinafter, a first embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor (TFT) according to the present invention will be specifically described.

図2(1)に示される如く、ガラス基板1上全面にマグネトロンスパッタ法等により、Ti、Cr等の金属を例えば100nmの厚みで形成し、フォトリソグラフィーによりソース電極2及びドレイン電極3を形成する。図示されていないが、この場合、ソース・ドレイン金属膜の一部として前述の金属の上面を被覆してnZnOやインジウムスズ酸化物(ITO)等の導電性酸化物が積層されている場合も当然含まれる。 As shown in FIG. 2A, a metal such as Ti or Cr is formed to a thickness of, for example, 100 nm on the entire surface of the glass substrate 1 by magnetron sputtering or the like, and the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed by photolithography. . Although not shown, in this case, a conductive oxide such as n + ZnO or indium tin oxide (ITO) is laminated so as to cover the upper surface of the metal as a part of the source / drain metal film Is also included.

上記ガラス基板1、ソース電極2及びドレイン電極3上の全面に半導体薄膜4として真性ZnO薄膜を例えば50〜100nm程度の膜厚にてマグネトロンスパッタ法で形成する。   An intrinsic ZnO thin film as a semiconductor thin film 4 is formed on the entire surface of the glass substrate 1, the source electrode 2 and the drain electrode 3 by a magnetron sputtering method with a film thickness of about 50 to 100 nm, for example.

半導体薄膜4にフォトレジストによりパターンを形成し、直接エッチング加工を行う。エッチング方法としては、HNO3やHCl、あるいはシュウ酸等の水溶液によるウェットエッチング、もしくはCH4等を用いたドライエッチングを用いてZnO薄膜をエッチング後、レジスト剥離液を用いることなく、酸素あるいは四弗化炭素(CF4)と酸素の混合ガスによるアッシングにてフォトレジストをドライプロセスにて除去する方法が例示できる。
上記した方法の中でも、CH4等のガスを用いたドライエッチングを用いることが好ましい。これは、半導体薄膜4の主成分である酸化亜鉛ZnOは耐酸性が弱いため、ドライエッチング後にフォトレジストを引き続きドライプロセスにて除去することで、ドライエッチングによる微細加工と同時に、レジスト剥離ダメージの低減及び生産性の改善を図ることが可能となるからである。
上記の手法によって、レジスト剥離液により半導体薄膜界面に損傷を与えることなく、図2(2)に示される如く、パターニング(形状加工)された半導体薄膜4を形成することができる。
A pattern is formed on the semiconductor thin film 4 with a photoresist and directly etched. As an etching method, after etching a ZnO thin film using wet etching with an aqueous solution of HNO 3 , HCl, oxalic acid or the like, or dry etching using CH 4 or the like, oxygen or tetrafluoride is used without using a resist stripping solution. A method of removing the photoresist by a dry process by ashing with a mixed gas of carbonized carbon (CF 4 ) and oxygen can be exemplified.
Among the methods described above, it is preferable to use dry etching using a gas such as CH 4 . This is because zinc oxide ZnO, which is the main component of the semiconductor thin film 4, has weak acid resistance, so that the photoresist is removed by a dry process after dry etching to reduce resist peeling damage at the same time as fine processing by dry etching. This is because productivity can be improved.
By the above method, the patterned semiconductor thin film 4 can be formed as shown in FIG. 2B without damaging the semiconductor thin film interface with the resist stripping solution.

半導体薄膜4をパターニングした後、図2(3)に示される如く、この半導体薄膜4の表面に対して、酸化性ガス、例えば酸素(O2)あるいは亜酸化窒素(N2O)などを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を施す。
酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を施す際、該酸化性ガスとともに、He、Ar、Xe、Kr等の希ガスを少なくとも1種類以上併用することが好ましい。この理由は、希ガスを混合することによって、酸化性ガスからの酸素ラジカルの発生を促進することができ、清浄化を効率的に行うことができるからである。特に、酸化性ガスとして酸素を用いた場合には、これらの希ガスを併用することによって、酸素ラジカルの発生を飛躍的に増加させることができるので、より好ましい。
After patterning the semiconductor thin film 4, as shown in FIG. 2 (3), an oxidizing gas such as oxygen (O 2 ) or nitrous oxide (N 2 O) is used on the surface of the semiconductor thin film 4. Surface treatment is performed in a plasma atmosphere.
When performing the surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, it is preferable to use at least one kind of rare gas such as He, Ar, Xe, Kr or the like together with the oxidizing gas. The reason for this is that by mixing the rare gas, generation of oxygen radicals from the oxidizing gas can be promoted, and cleaning can be performed efficiently. In particular, when oxygen is used as the oxidizing gas, it is more preferable to use these rare gases in combination since the generation of oxygen radicals can be dramatically increased.

上記処理を施された半導体薄膜4は、表面がプラズマ処理により清浄化されているため、水や気体分子、金属などの不純物が除去されると同時に、酸化亜鉛表面が酸素で終端された構造となる。これにより、水分や不純物の付着に伴うゲート絶縁膜とZnO界面特性の悪化や、ゲート絶縁膜の成膜に伴うZnO半導体薄膜の損傷を防止することができる。   Since the surface of the semiconductor thin film 4 subjected to the above treatment is cleaned by plasma treatment, impurities such as water, gas molecules, and metals are removed, and at the same time, the surface of the zinc oxide is terminated with oxygen. Become. As a result, it is possible to prevent deterioration of the gate insulating film-ZnO interface characteristics due to adhesion of moisture and impurities, and damage to the ZnO semiconductor thin film accompanying the formation of the gate insulating film.

半導体薄膜4に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行った後、図2(4)に示される如く、前記基板1、ソース電極2、ドレイン電極3、半導体薄膜4の全表面を被覆するようにゲート絶縁膜6を形成する。このゲート絶縁膜6の形成方法は、特に限定されないが、大面積基板への技術展開が容易なプラズマ化学気相成長(PCVD)法が好ましく用いられる。
このゲート絶縁膜6の形成工程は、上述の酸化性ガスによる処理を行った後、真空中、連続して同一装置中において行う。この理由は、酸化亜鉛表面を清浄な状態に保つと同時に、上記酸化性ガスによって酸化亜鉛半導体薄膜を酸化雰囲気におくことができ、ゲート絶縁膜形成工程中における半導体からの酸素あるいは亜鉛脱離を抑止するためである。
ゲート絶縁膜6はシリコン系絶縁膜、例えばSiOx、SiON、SiNx等によって形成されるが、特に、酸素雰囲気処理および酸素プラズマ処理による基板昇温から連続して形成可能であるという理由により、少なくとも半導体薄膜4と接する層はSiOx、SiON、もしくはSiNxにN2Oを用いて酸素をドーピングした膜が好ましく用いられる。
ゲート絶縁膜6は、例えば100〜400nmの厚みに形成される。当然ながら、ゲート絶縁膜はSiOxもしくはSiONといった絶縁膜上に誘電率の大きなSiNを積層したものでも使用可能である。
ゲート絶縁膜6の形成は特にプラズマ化学気相成長(PCVD)法に限定されることなく、スパッタ法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ法などの各種物理気相成長(PVD)法、電子サイクロトロン共鳴化学気相成長(ECR−CVD)法、誘導結合方式プラズマ化学気相成長(ICP−CVD)法などの各種化学気相成長(CVD)法などのいずれの方法によっても行うことができる。
After the surface treatment is performed on the semiconductor thin film 4 in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2, the drain electrode 3, and the semiconductor thin film 4 is formed as shown in FIG. A gate insulating film 6 is formed so as to cover it. A method for forming the gate insulating film 6 is not particularly limited, but a plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method that facilitates technical development on a large-area substrate is preferably used.
The step of forming the gate insulating film 6 is performed in the same apparatus continuously in a vacuum after the above-described treatment with the oxidizing gas. This is because the surface of the zinc oxide can be kept clean and at the same time the zinc oxide semiconductor thin film can be placed in an oxidizing atmosphere by the oxidizing gas, and oxygen or zinc can be desorbed from the semiconductor during the gate insulating film formation process. This is for deterrence.
The gate insulating film 6 is formed of a silicon-based insulating film, for example, SiOx, SiON, SiNx or the like. In particular, the gate insulating film 6 is formed at least as a semiconductor because it can be continuously formed from the substrate temperature rise by oxygen atmosphere treatment and oxygen plasma treatment. The layer in contact with the thin film 4 is preferably SiOx, SiON, or a film obtained by doping oxygen with N 2 O in SiNx.
The gate insulating film 6 is formed with a thickness of 100 to 400 nm, for example. Of course, the gate insulating film can also be formed by stacking SiN having a high dielectric constant on an insulating film such as SiOx or SiON.
The formation of the gate insulating film 6 is not limited to the plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method, but various physical vapor deposition (PVD) methods such as sputtering, electron cyclotron resonance (ECR) sputtering, and electron cyclotron resonance. It can be carried out by any method such as various chemical vapor deposition (CVD) methods such as chemical vapor deposition (ECR-CVD) and inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD).

最後に図2(5)に示す如く、前記ゲート絶縁膜6上にCr、Tiといった金属膜からなるゲート電極8をDCスパッタリング法により100nm厚で形成し、ゲート電極8と同一材料にてソース電極2及びドレイン電極3をコンタクトホールを介して外部に取り出すための電極であるコンタクト部7を形成する。
その後、インジウムスズ酸化物(ITO)等から成る表示電極9をDCスパッタリング法により50nm厚で形成することでTFTアレイが完成する。
Finally, as shown in FIG. 2 (5), a gate electrode 8 made of a metal film such as Cr or Ti is formed on the gate insulating film 6 to a thickness of 100 nm by DC sputtering, and the source electrode is made of the same material as the gate electrode 8. 2 and a contact portion 7 which is an electrode for taking out the drain electrode 3 to the outside through a contact hole is formed.
Thereafter, a display electrode 9 made of indium tin oxide (ITO) or the like is formed with a thickness of 50 nm by DC sputtering to complete the TFT array.

本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第二実施例について、図3に基づいて以下に説明する。   A second embodiment of the thin film transistor (TFT) manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIG.

本発明に係る薄膜トランジスタの製法の第二実施例は、下記の工程から成る。
第1の工程は、基板1上にソース電極2及びドレイン電極3を積層する工程である。第2の工程は、基板1、ソース電極2及びドレイン電極3の全面を被覆する半導体薄膜4を積層する工程である。第3の工程は、上記半導体薄膜4の全面を被覆する絶縁膜5を形成する工程である。第4の工程は、上記絶縁膜5によって被覆された半導体薄膜4をパターニングする工程である。第5の工程は、パターニングされた絶縁膜5を除去する工程である。第6の工程は、第5の工程によって露出した半導体薄膜表面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行う工程である。第7の工程は、上記処理を施した半導体薄膜4、ソース電極2及びドレイン電極3、基板1の全面を被覆するようにゲート絶縁膜6を形成する工程である。第8の工程は上記ゲート絶縁膜6にコンタクトホールを形成する工程である。第9の工程は上記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極8、コンタクト部7及び表示電極9をこの順に形成する工程である。
The second embodiment of the thin film transistor manufacturing method according to the present invention includes the following steps.
The first step is a step of laminating the source electrode 2 and the drain electrode 3 on the substrate 1. The second step is a step of laminating the semiconductor thin film 4 covering the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2 and the drain electrode 3. The third step is a step of forming an insulating film 5 that covers the entire surface of the semiconductor thin film 4. The fourth step is a step of patterning the semiconductor thin film 4 covered with the insulating film 5. The fifth step is a step of removing the patterned insulating film 5. The sixth step is a step of performing a surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas on the surface of the semiconductor thin film exposed in the fifth step. The seventh step is a step of forming the gate insulating film 6 so as to cover the entire surface of the semiconductor thin film 4, the source electrode 2 and the drain electrode 3, and the substrate 1 that have been subjected to the above processing. The eighth step is a step of forming a contact hole in the gate insulating film 6. The ninth step is a step of forming the gate electrode 8, the contact portion 7, and the display electrode 9 in this order on the gate insulating film.

以下、本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第二実施例について具体的に説明する。   Hereinafter, a second embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor (TFT) according to the present invention will be described in detail.

図3(1)に示される如く、ガラス基板1上全面にマグネトロンスパッタ法等により、Ti、Cr等の金属を例えば100nmの厚みで形成し、フォトリソグラフィーによりソース電極2及びドレイン電極3を形成する。図示されていないが、この場合、ソース・ドレイン金属膜の一部として前述の金属の上面を被覆してnZnOやインジウムスズ酸化物(ITO)等の導電性酸化物が積層されている場合も当然含まれる。 As shown in FIG. 3A, a metal such as Ti or Cr is formed to a thickness of, for example, 100 nm on the entire surface of the glass substrate 1 by magnetron sputtering or the like, and the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed by photolithography. . Although not shown, in this case, a conductive oxide such as n + ZnO or indium tin oxide (ITO) is laminated so as to cover the upper surface of the metal as a part of the source / drain metal film Of course included.

ソース電極2及びドレイン電極3を形成した後、上記ガラス基板1、ソース電極2及びドレイン電極3上の全面に半導体薄膜4として真性ZnO薄膜を例えば50〜100nm程度の膜厚にてマグネトロンスパッタ法で形成する。   After forming the source electrode 2 and the drain electrode 3, an intrinsic ZnO thin film as a semiconductor thin film 4 is formed on the entire surface of the glass substrate 1, the source electrode 2 and the drain electrode 3 by a magnetron sputtering method with a film thickness of about 50 to 100 nm, for example. Form.

半導体薄膜4の形成後、半導体薄膜4の全面に亘り、絶縁膜5を形成する。この絶縁膜5はSiOxもしくはSiNxにより、例えば、約50nmの厚さで形成する。
絶縁膜5を六弗化硫黄(SF6)とO2の混合ガスのドライエッチングによりエッチングし、その後、前記絶縁膜をマスクとし、前記半導体薄膜4をウェットエッチングもしくはドライエッチング法を用いてパターニングしフォトレジスト剥離液によるウエット剥離、もしくは酸素あるいは四弗化炭素(CF4)と酸素の混合ガスによるドライアッシングにて、フォトレジストを除去する。この時、絶縁膜5はレジスト剥離時のZnO保護膜として機能する。
上記した絶縁膜5および半導体薄膜4のパターニングには、各種エッチング方法を用いることができるが、この中でも、CH4等のガスを用いたドライエッチングを用いることが好ましい。これは、半導体薄膜4の主成分である酸化亜鉛ZnOは耐酸性が弱いため、ドライエッチング後にフォトレジストを引き続きドライプロセスにて除去することで、ドライエッチングによる微細加工と同時に、レジスト剥離ダメージの低減及び生産性の改善を図ることが可能となるからである。
After the formation of the semiconductor thin film 4, an insulating film 5 is formed over the entire surface of the semiconductor thin film 4. The insulating film 5 is formed of SiOx or SiNx, for example, with a thickness of about 50 nm.
The insulating film 5 is etched by dry etching using a mixed gas of sulfur hexafluoride (SF 6 ) and O 2 , and then the semiconductor thin film 4 is patterned by wet etching or dry etching using the insulating film as a mask. The photoresist is removed by wet stripping with a photoresist stripping solution or dry ashing with oxygen or a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen. At this time, the insulating film 5 functions as a ZnO protective film during resist peeling.
Various etching methods can be used for patterning the insulating film 5 and the semiconductor thin film 4 described above. Among these, dry etching using a gas such as CH 4 is preferably used. This is because zinc oxide ZnO, which is the main component of the semiconductor thin film 4, has low acid resistance, so that the photoresist is continuously removed by a dry process after dry etching, thereby reducing resist peeling damage at the same time as fine processing by dry etching. This is because productivity can be improved.

上記した方法によって、図3(2)に示される如く、パターニング(形状加工)された絶縁膜5及び半導体薄膜4を形成することができる。   By the above-described method, as shown in FIG. 3B, the patterned insulating film 5 and semiconductor thin film 4 can be formed.

フォトレジストを除去した後、パターニングされた前記絶縁膜5をドライエッチング法により除去する。ドライエッチングは、六弗化硫黄(SF6)とO2の混合ガスを用いて実施する。このため、絶縁膜5は、ドライエッチングにおいて酸化亜鉛ZnO薄膜とエッチングレートの差が大きい、すなわちエッチング選択性の大きな化合物から形成することが望ましく、SiOxよりもSiNxが望ましい。 After removing the photoresist, the patterned insulating film 5 is removed by dry etching. Dry etching is performed using a mixed gas of sulfur hexafluoride (SF 6 ) and O 2 . For this reason, the insulating film 5 is desirably formed of a compound having a large etching rate difference from that of the zinc oxide ZnO thin film in dry etching, that is, a compound having high etching selectivity, and SiNx is more desirable than SiOx.

上記の方法により半導体薄膜4をパターニングした後、図3(3)に示される如く、この半導体薄膜4の表面に対して、酸化性ガス、例えば酸素(O2)あるいは亜酸化窒素(N2O)などを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を施す。
酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を施す際、該酸化性ガスとともに、He、Ar、Xe、Kr等の希ガスを少なくとも1種類以上併用することが好ましい。この理由は、希ガスを混合することによって、酸化性ガスからの酸素ラジカルの発生を促進することができ、清浄化を効率的に行うことができるからである。特に、酸化性ガスとして酸素を用いた場合には、これらの希ガスを併用することによって、酸素ラジカルの発生を飛躍的に増加させることができるので、より好ましい。
After patterning the semiconductor thin film 4 by the above method, as shown in FIG. 3C, an oxidizing gas such as oxygen (O 2 ) or nitrous oxide (N 2 O) is applied to the surface of the semiconductor thin film 4. Surface treatment is performed in a plasma atmosphere using
When performing the surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, it is preferable to use at least one kind of rare gas such as He, Ar, Xe, Kr or the like together with the oxidizing gas. The reason for this is that by mixing the rare gas, generation of oxygen radicals from the oxidizing gas can be promoted, and cleaning can be performed efficiently. In particular, when oxygen is used as the oxidizing gas, it is more preferable to use these rare gases in combination since the generation of oxygen radicals can be dramatically increased.

上記処理を施された半導体薄膜4は、表面がプラズマ処理により清浄化されているため、水や気体分子、金属などの不純物が除去されると同時に、酸化亜鉛表面が酸素で終端された構造となる。これにより、水分や不純物の付着に伴うゲート絶縁膜とZnO界面特性の悪化や、ゲート絶縁膜の成膜に伴うZnO半導体薄膜の損傷を防止することができる。   Since the surface of the semiconductor thin film 4 subjected to the above treatment is cleaned by plasma treatment, impurities such as water, gas molecules, and metals are removed, and at the same time, the surface of the zinc oxide is terminated with oxygen. Become. As a result, it is possible to prevent deterioration of the gate insulating film-ZnO interface characteristics due to adhesion of moisture and impurities, and damage to the ZnO semiconductor thin film accompanying the formation of the gate insulating film.

半導体薄膜4に酸化性ガスによるプラズマ処理を行った後、図2(4)に示される如く、前記基板1、ソース電極2、ドレイン電極3、半導体薄膜4の全表面を被覆するようにゲート絶縁膜6を形成する。このゲート絶縁膜6の形成方法は、特に限定されないが、大面積基板への技術展開が容易なプラズマ化学気相成長(PCVD)法が好ましく用いられる。
このゲート絶縁膜6形成工程は、上述の酸化性ガスによる処理を行った後、連続して同一装置中において行う。この理由は、酸化亜鉛表面を清浄な状態に保つと同時に、上記酸化性ガスによって酸化亜鉛半導体薄膜を酸化雰囲気におくことができ、ゲート絶縁膜形成工程中における半導体からの酸素あるいは亜鉛脱離を抑止することができるからである。
ゲート絶縁膜6はシリコン系絶縁膜、例えばSiOx、SiON、SiNx等によって形成されるが、特に、酸素雰囲気処理および酸素プラズマ処理による基板昇温から連続して形成可能であるという理由により、少なくとも半導体薄膜4と接する層はSiOx、SiON、もしくはSiNxにN2Oを用いて酸素をドーピングした膜が好ましく用いられる。
ゲート絶縁膜6は、例えば100〜400nmの厚みに形成される。当然ながら、ゲート絶縁膜はSiOxもしくはSiONといった絶縁膜上に誘電率の大きなSiNを積層したものでも使用可能である。
ゲート絶縁膜6の形成は特にプラズマ化学気相成長(PCVD)法に限定されることなく、スパッタ法、電子サイクロトロン共鳴(ECR)スパッタ法などの各種物理気相成長(PVD)法、電子サイクロトロン共鳴化学気相成長(ECR−CVD)法、誘導結合方式プラズマ化学気相成長(ICP−CVD)法などの各種化学気相成長(CVD)法などのいずれの方法によっても行うことができる。
After the semiconductor thin film 4 is subjected to plasma treatment with an oxidizing gas, gate insulation is performed so as to cover the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2, the drain electrode 3, and the semiconductor thin film 4 as shown in FIG. A film 6 is formed. A method for forming the gate insulating film 6 is not particularly limited, but a plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method that facilitates technical development on a large-area substrate is preferably used.
This step of forming the gate insulating film 6 is performed continuously in the same apparatus after the treatment with the above-described oxidizing gas. This is because the surface of the zinc oxide can be kept clean and at the same time the zinc oxide semiconductor thin film can be placed in an oxidizing atmosphere by the oxidizing gas, and oxygen or zinc can be desorbed from the semiconductor during the gate insulating film formation process. This is because it can be suppressed.
The gate insulating film 6 is formed of a silicon-based insulating film, for example, SiOx, SiON, SiNx or the like. In particular, the gate insulating film 6 is formed at least as a semiconductor because it can be continuously formed from the substrate temperature rise by oxygen atmosphere treatment and oxygen plasma treatment. The layer in contact with the thin film 4 is preferably SiOx, SiON, or a film obtained by doping oxygen with N 2 O in SiNx.
The gate insulating film 6 is formed with a thickness of 100 to 400 nm, for example. Of course, the gate insulating film can also be formed by stacking SiN having a high dielectric constant on an insulating film such as SiOx or SiON.
The formation of the gate insulating film 6 is not limited to the plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method, but various physical vapor deposition (PVD) methods such as sputtering, electron cyclotron resonance (ECR) sputtering, and electron cyclotron resonance. It can be carried out by any method such as various chemical vapor deposition (CVD) methods such as chemical vapor deposition (ECR-CVD) and inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD).

最後に図3(5)に示す如く、前記ゲート絶縁膜6上にCr、Tiといった金属膜からなるゲート電極8をDCスパッタリング法により100nm厚で形成し、ゲート電極8と同一材料にてソース電極2及びドレイン電極3をコンタクトホールを介して外部に取り出すための電極であるコンタクト部7を形成する。
その後、インジウムスズ酸化物(ITO)等から成る表示電極9をDCスパッタリング法により50nm厚で形成することでTFTアレイが完成する。
Finally, as shown in FIG. 3 (5), a gate electrode 8 made of a metal film such as Cr or Ti is formed on the gate insulating film 6 to a thickness of 100 nm by DC sputtering, and the source electrode is made of the same material as the gate electrode 8. 2 and a contact portion 7 which is an electrode for taking out the drain electrode 3 to the outside through a contact hole is formed.
Thereafter, a display electrode 9 made of indium tin oxide (ITO) or the like is formed with a thickness of 50 nm by DC sputtering to complete the TFT array.

試験例Test example

以下、本発明に係る方法によって得られるトランジスタの試験例とこれに対する比較例の特性を比較することにより、本発明の効果をより明確なものとする。 Hereinafter, the effect of the present invention will be made clearer by comparing the characteristics of the test example of the transistor obtained by the method according to the present invention and the characteristics of the comparative example.

(試験例)
以下の方法(図2参照)により、本発明に係る製法に基づいたトランジスタ(図1参照)を作成した。
SiO2とAl2O3を主成分とする無アルカリガラスからなる基板1上にインジウムスズ酸化物(ITO)からなるソース電極2及びドレイン電極3を40nmの厚みで形成した。
前記基板1及びソース電極2及びドレイン電極3上の全面に半導体薄膜4として酸化亜鉛(ZnO)薄膜を50nmの厚さでRFマグネトロンスパッタ法で形成した。
半導体薄膜4の上面全面に絶縁膜5をSiNxにより形成した。この絶縁膜の形成は、225℃の条件下で行い、SiH4+N2Oガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)法により該膜を50nmの厚みで形成した。さらに、前記絶縁膜5上にフォトレジストをコーティングし、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、前記絶縁膜5をCF4+O2のガスを用いてドライエッチングした。
0.2%HNO3溶液にてZnO半導体薄膜4に対しウェットエッチングを行った。フォトレジストを除去し、酸化亜鉛のエッチングマスクとして使用した絶縁膜5(SiNx)を除去した。絶縁膜5はSF6+O2ガスを用いたドライエッチングにて除去した。
前記絶縁膜除去後、プラズマ化学気相成長(PCVD)装置に基板を搬送し、酸化亜鉛半導体薄膜に対して、酸素(O2)及びArを含有したプラズマ雰囲気にて表面処理を行った。これにより、表面が清浄化された酸化亜鉛半導体膜を得た。
次いで、酸化亜鉛半導体薄膜を被覆するように、前記基板1、ソース電極2、ドレイン電極3、ZnO半導体薄膜4上全面に亘ってSiOxからなるゲート絶縁膜6を300nmの厚みで形成した。
このゲート絶縁膜6の形成は、前記表面処理と真空中連続してSiH4+N2Oガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)法を用い、基板温度250℃にて行った。ゲート絶縁膜成膜時に、プロセスチャンバー内にて設定温度まで基板加熱を行うが、この時酸素プラズマ雰囲気で基板を昇温することにより、基板昇温過程における酸化亜鉛薄膜からの酸素もしくは亜鉛脱離を防止し、基板温度が設定温度に到達後、引き続き第二絶縁膜であるSiOxをプラズマ化学気相成長(PCVD)法にて形成した。
第二絶縁膜形成後、ソース電極2及びドレイン電極3の上部に、フォトリソグラフィー及びCF4+O2のガスを用いてドライエッチングによりコンタクトホールを開口した。
Crからなるゲート電極8をゲート絶縁膜6上に100nm形成し、さらに、同一材料にてコンタクト部7を形成し、その後、インジウムスズ酸化物(ITO)からなる表示電極9をゲート電極8の一部上に100nm厚で形成してトランジスタを作成した。
(Test example)
A transistor (see FIG. 1) based on the manufacturing method according to the present invention was prepared by the following method (see FIG. 2).
A source electrode 2 and a drain electrode 3 made of indium tin oxide (ITO) were formed to a thickness of 40 nm on a substrate 1 made of alkali-free glass mainly composed of SiO 2 and Al 2 O 3 .
A zinc oxide (ZnO) thin film having a thickness of 50 nm was formed as a semiconductor thin film 4 on the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2 and the drain electrode 3 by RF magnetron sputtering.
An insulating film 5 was formed on the entire upper surface of the semiconductor thin film 4 with SiNx. This insulating film was formed at 225 ° C., and the film was formed to a thickness of 50 nm by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + N 2 O gas. Further, a photoresist was coated on the insulating film 5, and the insulating film 5 was dry-etched using a CF 4 + O 2 gas using the patterned photoresist as a mask.
Wet etching was performed on the ZnO semiconductor thin film 4 with a 0.2% HNO 3 solution. The photoresist was removed, and the insulating film 5 (SiNx) used as an etching mask for zinc oxide was removed. The insulating film 5 was removed by dry etching using SF 6 + O 2 gas.
After removing the insulating film, the substrate was transferred to a plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) apparatus, and surface treatment was performed on the zinc oxide semiconductor thin film in a plasma atmosphere containing oxygen (O 2 ) and Ar. Thereby, a zinc oxide semiconductor film having a cleaned surface was obtained.
Next, a gate insulating film 6 made of SiOx was formed to a thickness of 300 nm over the entire surface of the substrate 1, the source electrode 2, the drain electrode 3, and the ZnO semiconductor thin film 4 so as to cover the zinc oxide semiconductor thin film.
The gate insulating film 6 was formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + N 2 O gas in succession to the surface treatment and in vacuum at a substrate temperature of 250 ° C. When the gate insulating film is formed, the substrate is heated to the set temperature in the process chamber. At this time, the substrate is heated in an oxygen plasma atmosphere, so that oxygen or zinc is desorbed from the zinc oxide thin film during the substrate heating process. After the substrate temperature reached the set temperature, SiOx as the second insulating film was subsequently formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD).
After forming the second insulating film, contact holes were opened on the source electrode 2 and the drain electrode 3 by dry etching using photolithography and CF 4 + O 2 gas.
A gate electrode 8 made of Cr is formed on the gate insulating film 6 to a thickness of 100 nm, a contact portion 7 is formed of the same material, and then a display electrode 9 made of indium tin oxide (ITO) is formed on the gate electrode 8. A transistor was formed by forming a 100 nm thickness on the part.

(比較例)
比較例として、上記した方法において、第一絶縁膜を除去する工程までは試験例と同様に行った後、ゲート絶縁膜成膜前にプラズマ処理を施さず、ゲート絶縁膜であるSiOxをプラズマ化学気相成長(PCVD)法にて形成した。ゲート絶縁膜形成以降の作製工程は試験例と同一である。
(Comparative example)
As a comparative example, in the above-described method, the process until the step of removing the first insulating film was performed in the same way as in the test example, and then plasma treatment was not performed before the gate insulating film was formed, and the SiOx as the gate insulating film was plasma-chemically processed. It was formed by the vapor deposition (PCVD) method. The manufacturing process after the formation of the gate insulating film is the same as the test example.

(伝達特性の評価試験)
試験例及び比較例のトランジスタを用い、ゲート電圧の変化に伴うドレイン電流の大きさを測定することにより、その伝達特性の評価を行った。
その結果を図4に示す。
(Transfer characteristics evaluation test)
Using the transistors of the test example and the comparative example, the magnitude of the drain current accompanying the change in the gate voltage was measured to evaluate the transfer characteristics.
The result is shown in FIG.

図4において明らかな如く、試験例におけるトランジスタのオフ電流(Vgs<0)は、比較例におけるオフ電流に比べて一桁以上小さいものであった。
これは、試験例のトランジスタが、ゲート絶縁膜を成膜時の基板昇温中に酸素プラズマ雰囲気で基板加熱を実施したことで、酸化亜鉛からの亜鉛もしくは酸素脱離を抑制でき、酸化亜鉛半導体層の表面及び側面の還元反応が抑制され、酸化亜鉛の低抵抗化によるソース・ドレイン電極間のリーク電流が低減したためである。
As apparent from FIG. 4, the off-state current (Vgs <0) of the transistor in the test example was one digit or more smaller than the off-state current in the comparative example.
This is because the transistor of the test example was able to suppress zinc or oxygen desorption from zinc oxide by heating the substrate in an oxygen plasma atmosphere while the temperature of the substrate during film formation of the gate insulating film was increased. This is because the reduction reaction of the surface and side surfaces of the layer is suppressed, and the leakage current between the source and drain electrodes is reduced by reducing the resistance of zinc oxide.

更に、図4において明らかな如く、試験例におけるトランジスタの立ち上がりは比較例に比較して急峻なものであり、オン電流(Vgs=10VにおけるIds)も大きい。これは、試験例のトランジスタが、ゲート絶縁膜を成膜時の基板昇温中に酸素プラズマ雰囲気で基板加熱を実施したことで、酸化亜鉛表面を清浄な状態に保つと同時に酸化亜鉛表面が酸素で終端され、酸化亜鉛半導体層の表面及び側面の還元反応が抑制され、酸化亜鉛とゲート絶縁膜の界面欠陥密度が減少したためである。   Further, as apparent from FIG. 4, the rise of the transistor in the test example is steeper than that of the comparative example, and the on-current (Ids at Vgs = 10 V) is also large. This is because the transistor in the test example heated the substrate in an oxygen plasma atmosphere during the temperature rise of the substrate when forming the gate insulating film, so that the zinc oxide surface was kept clean and at the same time the surface of the zinc oxide was oxygenated. This is because the reduction reaction of the surface and side surfaces of the zinc oxide semiconductor layer is suppressed and the interface defect density between the zinc oxide and the gate insulating film is reduced.

上記試験例において説明した如く、本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)及びその製法は、ソース・ドレイン電極間の短絡あるいはリーク電流などの抑制効果に優れたものであり、優れたTFT特性を示すトランジスタを提供するものであることが分かる。   As described in the above test example, the thin film transistor (TFT) and the manufacturing method thereof according to the present invention are excellent in the effect of suppressing a short circuit between the source and drain electrodes or a leakage current, and have a transistor exhibiting excellent TFT characteristics. It turns out that it is what you provide.

以上のように、本発明を用いることで、半導体層の損傷を防止し、清浄な界面を形成することにより、薄膜トランジスタのドレイン・ソース間のリーク電流を低減した高性能の薄膜トランジスタの製法を提供することができる。   As described above, by using the present invention, a method for manufacturing a high-performance thin film transistor in which leakage current between a drain and a source of a thin film transistor is reduced by preventing damage to a semiconductor layer and forming a clean interface is provided. be able to.

(a)は本発明における薄膜トランジスタ(TFT)の一実施例の形態を示す断面図であり、(b)は本発明における薄膜トランジスタ(TFT)の実施の一形態におけるソース電極あるいはドレイン電極と半導体薄膜との接合部分の一例を示した断面図である。(A) is sectional drawing which shows the form of one Example of the thin-film transistor (TFT) in this invention, (b) is the source electrode or drain electrode in one embodiment of the thin-film transistor (TFT) in this invention, a semiconductor thin film, It is sectional drawing which showed an example of the junction part. 本発明における薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st Example of the manufacturing method of the thin-film transistor (TFT) in this invention. 本発明における薄膜トランジスタ(TFT)の製法の第二実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd Example of the manufacturing method of the thin-film transistor (TFT) in this invention. 試験例及び比較例のトランジスタの伝達特性を示す図である。It is a figure which shows the transfer characteristic of the transistor of a test example and a comparative example. 従来のボトムゲート構造を持つ酸化亜鉛薄膜トランジスタ(ZnO-TFT)の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the zinc oxide thin-film transistor (ZnO-TFT) with the conventional bottom gate structure. 従来のボトムゲート構造を持つ酸化亜鉛薄膜トランジスタ(ZnO-TFT)の他の例を示す断面図であり、(b)はこのZnO-TFTの製造の最終工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the zinc oxide thin-film transistor (ZnO-TFT) with the conventional bottom gate structure, (b) is sectional drawing which shows the last process of manufacture of this ZnO-TFT. 従来のトップゲート構造を持つ薄膜トランジスタ(TFT)を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thin-film transistor (TFT) with the conventional top gate structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 半導体薄膜
5 絶縁膜
6 ゲート絶縁膜
7 コンタクト部
8 ゲート電極
9 表示電極
10 基板
11 アルミニウム層
12 チタン層
13 インジウムスズ酸化物(ITO)層
14 半導体薄膜
100 薄膜トランジスタ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Source electrode 3 Drain electrode 4 Semiconductor thin film 5 Insulating film 6 Gate insulating film 7 Contact part 8 Gate electrode 9 Display electrode 10 Substrate 11 Aluminum layer 12 Titanium layer 13 Indium tin oxide (ITO) layer 14 Semiconductor thin film 100 Thin film transistor

Claims (6)

酸化亜鉛ZnOを主成分とする酸化物を半導体薄膜として用いるトップゲート型薄膜トランジスタの製法であって、前記半導体薄膜にパターン加工を施した後、該半導体薄膜の表面全面を被覆するゲート絶縁膜をシリコン系絶縁膜により形成する加工前において、前記半導体薄膜層表面全面に酸化性ガスを用いたプラズマ雰囲気にて表面処理を行い、前記表面処理に引き続き、真空中にて連続して前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製法。 A method of manufacturing a top gate type thin film transistor using an oxide mainly composed of zinc oxide ZnO as a semiconductor thin film, wherein after the semiconductor thin film is patterned, a gate insulating film covering the entire surface of the semiconductor thin film is formed by silicon Prior to processing to form the system insulating film, the entire surface of the semiconductor thin film layer is subjected to surface treatment in a plasma atmosphere using an oxidizing gas, and the gate insulating film is continuously formed in vacuum following the surface treatment. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising: forming a thin film transistor. 前記半導体薄膜のパターン加工として、前記半導体薄膜上に絶縁膜を形成せず、直接フォトレジストをマスクとして前記半導体薄膜をエッチングする工程を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製法。 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the patterning of the semiconductor thin film includes a step of etching the semiconductor thin film directly using a photoresist as a mask without forming an insulating film on the semiconductor thin film. 前記半導体薄膜のパターン加工として、前記半導体薄膜上面全面を被覆する絶縁膜を形成し、該絶縁膜をフォトレジストによるパターン加工を施した後、前記半導体薄膜をエッチングし、前記半導体薄膜のエッチング後、前記絶縁膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製法。 As the patterning of the semiconductor thin film, an insulating film covering the entire upper surface of the semiconductor thin film is formed, and after the insulating film is subjected to pattern processing with a photoresist, the semiconductor thin film is etched, and after etching of the semiconductor thin film, 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, further comprising a step of removing the insulating film. 前記半導体薄膜のエッチングがドライエッチングであることを特徴とする請求項2及び3記載の薄膜トランジスタの製法。 4. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 2, wherein the etching of the semiconductor thin film is dry etching. 前記酸化性ガスとして酸素もしくは亜酸化窒素(N2O)を用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製法。 5. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein oxygen or nitrous oxide (N 2 O) is used as the oxidizing gas. 前記酸化性ガスとして酸素を用いる場合において、He、Ar、Xe、Krのうち、少なくとも1種類以上のガスを酸素と併用することを特徴とする請求項5に記載の薄膜トランジスタの製法。
6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 5, wherein when oxygen is used as the oxidizing gas, at least one of He, Ar, Xe, and Kr is used in combination with oxygen.
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