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JP7636159B2 - Thin Film Devices - Google Patents

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JP7636159B2
JP7636159B2 JP2020193595A JP2020193595A JP7636159B2 JP 7636159 B2 JP7636159 B2 JP 7636159B2 JP 2020193595 A JP2020193595 A JP 2020193595A JP 2020193595 A JP2020193595 A JP 2020193595A JP 7636159 B2 JP7636159 B2 JP 7636159B2
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Description

本開示は、薄膜デバイスに関する。 This disclosure relates to thin film devices.

表示装置の分野において、OLED(Organic Light-Emitting Diode)素子の利用が広がっている。OLED素子は、電流駆動型の発光素子であるため、バックライトが不要となる上に、低消費電力、広視野角、高コントラスト比が得られるなどのメリットがある。 The use of OLED (Organic Light-Emitting Diode) elements is becoming more widespread in the field of display devices. OLED elements are current-driven light-emitting elements, which means they do not require a backlight and have the advantages of low power consumption, a wide viewing angle, and a high contrast ratio.

アクティブマトリクスタイプのOLED表示装置は、画素(副画素)を選択するスイッチ薄膜トランジスタ(TFT)と、その画素の表示をつかさどるOLED素子に電流を供給する駆動TFTを含む画素回路を含む。画素回路において、アモルファスシリコンTFT、ポリシリコンTFT又は酸化物半導体TFT等が利用され得る。 An active matrix type OLED display device includes a pixel circuit including a switch thin film transistor (TFT) that selects a pixel (subpixel) and a drive TFT that supplies current to the OLED element that controls the display of that pixel. In the pixel circuit, amorphous silicon TFTs, polysilicon TFTs, oxide semiconductor TFTs, etc. can be used.

酸化物半導体TFTは、低いリーク電流と比較的高い電子移動度の特性等から、表示装置の画素回路において利用されることが多くなっている。酸化物半導体TFTは、表示装置と異なる様々な分野においても利用されている。 Oxide semiconductor TFTs are increasingly being used in pixel circuits of display devices due to their low leakage current and relatively high electron mobility. Oxide semiconductor TFTs are also used in a variety of fields other than display devices.

米国特許出願公開第2018/0175077号US Patent Application Publication No. 2018/0175077

回路内の酸化物半導体TFTは、その機能に応じて、異なる特性が要求される。例えば、電流駆動型の発光素子を制御する回路において、発光素子を選択するスイッチTFTは、ドレイン電流のゲート電圧に対する鋭い立ち上がり特性(低いS値)を有することが要求される。反対に、駆動TFTは、緩やかな上がり特性(高いS値)を有することが要求される。一方で、異なる特性の酸化物半導体TFTを実装すると共に、回路面積を小さくすることが要求される。 Different characteristics are required for the oxide semiconductor TFTs in a circuit depending on their function. For example, in a circuit that controls a current-driven light-emitting element, the switch TFT that selects the light-emitting element is required to have a sharp rise characteristic (low S value) of the drain current relative to the gate voltage. In contrast, the drive TFT is required to have a gradual rise characteristic (high S value). On the other hand, there is a demand to implement oxide semiconductor TFTs with different characteristics and to reduce the circuit area.

本開示の一態様の薄膜デバイスは、トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、を含む。前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含む。前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含む。前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含む。前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触している。前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さい。 A thin film device according to one embodiment of the present disclosure includes a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film, a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode, a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film, and a storage capacitor for holding a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode. The first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region. The second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region. The first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode. The second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer. The capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than the capacitance per unit area of the top gate insulating film.

本開示の他の一態様の薄膜デバイスは、トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、を含む。前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含む。前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含む。前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含む。前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触している。前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、それぞれ、移動度が小さい下層と移動度が大きい上層とで構成されている。 A thin film device according to another aspect of the present disclosure includes a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film, a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode, a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film, and a storage capacitor for holding a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode. The first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region. The second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region. The first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode. The second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer. The first channel region and the second channel region each consist of a lower layer with low mobility and an upper layer with high mobility.

本開示の他の一態様の薄膜デバイスは、トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、を含む。前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含む。前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含む。前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含む。前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触している。前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、それぞれ、構成元素又は構成元素組成比が互いに異なる下層と上層とで構成されている。 A thin film device according to another aspect of the present disclosure includes a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film, a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode, a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film, and a storage capacitor for holding a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode. The first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region. The second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region. The first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode. The second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer. The first channel region and the second channel region are each composed of a lower layer and an upper layer whose constituent elements or composition ratios of constituent elements are different from each other.

本開示の一態様によれば、異なる特性の酸化物半導体TFTを含む回路のサイズを縮小できる。 According to one aspect of the present disclosure, the size of a circuit including oxide semiconductor TFTs with different characteristics can be reduced.

OLED表示装置の構成例を模式的に示す。1 shows a schematic configuration example of an OLED display device. 画素回路の構成例を示す。2 shows a configuration example of a pixel circuit. 画素回路の他の構成例を示す。4 shows another example of the configuration of the pixel circuit. 画素回路の他の構成例を示す。4 shows another example of the configuration of the pixel circuit. スイッチTFTの電流電圧特性を模式的に示す。2 shows a schematic diagram of current-voltage characteristics of a switch TFT. 駆動TFTの電流電圧特性を模式的に示す。横軸はゲート電圧(ゲートソース間電圧)を示し縦軸はドレイン電流を示す。1 shows a schematic diagram of the current-voltage characteristics of a driving TFT, where the horizontal axis indicates the gate voltage (gate-source voltage) and the vertical axis indicates the drain current. ゲート絶縁膜の厚みが200nmの酸化物半導体TFTの電流電圧特性を示す。1 shows the current-voltage characteristics of an oxide semiconductor TFT having a gate insulating film with a thickness of 200 nm. ゲート絶縁膜の厚みが350nmの酸化物半導体TFTの電流電圧特性を示すThe current-voltage characteristics of an oxide semiconductor TFT with a gate insulating film thickness of 350 nm are shown. 移動度が(相対的に)高いIGZTO-TFT(移動度μ~30[cm2/Vs])の電流電圧特性を示す。The current-voltage characteristics of an IGZTO-TFT having a (relatively) high mobility (mobility μ ∼ 30 [cm 2 /Vs]) are shown. 移動度が(相対的に)低いIGZO-TFT(移動度μ~10[cm2/Vs])の電流電圧特性を示すThe current-voltage characteristics of an IGZO-TFT with (relatively) low mobility (mobility μ~10 [cm 2 /Vs]) are shown. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の例を模式的に示す。2A and 2B are schematic diagrams illustrating examples of cross-sectional structures of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の例を模式的に示す。2A and 2B are schematic diagrams illustrating examples of cross-sectional structures of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の例を模式的に示す。2A and 2B are schematic diagrams illustrating examples of cross-sectional structures of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。11A and 11B are schematic diagrams illustrating other examples of the cross-sectional structures of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。11A and 11B are schematic diagrams illustrating other examples of the cross-sectional structures of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。11A and 11B are schematic diagrams illustrating other examples of the cross-sectional structures of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。11A and 11B are schematic diagrams illustrating other examples of the cross-sectional structures of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate. TFT基板の製造方法の一例の一工程を示す。1 shows a process of an example of a method for manufacturing a TFT substrate.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings. It should be noted that this embodiment is merely one example for realizing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. The same reference symbols are used for common configurations in each drawing. For ease of understanding, the dimensions and shapes of the objects shown in the drawings may be exaggerated.

[概略]
以下において、薄膜デバイスの例として、OLED(Organic Light-Emitting Diode)表示装置を説明する。本開示のOLED表示装置は、例えば画素回路内に、特性が異なる酸化物半導体薄膜トランジスタ(TFT)を含む。第1の酸化物半導体TFTはトップゲート電極を含み、他の第2の酸化物半導体TFTはボトムゲート電極を含む。例えば、第1の酸化物半導体TFTは、スイッチTFTであり、第2の酸化物半導体TFTは駆動TFTである。
[Summary]
In the following, an OLED (Organic Light-Emitting Diode) display device will be described as an example of a thin-film device. The OLED display device of the present disclosure includes oxide semiconductor thin-film transistors (TFTs) with different characteristics, for example, in a pixel circuit. A first oxide semiconductor TFT includes a top gate electrode, and another second oxide semiconductor TFT includes a bottom gate electrode. For example, the first oxide semiconductor TFT is a switch TFT, and the second oxide semiconductor TFT is a drive TFT.

第1の酸化物半導体TFTと第2の酸化物半導体TFTの間のゲート構造の違いにより、それぞれに適切な特性を持たせることができる。また、第2の酸化物半導体TFTのソース/ドレイン領域が、ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して、第1の酸化物半導体TFTのボトムゲートとコンタクトすることで、コンタクトホールの数を低減し、回路面積を小さくすることができる。 The difference in gate structure between the first oxide semiconductor TFT and the second oxide semiconductor TFT allows each to have appropriate characteristics. In addition, the source/drain region of the second oxide semiconductor TFT contacts the bottom gate of the first oxide semiconductor TFT through a contact hole in the bottom gate insulating layer, thereby reducing the number of contact holes and making the circuit area smaller.

なお、以下に開示する酸化物半導体TFTを含む画素回路の特徴構成は、表示装置内の他の回路及び表示装置と異なる装置の薄膜デバイスの回路に適用することができる。 The characteristic configuration of the pixel circuit including the oxide semiconductor TFT disclosed below can be applied to other circuits within the display device and to circuits of thin-film devices in devices other than the display device.

[表示装置構成]
図1は、OLED表示装置1の構成例を模式的に示す。OLED表示装置1は、OLED素子が形成されるTFT(Thin Film Transistor)基板10と、有機発光素子を封止する封止基板20と、TFT基板10と封止基板20とを接合する接合部(ガラスフリットシール部)30を含んで構成されている。TFT基板10と封止基板20との間には、例えば、乾燥窒素が封入されており、接合部30により封止されている。封止基板20及び接合部30は封止構造部の一つであり、他の例として、封止構造部は、例えば薄膜封止構造(TFE:Thin Film Encapsulation)を有してもよい。
[Display Device Configuration]
1 is a schematic diagram showing a configuration example of an OLED display device 1. The OLED display device 1 includes a TFT (Thin Film Transistor) substrate 10 on which an OLED element is formed, a sealing substrate 20 for sealing an organic light-emitting element, and a bonding portion (glass frit seal portion) 30 for bonding the TFT substrate 10 and the sealing substrate 20. Dry nitrogen, for example, is filled between the TFT substrate 10 and the sealing substrate 20, and the TFT substrate 10 and the sealing substrate 20 are sealed by the bonding portion 30. The sealing substrate 20 and the bonding portion 30 are one of the sealing structure portions, and as another example, the sealing structure portion may have, for example, a thin film encapsulation structure (TFE: Thin Film Encapsulation).

TFT基板10の表示領域25の外側のカソード電極形成領域14の周囲に、走査ドライバ31、エミッションドライバ32、ドライバIC34、デマルチプレクサ36が配置されている。ドライバIC34は、FPC(Flexible Printed Circuit)35を介して外部の機器と接続される。走査ドライバ31、エミッションドライバ32は、TFT基板10に形成された周辺回路である。 A scanning driver 31, an emission driver 32, a driver IC 34, and a demultiplexer 36 are arranged around the cathode electrode formation area 14 outside the display area 25 of the TFT substrate 10. The driver IC 34 is connected to an external device via an FPC (Flexible Printed Circuit) 35. The scanning driver 31 and the emission driver 32 are peripheral circuits formed on the TFT substrate 10.

走査ドライバ31はTFT基板10の走査線を駆動する。エミッションドライバ32は、エミッション制御線を駆動して、各画素の発光期間を制御する。ドライバIC34は、例えば、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)を用いて実装される。 The scan driver 31 drives the scan lines of the TFT substrate 10. The emission driver 32 drives the emission control lines to control the light emission period of each pixel. The driver IC 34 is implemented using, for example, an anisotropic conductive film (ACF).

ドライバIC34は、走査ドライバ31及びエミッションドライバ32に電源及びタイミング信号(制御信号)を与える。さらに、ドライバIC34は、デマルチプレクサ36に、電源及びデータ信号を与える。 The driver IC 34 provides power and timing signals (control signals) to the scan driver 31 and the emission driver 32. In addition, the driver IC 34 provides power and data signals to the demultiplexer 36.

デマルチプレクサ36は、ドライバIC34の一つのピンの出力を、d本(dは2以上の整数)のデータ線に順次出力する。デマルチプレクサ36は、ドライバIC34からのデータ信号の出力先データ線を、走査期間内にd回切り替えることで、ドライバIC34の出力ピン数のd倍のデータ線を駆動する。 The demultiplexer 36 sequentially outputs the output of one pin of the driver IC 34 to d data lines (d is an integer equal to or greater than 2). The demultiplexer 36 switches the data line to which the data signal from the driver IC 34 is output d times within a scanning period, thereby driving d times as many data lines as the number of output pins of the driver IC 34.

[画素回路構成]
TFT基板10上には、複数の副画素(単に画素とも呼ぶ)のアノード電極にそれぞれ供給する電流を制御する複数の画素回路が形成されている。図2Aは、画素回路の構成例を示す。各画素回路は、駆動トランジスタT1と、選択トランジスタT2と、エミッショントランジスタT3と、駆動トランジスタT1のゲートへの信号電圧を保持する保持容量C1とを含む。画素回路は、OLED素子E1の発光を制御する。
[Pixel circuit configuration]
A plurality of pixel circuits are formed on the TFT substrate 10, each of which controls a current supplied to an anode electrode of a plurality of sub-pixels (also simply called pixels). Fig. 2A shows an example of the configuration of the pixel circuits. Each pixel circuit includes a drive transistor T1, a selection transistor T2, an emission transistor T3, and a storage capacitor C1 that stores a signal voltage to the gate of the drive transistor T1. The pixel circuit controls the emission of light from an OLED element E1.

選択トランジスタT2は副画素を選択するスイッチ(スイッチトランジスタ)である。選択トランジスタT2はnチャネル型酸化物半導体TFTであり、ゲートは、走査線16に接続されている。一方のソース/ドレインは、データ線15に接続されている。他方のソース/ドレインは、駆動トランジスタT1のゲートに接続されている。 The selection transistor T2 is a switch (switch transistor) that selects a subpixel. The selection transistor T2 is an n-channel oxide semiconductor TFT, and its gate is connected to the scanning line 16. One source/drain is connected to the data line 15. The other source/drain is connected to the gate of the drive transistor T1.

駆動トランジスタT1はOLED素子E1の駆動用のトランジスタ(駆動TFT)である。駆動トランジスタT1はnチャネル型酸化物半導体TFTであり、そのゲートは選択トランジスタT2のソース/ドレインに接続されている。駆動トランジスタT1の一方のソース/ドレインはエミッショントランジスタT3のソース/ドレインに接続されている。他方のソース/ドレインは、OLED素子E1及び保持容量C1に接続されている。駆動トランジスタT1のゲートとソース/ドレイン(ソース)との間に保持容量C1が形成されている。 The driving transistor T1 is a transistor (driving TFT) for driving the OLED element E1. The driving transistor T1 is an n-channel oxide semiconductor TFT, and its gate is connected to the source/drain of the selection transistor T2. One source/drain of the driving transistor T1 is connected to the source/drain of the emission transistor T3. The other source/drain is connected to the OLED element E1 and the storage capacitor C1. The storage capacitor C1 is formed between the gate and source/drain (source) of the driving transistor T1.

エミッショントランジスタT3は、OLED素子E1への駆動電流の供給と停止を制御するスイッチである。エミッショントランジスタT3はnチャネル型酸化物半導体TFTであり、ゲートはエミッション制御線17に接続されている。エミッショントランジスタT3の一方のソース/ドレインは駆動トランジスタT1のソース/ドレインに接続されている。他方のソース/ドレインは、電源線18に接続されている。なお、エミッショントランジスタT3は、OLED素子E1と駆動トランジスタT1との間に配置されてもよい。 The emission transistor T3 is a switch that controls the supply and stop of the drive current to the OLED element E1. The emission transistor T3 is an n-channel oxide semiconductor TFT, and the gate is connected to the emission control line 17. One source/drain of the emission transistor T3 is connected to the source/drain of the drive transistor T1. The other source/drain is connected to the power supply line 18. The emission transistor T3 may be disposed between the OLED element E1 and the drive transistor T1.

次に、画素回路の動作を説明する。走査ドライバ31が走査線16に選択パルスを出力し、選択トランジスタT2をオン状態にする。データ線15を介してドライバIC34から供給されたデータ電圧は、保持容量C1に格納される。保持容量C1は、格納された電圧を、1フレーム期間を通じて保持する。保持電圧によって、駆動トランジスタT1のコンダクタンスがアナログ的に変化し、駆動トランジスタT1は、発光階調に対応した順バイアス電流をOLED素子E1に供給する。 Next, the operation of the pixel circuit will be described. The scanning driver 31 outputs a selection pulse to the scanning line 16, turning on the selection transistor T2. The data voltage supplied from the driver IC 34 via the data line 15 is stored in the holding capacitance C1. The holding capacitance C1 holds the stored voltage throughout one frame period. The hold voltage causes the conductance of the driving transistor T1 to change in an analog manner, and the driving transistor T1 supplies a forward bias current corresponding to the light emission gradation to the OLED element E1.

エミッショントランジスタT3は、駆動電流の供給経路上に位置する。エミッションドライバ32は、エミッション制御線17に制御信号を出力して、エミッショントランジスタT3のオンオフを制御する。エミッショントランジスタT3がオン状態のとき、駆動電流がOLED素子E1に供給される。エミッショントランジスタT3がオフ状態のとき、この供給が停止される。エミッショントランジスタT3のオンオフを制御することにより、1フレーム周期内の点灯期間(デューティ比)を制御することができる。 The emission transistor T3 is located on the supply path of the drive current. The emission driver 32 outputs a control signal to the emission control line 17 to control the on/off of the emission transistor T3. When the emission transistor T3 is in the on state, the drive current is supplied to the OLED element E1. When the emission transistor T3 is in the off state, this supply is stopped. By controlling the on/off of the emission transistor T3, the lighting period (duty ratio) within one frame period can be controlled.

図2Bは、画素回路の他の構成例を示す。当該画素回路は、図2AのエミッショントランジスタT3に代えて、リセットトランジスタT4を有する。リセットトランジスタT4は、nチャネル型酸化物半導体TFTである。リセットトランジスタT4は、基準電圧供給線11とOLED素子E1のアノードとの電気的接続を制御する。リセットトランジスタT4のゲートにリセット制御線19からリセット制御信号が供給されることによりこの制御が行われる。なお、リセットトランジスタT4は、様々な目的で使用することができる。 Figure 2B shows another example of the configuration of a pixel circuit. This pixel circuit has a reset transistor T4 instead of the emission transistor T3 in Figure 2A. The reset transistor T4 is an n-channel oxide semiconductor TFT. The reset transistor T4 controls the electrical connection between the reference voltage supply line 11 and the anode of the OLED element E1. This control is performed by supplying a reset control signal from a reset control line 19 to the gate of the reset transistor T4. The reset transistor T4 can be used for various purposes.

図2Cは、画素回路の他の構成例を示す。当該画素回路は、nチャネル型TFTである、トランジスタT1からT6を含む。トランジスタT2のゲートにVscan2信号が入力され、トランジスタT4及びT6のゲートにVscan1信号が入力される。トランジスタT2、T1及びT6を介して、保持容量C1にデータ信号(電圧)が与えられ、トランジスタT1の閾値電圧が補正される。トランジスタT4は、OLED素子E1のアノードにVrefを与える。トランジスタT3及びT5は、駆動トランジスタT1と直列に接続され、それらのゲートには、それぞれ、信号Vem1及びVem2が入力され、OLED素子E1の発光の有無を制御する。 Figure 2C shows another example of the pixel circuit configuration. This pixel circuit includes transistors T1 to T6, which are n-channel TFTs. A Vscan2 signal is input to the gate of transistor T2, and a Vscan1 signal is input to the gates of transistors T4 and T6. A data signal (voltage) is provided to the storage capacitor C1 via transistors T2, T1, and T6, and the threshold voltage of transistor T1 is corrected. Transistor T4 provides Vref to the anode of OLED element E1. Transistors T3 and T5 are connected in series with drive transistor T1, and signals Vem1 and Vem2 are input to their gates, respectively, to control whether or not OLED element E1 emits light.

図2Cの回路構成において、駆動トランジスタT1のゲートと、スイッチトランジスタT6のソース/ドレインとが、接続されている。保持容量C1は、駆動トランジスタT1のゲートと、スイッチトランジスタT3のソース/ドレインとOLED素子E1との間のノードと、に接続されている。保持容量C1は、駆動トランジスタT1が供給する駆動電流量を決めるゲート電圧(ゲートソース間電圧)を保持する。 In the circuit configuration of FIG. 2C, the gate of the drive transistor T1 is connected to the source/drain of the switch transistor T6. The storage capacitor C1 is connected to the gate of the drive transistor T1 and to a node between the source/drain of the switch transistor T3 and the OLED element E1. The storage capacitor C1 holds the gate voltage (gate-source voltage) that determines the amount of drive current supplied by the drive transistor T1.

以上説明した画素回路は、駆動TFT(T1)、駆動TFTのソース/ドレインとゲートとの間の信号電圧を保持する保持容量(C1)、及び、駆動TFTのゲートにそのソース/ドレインが接続されているスイッチTFT(T2又はT6)を含む。図2Cに示す回路は、さらに、駆動トランジスタT1と直列に接続されたトランジスタT3を含む。本明細書で説明する画素回路構造により、駆動TFT及びスイッチTFTに特定の特性を持たせると共に、画素回路面積を低減し、高精細化に寄与することができる。なお、図2A、2B及び2Cの画素回路は例であって、画素回路は他の回路構成を有してよい。 The pixel circuit described above includes a drive TFT (T1), a storage capacitor (C1) that holds a signal voltage between the source/drain and gate of the drive TFT, and a switch TFT (T2 or T6) whose source/drain is connected to the gate of the drive TFT. The circuit shown in FIG. 2C further includes a transistor T3 connected in series with the drive transistor T1. The pixel circuit structure described in this specification can provide specific characteristics to the drive TFT and switch TFT, reduce the pixel circuit area, and contribute to high definition. Note that the pixel circuits in FIGS. 2A, 2B, and 2C are examples, and the pixel circuit may have other circuit configurations.

[スイッチTFT及び駆動TFTの特性]
図3Aは、スイッチTFTの電流電圧特性を模式的に示す。横軸はゲート電圧(ゲートソース間電圧)を示し縦軸はドレイン電流を示す。図3Bは、駆動TFTの電流電圧特性を模式的に示す。横軸はゲート電圧(ゲートソース間電圧)を示し縦軸はドレイン電流を示す。
[Characteristics of Switch TFT and Driving TFT]
Fig. 3A shows a schematic diagram of the current-voltage characteristics of the switch TFT. The horizontal axis shows the gate voltage (gate-source voltage) and the vertical axis shows the drain current. Fig. 3B shows a schematic diagram of the current-voltage characteristics of the drive TFT. The horizontal axis shows the gate voltage (gate-source voltage) and the vertical axis shows the drain current.

スイッチTFTは、ゲート信号に応じてON/OFFするため、ドレイン電流のゲート電圧に対する鋭い立ち上がり特性(低いS値[V/dec])を有することが要求される。S値は、図3Aに示すグラフにおける傾きの逆数で表わされる。低いS値により、スイッチTFTの動作電圧振幅(ゲート電圧振幅)を低くでき、その結果、TFTのゲートに印加する電圧を小さくでき(TFTに印加されるゲート電圧ストレスが小さくなり)閾値電圧の変動を低減できる。 The switch TFT is required to have a sharp rise characteristic of the drain current with respect to the gate voltage (low S value [V/dec]) in order to turn on/off in response to the gate signal. The S value is expressed as the reciprocal of the slope in the graph shown in Figure 3A. A low S value allows the operating voltage amplitude (gate voltage amplitude) of the switch TFT to be lowered, and as a result, the voltage applied to the gate of the TFT can be reduced (the gate voltage stress applied to the TFT is reduced), reducing the variation in the threshold voltage.

一方、OLED素子への電流量を制御する駆動TFTは、緩やかな上がり特性(高いS値)を有することが要求される。高いS値は、データ信号(Vdata)の使用可能な幅が広くなり、また、低階調(低いゲート電圧)における閾値電圧の変動の影響を低減できる。 On the other hand, the driving TFT that controls the amount of current to the OLED element is required to have a gradual rise characteristic (high S value). A high S value widens the usable range of the data signal (Vdata), and also reduces the effect of threshold voltage fluctuations at low gradations (low gate voltages).

TFTのS値を決める二つの要因が存在する。一つの要因は、ゲート絶縁膜の容量である。ゲート絶縁膜容量を大きくすることで、S値を大きくすることができる。他の一つの要因は、半導体膜(チャネル領域)のゲート絶縁膜との界面における界面欠陥準位密度である。界面欠陥準位密度を大きくすることで、S値を大きくすることができる。 There are two factors that determine the S value of a TFT. One factor is the capacitance of the gate insulating film. The S value can be increased by increasing the gate insulating film capacitance. The other factor is the density of interface defect states at the interface between the semiconductor film (channel region) and the gate insulating film. The S value can be increased by increasing the density of interface defect states.

図4A及び4Bは、異なるゲート絶縁膜厚を有する酸化物半導体TFTの電流電圧特性の測定例を示す。図4Aは、ゲート絶縁膜の厚みが200nmの酸化物半導体TFTの電流電圧特性を示す。図4Bは、ゲート絶縁膜の厚みが350nmの酸化物半導体TFTの電流電圧特性を示す。 Figures 4A and 4B show examples of measurements of the current-voltage characteristics of oxide semiconductor TFTs with different gate insulating film thicknesses. Figure 4A shows the current-voltage characteristics of an oxide semiconductor TFT with a gate insulating film thickness of 200 nm. Figure 4B shows the current-voltage characteristics of an oxide semiconductor TFT with a gate insulating film thickness of 350 nm.

図4Aに示す、(相対的に)薄いゲート絶縁膜の酸化物半導体TFTのS値は0.2V/decである。一方、図4Bに示す、(相対的に)厚いゲート絶縁膜の酸化物半導体TFTのS値は0.3V/decである。ゲート絶縁膜を厚くすることは、ゲート絶縁膜容量を大きくする。この測定結果が示すように、ゲート絶縁膜容量を大きくすることで、酸化物半導体TFTのS値を大きくすることができる。 The S value of the oxide semiconductor TFT with a (relatively) thin gate insulating film shown in Figure 4A is 0.2 V/dec. On the other hand, the S value of the oxide semiconductor TFT with a (relatively) thick gate insulating film shown in Figure 4B is 0.3 V/dec. Increasing the thickness of the gate insulating film increases the gate insulating film capacitance. As shown by these measurement results, the S value of the oxide semiconductor TFT can be increased by increasing the gate insulating film capacitance.

図5A及び図5Bは、異なる移動度を有する酸化物半導体を使用した酸化物半導体TFTの電流電圧特性の測定例を示す。図5Aは、移動度が(相対的に)高いIGZTO-TFT(移動度μ~30[cm2/Vs])の電流電圧特性を示す。図5Bは、移動度が(相対的に)低いIGZO-TFT(移動度μ~10[cm2/Vs])の電流電圧特性を示す。 5A and 5B show examples of measurement of current-voltage characteristics of oxide semiconductor TFTs using oxide semiconductors with different mobilities. Fig. 5A shows the current-voltage characteristics of an IGZTO-TFT with (relatively) high mobility (mobility μ ∼ 30 [cm 2 /Vs]). Fig. 5B shows the current-voltage characteristics of an IGZO-TFT with (relatively) low mobility (mobility μ ∼ 10 [cm 2 /Vs]).

図5Bに示す、移動度が(相対的に)低い酸化物半導体TFTのS値は、図5Aに示す移動度が(相対的に)高い酸化物半導体TFTのS値よりも大きい。移動度がより小さいことは、酸化物半導体膜の界面欠陥準位密度がより大きいことを意味する。したがって、この測定結果が示すように、酸化物半導体の移動度を小さくする、つまり、界面欠陥準位密度を大きくすることで、酸化物半導体TFTのS値を大きくすることができる。 The S value of the oxide semiconductor TFT with a (relatively) low mobility shown in FIG. 5B is greater than the S value of the oxide semiconductor TFT with a (relatively) high mobility shown in FIG. 5A. A smaller mobility means that the density of interface defect states in the oxide semiconductor film is greater. Therefore, as shown by this measurement result, the S value of the oxide semiconductor TFT can be increased by decreasing the mobility of the oxide semiconductor, that is, by increasing the density of interface defect states.

[デバイス構造]
以下において、上記知見に基づき、異なる特性を有するスイッチ酸化物半導体TFT(以下単にスイッチTFTとも呼ぶ)と駆動酸化物半導体TFT(以下単に駆動TFTとも呼ぶ)を含む画素回路の構造例を説明する。
[Device structure]
Based on the above findings, a structural example of a pixel circuit including a switch oxide semiconductor TFT (hereinafter also simply referred to as a switch TFT) and a drive oxide semiconductor TFT (hereinafter also simply referred to as a drive TFT) having different characteristics will be described below.

図6Aは、スイッチ酸化物半導体TFT(第1酸化物半導体TFT)及び駆動酸化物半導体TFT(第2酸化物半導体TFT)の断面構造の例を模式的に示す。不図示の樹脂又はガラスで形成された可撓性又は不撓性の絶縁基板上にスイッチTFT210、駆動TFT220及び保持容量230が形成されている。 Figure 6A shows a schematic example of the cross-sectional structure of a switch oxide semiconductor TFT (first oxide semiconductor TFT) and a drive oxide semiconductor TFT (second oxide semiconductor TFT). A switch TFT 210, a drive TFT 220, and a storage capacitor 230 are formed on a flexible or inflexible insulating substrate made of resin or glass (not shown).

スイッチTFT210、駆動TFT220及び保持容量230は、それぞれ、図2A又は2Bに示す、選択トランジスタT2、駆動トランジスタT1及び保持容量C1に対応する。 The switch TFT 210, the drive TFT 220, and the storage capacitor 230 correspond to the selection transistor T2, the drive transistor T1, and the storage capacitor C1 shown in FIG. 2A or 2B, respectively.

駆動TFT220は、ボトムゲート電極153と、ボトムゲート電極153と金属酸化物膜(第2金属酸化物膜)との間のボトムゲート絶縁層(G絶縁層)155を含む。金属酸化物膜は、ソース/ドレイン領域(S/D領域)111、113と、面内方向においてソース/ドレイン領域111、113間のチャネル領域109を含む。ボトムゲート絶縁層155は、例えば、シリコン酸化物層、又は、シリコン酸化物(上側)/シリコン窒化物(下側)の積層である。 The driving TFT 220 includes a bottom gate electrode 153 and a bottom gate insulating layer (G insulating layer) 155 between the bottom gate electrode 153 and a metal oxide film (second metal oxide film). The metal oxide film includes source/drain regions (S/D regions) 111, 113 and a channel region 109 between the source/drain regions 111, 113 in the in-plane direction. The bottom gate insulating layer 155 is, for example, a silicon oxide layer or a stack of silicon oxide (upper side)/silicon nitride (lower side).

金属酸化物膜はゲート絶縁層155上に直接(接触して)形成されている。金属酸化物は、例えば、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxygen)である。ソース/ドレイン領域111、113は、低抵抗化された金属酸化物で形成されている。チャネル領域109は、低抵抗化されていない金属酸化物(半導体)で形成されている。 The metal oxide film is formed directly on (in contact with) the gate insulating layer 155. The metal oxide is, for example, IGZO (Indium Gallium Zinc Oxygen). The source/drain regions 111 and 113 are formed of a metal oxide with reduced resistance. The channel region 109 is formed of a metal oxide (semiconductor) that is not reduced in resistance.

ボトムゲート電極153(の一部)は、ボトムゲート絶縁層155を挟んでチャネル領域109と対向している。ボトムゲート電極153、ボトムゲート絶縁層155及びチャネル領域109は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されている。ゲート絶縁層155は、チャネル領域109及びボトムゲート電極153と接触している。ボトムゲート絶縁層155において、ボトムゲート電極153及びチャネル領域109に接触している部分が、駆動TFT220のボトムゲート絶縁膜である。 The bottom gate electrode 153 (part of it) faces the channel region 109 with the bottom gate insulating layer 155 in between. The bottom gate electrode 153, the bottom gate insulating layer 155, and the channel region 109 are stacked in this order from below (from the substrate side). The gate insulating layer 155 is in contact with the channel region 109 and the bottom gate electrode 153. The part of the bottom gate insulating layer 155 that is in contact with the bottom gate electrode 153 and the channel region 109 is the bottom gate insulating film of the driving TFT 220.

ボトムゲート電極153には、データ信号(信号電圧)が与えられ、OLED素子への駆動電流を制御する。ボトムゲート電極153の一部は、さらに、ボトムゲート絶縁層155を挟んで、ソース/ドレイン領域113の少なくとも一部と対向している。ソース/ドレイン領域113とボトムゲート電極153との間に保持容量230が形成される。ボトムゲート電極153の一部が、保持容量の下部電極(第1電極)を構成している。下部電極に対向するソース/ドレイン領域113の部分が上部電極(第2電極)を構成している。保持容量230は、ボトムゲート電極153に与える信号電圧を保持する。 A data signal (signal voltage) is applied to the bottom gate electrode 153 to control the drive current to the OLED element. A part of the bottom gate electrode 153 faces at least a part of the source/drain region 113, sandwiching a bottom gate insulating layer 155 therebetween. A storage capacitor 230 is formed between the source/drain region 113 and the bottom gate electrode 153. A part of the bottom gate electrode 153 constitutes the lower electrode (first electrode) of the storage capacitor. A part of the source/drain region 113 facing the lower electrode constitutes the upper electrode (second electrode). The storage capacitor 230 holds the signal voltage applied to the bottom gate electrode 153.

駆動TFT220は、さらに、トップゲート電極125と、積層方向においてトップゲート電極125とチャネル領域109との間に存在するゲート絶縁膜117を含む。ゲート絶縁膜117は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はこれらの積層膜である。チャネル領域109、ゲート絶縁膜117及びトップゲート電極125は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されており、ゲート絶縁膜117は、チャネル領域109及びトップゲート電極125と接触している。 The driving TFT 220 further includes a top gate electrode 125 and a gate insulating film 117 that is present between the top gate electrode 125 and the channel region 109 in the stacking direction. The gate insulating film 117 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film of these. The channel region 109, the gate insulating film 117, and the top gate electrode 125 are stacked in this order from below (from the substrate side), and the gate insulating film 117 is in contact with the channel region 109 and the top gate electrode 125.

トップゲート電極125は、例えば電気的に浮いている。トップゲート電極125は、ソース/ドレイン領域111、113の形成のためのマスクとして使用され得る(セルフアライン)。また、トップゲート電極125は、チャネル領域109への外光を遮蔽できる。 The top gate electrode 125 is, for example, electrically floating. The top gate electrode 125 can be used as a mask for the formation of the source/drain regions 111, 113 (self-aligned). The top gate electrode 125 can also block external light from reaching the channel region 109.

スイッチTFT210は、ゲート絶縁層155上の金属酸化物膜(第1金属酸化物膜)を含む。図6Aの例において、金属酸化物膜はゲート絶縁層155上に直接形成されている。金属酸化物膜は、ソース/ドレイン領域105、107、面内方向においてソース/ドレイン領域105及び107間のチャネル領域103を含む。金属酸化物は、例えば、IGZOである。 The switch TFT 210 includes a metal oxide film (first metal oxide film) on the gate insulating layer 155. In the example of FIG. 6A, the metal oxide film is formed directly on the gate insulating layer 155. The metal oxide film includes source/drain regions 105, 107, and a channel region 103 between the source/drain regions 105 and 107 in the in-plane direction. The metal oxide is, for example, IGZO.

ソース/ドレイン領域105、107は、低抵抗化された金属酸化物で形成されている。チャネル領域103は、低抵抗化されていない金属酸化物(高抵抗金属酸化物)で形成されている。スイッチTFT210の金属酸化物膜は、駆動TFT220の金属酸化物膜と同一の金属酸化物層に含まれ、同時に成膜される。 The source/drain regions 105, 107 are formed of a metal oxide with reduced resistance. The channel region 103 is formed of a metal oxide that has not been reduced in resistance (high-resistance metal oxide). The metal oxide film of the switch TFT 210 is included in the same metal oxide layer as the metal oxide film of the drive TFT 220, and is deposited at the same time.

スイッチTFT210は、さらに、トップゲート電極123と、積層方向においてトップゲート電極123とチャネル領域103との間に存在するゲート絶縁膜115を含む。ゲート絶縁膜115は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はこれらの積層膜である。チャネル領域103、ゲート絶縁膜115及びトップゲート電極123は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されており、ゲート絶縁膜115は、チャネル領域103及びトップゲート電極123と接触している。 The switch TFT 210 further includes a top gate electrode 123 and a gate insulating film 115 that is present between the top gate electrode 123 and the channel region 103 in the stacking direction. The gate insulating film 115 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film of these. The channel region 103, the gate insulating film 115, and the top gate electrode 123 are stacked in this order from below (from the substrate side), and the gate insulating film 115 is in contact with the channel region 103 and the top gate electrode 123.

スイッチTFT210のゲート絶縁膜115は、駆動TFT220のゲート絶縁膜117と同一の絶縁層に含まれ、同時に成膜される。また、トップゲート電極123は、駆動TFT220のトップゲート電極125と同一の金属層に含まれ、同時に成膜される。スイッチTFT210は、駆動TFT220のようなボトムゲート電極を有していないが、ボトムゲート電極を有してもよいし、また、ボトムゲート電極とトップゲート電極が同電位になるように電気的に接続されていてもよい。 The gate insulating film 115 of the switch TFT 210 is included in the same insulating layer as the gate insulating film 117 of the drive TFT 220, and is deposited at the same time. The top gate electrode 123 is included in the same metal layer as the top gate electrode 125 of the drive TFT 220, and is deposited at the same time. The switch TFT 210 does not have a bottom gate electrode like the drive TFT 220, but may have a bottom gate electrode, or may be electrically connected so that the bottom gate electrode and the top gate electrode are at the same potential.

ソース/ドレイン領域105は、ゲート絶縁層155に形成されたコンタクトホール内のコンタクト部151を含み、コンタクト部151においてボトムゲート電極153と接触(直接接続)している。 The source/drain region 105 includes a contact portion 151 in a contact hole formed in the gate insulating layer 155, and is in contact (directly connected) with the bottom gate electrode 153 at the contact portion 151.

層間絶縁層121は、スイッチTFT210及び駆動TFT220を覆うように形成されている。ソース/ドレイン電極127、128及び129は、それぞれ、層間絶縁層121に形成されたコンタクトホール内で、ソース/ドレイン領域111、113及び107に接触している。ソース/ドレイン電極127、128及び129は、同一の金属層に含まれ、同時に成膜される。 The interlayer insulating layer 121 is formed to cover the switch TFT 210 and the drive TFT 220. The source/drain electrodes 127, 128, and 129 are in contact with the source/drain regions 111, 113, and 107, respectively, in contact holes formed in the interlayer insulating layer 121. The source/drain electrodes 127, 128, and 129 are included in the same metal layer and are deposited simultaneously.

図6Aに示す構成例において、スイッチTFT210の(トップ)ゲート絶縁膜115の厚みd1と、駆動TFT220のボトムゲート絶縁層155の厚みd2を調整することで、スイッチTFT210と駆動TFT220の特性を制御できる。図6Aに示すように、(トップ)ゲート絶縁膜115の厚みd1は、ボトムゲート絶縁層155の厚みd2よりも薄い。 In the configuration example shown in FIG. 6A, the characteristics of the switch TFT 210 and the drive TFT 220 can be controlled by adjusting the thickness d1 of the (top) gate insulating film 115 of the switch TFT 210 and the thickness d2 of the bottom gate insulating layer 155 of the drive TFT 220. As shown in FIG. 6A, the thickness d1 of the (top) gate insulating film 115 is thinner than the thickness d2 of the bottom gate insulating layer 155.

この結果、スイッチTFT210のトップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量が、駆動TFT220のボトムゲート絶縁膜(ボトムゲート絶縁層に含まれている)の単位面積当たりの容量よりも大きくなる。これにより、スイッチTFT210のS値を駆動TFT220のS値より小さくできる。 As a result, the capacitance per unit area of the top gate insulating film of the switch TFT 210 becomes larger than the capacitance per unit area of the bottom gate insulating film (included in the bottom gate insulating layer) of the drive TFT 220. This makes it possible to make the S value of the switch TFT 210 smaller than the S value of the drive TFT 220.

さらに、スイッチTFT210のソース/ドレイン領域105とボトムゲート電極153とが、ゲート絶縁層155内のコンタクトホールを介して接触していることで、スイッチTFT210と駆動TFT220との間の接続のためのコンタクトホールの数を少なくすることができる。 Furthermore, since the source/drain region 105 of the switch TFT 210 and the bottom gate electrode 153 are in contact with each other through contact holes in the gate insulating layer 155, the number of contact holes for connection between the switch TFT 210 and the drive TFT 220 can be reduced.

図6Bは、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の例を模式的に示す。図6Bに示す駆動TFT223において、図6Aに示す駆動TFT220のトップゲート電極125が省略されている。このように、駆動TFTのトップゲート電極を省略することができる。図6Bの構成例の他の構成要素は、図6Aに示す構成例と同様である。 Figure 6B shows a schematic example of the cross-sectional structure of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. In the drive TFT 223 shown in Figure 6B, the top gate electrode 125 of the drive TFT 220 shown in Figure 6A is omitted. In this way, the top gate electrode of the drive TFT can be omitted. Other components of the configuration example of Figure 6B are the same as those of the configuration example shown in Figure 6A.

図6Cは、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の例を模式的に示す。図6Cに示す駆動TFT226のトップゲート電極125とソース/ドレイン領域113を接続する、ソース/ドレイン電極131を含む。ソース/ドレイン電極131により、トップゲート電極125とソース/ドレイン領域113とは、同電位に維持される。このように、トップゲート電極125とソース/ドレイン領域113とを同電位に維持することで、トップチャネル側電位が安定化し、駆動TFTにとってより好ましい飽和特性を得ることができる。図6Cの構成例の他の構成要素は、図6Aに示す構成例と同様である。 Figure 6C shows a schematic example of the cross-sectional structure of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. The drive TFT 226 shown in Figure 6C includes a source/drain electrode 131 that connects the top gate electrode 125 and the source/drain region 113. The source/drain electrode 131 maintains the top gate electrode 125 and the source/drain region 113 at the same potential. In this way, by maintaining the top gate electrode 125 and the source/drain region 113 at the same potential, the top channel side potential is stabilized, and more preferable saturation characteristics can be obtained for the drive TFT. The other components of the configuration example of Figure 6C are the same as those of the configuration example shown in Figure 6A.

図6Aから6Cに示す構成例において、ボトムゲート電極153の一部が、保持容量の下部電極を構成し、下部電極に対向するソース/ドレイン領域113の部分が上部電極を構成している。図2Cを参照して説明した画素回路において、保持容量は、駆動トランジスタT1のゲートと、スイッチトランジスタT3(第3酸化物半導体薄膜トランジスタ)のソース/ドレインとの間に形成されている。この構成において、保持容量の上部電極は、スイッチトランジスタT3のソース/ドレイン領域の少なくとも一部を含み得る。例えば、スイッチトランジスタT3のソース/ドレイン領域における、下部電極に対向する部分が上部電極を構成し得る。この点は、図8及び10に示す構成例において同様である。 In the configuration examples shown in Figures 6A to 6C, a part of the bottom gate electrode 153 forms the lower electrode of the storage capacitor, and a part of the source/drain region 113 facing the lower electrode forms the upper electrode. In the pixel circuit described with reference to Figure 2C, the storage capacitor is formed between the gate of the drive transistor T1 and the source/drain of the switch transistor T3 (third oxide semiconductor thin film transistor). In this configuration, the upper electrode of the storage capacitor may include at least a part of the source/drain region of the switch transistor T3. For example, a part of the source/drain region of the switch transistor T3 facing the lower electrode may form the upper electrode. This is the same in the configuration examples shown in Figures 8 and 10.

図7は、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。以下においては、図6Aとの相違点を主に説明する。図7に示す構成例は、図6Aに示す構成例の保持容量230と異なる構造の保持容量250を含む。なお、図7は、コンタクト部151の形状を、図6Aに示すコンタクト部151の形状と異なるように描いているが、これは模式図における描き方の違いに過ぎず、その構造は同一である。 Figure 7 shows another example of the cross-sectional structure of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. The following mainly describes the differences from Figure 6A. The configuration example shown in Figure 7 includes a storage capacitor 250 having a different structure from the storage capacitor 230 in the configuration example shown in Figure 6A. Note that Figure 7 shows the shape of the contact portion 151 differently from the shape of the contact portion 151 shown in Figure 6A, but this is merely a difference in how it is depicted in the schematic diagram, and the structure is the same.

図7に示す構成例の保持容量250は、駆動TFT240のボトムゲート電極168(の一部)とトップゲート電極167(の一部)との間に形成されている。図7において、ボトムゲート電極168の部分及びトップゲート電極167の部分を結ぶ両端黒円の曲線は、両端の部分が面内で物理的に繋がっている、つまり、連続する膜の一部であることを意味する。 The storage capacitor 250 in the configuration example shown in FIG. 7 is formed between (a part of) the bottom gate electrode 168 and (a part of) the top gate electrode 167 of the driving TFT 240. In FIG. 7, the curve with black circles at both ends connecting the bottom gate electrode 168 and the top gate electrode 167 means that the two end portions are physically connected in-plane, that is, they are part of a continuous film.

図7に示す構成例において、保持容量250は、ゲート絶縁層155に形成されたホールの積層膜で構成されている。具体的には、ボトムゲート電極168(の一部)、酸化物半導体膜163、絶縁膜165、及びトップゲート電極167(の一部)は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されている。酸化物半導体膜163は、ボトムゲート電極168と絶縁膜165とに接触している。絶縁膜165はトップゲート電極167に接触している。 In the configuration example shown in FIG. 7, the storage capacitor 250 is composed of a stacked film of holes formed in the gate insulating layer 155. Specifically, the bottom gate electrode 168 (part of it), the oxide semiconductor film 163, the insulating film 165, and the top gate electrode 167 (part of it) are stacked in this order from below (from the substrate side). The oxide semiconductor film 163 is in contact with the bottom gate electrode 168 and the insulating film 165. The insulating film 165 is in contact with the top gate electrode 167.

この保持容量250の構成により、電極間の厚みを小さくすることができ、必要な容量を確保するための面積を小さくすることができる。この結果、画素回路の面積を小さくすることができる。 This configuration of the storage capacitor 250 allows the thickness between the electrodes to be reduced, and the area required to secure the required capacitance to be reduced. As a result, the area of the pixel circuit can be reduced.

酸化物半導体膜163は、スイッチTFT210の金属半導体膜及び駆動TFT240の金属半導体膜と同一の層に含まれ、同時に成膜される。絶縁膜165は、スイッチTFT210の(トップ)ゲート絶縁膜115及び駆動TFT240の(トップ)ゲート絶縁膜117と同一の層に含まれ、同時に成膜される。 The oxide semiconductor film 163 is included in the same layer as the metal semiconductor film of the switch TFT 210 and the metal semiconductor film of the drive TFT 240, and is deposited simultaneously. The insulating film 165 is included in the same layer as the (top) gate insulating film 115 of the switch TFT 210 and the (top) gate insulating film 117 of the drive TFT 240, and is deposited simultaneously.

図7に示す構成例において、保持容量250は、ボトムゲート電極168の一部を覆うように形成されている酸化物半導体膜163を含む。後述するように、酸化物半導体膜163は、OLED表示装置の製造において、保持容量250の一部を構成するボトムゲート電極168の部分が、酸化物半導体膜のエッチャントによりエッチングされる又は損傷を受けることを防ぐことができる。 In the configuration example shown in FIG. 7, the storage capacitor 250 includes an oxide semiconductor film 163 formed to cover a portion of the bottom gate electrode 168. As described below, the oxide semiconductor film 163 can prevent a portion of the bottom gate electrode 168 that constitutes a portion of the storage capacitor 250 from being etched or damaged by an etchant for the oxide semiconductor film during the manufacture of an OLED display device.

図7に示す構成例は、さらに、駆動TFT240のトップゲート電極167とソース/ドレイン領域113を接続する、ソース/ドレイン電極161を含む。ソース/ドレイン電極161により、トップゲート電極167とソース/ドレイン領域113とは、同電位に維持される。このように、トップゲート電極167とソース/ドレイン領域113とを同電位に維持することで、トップチャネル側電位が安定化し、駆動TFTにとってより好ましい飽和特性を得ることができる。なお、ソース/ドレイン電極161は省略されてもよい。この点は、図9及び10に示す構成例において同様である。 The configuration example shown in FIG. 7 further includes a source/drain electrode 161 that connects the top gate electrode 167 and the source/drain region 113 of the driving TFT 240. The source/drain electrode 161 maintains the top gate electrode 167 and the source/drain region 113 at the same potential. In this way, by maintaining the top gate electrode 167 and the source/drain region 113 at the same potential, the top channel side potential is stabilized, and more preferable saturation characteristics can be obtained for the driving TFT. The source/drain electrode 161 may be omitted. This is the same in the configuration examples shown in FIGS. 9 and 10.

図8は、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。以下においては、図6Aとの相違点を主に説明する。図8に示す構成例において、スイッチTFT及び駆動TFTは、積層された特性が異なる金属酸化物膜を含む。これにより、スイッチTFT及び駆動TFTそれぞれの機能に適した特性を実現することができる。 Figure 8 shows another example of the cross-sectional structure of the switch oxide semiconductor TFT and the drive oxide semiconductor TFT. In the following, the differences from Figure 6A will be mainly described. In the configuration example shown in Figure 8, the switch TFT and the drive TFT include stacked metal oxide films with different characteristics. This makes it possible to realize characteristics suitable for the respective functions of the switch TFT and the drive TFT.

図8に示す構成例において、駆動TFT270は、積層された2層の金属半導体膜を含む。下層の金属半導体膜は、ソース/ドレイン領域(S/D領域)311、313と、面内方向においてソース/ドレイン領域311、313間のチャネル領域309を含む。 In the configuration example shown in FIG. 8, the driving TFT 270 includes two stacked layers of metal semiconductor films. The lower metal semiconductor film includes source/drain regions (S/D regions) 311, 313 and a channel region 309 between the source/drain regions 311, 313 in the in-plane direction.

積層された2層の金属酸化物半導体膜は、お互いにその組成比が異なっている。例えば、上層はIn:Ga:Znの組成比が2:1:1のInGaZnOであり、下層はIn:Ga:Znの組成比が1:1:1のInGaZnOであり、お互いに組成比が異なっている。この場合、In組成比が高い組成比2:1:1のInGaZnOの方が、In組成比が低い組成比1:1:1のInGaZnOよりも電子移動度が高い。このような構成を用いることで、図3A、3Bに示すような2つの異なった特性を実現できる。 The two stacked metal oxide semiconductor films have different composition ratios. For example, the upper layer is InGaZnO with an In:Ga:Zn composition ratio of 2:1:1, and the lower layer is InGaZnO with an In:Ga:Zn composition ratio of 1:1:1, so the composition ratios are different. In this case, InGaZnO with a high In composition ratio of 2:1:1 has a higher electron mobility than InGaZnO with a low In composition ratio of 1:1:1. Using this type of configuration makes it possible to achieve two different characteristics, as shown in Figures 3A and 3B.

あるいは、これらの積層された2層の金属酸化物半導体膜は、お互いに構成元素が異なっていてもよい。例えば、上層はInGaZnOであり、下層はZnOでもよい。この場合、InGaZnOの方がZnOよりも電子移動度が高い。上層としては、IGZTO、IGO、IZOなども用いることができる。このような構成を用いることで、図3A、3Bに示すような2つの異なった特性を実現できる。 Alternatively, the two stacked metal oxide semiconductor films may have different constituent elements. For example, the upper layer may be InGaZnO and the lower layer may be ZnO. In this case, InGaZnO has a higher electron mobility than ZnO. IGZTO, IGO, IZO, etc. may also be used for the upper layer. By using such a configuration, two different characteristics can be realized as shown in Figures 3A and 3B.

これらの構成において、下層の金属酸化物半導体膜はボトムゲート電極153と接続されている。下層の金属酸化物膜は、(相対的な)低移動度材料(高欠陥密度材料)で形成されておりであり、例えば、IGZOである。 In these configurations, the underlying metal oxide semiconductor film is connected to the bottom gate electrode 153. The underlying metal oxide film is made of a (relatively) low mobility material (high defect density material), such as IGZO.

上層の金属半導体膜は、ソース/ドレイン領域(S/D領域)411、413と、面内方向においてソース/ドレイン領域411、413間のチャネル領域409を含む。上層の金属酸化物膜は、(相対的な)高移動度材料(低欠陥密度材料)で形成されておりであり、例えば、IGZTO(Indium Gallium Zinc Tin Oxide)である。インジウム元素の密度がより高い金属酸化物は、より高い電子移動度、つまり低い欠陥密度を示す。その他の高移動度材料としてはIGO(Indium Gallium Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)があり、低移動度材料としてはZnO(Zinc Oxide)がある。 The upper metal semiconductor film includes source/drain regions (S/D regions) 411, 413 and a channel region 409 between the source/drain regions 411, 413 in the in-plane direction. The upper metal oxide film is made of a (relatively) high mobility material (low defect density material), such as IGZTO (Indium Gallium Zinc Tin Oxide). Metal oxides with a higher density of indium elements exhibit higher electron mobility, i.e., low defect density. Other high mobility materials include IGO (Indium Gallium Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide), and low mobility materials include ZnO (Zinc Oxide).

図8の構成例において、駆動TFT270の下層のチャネル領域309と上層のチャネル領域409は同一の平面形状を有している。ソース/ドレイン領域も同様である。ソース/ドレイン電極127及び128は、それぞれ、層間絶縁層121に形成されたコンタクトホール内で、上層金属酸化物膜のソース/ドレイン領域411及び413に接触している。 In the configuration example of FIG. 8, the lower channel region 309 and the upper channel region 409 of the driving TFT 270 have the same planar shape. The same is true for the source/drain regions. The source/drain electrodes 127 and 128 are in contact with the source/drain regions 411 and 413 of the upper metal oxide film, respectively, in contact holes formed in the interlayer insulating layer 121.

スイッチTFT260は、積層された2層の金属半導体膜を含む。下層の金属半導体膜は、ソース/ドレイン領域(S/D領域)305、307と、面内方向においてソース/ドレイン領域305、307間のチャネル領域303を含む。下層の金属酸化物膜は、(相対的な)低移動度材料(高欠陥準位密度材料)で形成されておりであり、例えば、IGZOである。ソース/ドレイン領域305は、ゲート絶縁層355に形成されたコンタクトホール内のコンタクト部351を含み、コンタクト部351においてボトムゲート電極153と接触(直接接続)している。 The switch TFT 260 includes two stacked metal semiconductor films. The lower metal semiconductor film includes source/drain regions (S/D regions) 305, 307 and a channel region 303 between the source/drain regions 305, 307 in the in-plane direction. The lower metal oxide film is made of a (relatively) low mobility material (high defect level density material), such as IGZO. The source/drain region 305 includes a contact portion 351 in a contact hole formed in the gate insulating layer 355, and is in contact (direct connection) with the bottom gate electrode 153 at the contact portion 351.

上層の金属半導体膜は、ソース/ドレイン領域(S/D領域)405、407と、面内方向においてソース/ドレイン領域405、407間のチャネル領域403を含む。上層の金属酸化物膜は、(相対的な)高移動度材料(低欠陥準位密度材料)で形成されておりであり、例えば、IGZTOである。 The upper metal semiconductor film includes source/drain regions (S/D regions) 405, 407 and a channel region 403 between the source/drain regions 405, 407 in the in-plane direction. The upper metal oxide film is made of a (relatively) high mobility material (low defect level density material), such as IGZTO.

図8の構成例において、スイッチTFT260の下層のチャネル領域303と上層のチャネル領域403は同一の平面形状を有している。ソース/ドレイン領域も同様である。ソース/ドレイン電極129は、層間絶縁層121に形成されたコンタクトホール内で、上層金属酸化物膜のソース/ドレイン領域407に接触している。 In the configuration example of FIG. 8, the lower channel region 303 and the upper channel region 403 of the switch TFT 260 have the same planar shape. The same is true for the source/drain regions. The source/drain electrodes 129 are in contact with the source/drain regions 407 of the upper metal oxide film in contact holes formed in the interlayer insulating layer 121.

図8の構成例において、スイッチTFT260及び駆動TFT270の下層の金属酸化物膜は同一の金属酸化物層に含まれ、同時に成膜される。スイッチTFT260及び駆動TFT270の上層の金属酸化物膜は同一の金属酸化物層に含まれ、同時に成膜される。スイッチTFT260及び駆動TFT270の上層及び下層の金属酸化物膜は同時にエッチングを行い、ソース/ドレイン領域を同時に形成することができる。 In the configuration example of FIG. 8, the metal oxide films of the lower layers of the switch TFT 260 and the drive TFT 270 are included in the same metal oxide layer and are deposited simultaneously. The metal oxide films of the upper layers of the switch TFT 260 and the drive TFT 270 are included in the same metal oxide layer and are deposited simultaneously. The upper and lower metal oxide films of the switch TFT 260 and the drive TFT 270 are etched simultaneously, so that the source/drain regions can be formed simultaneously.

スイッチTFT260において、上層のチャネル領域403が、(トップ)ゲート絶縁膜115と界面を形成する。スイッチTFT260の上層のチャネル領域403は、高移動度材料で形成されており、低いS値を示す。これにより、スイッチTFT260により適した特性を得ることができる。 In the switch TFT 260, the upper channel region 403 forms an interface with the (top) gate insulating film 115. The upper channel region 403 of the switch TFT 260 is made of a high-mobility material and exhibits a low S value. This makes it possible to obtain characteristics that are more suitable for the switch TFT 260.

一方、駆動TFT270において、下層のチャネル領域309が、ボトムゲート絶縁層355と界面を形成する。駆動TFT270の下層のチャネル領域309は、低移動度材料で形成されており、高いS値を示す。これにより、駆動TFT270にとってより好ましい特性を得ることができる。 On the other hand, in the driving TFT 270, the lower channel region 309 forms an interface with the bottom gate insulating layer 355. The lower channel region 309 of the driving TFT 270 is formed of a low mobility material and exhibits a high S value. This allows more favorable characteristics for the driving TFT 270 to be obtained.

駆動TFT270の高いS値をチャネル領域の特性で実現することで、ボトムゲート絶縁層355の厚みを薄くすることができる。これにより、ボトムゲート電極153とソース/ドレイン領域313との間に形成される保持容量280の面積を小さくすることができる。なお、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTのチャネルを異なる金属酸化物で形成してもよい。 By achieving a high S value for the driving TFT 270 through the characteristics of the channel region, the thickness of the bottom gate insulating layer 355 can be reduced. This allows the area of the storage capacitor 280 formed between the bottom gate electrode 153 and the source/drain region 313 to be reduced. The channels of the switch oxide semiconductor TFT and the driving oxide semiconductor TFT may be formed from different metal oxides.

図9は、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。以下においては、図7との相違点を主に説明する。図9に示す構成例の保持容量290において、図7に示す保持容量250の酸化物半導体膜163が取り除かれている。これにより、保持容量290の容量絶縁膜を薄くなり、保持容量290の面積を小さくすることができる。また、保持容量290が酸化物半導体膜を含まないため、より安定化される。 Figure 9 shows a schematic diagram of another example of the cross-sectional structure of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. The following mainly describes the differences from Figure 7. In the storage capacitor 290 of the configuration example shown in Figure 9, the oxide semiconductor film 163 of the storage capacitor 250 shown in Figure 7 is removed. This makes it possible to make the capacitance insulating film of the storage capacitor 290 thinner and reduce the area of the storage capacitor 290. In addition, since the storage capacitor 290 does not include an oxide semiconductor film, it is more stable.

上述のように、酸化物半導体膜163は、ボトムゲート電極168のエッチングを防ぐ働きを有している。図9に示す構成例を実現するため、OLED表示装置の製造は、金属酸化物層のエッチングにおいて、例えば、エッチング液によるボトムゲート電極168のエッチング量を調整する、又は、選択性のあるエッチング液を使用する。 As described above, the oxide semiconductor film 163 has the function of preventing etching of the bottom gate electrode 168. To realize the configuration example shown in FIG. 9, in the manufacture of an OLED display device, for example, in etching the metal oxide layer, the amount of etching of the bottom gate electrode 168 by the etching solution is adjusted, or a selective etching solution is used.

図10は、スイッチ酸化物半導体TFT及び駆動酸化物半導体TFTの断面構造の他の例を模式的に示す。以下においては、図7との相違点を主に説明する。図10に示す構成例は、スイッチTFT510、駆動TFT520及び保持容量530を含む。 Figure 10 shows another example of the cross-sectional structure of a switch oxide semiconductor TFT and a drive oxide semiconductor TFT. In the following, differences from Figure 7 will be mainly described. The configuration example shown in Figure 10 includes a switch TFT 510, a drive TFT 520, and a storage capacitor 530.

図10に示す構成例は、積層された複数の絶縁層からなるボトムゲート絶縁層540を含む。図10の構成例において、ゲート絶縁層540は、下側絶縁層541及び上側絶縁層543の2層の絶縁膜で構成されている。駆動TFT520のボトムゲート電極168とチャネル領域109との間に、下側絶縁層541及び上側絶縁層543が存在する。なお、下側絶縁層541及び上側絶縁層543の間の他の絶縁膜が存在してもよい。 The configuration example shown in FIG. 10 includes a bottom gate insulating layer 540 made of multiple stacked insulating layers. In the configuration example of FIG. 10, the gate insulating layer 540 is made of two insulating layers, a lower insulating layer 541 and an upper insulating layer 543. The lower insulating layer 541 and the upper insulating layer 543 are present between the bottom gate electrode 168 and the channel region 109 of the driving TFT 520. Note that other insulating films may be present between the lower insulating layer 541 and the upper insulating layer 543.

上側絶縁層543は、例えば、シリコン酸化物で形成される。スイッチTFT510及び駆動TFT520の金属酸化物膜は、上側絶縁層543上に接触して形成される。シリコン酸化物で形成された上側絶縁層543は、金属酸化物膜(酸化物半導体)のより良好な特性を得ることができる一つである。下側絶縁層541は、上側絶縁層543よりも高い比誘電率を有する材料で形成される。下側絶縁層541は、例えば、シリコン窒化物又はアルミナで形成することができる。 The upper insulating layer 543 is formed of, for example, silicon oxide. The metal oxide films of the switch TFT 510 and the drive TFT 520 are formed on and in contact with the upper insulating layer 543. The upper insulating layer 543 formed of silicon oxide is one of the materials that can obtain better characteristics of a metal oxide film (oxide semiconductor). The lower insulating layer 541 is formed of a material having a higher dielectric constant than the upper insulating layer 543. The lower insulating layer 541 can be formed of, for example, silicon nitride or alumina.

保持容量530は、ボトムゲート電極168の一部と、駆動TFT520のソース/ドレイン領域551の一部との間に形成される。上側絶縁層543にホールが形成されており、ソース/ドレイン領域551の一部553が、当該ホール内で下側絶縁層541上に接触して形成されている。保持容量530は、ソース/ドレイン領域551の一部553(第2電極又は上部電極)、下側絶縁層541の一部、ボトムゲート電極168の一部(第1電極又は下部電極)とで構成される。保持容量530の容量絶縁膜は、高い比誘電率材料で形成された下側絶縁層541の一層であり、保持容量530の面積を小さくすることができる。 The storage capacitor 530 is formed between a part of the bottom gate electrode 168 and a part of the source/drain region 551 of the driving TFT 520. A hole is formed in the upper insulating layer 543, and a part 553 of the source/drain region 551 is formed in contact with the lower insulating layer 541 within the hole. The storage capacitor 530 is composed of a part 553 of the source/drain region 551 (second electrode or upper electrode), a part of the lower insulating layer 541, and a part of the bottom gate electrode 168 (first electrode or lower electrode). The capacitance insulating film of the storage capacitor 530 is a layer of the lower insulating layer 541 formed of a material with a high relative dielectric constant, and the area of the storage capacitor 530 can be reduced.

図6A、6B、6C、8及び10を参照して説明した構成例は、駆動TFTのソース/ドレイン領域とボトムゲート電極との間に保持容量が形成されている。図2Cの回路構成例に示すように、保持容量は、駆動TFTのゲートと、駆動TFTと直接に接続されているスイッチTFTのソース/ドレイン領域との間で形成され得る。例えば、図6A、6B、6C、8又は10に示す構成例において、ボトムゲート電極の一部は、スイッチTFTのソース/ドレイン領域の少なくとも一部と、絶縁層155、355、541を挟んで対向する。 In the configuration examples described with reference to Figures 6A, 6B, 6C, 8 and 10, a storage capacitor is formed between the source/drain region of the drive TFT and the bottom gate electrode. As shown in the circuit configuration example of Figure 2C, the storage capacitor can be formed between the gate of the drive TFT and the source/drain region of the switch TFT directly connected to the drive TFT. For example, in the configuration examples shown in Figures 6A, 6B, 6C, 8 or 10, a part of the bottom gate electrode faces at least a part of the source/drain region of the switch TFT with the insulating layer 155, 355, 541 sandwiched therebetween.

図6A~10を参照して説明した構成例において、いくつかの構成要素は、他の図面の構成例に適用することができる。例えば、図8の構成例に、図7又は9に示す保持容量構造を適用することができる。図8の構成例に、図7や9等に示すトップゲート電極とソース/ドレイン領域を同電位とするようにする要素を適用することができる。 In the configuration examples described with reference to Figures 6A to 10, some of the components can be applied to the configuration examples of other drawings. For example, the storage capacitance structure shown in Figure 7 or 9 can be applied to the configuration example of Figure 8. An element that makes the top gate electrode and the source/drain regions have the same potential as shown in Figures 7, 9, etc. can be applied to the configuration example of Figure 8.

[製造方法]
次に図7に示す構成例の製造方法を説明する。図11A~11Gは、製造方法の一例を示す。図11A~図11Gにおいて、作成されるスイッチTFT210、コンタクト部151、保持容量250、及び駆動TFT240の範囲が、理解の容易のための矢印で予め示されている。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the configuration example shown in Fig. 7 will be described. Fig. 11A to Fig. 11G show an example of the manufacturing method. In Fig. 11A to Fig. 11G, the ranges of the switch TFT 210, contact portion 151, storage capacitor 250, and drive TFT 240 to be created are indicated in advance by arrows for ease of understanding.

図11Aに示すように、製造方法は、不図示の絶縁基板上に、スパッタ法等により金属層を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、ボトムゲート電極168を形成する。金属材料は任意であり、例えば、Mo、W、Nb、Al等が使用される。 As shown in FIG. 11A, the manufacturing method involves forming a metal layer on an insulating substrate (not shown) by sputtering or the like, and then forming a bottom gate electrode 168 by photolithography and etching. Any metal material may be used, and examples of the metal that may be used include Mo, W, Nb, and Al.

次に図11Bに示すように、製造方法は、CVD法等により絶縁層(例えばシリコン酸化物層)を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、(ボトム)ゲート絶縁層155を形成する。ゲート絶縁層155には、コンタクト部151を形成するためのホール561及び保持容量250を形成するためのホール562が形成される。 11B, the manufacturing method involves forming an insulating layer (e.g., a silicon oxide layer) by CVD or the like, and forming a (bottom) gate insulating layer 155 by photolithography and etching. In the gate insulating layer 155, a hole 561 for forming the contact portion 151 and a hole 562 for forming the storage capacitor 250 are formed.

次に、図11Cに示すように、製造方法は、スパッタ法等により酸化物半導体層(金属酸化物層)を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、酸化物半導体のパターン565を形成する。酸化物半導体層の一部(酸化物半導体膜)は、ボトムゲート絶縁層155のホール561及び562内にも形成される。上述のように、ホール562内の酸化物半導体膜163は、エッチング液にさらされないようにボトムゲート電極168をカバーする。 11C, the manufacturing method involves forming an oxide semiconductor layer (metal oxide layer) by sputtering or the like, and forming an oxide semiconductor pattern 565 by photolithography and etching. A part of the oxide semiconductor layer (oxide semiconductor film) is also formed in the holes 561 and 562 of the bottom gate insulating layer 155. As described above, the oxide semiconductor film 163 in the hole 562 covers the bottom gate electrode 168 so as not to be exposed to the etching solution.

次に、図11Dに示すように、製造方法は、CVD法等により絶縁層(例えばシリコン酸化物層)を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、トップゲート絶縁膜115、117及び保持容量の絶縁膜165を形成する。さらに、スパッタ法等により金属層を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、トップゲート電極123、167を形成する。金属材料は任意であり、例えば、Mo、W、Nb、Al等が使用される。 Next, as shown in FIG. 11D, the manufacturing method involves forming an insulating layer (e.g., a silicon oxide layer) by CVD or the like, and then forming top gate insulating films 115, 117 and a storage capacitor insulating film 165 by photolithography and etching. Furthermore, a metal layer is formed by sputtering or the like, and then forming top gate electrodes 123, 167 by photolithography and etching. Any metal material may be used, and examples of the metal that may be used include Mo, W, Nb, and Al.

次に、図11Eに示すように、製造方法は、トップゲート電極123、167をマスクとして使用して、酸化物半導体層のソース/ドレイン領域を低抵抗化する。低抵抗化は、例えば、酸化物半導体層のソース/ドレイン領域をHeプラズマにさらす。低抵抗化は、B、Ar、H等のイオン注入により行ってもよい。 Next, as shown in FIG. 11E, the manufacturing method uses the top gate electrodes 123 and 167 as a mask to reduce the resistance of the source/drain regions of the oxide semiconductor layer. The reduction in resistance is achieved, for example, by exposing the source/drain regions of the oxide semiconductor layer to He plasma. The reduction in resistance may also be achieved by ion implantation of B, Ar, H, etc.

次に、図11Fに示すように、製造方法は、CVD法等により絶縁層(例えばシリコン酸化物層)を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、層間絶縁層121を形成する。 Next, as shown in FIG. 11F, the manufacturing method involves depositing an insulating layer (e.g., a silicon oxide layer) by a CVD method or the like, and forming an interlayer insulating layer 121 by photolithography and etching.

次に、図11Gに示すように、製造方法は、スパッタ法等によって、金属層を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、ソース/ドレイン電極161を含む金属層を形成する。この金属層は、画素回路のTFTのソース/ドレイン電極及びデータ線を含む。この金属層の材料及び積層構造は任意であり、例えば、Ti/Al/Ti等の導電膜を堆積し、パターニングを行うことで形成する。 Next, as shown in FIG. 11G, the manufacturing method involves forming a metal layer by a sputtering method or the like, and then forming a metal layer including source/drain electrodes 161 by photolithography and etching. This metal layer includes the source/drain electrodes and data lines of the TFTs of the pixel circuit. The material and layered structure of this metal layer are arbitrary, and it is formed, for example, by depositing a conductive film such as Ti/Al/Ti and patterning it.

製造方法は、さらに、CVD法等により絶縁層(例えばシリコン酸化物層)を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、パッシベーション層571を形成し、さらにその上に有機物で形成されたオーバーコート層573を形成する。オーバーコート層573上にアノード電極577が形成され、パッシベーション層571及びオーバーコート層573に形成されたコンタクトホールを介して、ソース/ドレイン電極161に接触している。 The manufacturing method further includes forming an insulating layer (e.g., a silicon oxide layer) by a CVD method or the like, forming a passivation layer 571 by photolithography and etching, and further forming an overcoat layer 573 made of an organic material on top of the passivation layer 571. An anode electrode 577 is formed on the overcoat layer 573, and contacts the source/drain electrodes 161 through contact holes formed in the passivation layer 571 and the overcoat layer 573.

アノード電極577は、例えば、透明導電膜、金属反射膜、及び透明導電膜の3層を含む。透明導電材料は、例えば、ITO、IZO等である。反射金属材料は、例えば、Ag、Mg、Al等である。アノード電極577は、スパッタ及びエッチングにより形成され得る。 The anode electrode 577 includes, for example, three layers: a transparent conductive film, a metal reflective film, and a transparent conductive film. The transparent conductive material is, for example, ITO, IZO, etc. The reflective metal material is, for example, Ag, Mg, Al, etc. The anode electrode 577 can be formed by sputtering and etching.

製造方法は、さらに、スピンコート法等によって感光性の有機樹脂膜を堆積し、パターニングを行って画素定義層579を形成する。画素定義層579にはホールが形成され、アノード電極577が形成されたホールの底で露出する。画素定義層579により、各副画素の発光領域が分離される。なお、TFT基板10の製造は、さらに、RGBの色毎に有機発光材料を成膜して、アノード電極577上に不図示の有機発光膜を形成し、さらに、基板全面に不図示のカソード電極を形成する。 The manufacturing method further includes depositing a photosensitive organic resin film by spin coating or the like, and patterning the film to form a pixel definition layer 579. A hole is formed in the pixel definition layer 579, and the anode electrode 577 is exposed at the bottom of the hole. The pixel definition layer 579 separates the light-emitting regions of each sub-pixel. The manufacturing of the TFT substrate 10 further includes depositing an organic light-emitting material for each of the RGB colors to form an organic light-emitting film (not shown) on the anode electrode 577, and then forming a cathode electrode (not shown) over the entire surface of the substrate.

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments. A person skilled in the art can easily modify, add, or convert each element of the above embodiments within the scope of the present disclosure. It is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.

1 OLED表示装置、10 TFT基板、11 基準電圧供給線、14 カソード電極形成領域、15 データ線、16 走査線、17 エミッション制御線、18 電源線、19 リセット制御線、20 封止基板、25 表示領域、30 接合部、31 走査ドライバ、32 エミッションドライバ、36 デマルチプレクサ、103、109、303、309、403、409 チャネル領域、105、111、113、305、311、313、405、407、411、551 ソース/ドレイン領域、115、117 トップゲート絶縁膜、121 層間絶縁層、123、125、167 トップゲート電極、127、129、131、161 ソース/ドレイン電極、151、351 コンタクト部、153、168 ボトムゲート電極、155、355、540 ボトムゲート絶縁層、163 酸化物半導体膜、165 絶縁膜、210、260、510 スイッチTFT、220、223、226、240、270、520 駆動TFT、230、250、280、290、530 保持容量、541 下側絶縁層、543 上側絶縁層、561、562 ホール、571 パッシベーション層、573 オーバーコート層、577 アノード電極、579 画素定義層、C1 保持容量、E1 OLED素子、34 ドライバIC、T1 駆動トランジスタ、T2 選択(スイッチ)トランジスタ、T3 エミッショントランジスタ、T4 リセットトランジスタ 1 OLED display device, 10 TFT substrate, 11 reference voltage supply line, 14 cathode electrode forming area, 15 data line, 16 scanning line, 17 emission control line, 18 power supply line, 19 reset control line, 20 sealing substrate, 25 display area, 30 junction, 31 scanning driver, 32 emission driver, 36 demultiplexer, 103, 109, 303, 309, 403, 409 channel area, 105, 111, 113, 305, 311, 313, 405, 407, 411, 551 source/drain area, 115, 117 top gate insulating film, 121 interlayer insulating layer, 123, 125, 167 top gate electrode, 127, 129, 131, 161 source/drain electrode, 151, 351 contact portion, 153, 168 Bottom gate electrode, 155, 355, 540 Bottom gate insulating layer, 163 Oxide semiconductor film, 165 Insulating film, 210, 260, 510 Switch TFT, 220, 223, 226, 240, 270, 520 Drive TFT, 230, 250, 280, 290, 530 Storage capacitor, 541 Lower insulating layer, 543 Upper insulating layer, 561, 562 Hole, 571 Passivation layer, 573 Overcoat layer, 577 Anode electrode, 579 Pixel definition layer, C1 Storage capacitor, E1 OLED element, 34 Driver IC, T1 Drive transistor, T2 Selection (switch) transistor, T3 Emission transistor, T4 Reset transistor

Claims (12)

トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域の一部と前記ボトムゲート電極とは積層方向において重なり前記第2ソース/ドレイン領域の前記一部は前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホール内で前記ボトムゲート電極と直接接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さい、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
a portion of the second source/drain region and the bottom gate electrode overlap in a stacking direction , and the portion of the second source/drain region is in direct contact with the bottom gate electrode within a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
Thin film devices.
請求項1に記載の薄膜デバイスであって、
前記ボトムゲート絶縁膜は、前記トップゲート絶縁膜よりも厚い、
薄膜デバイス。
2. The thin film device of claim 1 ,
The bottom gate insulating film is thicker than the top gate insulating film.
Thin film devices.
請求項1に記載の薄膜デバイスであって、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタは、トップゲート電極をさらに含み、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート電極は、前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタの前記第3及び第4ソース/ドレイン領域の一方に、同電位となるように接続されている、
薄膜デバイス。
2. The thin film device of claim 1 ,
The second oxide semiconductor thin film transistor further includes a top gate electrode;
a top gate electrode of the second oxide semiconductor thin film transistor is connected to one of the third and fourth source/drain regions of the second oxide semiconductor thin film transistor so as to have the same potential;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さく、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタは、トップゲート電極をさらに含み、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート電極は、前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタの前記第3及び第4ソース/ドレイン領域の一方に、同電位となるように接続され、
前記保持容量は、
前記第1金属酸化物膜及び前記第2金属酸化物膜と同一層に含まれ、前記ボトムゲート電極の前記一部上に接触して積層された金属酸化物膜と、
前記トップゲート絶縁膜と同一層に含まれ、前記金属酸化物膜上に接触して積層された、絶縁膜と
前記絶縁膜上に接触して積層された、前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート電極の一部と、を含む構造部を含む、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
The second oxide semiconductor thin film transistor further includes a top gate electrode;
a top gate electrode of the second oxide semiconductor thin film transistor is connected to one of the third and fourth source/drain regions of the second oxide semiconductor thin film transistor so as to have the same potential;
The retention capacity is
a metal oxide film included in the same layer as the first metal oxide film and the second metal oxide film, the metal oxide film being stacked on and in contact with the portion of the bottom gate electrode;
a structure including an insulating film included in the same layer as the top gate insulating film and laminated on and in contact with the metal oxide film; and a part of a top gate electrode of the second oxide semiconductor thin film transistor laminated on and in contact with the insulating film,
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さく、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタは、トップゲート電極をさらに含み、
前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート電極は、前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタの前記第3及び第4ソース/ドレイン領域の一方に、同電位となるように接続され、
前記保持容量は、
前記第1酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート絶縁膜と同一層に含まれ、前記ボトムゲート電極の前記一部上に接触して積層された、絶縁膜と
前記絶縁膜上に接触して積層された、前記第2酸化物半導体薄膜トランジスタのトップゲート電極の一部と、を含む構造部を含む、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
The second oxide semiconductor thin film transistor further includes a top gate electrode;
a top gate electrode of the second oxide semiconductor thin film transistor is connected to one of the third and fourth source/drain regions of the second oxide semiconductor thin film transistor so as to have the same potential;
The retention capacity is
a structural portion including an insulating film included in the same layer as the top gate insulating film of the first oxide semiconductor thin film transistor and stacked on the part of the bottom gate electrode in contact therewith; and a part of the top gate electrode of the second oxide semiconductor thin film transistor stacked on the insulating film in contact therewith;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さく、
前記ボトムゲート絶縁層は、下側絶縁層と上側絶縁層と含み、
前記ボトムゲート絶縁膜は、前記上側絶縁層の一部と前記下側絶縁層の一部とを含み、
前記下側絶縁層の比誘電率は、前記上側絶縁層の比誘電率よりも高く、
前記保持容量は、前記ボトムゲート電極の一部上に接触して積層されている前記下側絶縁層の一部と、前記下側絶縁層の前記一部上に接触して形成されている第2電極とを含む構造部を含む、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
The bottom gate insulating layer includes a lower insulating layer and an upper insulating layer;
the bottom gate insulating film includes a part of the upper insulating layer and a part of the lower insulating layer,
the lower insulating layer has a higher dielectric constant than the upper insulating layer;
the storage capacitor includes a structural portion including a part of the lower insulating layer laminated on and in contact with a part of the bottom gate electrode, and a second electrode formed on and in contact with the part of the lower insulating layer,
Thin film devices.
請求項1に記載の薄膜デバイスであって、
前記保持容量は、前記ボトムゲート絶縁層に含まれる絶縁膜を含む、
薄膜デバイス。
2. The thin film device of claim 1 ,
the storage capacitor includes an insulating film included in the bottom gate insulating layer;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さく、
前記保持容量は、前記ボトムゲート絶縁層に含まれる絶縁膜を含み、
前記保持容量の第2電極は、前記第3ソース/ドレイン領域の少なくとも一部を含む、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
the storage capacitor includes an insulating film included in the bottom gate insulating layer,
a second electrode of the storage capacitor including at least a portion of the third source/drain region;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記ボトムゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量は、前記トップゲート絶縁膜の単位面積当たりの容量よりも小さく、
前記保持容量は、前記ボトムゲート絶縁層に含まれる絶縁膜を含み、
前記保持容量の第2電極は、前記第1酸化物半導体薄膜トランジスタに直列に接続された第3酸化物半導体薄膜トランジスタのソース/ドレイン領域の少なくとも一部を含む、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
a capacitance per unit area of the bottom gate insulating film is smaller than a capacitance per unit area of the top gate insulating film;
the storage capacitor includes an insulating film included in the bottom gate insulating layer,
a second electrode of the storage capacitor including at least a part of a source/drain region of a third oxide semiconductor thin film transistor connected in series to the first oxide semiconductor thin film transistor;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域と前記ボトムゲート電極とが、前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホールを介して接触しており、
前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、それぞれ、移動度が小さい下層と移動度が大きい上層とで構成されている、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
the second source/drain region and the bottom gate electrode are in contact with each other through a contact hole in the bottom gate insulating layer;
The first channel region and the second channel region each include a lower layer having a low mobility and an upper layer having a high mobility.
Thin film devices.
請求項10に記載の薄膜デバイスであって、
前記下層の酸化物半導体に含まれるインジウム元素の密度は、前記上層の酸化物半導体に含まれるインジウム元素の密度よりも低い、
薄膜デバイス。
11. The thin film device of claim 10,
a density of indium elements contained in the lower oxide semiconductor layer is lower than a density of indium elements contained in the upper oxide semiconductor layer;
Thin film devices.
トップゲート電極と、第1金属酸化物膜と、前記トップゲート電極と前記第1金属酸化物膜との間のトップゲート絶縁膜と、を含む、第1酸化物半導体薄膜トランジスタと、
ボトムゲート電極と、第2金属酸化物膜と、前記第2金属酸化物膜と前記ボトムゲート電極との間のボトムゲート絶縁膜を含む、第2酸化物半導体薄膜トランジスタと、
前記ボトムゲート絶縁膜を含むボトムゲート絶縁層と、
前記ボトムゲート電極に与える信号電圧を保持する保持容量と、
を含み、
前記第1金属酸化物膜は、第1ソース/ドレイン領域と、第2ソース/ドレイン領域と、前記第1ソース/ドレイン領域と前記第2ソース/ドレイン領域との間の第1チャネル領域と、を含み、
前記第2金属酸化物膜は、第3ソース/ドレイン領域と、第4ソース/ドレイン領域と、前記第3ソース/ドレイン領域と前記第4ソース/ドレイン領域との間の第2チャネル領域と、を含み、
前記保持容量の第1電極は、前記ボトムゲート電極の一部を含み、
前記第2ソース/ドレイン領域の一部と前記ボトムゲート電極とは積層方向において重なり前記第2ソース/ドレイン領域の前記一部は前記ボトムゲート絶縁層内のコンタクトホール内で前記ボトムゲート電極と直接接触しており、
前記第1チャネル領域及び前記第2チャネル領域は、それぞれ、構成元素又は構成元素組成比が互いに異なる下層と上層とで構成されている、
薄膜デバイス。
a first oxide semiconductor thin film transistor including a top gate electrode, a first metal oxide film, and a top gate insulating film between the top gate electrode and the first metal oxide film;
a second oxide semiconductor thin film transistor including a bottom gate electrode, a second metal oxide film, and a bottom gate insulating film between the second metal oxide film and the bottom gate electrode;
a bottom gate insulating layer including the bottom gate insulating film;
a storage capacitor for storing a signal voltage to be applied to the bottom gate electrode;
Including,
the first metal oxide film includes a first source/drain region, a second source/drain region, and a first channel region between the first source/drain region and the second source/drain region;
the second metal oxide film includes a third source/drain region, a fourth source/drain region, and a second channel region between the third source/drain region and the fourth source/drain region;
a first electrode of the storage capacitor includes a part of the bottom gate electrode;
a portion of the second source/drain region and the bottom gate electrode overlap in a stacking direction , and the portion of the second source/drain region is in direct contact with the bottom gate electrode within a contact hole in the bottom gate insulating layer;
The first channel region and the second channel region are each composed of a lower layer and an upper layer having different constituent elements or different composition ratios of constituent elements.
Thin film devices.
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