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JP2010199459A - Method of manufacturing transistor element - Google Patents

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JP2010199459A
JP2010199459A JP2009045019A JP2009045019A JP2010199459A JP 2010199459 A JP2010199459 A JP 2010199459A JP 2009045019 A JP2009045019 A JP 2009045019A JP 2009045019 A JP2009045019 A JP 2009045019A JP 2010199459 A JP2010199459 A JP 2010199459A
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JP
Japan
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layer
source
electrode layer
light
gate electrode
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Pending
Application number
JP2009045019A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Ichimura
公二 市村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

【課題】 ゲート電極に対して、ソース・ドレイン電極を正確に位置合わせし、寄生容量の発生を抑制する。
【解決手段】 透明ガラス基板310上に金属からなるゲート電極320を形成し、その上に、透明なゲート絶縁層330を形成し、更に、ソース・ドレイン電極350・360の元になるITOからなる導電層を形成し、その上面をネガ型レジスト層で覆う。ソース・ドレイン形成領域を含む所定領域が透光性を有するマスクを、基板の下面側に配置する。下方から光を照射し、マスクの遮光領域によって生じる影とゲート電極320によって生じる影とが、レジスト層の非露光領域となるような背面露光を行い、パターニングしてソース電極350およびドレイン電極360を形成する。その上に、InGaZnOからなる酸化物半導体のチャネル層340を直接形成して、高濃度不純物拡散層を省略しつつ、良好なオーミック接触を得る。
【選択図】図5
PROBLEM TO BE SOLVED To suppress the generation of parasitic capacitance by accurately aligning a source / drain electrode with respect to a gate electrode.
SOLUTION: A gate electrode 320 made of metal is formed on a transparent glass substrate 310, a transparent gate insulating layer 330 is formed thereon, and further made of ITO which is a source of source / drain electrodes 350 and 360. A conductive layer is formed, and its upper surface is covered with a negative resist layer. A mask having a light-transmitting property in a predetermined region including the source / drain formation region is disposed on the lower surface side of the substrate. Light is irradiated from below, and back exposure is performed so that the shadow generated by the light shielding region of the mask and the shadow generated by the gate electrode 320 become a non-exposed region of the resist layer, and patterned to form the source electrode 350 and the drain electrode 360. Form. An oxide semiconductor channel layer 340 made of InGaZnO 4 is directly formed thereon, and a good ohmic contact is obtained while omitting the high-concentration impurity diffusion layer.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、トランジスタ素子の製造方法に関し、特に、「逆スタガード(inverted staggered)型」の薄膜トランジスタ素子の製造技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a transistor element, and more particularly to a technique for manufacturing an “inverted staggered” type thin film transistor element.

薄膜トランジスタは、半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流を、ゲート電極への印加電圧により制御する電界効果型トランジスタの一種であり、液晶ディスプレイの駆動素子などに広く利用されている。また、今後は、電子ペーパーやRFIDタグなどへの利用も期待されている。   A thin film transistor is a kind of field effect transistor that controls a current flowing between a source and a drain through a semiconductor channel layer by a voltage applied to a gate electrode, and is widely used as a driving element of a liquid crystal display. In the future, it is expected to be used for electronic paper and RFID tags.

薄膜トランジスタの構造には、様々なタイプのものが知られており、たとえば、下記の特許文献1には、基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する、いわゆる「順スタガード(staggered)型」の薄膜トランジスタの製造方法が開示されており、特許文献2には、基板上にゲート電極を形成する、いわゆる「逆スタガード(inverted staggered)型」の薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。また、薄膜トランジスタを構成する半導体チャネル層(半導体活性層)としては、古くから、アモルファスシリコンやポリシリコンなどのシリコン系の半導体が利用されてきていたが、最近では、有機半導体や酸化物半導体を利用した例も提案されている。たとえば、下記の特許文献3には、ZnOを含む酸化物半導体を半導体チャネル層として用いた電界効果型トランジスタが開示されている。   Various types of thin film transistors are known. For example, in Patent Document 1 below, a so-called “staggered type” thin film transistor in which a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate. A manufacturing method of a so-called “inverted staggered type” thin film transistor in which a gate electrode is formed on a substrate is disclosed in Patent Document 2. In addition, as a semiconductor channel layer (semiconductor active layer) constituting a thin film transistor, silicon-based semiconductors such as amorphous silicon and polysilicon have been used for a long time, but recently, organic semiconductors and oxide semiconductors have been used. An example has also been proposed. For example, Patent Document 3 below discloses a field effect transistor using an oxide semiconductor containing ZnO as a semiconductor channel layer.

特開平10−189977号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-189977 特開平9−90426号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-90426 特開2004−103957号公報JP 2004-103957 A

上述したとおり、薄膜トランジスタでは、ソース・ドレイン電極間の電流が、ゲート電極の印加電圧によって制御される。ここで「逆スタガード(inverted staggered)型」の薄膜トランジスタの場合、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極の上方に配置されることになるが、このとき、ソース電極・ゲート電極の一部もしくはドレイン電極・ゲート電極の一部が、上下方向に重なっていると、上下に配置された電極間に寄生容量が生じることになる。このような寄生容量は、トランジスタの動作を不安定にする要因になり、また、動作速度を遅延させる要因にもなるため好ましくない。   As described above, in the thin film transistor, the current between the source and drain electrodes is controlled by the voltage applied to the gate electrode. Here, in the case of an “inverted staggered” type thin film transistor, the source electrode and the drain electrode are arranged above the gate electrode. At this time, a part of the source electrode / gate electrode or the drain electrode If a part of the gate electrode overlaps in the vertical direction, a parasitic capacitance is generated between the electrodes arranged above and below. Such parasitic capacitance is not preferable because it causes the operation of the transistor to become unstable and also causes the operation speed to be delayed.

このような寄生容量を解消するためには、ソース電極・ゲート電極間の上下方向の重なりや、ドレイン電極・ゲート電極間の上下方向の重なりをなくす構造を採る必要がある。しかしながら、従来の一般的な製造方法では、ゲート電極に対するソース・ドレイン電極の位置合わせを正確に行うことは困難である。従来の製造プロセスでは、ゲート電極を形成するためのフォトマスクと、ソース・ドレイン電極を形成するためのフォトマスクとが別個に用意され、それぞれ別工程でパターニングが行われる。もちろん、フォトマスクの位置合わせを正確に行うことができれば、ソース・ドレイン電極の形成位置とゲート電極の形成位置との間に十分な整合性を確保することが可能であるが、実際には、フォトマスクの位置合わせには誤差の発生が避けられない。このため、従来の製造方法には、上述した寄生容量の発生が避けられないという問題があった。   In order to eliminate such parasitic capacitance, it is necessary to adopt a structure that eliminates the vertical overlap between the source electrode and the gate electrode and the vertical overlap between the drain electrode and the gate electrode. However, it is difficult for the conventional general manufacturing method to accurately align the source / drain electrodes with respect to the gate electrode. In a conventional manufacturing process, a photomask for forming a gate electrode and a photomask for forming a source / drain electrode are separately prepared, and patterning is performed in separate steps. Of course, if the alignment of the photomask can be performed accurately, it is possible to ensure sufficient alignment between the formation position of the source / drain electrodes and the formation position of the gate electrode. An error is inevitable in aligning the photomask. For this reason, the conventional manufacturing method has a problem that the generation of the parasitic capacitance described above cannot be avoided.

そこで、本発明は、ゲート電極に対して、ソース・ドレイン電極を正確に位置合わせすることができ、寄生容量の発生を抑制することが可能なトランジスタ素子の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a transistor element that can accurately align a source / drain electrode with respect to a gate electrode and can suppress generation of parasitic capacitance. .

(1) 本発明の第1の態様は、半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法において、
少なくとも上面が絶縁性を有し、上記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
この基板上に、上記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
このゲート電極層を含めた基板上に、上記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に上記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
この導電層の上面に、上記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、上方から観察したときにゲート電極層に部分的に重複する透光領域を有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを、基板の下方に配置し、基板下方側から上記感光波長域の光を照射し、フォトマスクの遮光領域によって生じる影とゲート電極層によって生じる影とが、ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、導電層の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、導電層の残存部分によって、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第4の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層の一部分およびドレイン電極層の一部分に跨るように空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第5の段階と、
を行うようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, a transistor element that controls a current flowing between a source and a drain through a semiconductor channel layer by a voltage applied to a gate electrode is sensitive to light in a predetermined photosensitive wavelength region. In a method of manufacturing by a process including a patterning process for forming a source / drain electrode using a resist having a property,
A first stage in which at least an upper surface has an insulating property and a substrate made of a material transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range is prepared;
A second step of forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and a conductive material made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the upper surface. A third stage of forming a layer;
A negative resist layer having photosensitivity to light in the photosensitive wavelength region is formed on the upper surface of the conductive layer, and a source / transparent region partially overlapping the gate electrode layer when observed from above A photomask for forming the drain electrode is disposed below the substrate, and the light of the above-mentioned photosensitive wavelength region is irradiated from the lower side of the substrate, and the shadow generated by the light shielding region of the photomask and the shadow generated by the gate electrode layer are negative. Back exposure is performed so as to be a non-exposed region on the resist layer, patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer, and the conductive layer is disposed between each other via a gap portion by the remaining portion. Forming a source electrode layer and a drain electrode layer,
A fifth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
Is to do.

(2) 本発明の第2の態様は、半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法において、
少なくとも上面が絶縁性を有し、上記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
この基板上に、上記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
このゲート電極層を含めた基板上に、上記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に上記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
この導電層に対して、ソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを用いたパターニングを行い、上方から観察したときにゲート電極層を跨ぐように配置され、ゲート電極層に対して部分的に重複した領域をなすソース・ドレイン電極準備層を形成する第4の段階と、
このソース・ドレイン電極準備層の上面に、上記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、基板下方側から上記感光波長域の光を照射し、ゲート電極層によって生じる影が、ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、ソース・ドレイン電極準備層の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、ソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第5の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層の一部分およびドレイン電極層の一部分に跨るように空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第6の段階と、
を行うようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, a transistor element that controls a current flowing between a source and a drain through a semiconductor channel layer by a voltage applied to a gate electrode is sensitive to light in a predetermined photosensitive wavelength range. In a method of manufacturing by a process including a patterning process for forming a source / drain electrode using a resist having a property,
A first stage in which at least an upper surface has an insulating property and a substrate made of a material transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range is prepared;
A second step of forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and a conductive material made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the upper surface. A third stage of forming a layer;
This conductive layer is patterned using a photomask for forming source / drain electrodes, and is arranged so as to straddle the gate electrode layer when observed from above, and partially overlaps the gate electrode layer A fourth step of forming a source / drain electrode preparation layer forming a region;
A negative resist layer having photosensitivity to light in the photosensitive wavelength region is formed on the upper surface of the source / drain electrode preparation layer, and light in the photosensitive wavelength region is irradiated from the lower side of the substrate. Back exposure is performed so that the generated shadow becomes a non-exposed region on the negative resist layer, patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the source / drain electrode preparation layer, and the source / drain electrode preparation layer is formed. A fifth step of forming a source electrode layer and a drain electrode layer disposed with a gap between them by the remaining portion;
A sixth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
Is to do.

(3) 本発明の第3の態様は、半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法において、
少なくとも上面が絶縁性を有し、上記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
この基板上に、上記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
このゲート電極層を含めた基板上に、上記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に上記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
この導電層の上面に、上記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、基板下方側から上記感光波長域の光を照射し、ゲート電極層によって生じる影が、ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、導電層の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、導電層の残存部分により、ソース・ドレイン電極準備層を形成する第4の段階と、
上方から観察したときにゲート電極層を跨ぐような閉領域のパターンを有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを用いて、ソース・ドレイン電極準備層に対して、上記閉領域に対応する部分を残すパターニングを行い、ソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第5の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層の一部分およびドレイン電極層の一部分に跨るように空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第6の段階と、
を行うようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, a transistor element that controls a current flowing between a source and a drain through a semiconductor channel layer by a voltage applied to a gate electrode is sensitive to light in a predetermined photosensitive wavelength region. In a method of manufacturing by a process including a patterning process for forming a source / drain electrode using a resist having a property,
A first stage in which at least an upper surface has an insulating property and a substrate made of a material transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range is prepared;
A second step of forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and a conductive material made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the upper surface. A third stage of forming a layer;
On the upper surface of this conductive layer, a negative resist layer having photosensitivity to light in the photosensitive wavelength range is formed, and the shadow generated by the gate electrode layer is irradiated with light in the photosensitive wavelength range from the lower side of the substrate. Back exposure is performed to form a non-exposed region on the negative resist layer, patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer, and a source / drain electrode preparation layer is formed by the remaining portion of the conductive layer And a fourth stage
Using a photomask for forming a source / drain electrode having a pattern of a closed region that straddles the gate electrode layer when observed from above, a portion corresponding to the closed region is formed on the source / drain electrode preparation layer. A fifth step of performing patterning to be left, and forming a source electrode layer and a drain electrode layer disposed with a gap between them by a remaining portion of the source / drain electrode preparation layer;
A sixth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
Is to do.

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第1〜第3の態様に係るトランジスタ素子の製造方法において、
第1の段階で、ガラスもしくは合成樹脂からなる基板を用意し、
第2の段階で、ゲート電極層を形成する材料として金属を用いるようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a transistor element according to the first to third aspects described above,
In the first stage, a substrate made of glass or synthetic resin is prepared,
In the second stage, a metal is used as a material for forming the gate electrode layer.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第1〜第4の態様に係るトランジスタ素子の製造方法において、
第3の段階で、ゲート絶縁層を形成する材料として、酸化シリコンもしくは窒化シリコンを用いるようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a transistor element according to the first to fourth aspects described above,
In the third stage, silicon oxide or silicon nitride is used as a material for forming the gate insulating layer.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第1〜第5の態様に係るトランジスタ素子の製造方法において、
第3の段階で、導電層を形成する材料として、ITOもしくはIZOを用いるようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a transistor element according to the first to fifth aspects described above,
In the third stage, ITO or IZO is used as a material for forming the conductive layer.

本発明に係るトランジスタ素子の製造方法では、半導体チャネル層を、インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなる半導体によって構成したため、ソース電極およびドレイン電極と半導体チャネル層との間に、高濃度の不純物拡散層を設ける必要がなくなる。また、ゲート電極層として不透明な導電材料を用い、その他の各層として透明な材料を用いるようにし、ソース電極層およびドレイン電極層を形成するパターニング処理を行う際に、ゲート電極層をフォトマスクの一部とした背面露光を行うようにしたため、ゲート電極層に対して自己整合性をもったソース電極層およびドレイン電極層を形成することが可能になる。その結果、ゲート電極に対して、ソース・ドレイン電極を正確に位置合わせすることができ、寄生容量の発生を抑制することが可能になる。   In the method for manufacturing a transistor element according to the present invention, since the semiconductor channel layer is made of a semiconductor made of a composite oxide of indium, gallium, and zinc, high-concentration impurities are formed between the source and drain electrodes and the semiconductor channel layer. There is no need to provide a diffusion layer. In addition, an opaque conductive material is used for the gate electrode layer and a transparent material is used for each of the other layers. When performing the patterning process for forming the source electrode layer and the drain electrode layer, the gate electrode layer is a part of the photomask. Since the back exposure is performed as a part, it is possible to form a source electrode layer and a drain electrode layer having self-alignment with the gate electrode layer. As a result, the source / drain electrodes can be accurately aligned with respect to the gate electrode, and the generation of parasitic capacitance can be suppressed.

「逆スタガード(inverted staggered)・トップコンタクト型」の薄膜トランジスタ素子の基本構造を示す側断面図である。It is a sectional side view showing the basic structure of a thin film transistor element of “inverted staggered top contact type”. 「逆スタガード(inverted staggered)・ボトムコンタクト型」の薄膜トランジスタ素子の基本構造を示す側断面図である。It is a sectional side view showing the basic structure of a thin film transistor element of “inverted staggered / bottom contact type”. 図2に示す薄膜トランジスタ素子において、寄生容量が生じる原因を示す側断面図である。FIG. 3 is a side sectional view showing a cause of parasitic capacitance in the thin film transistor element shown in FIG. 2. 図3に示す薄膜トランジスタ素子の上面図である。FIG. 4 is a top view of the thin film transistor element shown in FIG. 3. 本発明に係る製造方法で作成される「逆スタガード・ボトムコンタクト型」の薄膜トランジスタ素子の基本構造を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the basic structure of the "inverted staggered bottom contact type" thin-film transistor element produced with the manufacturing method which concerns on this invention. 図5に示す薄膜トランジスタ素子の上面図である。FIG. 6 is a top view of the thin film transistor element shown in FIG. 5. 本発明に係る製造方法の第1の段階〜第3の段階のプロセスを示す側断面図である。It is a sectional side view showing the process of the 1st stage-the 3rd stage of the manufacturing method concerning the present invention. 本発明に係る製造方法に用いられる第1のフォトマスクM1の平面図である。It is a top view of the 1st photomask M1 used for the manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係る製造方法の第4の段階の前段プロセスを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the front | former stage process of the 4th step of the manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係る製造方法に用いられる第2のフォトマスクM2の平面図である。It is a top view of the 2nd photomask M2 used for the manufacturing method concerning the present invention. 本発明に係る製造方法の第4の段階の中段プロセスを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the middle stage process of the 4th step of the manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係る製造方法において、フォトマスクM1として機能するゲート電極層の平面図である。In the manufacturing method which concerns on this invention, it is a top view of the gate electrode layer which functions as a photomask M1 * . 図12に示すフォトマスクM1と図10に示すフォトマスクM2とを合成することにより得られるフォトマスクの平面図である。FIG. 13 is a plan view of a photomask obtained by synthesizing the photomask M1 * shown in FIG. 12 and the photomask M2 shown in FIG. 本発明に係る製造方法の第4の段階の後段プロセスを示す側断面図である。It is a sectional side view showing the latter process of the 4th step of the manufacturing method concerning the present invention. 本発明に係る製造方法の第5の段階のプロセスを示す側断面図である。It is a sectional side view showing the process of the 5th step of the manufacturing method concerning the present invention. 本発明に係る製造方法に用いられる第3のフォトマスクM3の平面図である。It is a top view of the 3rd photomask M3 used for the manufacturing method concerning the present invention. 本発明に係る製造方法の別な実施形態に用いられる第2のフォトマスクM2の平面図である。A second photomask M2 * plan view of a used in another embodiment of the manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る製造方法の別な実施形態において、ソース電極層およびドレイン電極層を形成する第1のプロセスを示す側断面図である。In another embodiment of the manufacturing method concerning this invention, it is a sectional side view which shows the 1st process which forms a source electrode layer and a drain electrode layer. 本発明に係る製造方法の別な実施形態において、ソース電極層およびドレイン電極層を形成する第2のプロセスを示す側断面図である。In another embodiment of the manufacturing method concerning this invention, it is a sectional side view which shows the 2nd process of forming a source electrode layer and a drain electrode layer.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.一般的な薄膜トランジスタの構造 >>>
既に述べたとおり、薄膜トランジスタは、半導体チャネル層(半導体活性層)を介してソース・ドレイン間を流れる電流を、ゲート電極への印加電圧により制御する電界効果型トランジスタである。
<<< §1. General thin film transistor structure >>
As described above, the thin film transistor is a field effect transistor that controls the current flowing between the source and the drain through the semiconductor channel layer (semiconductor active layer) by the voltage applied to the gate electrode.

図1は、「逆スタガード(inverted staggered)型」と呼ばれる薄膜トランジスタ素子100の基本構造を示す側断面図である。一般に、「順スタガード(staggered)型」の薄膜トランジスタ素子の場合は、基板上にソース電極層およびドレイン電極層を形成し、その上方に、半導体チャネル層、ゲート絶縁層、ゲート電極層を順次積層する構造を採るのに対して、「逆スタガード(inverted staggered)型」の薄膜トランジスタ素子の場合は、基板上にゲート電極層を形成し、その上方に、ゲート絶縁層、ソース電極層およびドレイン電極層、半導体チャネル層を順次積層する構造を採る。   FIG. 1 is a side sectional view showing a basic structure of a thin film transistor element 100 called an “inverted staggered type”. In general, in the case of a “staggered type” thin film transistor element, a source electrode layer and a drain electrode layer are formed on a substrate, and a semiconductor channel layer, a gate insulating layer, and a gate electrode layer are sequentially stacked thereon. In the case of an “inverted staggered” type thin film transistor element, a gate electrode layer is formed on a substrate, and a gate insulating layer, a source electrode layer, a drain electrode layer, A structure in which semiconductor channel layers are sequentially stacked is adopted.

図1に示す例は、現在、最も普及している「逆スタガード型」の薄膜トランジスタ素子の一例である。図示のとおり、ガラスや合成樹脂などの絶縁性材料からなる基板110上に、ゲート電極層120が形成され、その上にゲート絶縁層130が形成されている。このゲート絶縁層130の上には、活性層として機能する半導体チャネル層140が形成され、更に、ソース電極層150およびドレイン電極層160が形成される。なお、半導体チャネル層140とソース電極層150およびドレイン電極層160との界面には、高濃度不純物拡散層141,142が設けられているが、これは、ソース・ドレイン電極と半導体活性層との間に良好なオーミック接触を確保するためである。   The example shown in FIG. 1 is an example of an “inverted staggered” thin film transistor element that is most popular at present. As illustrated, a gate electrode layer 120 is formed on a substrate 110 made of an insulating material such as glass or synthetic resin, and a gate insulating layer 130 is formed thereon. A semiconductor channel layer 140 that functions as an active layer is formed on the gate insulating layer 130, and a source electrode layer 150 and a drain electrode layer 160 are further formed. Note that high-concentration impurity diffusion layers 141 and 142 are provided at the interface between the semiconductor channel layer 140, the source electrode layer 150, and the drain electrode layer 160. This is because the source / drain electrodes and the semiconductor active layer are separated from each other. This is to ensure good ohmic contact therebetween.

このような構造を有する薄膜トランジスタ素子100では、ソース電極層150とドレイン電極層160との間に電圧を加えると、半導体チャネル層140を通して電流を流すことができ、その電流量をゲート電極層120に印加する電圧で制御することができる。   In the thin film transistor element 100 having such a structure, when a voltage is applied between the source electrode layer 150 and the drain electrode layer 160, a current can flow through the semiconductor channel layer 140, and the amount of current flows to the gate electrode layer 120. It can be controlled by the applied voltage.

一方、図2は、別な構造を採用する「逆スタガード型」の薄膜トランジスタ素子200の例である。この薄膜トランジスタ素子200の場合も、ガラスや合成樹脂などの絶縁性材料からなる基板210上に、ゲート電極層220が形成され、その上にゲート絶縁層230が形成されている点は、図1に示す薄膜トランジスタ素子100と全く同様である。ただ、ゲート絶縁層230の上には、まず、ソース電極層250およびドレイン電極層260が形成され、その上方に、活性層として機能する半導体チャネル層240が形成されている。やはり、この半導体チャネル層240とソース電極層250およびドレイン電極層260との界面に、高濃度不純物拡散層241,242を設け、ソース・ドレイン電極と半導体活性層との間に良好なオーミック接触を確保する構造を採っている。   On the other hand, FIG. 2 shows an example of an “inverted staggered” thin film transistor element 200 adopting another structure. In the case of this thin film transistor element 200 as well, the gate electrode layer 220 is formed on the substrate 210 made of an insulating material such as glass or synthetic resin, and the gate insulating layer 230 is formed thereon as shown in FIG. This is exactly the same as the thin film transistor element 100 shown. However, a source electrode layer 250 and a drain electrode layer 260 are first formed on the gate insulating layer 230, and a semiconductor channel layer 240 functioning as an active layer is formed thereon. Again, high-concentration impurity diffusion layers 241 and 242 are provided at the interfaces between the semiconductor channel layer 240, the source electrode layer 250, and the drain electrode layer 260, and good ohmic contact is provided between the source / drain electrodes and the semiconductor active layer. The structure to secure is adopted.

図1に示す薄膜トランジスタ素子100は、ソース・ドレイン電極層150,160と半導体チャネル層140とのオーミック接触部(高濃度不純物拡散層141,142の形成部)が、半導体チャネル層140の上面に形成されているため、一般に「トップコンタクト型」と呼ばれている。これに対して、図2に示す薄膜トランジスタ素子200は、ソース・ドレイン電極層250,260と半導体チャネル層240とのオーミック接触部(高濃度不純物拡散層241,242の形成部)が、半導体チャネル層240の下面に形成されているため、一般に「ボトムコンタクト型」と呼ばれている。   In the thin film transistor element 100 shown in FIG. 1, ohmic contact portions (formation portions of the high concentration impurity diffusion layers 141 and 142) between the source / drain electrode layers 150 and 160 and the semiconductor channel layer 140 are formed on the upper surface of the semiconductor channel layer 140. Therefore, it is generally called “top contact type”. On the other hand, the thin film transistor element 200 shown in FIG. 2 has an ohmic contact portion (a portion where the high-concentration impurity diffusion layers 241 and 242 are formed) between the source / drain electrode layers 250 and 260 and the semiconductor channel layer 240. Since it is formed on the lower surface of 240, it is generally called “bottom contact type”.

図2に示す「ボトムコンタクト型」では、高濃度不純物拡散層241,242を、半導体チャネル層240の下面に形成する工程が必要になる。このため、製造プロセスは、図1に示す「トップコンタクト型」より複雑にならざるを得ない。したがって、現在のところ、商用量産品としては、図1に示す「トップコンタクト型」が主流である。   In the “bottom contact type” shown in FIG. 2, a step of forming the high concentration impurity diffusion layers 241 and 242 on the lower surface of the semiconductor channel layer 240 is required. For this reason, the manufacturing process must be more complicated than the “top contact type” shown in FIG. Therefore, at present, the “top contact type” shown in FIG. 1 is the mainstream as commercial mass-produced products.

ゲート電極層120,220、ソース電極層150,250、ドレイン電極層160,260は、良好な導電率を有する導体材料であれば、どのような材料で構成してもかまわない。通常は、アルミニウム,モリブデン,タングステン,チタンなどの金属を各電極層として利用することが多いが、ITOなどの酸化物導電材料を電極層として用いる場合もある。一方、ゲート絶縁層130,230は、絶縁材料であれば、どのような材料で構成してもかまわないが、酸化シリコンや窒化シリコンなどのシリコン化合物が用いられることが多い。   The gate electrode layers 120 and 220, the source electrode layers 150 and 250, and the drain electrode layers 160 and 260 may be made of any material as long as it is a conductive material having good conductivity. Usually, a metal such as aluminum, molybdenum, tungsten, or titanium is often used as each electrode layer, but an oxide conductive material such as ITO may be used as the electrode layer. On the other hand, the gate insulating layers 130 and 230 may be made of any material as long as it is an insulating material, but a silicon compound such as silicon oxide or silicon nitride is often used.

また、半導体チャネル層140,240としては、通常、アモルファスシリコンやポリシリコンなどのシリコン系の半導体が利用されており、高濃度不純物拡散層141,142,241,242としては、これらシリコン系半導体にn型不純物を注入したn拡散層などが利用されている。金属やITOなどからなるソース電極層150,250やドレイン電極層160,260と、シリコン系半導体からなる半導体チャネル層140,240との間に良好なオーミック接触を確保する上では、実用上、n拡散層などからなる高濃度不純物拡散層141,142,241,242が不可欠である。 Further, silicon semiconductors such as amorphous silicon and polysilicon are usually used as the semiconductor channel layers 140 and 240, and the high-concentration impurity diffusion layers 141, 142, 241, and 242 are made of these silicon semiconductors. An n + diffusion layer in which an n-type impurity is implanted is used. In order to ensure good ohmic contact between the source electrode layers 150, 250 and the drain electrode layers 160, 260 made of metal, ITO, etc. and the semiconductor channel layers 140, 240 made of silicon-based semiconductor, practically n High-concentration impurity diffusion layers 141, 142, 241, and 242 made of a + diffusion layer are indispensable.

<<< §2.寄生容量の発生要因 >>>
前述したとおり、薄膜トランジスタでは、ソース電極・ゲート電極の一部もしくはドレイン電極・ゲート電極の一部が、上下方向に重なっていると、上下に配置された電極間に寄生容量が生じることになる。このような寄生容量は、トランジスタの動作を不安定にする要因になり、また、動作速度を遅延させる要因にもなるため好ましくない。
<<< §2. Cause of parasitic capacitance >>>
As described above, in the thin film transistor, when a part of the source electrode / gate electrode or a part of the drain electrode / gate electrode overlaps in the vertical direction, a parasitic capacitance is generated between the vertically arranged electrodes. Such parasitic capacitance is not preferable because it causes the operation of the transistor to become unstable and also causes the operation speed to be delayed.

図3は、図2に示す「逆スタガード・ボトムコンタクト型」の薄膜トランジスタ素子200において、寄生容量が生じる原因を示す側断面図であり、図4は、その上面図である。図3の側断面図は、図4に示す薄膜トランジスタ素子200を切断線3−3の位置で切った断面を示すものである。   FIG. 3 is a side sectional view showing the cause of parasitic capacitance in the “reverse staggered / bottom contact type” thin film transistor element 200 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a top view thereof. The side sectional view of FIG. 3 shows a section obtained by cutting the thin film transistor element 200 shown in FIG. 4 at the position of the cutting line 3-3.

図3に示すとおり、ゲート電極層220の上方には、ゲート絶縁層230が形成され、その上面にソース電極層250およびドレイン電極層260が形成されている。更にその上方には、高濃度不純物拡散層241,242を介して、シリコン系の半導体チャネル層240が配置されている。前述したとおり、高濃度不純物拡散層241,242は、半導体チャネル層240に対して良好なオーミック接触を確保する役割を果たす。   As shown in FIG. 3, a gate insulating layer 230 is formed above the gate electrode layer 220, and a source electrode layer 250 and a drain electrode layer 260 are formed on the upper surface thereof. Further thereon, a silicon-based semiconductor channel layer 240 is arranged via high-concentration impurity diffusion layers 241 and 242. As described above, the high concentration impurity diffusion layers 241 and 242 serve to ensure good ohmic contact with the semiconductor channel layer 240.

なお、ここに示す例の場合、図4の上面図に示すとおり、ゲート電極層220は基板210の図の上下端まで伸びているが、これは図の上下に隣接する別なトランジスタ素子(図示されていない)のゲート電極層に連なる構造を採るためである。また、ソース電極層250は基板210の左端まで伸びており、ドレイン電極層260は基板210の右端まで伸びているが、これは図示されていない配線層に連なる構造を採るためである。ここでは、説明の便宜上、単一の薄膜トランジスタ素子の構造のみを示すが、実用上は、1枚の基板上に縦横マトリックス状に多数の薄膜トランジスタ素子が配置されることになり、必要に応じて、個々のトランジスタ素子の特定の電極層が相互に接続されることになる。もちろん、実際には、図示の構成要素の他に、個々の電極層に対する配線や、個々の電極層を覆う保護膜などが形成されることになるが、ここでは説明を省略する。   In the case of the example shown here, the gate electrode layer 220 extends to the upper and lower ends of the substrate 210 as shown in the top view of FIG. This is because the structure is continuous with the gate electrode layer (not shown). Further, the source electrode layer 250 extends to the left end of the substrate 210, and the drain electrode layer 260 extends to the right end of the substrate 210. This is because a structure connected to a wiring layer (not shown) is employed. Here, for convenience of explanation, only the structure of a single thin film transistor element is shown, but in practice, a large number of thin film transistor elements are arranged in a matrix form on a single substrate, and if necessary, Specific electrode layers of the individual transistor elements are connected to each other. Of course, actually, in addition to the components shown in the figure, wirings for individual electrode layers, protective films covering the individual electrode layers, and the like are formed, but the description thereof is omitted here.

さて、図3および図4において、輪郭基準線L1はソース電極層250の内側輪郭位置(図の右端)を示し、輪郭基準線L2はドレイン電極層260の内側輪郭位置(図の左端)を示している。これに対して、輪郭基準線L3はゲート電極層220の左側輪郭位置を示し、輪郭基準線L4はゲート電極層220の右側輪郭位置を示している。図示のとおり、輪郭基準線L1は輪郭基準線L3よりも右側に位置し、輪郭基準線L2は輪郭基準線L4よりも左側に位置するため、図4の上面図にハッチングを施して示したとおり、電極が上下に重なり合う重複領域D1,D2が発生する。別言すれば、ゲート電極層220の幅は、ソース・ドレイン電極の輪郭基準線L1,L2をはみ出す形になっている。   3 and 4, the contour reference line L1 indicates the inner contour position of the source electrode layer 250 (right end in the figure), and the contour reference line L2 indicates the inner contour position of the drain electrode layer 260 (left end in the figure). ing. On the other hand, the contour reference line L3 indicates the left contour position of the gate electrode layer 220, and the contour reference line L4 indicates the right contour position of the gate electrode layer 220. As shown in the figure, the contour reference line L1 is located on the right side of the contour reference line L3, and the contour reference line L2 is located on the left side of the contour reference line L4. Therefore, the top view of FIG. 4 is hatched. , Overlapping regions D1 and D2 where the electrodes overlap vertically are generated. In other words, the width of the gate electrode layer 220 protrudes from the contour reference lines L1 and L2 of the source / drain electrodes.

このように、予め重複領域D1,D2が発生することを前提とした設計を行っておけば、フォトマスクの位置合わせが不完全なために、ソース電極層250およびドレイン電極層260の基板210に対する位置にずれが生じたり、ゲート電極層220の基板210に対する位置にずれが生じたりしても、半導体チャネル層240内のソース・ドレイン間電流が生じる領域を十分にカバーする位置に、ゲート電極層220を配置することができる。   In this way, if the design is made on the assumption that the overlapping regions D1 and D2 are generated in advance, the alignment of the photomask is incomplete, so the source electrode layer 250 and the drain electrode layer 260 with respect to the substrate 210 are not aligned. Even if the position shifts or the position of the gate electrode layer 220 with respect to the substrate 210 shifts, the gate electrode layer is sufficiently positioned to cover the region where the source-drain current is generated in the semiconductor channel layer 240. 220 can be arranged.

しかしながら、このように重複領域D1,D2が発生することを前提とした設計を行うと、両電極間の寄生容量の発生は避けられない。すなわち、ソース電極層250とゲート電極層220とは、図4にハッチングを施して示す重複領域D1において上下に重なり合っており、ドレイン電極層260とゲート電極層220とは、図4にハッチングを施して示す重複領域D2において上下に重なり合っている。このため、この重複領域D1,D2において、寄生容量が発生することになり、トランジスタの動作を不安定にする要因になり、また、動作速度を遅延させる要因にもなる。   However, if the design is made on the assumption that the overlapping regions D1 and D2 are generated in this way, the generation of parasitic capacitance between the two electrodes is inevitable. That is, the source electrode layer 250 and the gate electrode layer 220 are vertically overlapped in an overlapping region D1 shown by hatching in FIG. 4, and the drain electrode layer 260 and the gate electrode layer 220 are hatched in FIG. In the overlapping region D2 shown in FIG. For this reason, parasitic capacitance is generated in the overlapping regions D1 and D2, which causes the operation of the transistor to become unstable, and also causes the operation speed to be delayed.

したがって、寄生容量を生じさせない理想的な構造を採るのであれば、輪郭基準線L1の位置を輪郭基準線L3の位置に一致させ、輪郭基準線L2の位置を輪郭基準線L4の位置に一致させるような設計を行い、重複領域D1,D2が生じないようにするのが好ましい。しかしながら、従来の方法では、そのような設計に基づく薄膜トランジスタ素子を製造するのは非常に困難である。従来の製造プロセスでは、ゲート電極層220を形成するためのフォトマスクと、ソース電極層250およびドレイン電極層260を形成するためのフォトマスクと、が別個に用意され、それぞれ別工程でパターニングが行われる。このため、上述した理想的な構造をもった素子を製造するためには、この2通りのフォトマスクの位置合わせを正確に行う必要がある。しかしながら、そのような正確な位置合わせを量産品のプロセスで行うことは、技術的に困難である。このため、従来の方法では、図3に例示するように、予め位置合わせ誤差を見込んだ設計をせざるを得ず、寄生容量の発生を十分に抑えることができない。   Therefore, if an ideal structure that does not cause parasitic capacitance is adopted, the position of the contour reference line L1 is made to coincide with the position of the contour reference line L3, and the position of the contour reference line L2 is made to coincide with the position of the contour reference line L4. It is preferable to design such that the overlapping regions D1 and D2 do not occur. However, it is very difficult to manufacture a thin film transistor device based on such a design by the conventional method. In the conventional manufacturing process, a photomask for forming the gate electrode layer 220 and a photomask for forming the source electrode layer 250 and the drain electrode layer 260 are separately prepared, and patterning is performed in separate processes. Is called. For this reason, in order to manufacture an element having the above-described ideal structure, it is necessary to accurately align the two photomasks. However, it is technically difficult to perform such accurate alignment in a mass-produced process. For this reason, in the conventional method, as illustrated in FIG. 3, it is necessary to design in consideration of the alignment error in advance, and generation of parasitic capacitance cannot be sufficiently suppressed.

<<< §3.本発明に係る製造方法の基本概念 >>>
本発明の第1の着眼点は、ソース電極およびドレイン電極を、基板下面側からの背面露光を利用したパターニングによって形成することにより、寄生容量を抑制できる理想的な構造を実現する点にある。また、本発明の第2の着眼点は、半導体チャネル層をインジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物によって構成することにより、ソース電極およびドレイン電極と半導体チャネル層との間に、高濃度の不純物拡散層を設けることなしに、良好なオーミック接触を確保する点にある。
<<< §3. Basic concept of manufacturing method according to the present invention >>
The first point of view of the present invention is to realize an ideal structure capable of suppressing parasitic capacitance by forming the source electrode and the drain electrode by patterning using back exposure from the lower surface side of the substrate. The second point of view of the present invention is that the semiconductor channel layer is made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc, so that high-concentration impurity diffusion can be achieved between the source and drain electrodes and the semiconductor channel layer. It is the point which ensures a favorable ohmic contact, without providing a layer.

図5は、本発明に係る製造方法で作成される「逆スタガード・ボトムコンタクト型」の薄膜トランジスタ素子300の基本構造を示す側断面図であり、図6は、その上面図である。図5の側断面図は、図6に示す薄膜トランジスタ素子300を切断線5−5の位置で切った断面を示すものである。   FIG. 5 is a side sectional view showing a basic structure of a “reverse staggered / bottom contact type” thin film transistor element 300 produced by the manufacturing method according to the present invention, and FIG. 6 is a top view thereof. The side sectional view of FIG. 5 shows a cross section of the thin film transistor element 300 shown in FIG. 6 taken along the line 5-5.

図5に示すとおり、本発明に係る薄膜トランジスタ素子300は、ガラスや合成樹脂などの絶縁性材料からなる基板310上に、ゲート電極層320が形成され、その上にゲート絶縁層330が形成されている。更に、ゲート絶縁層330の上には、まず、ソース電極層350およびドレイン電極層360が形成され、その上方に、活性層として機能する半導体チャネル層340が形成されている。ただ、この半導体チャネル層340とソース電極層350およびドレイン電極層360とは、相互に直接接触する構造を採っており、図3に示す従来の薄膜トランジスタ素子200で設けられていた高濃度不純物拡散層241,242は省略されている。その理由については、後述する。   As shown in FIG. 5, a thin film transistor element 300 according to the present invention includes a gate electrode layer 320 formed on a substrate 310 made of an insulating material such as glass or synthetic resin, and a gate insulating layer 330 formed thereon. Yes. Further, a source electrode layer 350 and a drain electrode layer 360 are first formed on the gate insulating layer 330, and a semiconductor channel layer 340 functioning as an active layer is formed thereon. However, the semiconductor channel layer 340, the source electrode layer 350, and the drain electrode layer 360 are in direct contact with each other, and the high-concentration impurity diffusion layer provided in the conventional thin film transistor element 200 shown in FIG. Reference numerals 241 and 242 are omitted. The reason will be described later.

図3に示す薄膜トランジスタ素子200の構造とのもうひとつの違いは、ゲート電極層の輪郭とソース・ドレイン電極層の輪郭との位置関係である。すなわち、図5に示す薄膜トランジスタ素子300では、ソース電極層350およびドレイン電極層360の輪郭基準線L5,L6が、ゲート電極層320の輪郭基準線L5,L6に一致していることがわかる。このため、ソース電極層350・ゲート電極層320間の上下方向の重なりや、ドレイン電極層360・ゲート電極層320間の上下方向の重なりは生じることがなく、寄生容量の発生を抑制することが可能になる。   Another difference from the structure of the thin film transistor element 200 shown in FIG. 3 is the positional relationship between the contour of the gate electrode layer and the contour of the source / drain electrode layer. That is, in the thin film transistor element 300 illustrated in FIG. 5, it can be seen that the contour reference lines L5 and L6 of the source electrode layer 350 and the drain electrode layer 360 coincide with the contour reference lines L5 and L6 of the gate electrode layer 320. Therefore, vertical overlap between the source electrode layer 350 and the gate electrode layer 320 and vertical overlap between the drain electrode layer 360 and the gate electrode layer 320 do not occur, and generation of parasitic capacitance can be suppressed. It becomes possible.

図4の上面図と図6の上面図とを比較すれば、従来の薄膜トランジスタ素子200において生じていた重複領域D1,D2が、本発明の薄膜トランジスタ素子300では生じていないことがわかる。このように、各電極層の輪郭位置を正確に合わせるために、本発明では、ゲート電極層320自身をマスクとして利用したパターニングにより、ソース電極層350およびドレイン電極層360を形成することになる。   Comparing the top view of FIG. 4 with the top view of FIG. 6, it can be seen that the overlapping regions D1 and D2 that occur in the conventional thin film transistor element 200 do not occur in the thin film transistor element 300 of the present invention. Thus, in order to accurately match the contour positions of the electrode layers, in the present invention, the source electrode layer 350 and the drain electrode layer 360 are formed by patterning using the gate electrode layer 320 itself as a mask.

いま、図5において、基板310,ゲート絶縁層330,ソース電極層350、ドレイン電極層360を透明な材料によって構成し、ゲート電極層320を不透明な材料によって構成した場合を考えよう。なお、本願において、「透明」もしくは「不透明」とは、後述するように、ソース電極およびドレイン電極の形成に利用するネガ型レジストの感光波長域の光に対しての透明性もしくは不透明性を意味するものであるが、以下、単に、「透明」もしくは「不透明」ということにする。   In FIG. 5, let us consider a case where the substrate 310, the gate insulating layer 330, the source electrode layer 350, and the drain electrode layer 360 are made of a transparent material, and the gate electrode layer 320 is made of an opaque material. In the present application, “transparent” or “opaque” means transparency or opaqueness to light in the photosensitive wavelength region of a negative resist used for forming a source electrode and a drain electrode, as will be described later. Hereinafter, it is simply referred to as “transparent” or “opaque”.

ここで、ソース電極層350およびドレイン電極層360を形成するためにネガ型レジスト層を用いることにし、基板310の下面側からの背面露光を行えば、ネガ型レジスト層には、不透明なゲート電極層320の影が落ちることになり、ゲート電極層320自身をフォトマスクの遮光領域として利用したパターニングが可能になる。したがって、ゲート電極層320と、形成されるソース電極層350およびドレイン電極層360との間に、位置合わせ誤差が生じることはなくなり、図5に示す例のように、寄生容量の発生を抑制した理想的な構造を得ることが可能になる。   Here, a negative resist layer is used to form the source electrode layer 350 and the drain electrode layer 360. When back exposure is performed from the lower surface side of the substrate 310, an opaque gate electrode is formed on the negative resist layer. The shadow of the layer 320 falls, and patterning using the gate electrode layer 320 itself as a light shielding region of the photomask becomes possible. Therefore, no alignment error occurs between the gate electrode layer 320 and the formed source electrode layer 350 and drain electrode layer 360, and the generation of parasitic capacitance is suppressed as in the example shown in FIG. An ideal structure can be obtained.

ここで、透明な基板310としては、ガラスや合成樹脂などの材料からなる一般的な基板を用いればよい。また、透明なゲート絶縁層330としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの一般的な絶縁材料を用いればよい。あるいは、酸化アルミニウムなども透明な絶縁材料として利用可能である。更に、ソース電極層350およびドレイン電極層360を構成するための透明な導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)などの酸化物導電材料が知られている。一方、不透明なゲート電極層320に用いる導電性材料としては、アルミニウム,モリブデン,タングステン,チタンなどの一般的な金属が利用できる。   Here, as the transparent substrate 310, a general substrate made of a material such as glass or synthetic resin may be used. For the transparent gate insulating layer 330, a general insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used. Alternatively, aluminum oxide or the like can be used as a transparent insulating material. Furthermore, oxide conductive materials such as ITO (Indium Tin Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide) are known as transparent conductive materials for forming the source electrode layer 350 and the drain electrode layer 360. On the other hand, as a conductive material used for the opaque gate electrode layer 320, a general metal such as aluminum, molybdenum, tungsten, or titanium can be used.

上述したとおり、本発明の重要な特徴のひとつは、半導体チャネル層340に用いる材質である。一般的な薄膜トランジスタの場合、半導体チャネル層としては、アモルファスシリコンやポリシリコンなどのシリコン系の半導体が利用されているが、このようなシリコン系の半導体を用いて半導体チャネル層を形成した場合、ソース・ドレイン電極に対して良好なオーミック接触を確保するために、高濃度の不純物拡散層を介挿することが不可欠である。   As described above, one of the important features of the present invention is the material used for the semiconductor channel layer 340. In the case of a general thin film transistor, a silicon-based semiconductor such as amorphous silicon or polysilicon is used as the semiconductor channel layer. When the semiconductor channel layer is formed using such a silicon-based semiconductor, the source is In order to ensure good ohmic contact with the drain electrode, it is essential to interpose a high concentration impurity diffusion layer.

そこで、本願発明者は、InGaZnO(Indium Gallium Zinc Oxide)という酸化物に着目した。このInGaZnOは酸化物半導体の一種であり、その半導体としての特性は、たとえば、「Kenji Nomura et a1. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature 432, 488-491 (2004).」などの文献に報告されている。 Therefore, the inventors of the present application focused on an oxide called InGaZnO 4 (Indium Gallium Zinc Oxide). This InGaZnO 4 is a kind of oxide semiconductor, and its characteristics as a semiconductor are, for example, “Kenji Nomura et al. Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors. Nature 432, 488-491 ( 2004). ".

本願発明者が行った実験によると、このInGaZnOを半導体チャネル層として用いた場合、ソース電極層およびドレイン電極層を半導体チャネル層に直接接触させた構造を採った場合でも、両者間に実用上十分なオーミック接触を確保することが可能であることが確認できた。従来の一般的な半導体材料(主として、アモルファスシリコンやポリシリコンなどのシリコン系半導体材料)を半導体チャネル層として用いた場合、ソース・ドレイン電極層との間に良好なオーミック接触を確保する上では、実用上、n拡散層などからなる高濃度不純物拡散層を介挿することが不可欠であったが、InGaZnOを半導体チャネル層に用いた薄膜トランジスタの場合、このような高濃度不純物拡散層の介挿を省いたとしても、ソース・ドレイン電極層と半導体チャネル層との間に良好なオーミック接触が得られることが確認できたのである。 According to an experiment conducted by the present inventor, when this InGaZnO 4 is used as a semiconductor channel layer, even when a structure in which the source electrode layer and the drain electrode layer are in direct contact with the semiconductor channel layer is adopted, there is practical use between the two. It was confirmed that sufficient ohmic contact could be secured. When a conventional general semiconductor material (mainly silicon-based semiconductor material such as amorphous silicon or polysilicon) is used as a semiconductor channel layer, in order to ensure good ohmic contact with the source / drain electrode layer, In practice, it is indispensable to interpose a high-concentration impurity diffusion layer composed of an n + diffusion layer or the like, but in the case of a thin film transistor using InGaZnO 4 as a semiconductor channel layer, the interposition of such a high-concentration impurity diffusion layer is necessary. Even if the insertion was omitted, it was confirmed that good ohmic contact was obtained between the source / drain electrode layer and the semiconductor channel layer.

なお、このような良好なオーミック接触特性は、「InGaZnO」という組成だけでなく、そのバリエーションとなる組成にも見られる。一般に、インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物(Indium Gallium Zinc Oxide)は、インジウムの酸化物「In」と、ガリウムの酸化物「Ga」と、亜鉛の酸化物「ZnO」と、を混在させたものであり、In,Ga,Znの各分子数の比を、x:y:z(x,y,zは、任意の正の数)とすれば、その基本組成は、「(Inx/2(Gay/2(ZnO)」なる式で示される。これを、各分子ごとの数を示す組成式で表せば、「(In)x(Ga)y(Zn)z(O)w」となり、酸素の分子数wは、「w=(3/2)x+(3/2)y+z」となる。また、これから酸素欠損が生じた物、すなわち、「(In)x(Ga)y(Zn)z(O)w」(但し、w=(3/2)x+(3/2)y+z−δ)なる組成(δは欠損酸素数)でも、上記オーミック特性が発現する。 Such good ohmic contact characteristics can be seen not only in the composition “InGaZnO 4 ” but also in the composition that is a variation thereof. In general, a composite oxide of indium, gallium, and zinc (Indium Gallium Zinc Oxide) includes an indium oxide “In 2 O 3 ”, a gallium oxide “Ga 2 O 3 ”, and a zinc oxide “ZnO”. If the ratio of the number of molecules of In, Ga, and Zn is x: y: z (x, y, z are arbitrary positive numbers), the basic composition is , “(In 2 O 3 ) x / 2 (Ga 2 O 3 ) y / 2 (ZnO) z ”. If this is expressed by a composition formula indicating the number of each molecule, it becomes “(In) x (Ga) y (Zn) z (O) w”, and the molecular number w of oxygen is “w = (3/2). ) X + (3/2) y + z ". In addition, an oxygen deficiency is generated, that is, “(In) x (Ga) y (Zn) z (O) w” (where w = (3/2) x + (3/2) y + z−δ). Even in such a composition (δ is the number of deficient oxygen), the above ohmic characteristics are exhibited.

本発明における「インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物」とは、このように、インジウムの酸化物「In」と、ガリウムの酸化物「Ga」と、亜鉛の酸化物「ZnO」との混合物、およびこれから酸素欠損が生じた物を含めた材質を意味し、以下、これを「IGZO」と略記することにする。 In the present invention, “indium / gallium / zinc composite oxide” means indium oxide “In 2 O 3 ”, gallium oxide “Ga 2 O 3 ”, zinc oxide “ It means a material including a mixture with “ZnO” and a material in which oxygen vacancies are generated, and will be abbreviated as “IGZO” hereinafter.

本願発明者は、ソース・ドレイン電極層として、アルミニウム,モリブデン,タングステン,チタンなどの金属材料や、ITO、IZOなどの酸化物導電材料を用いた場合について実験を行ったが、いずれの場合も、IGZOを半導体チャネル層に用いれば、良好なオーミック接触が得られた。その原因についての理論的な考察は、現段階では十分になされていないが、本願発明者は、IGZOを半導体チャネル層に用いた場合、半導体中のキャリアは電子が支配的になり、正孔はキャリアとしてほとんど関与しないことが影響しているものと考えている。   The inventor of the present application conducted an experiment on a case where a metal material such as aluminum, molybdenum, tungsten, or titanium, or an oxide conductive material such as ITO or IZO was used as the source / drain electrode layer. When IGZO was used for the semiconductor channel layer, good ohmic contact was obtained. Although the theoretical consideration about the cause has not been made sufficiently at the present stage, when the IGZO is used for the semiconductor channel layer, the inventor of the present application has electrons as the carriers in the semiconductor, and the holes are not. I think that it is influenced by having little involvement as a career.

このように、IGZOからなる半導体チャネル層340を形成すれば、アルミニウム,モリブデン,タングステン,チタンなどの金属材料や、ITO、IZOなどの酸化物導電材料といった一般的な導電性材料からなるソース・ドレイン電極層に対して、直接接触させる構造をとっても、良好なオーミック接触を確保することが可能になるのである。   When the semiconductor channel layer 340 made of IGZO is formed in this way, a source / drain made of a general conductive material such as a metal material such as aluminum, molybdenum, tungsten, or titanium, or an oxide conductive material such as ITO or IZO. Even if a structure in which the electrode layer is brought into direct contact is obtained, it is possible to ensure good ohmic contact.

したがって、IGZOを半導体チャネル層340の材料として利用すれば、図5に示すような単純な構造をもつ薄膜トランジスタ300を実現することができる。図5に示す本発明に係る薄膜トランジスタ300では、図3に示すような従来の薄膜トランジスタ200で必要とされた高濃度不純物拡散層の形成プロセスを省略することができるため、製造工程も単純化することが可能になる。   Therefore, if IGZO is used as a material for the semiconductor channel layer 340, a thin film transistor 300 having a simple structure as shown in FIG. 5 can be realized. In the thin film transistor 300 according to the present invention shown in FIG. 5, the formation process of the high concentration impurity diffusion layer required in the conventional thin film transistor 200 as shown in FIG. 3 can be omitted, and thus the manufacturing process is simplified. Is possible.

<<< §4.本発明に係る製造方法の基本的実施形態 >>>
ここでは、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の基本的実施形態を説明する。まず、図7(a) に示すように、少なくとも上面が絶縁性を有し、透明な材料からなる基板310を用意し(一般的には、ガラスや合成樹脂などの絶縁性基板を用意すればよい)、その上に、不透明な第1の導電層325を形成する。この第1の導電層325は、ゲート電極層320を形成するためのものであり、たとえば、アルミニウム,モリブデン,タングステン,チタンなどの金属材料によって構成すればよい。
<<< §4. Basic Embodiment of Manufacturing Method According to the Present Invention >>
Here, a basic embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention will be described. First, as shown in FIG. 7A, a substrate 310 made of a transparent material having at least an insulating surface is prepared (generally, if an insulating substrate such as glass or synthetic resin is prepared). A non-transparent first conductive layer 325 is formed thereon. The first conductive layer 325 is for forming the gate electrode layer 320, and may be made of a metal material such as aluminum, molybdenum, tungsten, or titanium.

続いて、図8に示すようなパターンが形成された第1のフォトマスクM1を用意する。この第1のフォトマスクM1は、ゲート電極層320を形成するために用いられるマスクであり、ハッチングを施した部分が遮光領域となり、図示する透光領域A1が、ゲート電極層320に対応する領域になる。後述するように、この第1のフォトマスクM1を用いたパターニングで形成されたゲート電極層320自身が、今度は、ソース電極層およびドレイン電極層をパターニングする際のマスクとして利用されることになる。すなわち、図8に示す第1のフォトマスクM1の透光領域A1の左右の輪郭基準線L5,L6は、図5に示す輪郭基準線L5,L6に対応したものになる。   Subsequently, a first photomask M1 having a pattern as shown in FIG. 8 is prepared. The first photomask M1 is a mask used for forming the gate electrode layer 320, and the hatched portion serves as a light shielding region, and the illustrated light transmitting region A1 corresponds to the gate electrode layer 320. become. As will be described later, the gate electrode layer 320 itself formed by patterning using the first photomask M1 is now used as a mask for patterning the source electrode layer and the drain electrode layer. . That is, the left and right contour reference lines L5 and L6 of the translucent area A1 of the first photomask M1 shown in FIG. 8 correspond to the contour reference lines L5 and L6 shown in FIG.

図7(a) に示す第1の導電層325に対して、この第1のフォトマスクM1を用いたパターニングを行えば、図7(b) に示すように、ゲート電極層320を形成することができる。より具体的に説明すれば、図7(a) に示す第1の導電層325の上面に、ネガ型の感光レジスト層(図示されていない)を形成し、その上方に図8に示す第1のフォトマスクM1を配置し、更にその上方に配置した光源から光を照射して、レジスト層における透光領域A1に対応する領域のみを露光して感光させる。   If patterning using the first photomask M1 is performed on the first conductive layer 325 shown in FIG. 7A, a gate electrode layer 320 is formed as shown in FIG. 7B. Can do. More specifically, a negative photosensitive resist layer (not shown) is formed on the upper surface of the first conductive layer 325 shown in FIG. 7A, and the first photosensitive layer shown in FIG. The photomask M1 is disposed, and light is further irradiated from a light source disposed above the photomask M1, and only the region corresponding to the translucent region A1 in the resist layer is exposed and exposed.

この後、レジスト層を現像して非感光部を除去すれば、透光領域A1に対応する領域のみレジスト層を残すことができる。もちろん、ポジ型の感光レジストを用いて同様の工程を行うことも可能である(その場合には、図8に示す第1のフォトマスクM1のパターンとは逆転した反転マスクを用いることになる)。次に、残存レジスト層を保護膜として利用して、第1の導電層325に対するエッチング処理を行えば、ゲート電極層320を形成することができる。この後、残存レジスト層を除去して洗浄する工程を行えば、図7(b) に示す構造を得ることができる。   Thereafter, by developing the resist layer and removing the non-photosensitive portion, the resist layer can be left only in the region corresponding to the light-transmitting region A1. Of course, it is possible to perform the same process using a positive photosensitive resist (in this case, an inversion mask reverse to the pattern of the first photomask M1 shown in FIG. 8 is used). . Next, when the remaining conductive layer is used as a protective film and the first conductive layer 325 is etched, the gate electrode layer 320 can be formed. Thereafter, if the remaining resist layer is removed and washed, the structure shown in FIG. 7B can be obtained.

続いて、図7(c) に示すように、ゲート電極層320を含めた基板310上に、透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層330を形成し、更に、その上面に、透明な導電性材料からなる第2の導電層370を形成する。具体的には、ゲート絶縁層330の材料としては、たとえば、酸化シリコンや窒化シリコンを用いることができ、第2の導電層370の材料としては、たとえば、ITOやIZOを用いることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 7C, a gate insulating layer 330 made of a transparent insulating material is formed on the substrate 310 including the gate electrode layer 320, and a transparent conductive material is formed on the upper surface thereof. A second conductive layer 370 made of a material is formed. Specifically, as the material of the gate insulating layer 330, for example, silicon oxide or silicon nitride can be used, and as the material of the second conductive layer 370, for example, ITO or IZO can be used.

次に、図9に示すように、第2の導電層370の上面にネガ型レジスト層380を形成する。そして、このネガ型レジスト層380に対する露光を行うために、図10に示すようなパターンが形成された第2のフォトマスクM2を用意する。この第2のフォトマスクM2は、ハッチングを施して示す遮光領域間に、ソース・ドレイン電極形成用の透光領域A2が形成された物理的なマスクである。透光領域A2は、上方から観察したときにゲート電極層320に部分的に重複する透光領域である。前述したとおり、ゲート電極層320の平面パターンは、図8に示す第1のマスクM1の透光領域A1と同じ形をしている。図10に示す第2のマスクM2の透光領域A2は、このゲート電極層320の平面パターンを中央部分において横切るような細長い形状をしていることになる。後述するように、透光領域A2の左側部分は、ソース電極層350の平面パターンを形成し、右側部分は、ドレイン電極層360の平面パターンを形成する役割を果たすことになる。   Next, as shown in FIG. 9, a negative resist layer 380 is formed on the upper surface of the second conductive layer 370. In order to expose the negative resist layer 380, a second photomask M2 having a pattern as shown in FIG. 10 is prepared. The second photomask M2 is a physical mask in which a light-transmitting region A2 for forming a source / drain electrode is formed between shaded regions shown by hatching. The light-transmitting region A2 is a light-transmitting region that partially overlaps the gate electrode layer 320 when observed from above. As described above, the planar pattern of the gate electrode layer 320 has the same shape as the light-transmitting region A1 of the first mask M1 shown in FIG. The translucent region A2 of the second mask M2 shown in FIG. 10 has an elongated shape that crosses the planar pattern of the gate electrode layer 320 at the central portion. As will be described later, the left portion of the translucent region A2 forms a planar pattern of the source electrode layer 350, and the right portion plays a role of forming a planar pattern of the drain electrode layer 360.

次に、図11に示すように、この第2のフォトマスクM2を基板310の下方に配置し、基板下方側からネガ型レジスト層380の感光波長域の光を照射し、第2のフォトマスクM2の遮光領域によって生じる影と、ゲート電極層320によって生じる影とが、ネガ型レジスト層380上の非露光領域となるような背面露光を行う。このような背面露光では、不透明なゲート電極層320が、図12に示すようなフォトマスクM1として機能することになる。このフォトマスクM1は、図8に示すフォトマスクM1を反転させたものであり、左右両側に透光領域A3,A4が設けられており、これらに挟まれた中央部分が遮光領域A1として機能する。この遮光領域A1の左右の輪郭線は、図5に示す輪郭基準線L5,L6に対応する。結局、この背面露光では、図13に示すように、フォトマスクM1とフォトマスクM2とを合成することにより得られるフォトマスク「M1+M2」を用いた場合と同じ露光結果が得られる。 Next, as shown in FIG. 11, the second photomask M2 is disposed below the substrate 310, and light in the photosensitive wavelength region of the negative resist layer 380 is irradiated from the lower side of the substrate, so that the second photomask Back exposure is performed such that the shadow generated by the light shielding region of M2 and the shadow generated by the gate electrode layer 320 become a non-exposed region on the negative resist layer 380. In such back exposure, the opaque gate electrode layer 320 functions as a photomask M1 * as shown in FIG. This photomask M1 * is obtained by inverting the photomask M1 shown in FIG. 8, and is provided with translucent areas A3 and A4 on both the left and right sides, and the central part sandwiched between them is defined as a light shielding area A1 *. Function. The left and right contour lines of the light shielding area A1 * correspond to the contour reference lines L5 and L6 shown in FIG. After all, in this back exposure, as shown in FIG. 13, the same exposure result as that obtained when the photomask “M1 * + M2” obtained by synthesizing the photomask M1 * and the photomask M2 is obtained.

このような背面露光に基づくパターニングを行えば、ネガ型レジスト層380のうち、図13に示す透光領域A5,A6に対応する部分が露光領域となるので、ネガ型レジスト層380を現像して非感光部を除去すれば、透光領域A5,A6に対応する領域のみに、残存レジスト層を形成することができる。そこで、この残存レジスト層を保護膜として利用して、第2の導電層370に対するエッチング処理を行えば、最終的に、図14に示すように、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層350およびドレイン電極層360を形成することができる。   If patterning based on such back exposure is performed, portions of the negative resist layer 380 corresponding to the light-transmitting regions A5 and A6 shown in FIG. 13 become exposure regions. Therefore, the negative resist layer 380 is developed. If the non-photosensitive portion is removed, the remaining resist layer can be formed only in the regions corresponding to the light transmitting regions A5 and A6. Therefore, if the remaining resist layer is used as a protective film and the etching process is performed on the second conductive layer 370, finally, as shown in FIG. An electrode layer 350 and a drain electrode layer 360 can be formed.

ここで、ソース電極層350の右端は、ゲート電極層320の左端をエッジとするマスクによって形成されているため、ソース電極層350の右端位置およびゲート電極層320の左端位置は、いずれも輪郭基準線L5の位置に一致する。同様に、ドレイン電極層360の左端は、ゲート電極層320の右端をエッジとするマスクによって形成されているため、ドレイン電極層360の左端位置およびゲート電極層320の右端位置は、いずれも輪郭基準線L6の位置に一致する。したがって、この図14に示す構造は、ソース電極層350、ドレイン電極層360、ゲート電極層320を基板310の上面に投影した場合、各電極間が投影面上で重なり合うことはない理想的な構造であり、寄生容量の発生を抑制することができる。   Here, since the right end of the source electrode layer 350 is formed by a mask having the left end of the gate electrode layer 320 as an edge, the right end position of the source electrode layer 350 and the left end position of the gate electrode layer 320 are both contour references. It coincides with the position of the line L5. Similarly, since the left end of the drain electrode layer 360 is formed by a mask having the right end of the gate electrode layer 320 as an edge, the left end position of the drain electrode layer 360 and the right end position of the gate electrode layer 320 are both contour references. It coincides with the position of the line L6. Therefore, the structure shown in FIG. 14 is an ideal structure in which when the source electrode layer 350, the drain electrode layer 360, and the gate electrode layer 320 are projected onto the upper surface of the substrate 310, the electrodes do not overlap on the projection plane. Thus, the generation of parasitic capacitance can be suppressed.

続いて、図15に示すように、ゲート絶縁層330、ソース電極層350、ドレイン電極層360を含めた基板310上に、半導体層390を形成し、更に、その上面にネガ型レジスト層395を形成する。ここで、半導体層390は、半導体チャネル層を形成するための層であり、IGZO(インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物)からなる酸化物半導体によって構成する。§3で述べたとおり、IGZOからなる半導体層を用いれば、高濃度不純物拡散層の介挿を省いたとしても、ソース・ドレイン電極層との間に良好なオーミック接触を確保することができる。したがって、図15において、ソース電極層350とIGZOからなる半導体層390との間や、ドレイン電極層360とIGZOからなる半導体層390との間には、良好なオーミック接触が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 15, a semiconductor layer 390 is formed on the substrate 310 including the gate insulating layer 330, the source electrode layer 350, and the drain electrode layer 360, and a negative resist layer 395 is formed on the upper surface thereof. Form. Here, the semiconductor layer 390 is a layer for forming a semiconductor channel layer, and is formed of an oxide semiconductor made of IGZO (a composite oxide of indium, gallium, and zinc). As described in §3, if a semiconductor layer made of IGZO is used, good ohmic contact with the source / drain electrode layer can be ensured even if the high-concentration impurity diffusion layer is omitted. Accordingly, in FIG. 15, good ohmic contact is obtained between the source electrode layer 350 and the semiconductor layer 390 made of IGZO, or between the drain electrode layer 360 and the semiconductor layer 390 made of IGZO.

なお、IGZOからなる半導体層390を形成するには、真空チャンバ内に図14に示す構造体を収容し、更に、IGZOの組成に必要な材料をターゲットとして収容し、一般的なスパッタリングによる成膜を行えばよい。   Note that in order to form the semiconductor layer 390 made of IGZO, the structure shown in FIG. 14 is accommodated in a vacuum chamber, and a material necessary for the composition of IGZO is accommodated as a target, and film formation by general sputtering is performed. Can be done.

次に、図16に示すようなパターンが形成された第3のフォトマスクM3を用意する。この第3のフォトマスクM3は、半導体チャネル層340を形成するために用いられるマスクであり、図示する透光領域A7が、半導体チャネル層340に対応する領域になる。そこで、図15示す半導体層390に対して、第3のフォトマスクM3を用いたパターニングを行い、図5に示されているように、ソース電極層350の一部分およびドレイン電極層360の一部分に跨る半導体チャネル層340を形成する。   Next, a third photomask M3 having a pattern as shown in FIG. 16 is prepared. The third photomask M3 is a mask used for forming the semiconductor channel layer 340, and the illustrated light transmitting region A7 is a region corresponding to the semiconductor channel layer 340. Therefore, patterning using the third photomask M3 is performed on the semiconductor layer 390 illustrated in FIG. 15, and the semiconductor layer 390 extends over a portion of the source electrode layer 350 and a portion of the drain electrode layer 360 as illustrated in FIG. A semiconductor channel layer 340 is formed.

より具体的に説明すれば、図15に示す構造体の上方に図16に示す第3のフォトマスクM3を配置し、更にその上方に配置した光源から光を照射して、レジスト層における透光領域A7に対応する領域のみを露光して感光させる。続いて、レジスト層を現像して非感光部を除去すれば、透光領域A7に対応する領域のみレジスト層を残すことができる。もちろん、ポジ型の感光レジストを用いて同様の工程を行うことも可能である(その場合には、図16に示す第3のフォトマスクM3のパターンとは逆転した反転マスクを用いることになる)。   More specifically, the third photomask M3 shown in FIG. 16 is arranged above the structure shown in FIG. 15, and light is emitted from the light source arranged thereabove to transmit light in the resist layer. Only the area corresponding to the area A7 is exposed and exposed. Subsequently, if the resist layer is developed to remove the non-photosensitive portion, the resist layer can be left only in the region corresponding to the translucent region A7. Of course, it is possible to perform the same process using a positive photosensitive resist (in this case, an inversion mask reverse to the pattern of the third photomask M3 shown in FIG. 16 is used). .

次に、残存レジスト層を保護膜として利用して、半導体層390に対するエッチング処理を行えば、半導体チャネル層340を形成することができる。この後、残存レジスト層を除去して洗浄する工程を行えば、図5に示す構造を得ることができる。   Next, the semiconductor channel layer 340 can be formed by etching the semiconductor layer 390 using the remaining resist layer as a protective film. Thereafter, if the remaining resist layer is removed and washed, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.

以上、本発明の基本的な実施形態に係る製造方法の一例を述べたが、各層の形成方法は、必ずしも上述した例に限定されるものではない。たとえば、ゲート電極層320は、印刷のプロセスによって形成してもかまわない。また、各層の平面パターンも、上述の例に限定されるものではない。たとえば、ゲート絶縁層330は、上述の例の場合、基板310の全面に広がる平面パターンを有しているが、少なくとも半導体チャネル層340とゲート電極層320との絶縁に必要な領域に形成されていれば足りる。   As mentioned above, although the example of the manufacturing method which concerns on basic embodiment of this invention was described, the formation method of each layer is not necessarily limited to the example mentioned above. For example, the gate electrode layer 320 may be formed by a printing process. Further, the planar pattern of each layer is not limited to the above example. For example, in the above example, the gate insulating layer 330 has a planar pattern extending over the entire surface of the substrate 310, but is formed in at least a region necessary for insulation between the semiconductor channel layer 340 and the gate electrode layer 320. If it is enough.

結局、この§4で述べる基本的実施形態では、少なくとも上面が絶縁性を有する透明な材料からなる基板310を用意する第1の段階と、この基板310上に不透明な導電性材料からなるゲート電極層320を形成する第2の段階と、このゲート電極層320を含めた基板310上に透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層330を形成し、その上面に透明な導電性材料からなる導電層370を形成する第3の段階と、この導電層370の上面にネガ型レジスト層380を形成し、上方から観察したときにゲート電極層320に部分的に重複する透光領域A2を有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクM2を、基板310の下方に配置し、基板下方側から光を照射し、フォトマスクM2の遮光領域によって生じる影とゲート電極層320によって生じる影とが、ネガ型レジスト層380上の非露光領域となるような背面露光を行い、導電層370の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、導電層370の残存部分によって、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層350およびドレイン電極層360を形成する第4の段階と、インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層350の一部分およびドレイン電極層360の一部分に跨るように上記空隙部に配置された半導体チャネル層340を形成する第5の段階と、を行えばよい。   After all, in the basic embodiment described in §4, a first step of preparing a substrate 310 made of a transparent material having at least an insulating surface, and a gate electrode made of an opaque conductive material on the substrate 310. A second step of forming the layer 320, and a gate insulating layer 330 made of a transparent insulating material is formed on the substrate 310 including the gate electrode layer 320, and a conductive layer made of a transparent conductive material is formed on the upper surface thereof. A third step of forming 370, and forming a negative resist layer 380 on the upper surface of the conductive layer 370, and having a light-transmitting region A2 partially overlapping with the gate electrode layer 320 when observed from above A photomask M2 for forming a drain electrode is arranged below the substrate 310, irradiated with light from the lower side of the substrate, and a shadow and a gate electrode layer generated by a light-shielding region of the photomask M2. The back surface exposure is performed so that the shadow caused by the light becomes a non-exposed region on the negative resist layer 380, and patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer 370, and the remaining portion of the conductive layer 370 A fourth step of forming a source electrode layer 350 and a drain electrode layer 360 disposed with a gap between each other, a composite oxide of indium, gallium, and zinc, and a portion of the source electrode layer 350 and A fifth step of forming the semiconductor channel layer 340 disposed in the gap so as to span a part of the drain electrode layer 360 may be performed.

<<< §5.本発明に係る製造方法の別な実施形態 >>>
ここでは、§4で述べた基本的実施形態の変形例を述べる。§4の基本的実施形態の場合、図11に示すように、背面露光の工程において、基板310の下面側に第2のマスクM2を配置する必要がある。しかしながら、基板310の下方に十分なスペースを確保することができないような場合や、基板310に光拡散性がある場合など、基板310の下面側にマスクを配置して露光を行うことが好ましくないケースもあり得る。そのような場合、ここで述べる別な実施形態が有効である。
<<< §5. Another embodiment of the production method according to the present invention >>
Here, a modification of the basic embodiment described in §4 will be described. In the case of the basic embodiment of §4, as shown in FIG. 11, it is necessary to dispose the second mask M2 on the lower surface side of the substrate 310 in the back exposure process. However, when a sufficient space cannot be secured below the substrate 310, or when the substrate 310 has light diffusibility, it is not preferable to perform exposure by arranging a mask on the lower surface side of the substrate 310. There can be cases. In such a case, another embodiment described here is effective.

この別な実施形態では、ソース・ドレイン電極形成用の第2のフォトマスクとして、図10に示すマスクM2の代わりに、図17に示すマスクM2を用意する。このマスクM2は、マスクM2を反転したものになっている。そして、§4の基本的実施形態で述べたプロセスと同様のプロセスにより、図7(c) に示す構造体を得た後、その上面にポジ型レジスト層381を形成し、図18に示す構造体を得る。ここで、図18に示すように、用意したフォトマスクM2を上方に配置し、上方から光を照射して上面露光を行う。 In this other embodiment, a mask M2 * shown in FIG. 17 is prepared instead of the mask M2 shown in FIG. 10 as the second photomask for forming the source / drain electrodes. This mask M2 * is an inverted version of the mask M2. Then, after obtaining the structure shown in FIG. 7C by the same process as described in the basic embodiment of §4, a positive resist layer 381 is formed on the upper surface thereof, and the structure shown in FIG. Get the body. Here, as shown in FIG. 18, the prepared photomask M2 * is arranged on the upper side, and light is irradiated from above to perform the upper surface exposure.

このような上面露光に基づくパターニングを行えば、ポジ型レジスト層381のうち、図17に示す遮光領域A2に対応する部分が非露光領域、透光領域A8,A9に対応する部分が露光領域となるので、ポジ型レジスト層381を現像して感光部を除去すれば、遮光領域A2に対応する領域のみレジスト層を残すことができる。そこで、この残存レジスト層を保護膜として利用して、第2の導電層370に対するエッチング処理を行えば、図19に示すようなソース・ドレイン用の導電層375を得ることができる(この時点では、レジスト層382は、まだ形成されていない)。この段階で得られたソース・ドレイン用の導電層375は、最終的なソース電極層やドレイン電極層ではないので、ここでは、これをソース・ドレイン電極準備層375と呼ぶことにする。 When patterning based on such top exposure is performed, in the positive resist layer 381, a portion corresponding to the light shielding region A2 * shown in FIG. 17 is a non-exposed region, and a portion corresponding to the light transmitting regions A8 and A9 is an exposed region. Therefore, if the positive resist layer 381 is developed to remove the photosensitive portion, the resist layer can be left only in the region corresponding to the light shielding region A2 * . Therefore, if the remaining resist layer is used as a protective film and the second conductive layer 370 is etched, a source / drain conductive layer 375 as shown in FIG. 19 can be obtained (at this time). The resist layer 382 has not been formed yet). Since the source / drain conductive layer 375 obtained at this stage is not a final source electrode layer or drain electrode layer, it will be referred to as a source / drain electrode preparation layer 375 here.

なお、側断面図では、図18に示す第2の導電層370と、図19に示すソース・ドレイン電極準備層375とは区別できないが、平面パターンとして見れば、前者は基板全面の領域にわたって形成された層であるのに対して、後者は、図17に示す遮光領域A2に対応する領域にのみ形成された層である。したがって、上方から観察すると、ソース・ドレイン電極準備層375は、ゲート電極層320を跨ぐように配置され、ゲート電極層320に対して部分的に重複した領域をなす層になる。 In the sectional side view, the second conductive layer 370 shown in FIG. 18 and the source / drain electrode preparation layer 375 shown in FIG. 19 cannot be distinguished. However, when viewed as a plane pattern, the former is formed over the entire area of the substrate. The latter is a layer formed only in a region corresponding to the light shielding region A2 * shown in FIG. Therefore, when observed from above, the source / drain electrode preparation layer 375 is disposed so as to straddle the gate electrode layer 320 and becomes a layer that partially overlaps the gate electrode layer 320.

続いて、ソース・ドレイン電極準備層375上に残存しているポジ型レジスト層(図18のレジスト層381の残存部)を洗浄して除去し、今度は、ゲート絶縁層330およびソース・ドレイン電極準備層375を含めた基板310上に、ネガ型レジスト層382を形成する。図19は、このときの状態を示している。そして、基板下方側から感光波長域の光を照射する背面露光を行う。図19に示すとおり、この背面露光では、フォトマスクを用いる必要はない。したがって、基板310の下方に十分なスペースを確保することができないような場合などにも、容易に露光工程を行うことができる。   Subsequently, the positive resist layer remaining on the source / drain electrode preparation layer 375 (remaining portion of the resist layer 381 in FIG. 18) is cleaned and removed, and this time, the gate insulating layer 330 and the source / drain electrodes are removed. A negative resist layer 382 is formed on the substrate 310 including the preparation layer 375. FIG. 19 shows the state at this time. Then, back exposure is performed by irradiating light in the photosensitive wavelength region from the lower side of the substrate. As shown in FIG. 19, it is not necessary to use a photomask in this back exposure. Therefore, the exposure process can be easily performed even when a sufficient space cannot be secured below the substrate 310.

このような背面露光では、ゲート電極層320によって生じる影が、ネガ型レジスト層382上の非露光領域となるので、ソース・ドレイン電極準備層375の非露光領域に対応する部分(すなわち、ゲート電極320の平面パターンに重複する部分)を除去するパターニングを行い、ソース・ドレイン電極準備層375の残存部分によりソース電極層350およびドレイン電極層360を形成し、残存レジスト層を除去して洗浄する工程を行えば、§4で述べた基本的実施形態と同様に、図5に示す構造を得ることができる。   In such back exposure, since the shadow caused by the gate electrode layer 320 becomes a non-exposed region on the negative resist layer 382, a portion corresponding to the non-exposed region of the source / drain electrode preparation layer 375 (that is, the gate electrode) And a step of forming a source electrode layer 350 and a drain electrode layer 360 from the remaining portions of the source / drain electrode preparation layer 375, removing the remaining resist layer, and performing cleaning. As in the basic embodiment described in §4, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.

なお、上述した実施例の場合、ソース・ドレイン電極準備層375を得るために、図17に示すようなフォトマスクM2を用いて、ポジ型レジスト層381に対する上面露光を行っているが、ポジ型レジスト層381の代わりにネガ型レジスト層を形成し、図10に示すようなフォトマスクM2を用いた上面露光を行っても、ソース・ドレイン電極準備層375を得ることが可能である。 In the case of the above-described embodiment, in order to obtain the source / drain electrode preparation layer 375, top exposure is performed on the positive resist layer 381 using a photomask M2 * as shown in FIG. The source / drain electrode preparation layer 375 can also be obtained by forming a negative resist layer instead of the type resist layer 381 and performing top surface exposure using a photomask M2 as shown in FIG.

結局、この§5で述べる基本的実施形態では、少なくとも上面が絶縁性を有する透明な材料からなる基板310を用意する第1の段階と、この基板310上に不透明な導電性材料からなるゲート電極層320を形成する第2の段階と、このゲート電極層320を含めた基板310上に透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層330を形成し、その上面に透明な導電性材料からなる導電層370を形成する第3の段階と、この導電層370に対して、ソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクM2を用いたパターニングを行い、上方から観察したときにゲート電極層320を跨ぐように配置され、ゲート電極層320に対して部分的に重複した領域をなすソース・ドレイン電極準備層375を形成する第4の段階と、このソース・ドレイン電極準備層375の上面にネガ型レジスト層382を形成し、基板下方側から光を照射し、ゲート電極層320によって生じる影が、ネガ型レジスト層382上の非露光領域となるような背面露光を行い、ソース・ドレイン電極準備層375の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、ソース・ドレイン電極準備層375の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層350およびドレイン電極層360を形成する第5の段階と、インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層350の一部分およびドレイン電極層360の一部分に跨るように上記空隙部に配置された半導体チャネル層340を形成する第6の段階と、を行えばよい。 Finally, in the basic embodiment described in §5, the first step of preparing a substrate 310 made of a transparent material having at least an insulating surface, and a gate electrode made of an opaque conductive material on the substrate 310. A second step of forming the layer 320, and a gate insulating layer 330 made of a transparent insulating material is formed on the substrate 310 including the gate electrode layer 320, and a conductive layer made of a transparent conductive material is formed on the upper surface thereof. The conductive layer 370 is patterned using a photomask M2 * for forming a source / drain electrode so as to straddle the gate electrode layer 320 when observed from above. A fourth step of forming a source / drain electrode preparation layer 375 that is disposed and forms a partially overlapping region with respect to the gate electrode layer 320; A negative resist layer 382 is formed on the upper surface of the pole preparation layer 375, and light is irradiated from the lower side of the substrate, so that a shadow generated by the gate electrode layer 320 becomes a non-exposed region on the negative resist layer 382. Patterning is performed to remove portions corresponding to the non-exposed regions of the source / drain electrode preparation layer 375, and the remaining portions of the source / drain electrode preparation layer 375 are arranged with a gap between them. A fifth step of forming the layer 350 and the drain electrode layer 360, and a composite oxide of indium, gallium, and zinc, and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer 350 and part of the drain electrode layer 360 And a sixth step of forming the semiconductor channel layer 340 formed.

<<< §6.本発明に係る製造方法の更に別な実施形態 >>>
この§6で述べる実施形態は、§5で述べた実施形態の第4の段階(ソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクM2を用いたパターニング)と第5の段階(ゲート電極層320をマスクとした背面露光によるパターニング)との順序を入れ替えたものである。
<<< §6. Still another embodiment of the production method according to the present invention >>>
The embodiment described in §6 includes a fourth stage (patterning using a photomask M2 * for forming source / drain electrodes) and a fifth stage (masking the gate electrode layer 320 as a mask) of the embodiment described in §5. And the patterning of the patterning by back exposure).

すなわち、まず図18に示すポジ型レジスト層381の代わりにネガ型レジスト層を形成した状態とし、フォトマスクを用いることなしに基板下方側から感光波長域の光を照射し、ゲート電極層320によって生じる影が、ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、この非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行う。この場合、導電層370の残存部分は、図12に示すマスクM1の透光部分(白い領域A3,A4)のような平面パターンになる。ここでも、この導電層370の残存部分をソース・ドレイン電極準備層と呼ぶことにする。 That is, first, a negative resist layer 381 is formed instead of the positive resist layer 381 shown in FIG. 18, and light in the photosensitive wavelength region is irradiated from the lower side of the substrate without using a photomask. The back exposure is performed so that the generated shadow becomes a non-exposed region on the negative resist layer, and patterning for removing a portion corresponding to the non-exposed region is performed. In this case, the remaining portion of the conductive layer 370 has a planar pattern such as the translucent portion (white regions A3 and A4) of the mask M1 * shown in FIG. Again, the remaining portion of the conductive layer 370 is referred to as a source / drain electrode preparation layer.

続いて、ゲート電極層320に部分的に重複する閉領域のパターンを有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスク(たとえば、図10に示すような閉領域A2を有するマスクM2でもよいし、図17に示すような閉領域A2を有するマスクM2でもよい)を用意し、上記ソース・ドレイン電極準備層に対して、上記閉領域に対応する部分を残すパターニングを行えば、このソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、図6に示すような平面パターンをもったソース電極層350およびドレイン電極層360が得られる。 Subsequently, a photomask for forming a source / drain electrode having a pattern of a closed region partially overlapping with the gate electrode layer 320 (for example, a mask M2 having a closed region A2 as shown in FIG. 10 may be used, or FIG. If the mask M2 * having the closed region A2 * as shown in FIG. 2 is prepared and the source / drain electrode preparation layer is patterned to leave a portion corresponding to the closed region, the source / drain electrode With the remaining portion of the preparation layer, a source electrode layer 350 and a drain electrode layer 360 having a planar pattern as shown in FIG. 6 are obtained.

結局、この§6で述べる基本的実施形態では、少なくとも上面が絶縁性を有する透明な材料からなる基板310を用意する第1の段階と、この基板310上に不透明な導電性材料からなるゲート電極層320を形成する第2の段階と、このゲート電極層320を含めた基板310上に透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層330を形成し、その上面に透明な導電性材料からなる導電層370を形成する第3の段階と、この導電層370の上面にネガ型レジスト層を形成し、基板下方側から光を照射し、ゲート電極層320によって生じる影が、ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、導電層370の非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、導電層370の残存部分により、ソース・ドレイン電極準備層を形成する第4の段階と、上方から観察したときにゲート電極層320を跨ぐような閉領域のパターンを有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを用いて、ソース・ドレイン電極準備層に対して、上記閉領域に対応する部分を残すパターニングを行い、ソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層350およびドレイン電極層360を形成する第5の段階と、インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、ソース電極層350の一部分およびドレイン電極層360の一部分に跨るように上記空隙部に配置された半導体チャネル層340を形成する第6の段階と、を行えばよい。   Finally, in the basic embodiment described in §6, a first step of preparing a substrate 310 made of a transparent material having at least an insulating surface, and a gate electrode made of an opaque conductive material on the substrate 310. A second step of forming the layer 320, and a gate insulating layer 330 made of a transparent insulating material is formed on the substrate 310 including the gate electrode layer 320, and a conductive layer made of a transparent conductive material is formed on the upper surface thereof. A third resist layer 370 is formed, and a negative resist layer is formed on the upper surface of the conductive layer 370. Light is irradiated from the lower side of the substrate, and the shadow caused by the gate electrode layer 320 is not on the negative resist layer. Back exposure is performed so as to be an exposed region, patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer 370, and the source / drain electrodes are formed by the remaining portions of the conductive layer 370. A source / drain electrode preparation layer using a photomask for forming a source / drain electrode having a pattern of a closed region that straddles the gate electrode layer 320 when observed from above; The source electrode layer 350 and the drain electrode layer 360 are formed between the remaining portions of the source / drain electrode preparation layer with a gap between them, by patterning to leave a portion corresponding to the closed region. And a semiconductor channel layer 340 made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer 350 and part of the drain electrode layer 360. The sixth stage may be performed.

3,5:切断線
100:逆スタガード・トップコンタクト型の薄膜トランジスタ素子
110:ガラス基板
120:ゲート電極層
130:ゲート絶縁層
140:半導体チャネル層(シリコン系)
141,142:高濃度不純物拡散層
150:ソース電極層
160:ドレイン電極層
200:逆スタガード・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ素子
210:ガラス基板
220:ゲート電極層
230:ゲート絶縁層
240:半導体チャネル層(シリコン系)
241,242:高濃度不純物拡散層
250:ソース電極層
260:ドレイン電極層
300:逆スタガード・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ素子
310:ガラス基板
320:ゲート電極層(金属)
325:第1の導電層(金属)
330:ゲート絶縁層
340:半導体チャネル層(IGZOからなる酸化物半導体)
350:ソース電極層
360:ドレイン電極層
370:第2の導電層(ITO)
375:ソース・ドレイン電極準備層
380:ネガ型レジスト層
381:ポジ型レジスト層
382:ネガ型レジスト層
390:半導体層(IGZOからなる酸化物半導体)
395:ネガ型レジスト層
A1〜A9:フォトマスクの透光領域
A1,A2:フォトマスクの遮光領域
D1,D2:重複領域
L1〜L6:各電極の輪郭基準線
M1〜M3,M1,M2:フォトマスク
3, 5: Cutting line 100: Inverted staggered top contact type thin film transistor element 110: Glass substrate 120: Gate electrode layer 130: Gate insulating layer 140: Semiconductor channel layer (silicon-based)
141, 142: High-concentration impurity diffusion layer 150: Source electrode layer 160: Drain electrode layer 200: Inverted staggered / bottom contact type thin film transistor element 210: Glass substrate 220: Gate electrode layer 230: Gate insulating layer 240: Semiconductor channel layer ( Silicon system)
241,242: High-concentration impurity diffusion layer 250: Source electrode layer 260: Drain electrode layer 300: Inverted staggered / bottom contact type thin film transistor element 310: Glass substrate 320: Gate electrode layer (metal)
325: First conductive layer (metal)
330: Gate insulating layer 340: Semiconductor channel layer (oxide semiconductor made of IGZO)
350: Source electrode layer 360: Drain electrode layer 370: Second conductive layer (ITO)
375: Source / drain electrode preparation layer 380: Negative resist layer 381: Positive resist layer 382: Negative resist layer 390: Semiconductor layer (oxide semiconductor made of IGZO)
395: Negative resist layers A1 to A9: Photomask light-transmitting regions A1 * , A2 * : Photomask light-shielding regions D1, D2: Overlapping regions L1-L6: Contour reference lines M1-M3, M1 * , M2 * : Photomask

Claims (6)

半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法であって、
少なくとも上面が絶縁性を有し、前記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
前記基板上に、前記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
前記ゲート電極層を含めた前記基板上に、前記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に前記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
前記導電層の上面に、前記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、上方から観察したときに前記ゲート電極層に部分的に重複する透光領域を有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを、前記基板の下方に配置し、基板下方側から前記感光波長域の光を照射し、前記フォトマスクの遮光領域によって生じる影と前記ゲート電極層によって生じる影とが、前記ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、前記導電層の前記非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、前記導電層の残存部分によって、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第4の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、前記ソース電極層の一部分および前記ドレイン電極層の一部分に跨るように前記空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第5の段階と、
を有することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
Source / drain electrode formation using a resist that has photosensitivity to light in a predetermined photosensitive wavelength range for a transistor element that controls the current flowing between the source and drain via the semiconductor channel layer by the voltage applied to the gate electrode A method including a patterning process for manufacturing,
A first step of preparing a substrate made of a material having at least an upper surface insulating property and transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range;
Forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and an upper surface is made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range. A third step of forming a conductive layer;
A negative resist layer having sensitivity to light in the photosensitive wavelength region is formed on the upper surface of the conductive layer, and a source having a light-transmitting region that partially overlaps the gate electrode layer when observed from above A drain electrode forming photomask is disposed below the substrate, irradiated with light in the photosensitive wavelength region from below the substrate, and a shadow caused by the light shielding region of the photomask and a shadow caused by the gate electrode layer However, back exposure is performed so as to be a non-exposed region on the negative resist layer, patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer, and A fourth step of forming a source electrode layer and a drain electrode layer disposed in the gap through the gap,
A fifth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
A method for producing a transistor element, comprising:
半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法であって、
少なくとも上面が絶縁性を有し、前記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
前記基板上に、前記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
前記ゲート電極層を含めた前記基板上に、前記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に前記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
前記導電層に対して、ソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを用いたパターニングを行い、上方から観察したときに前記ゲート電極層を跨ぐように配置され、前記ゲート電極層に対して部分的に重複した領域をなすソース・ドレイン電極準備層を形成する第4の段階と、
前記ソース・ドレイン電極準備層の上面に、前記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、基板下方側から前記感光波長域の光を照射し、前記ゲート電極層によって生じる影が、前記ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、前記ソース・ドレイン電極準備層の前記非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、前記ソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第5の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、前記ソース電極層の一部分および前記ドレイン電極層の一部分に跨るように前記空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第6の段階と、
を有することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
Source / drain electrode formation using a resist that has photosensitivity to light in a predetermined photosensitive wavelength range for a transistor element that controls the current flowing between the source and drain via the semiconductor channel layer by the voltage applied to the gate electrode A method including a patterning process for manufacturing,
A first step of preparing a substrate made of a material having at least an upper surface insulating property and transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range;
Forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and an upper surface is made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range. A third step of forming a conductive layer;
The conductive layer is patterned using a photomask for forming source / drain electrodes, and is arranged so as to straddle the gate electrode layer when observed from above, and partially with respect to the gate electrode layer. A fourth step of forming a source / drain electrode preparation layer forming an overlapping region;
A negative resist layer having photosensitivity to light in the photosensitive wavelength region is formed on the upper surface of the source / drain electrode preparation layer, and the gate electrode layer is irradiated with light in the photosensitive wavelength region from below the substrate. The back surface exposure is performed so that the shadow caused by the above becomes a non-exposed region on the negative resist layer, and patterning is performed to remove a portion corresponding to the non-exposed region of the source / drain electrode preparation layer, A fifth step of forming a source electrode layer and a drain electrode layer disposed with a gap between them by the remaining portion of the drain electrode preparation layer;
A sixth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
A method for producing a transistor element, comprising:
半導体チャネル層を介してソース・ドレイン間を流れる電流をゲート電極への印加電圧により制御するトランジスタ素子を、所定の感光波長域の光に対して感光性を有するレジストを利用したソース・ドレイン電極形成用パターニング処理を含む工程により製造する方法であって、
少なくとも上面が絶縁性を有し、前記感光波長域の光に関して透明な材料からなる基板を用意する第1の段階と、
前記基板上に、前記感光波長域の光に関して不透明な導電性材料からなるゲート電極層を形成する第2の段階と、
前記ゲート電極層を含めた前記基板上に、前記感光波長域の光に関して透明な絶縁性材料からなるゲート絶縁層を形成し、その上面に前記感光波長域の光に関して透明な導電性材料からなる導電層を形成する第3の段階と、
前記導電層の上面に、前記感光波長域の光に対して感光性を有するネガ型レジスト層を形成し、基板下方側から前記感光波長域の光を照射し、前記ゲート電極層によって生じる影が、前記ネガ型レジスト層上の非露光領域となるような背面露光を行い、前記導電層の前記非露光領域に対応する部分を除去するパターニングを行い、前記導電層の残存部分により、ソース・ドレイン電極準備層を形成する第4の段階と、
上方から観察したときに前記ゲート電極層を跨ぐような閉領域のパターンを有するソース・ドレイン電極形成用のフォトマスクを用いて、前記ソース・ドレイン電極準備層に対して、前記閉領域に対応する部分を残すパターニングを行い、前記ソース・ドレイン電極準備層の残存部分により、相互間に空隙部を介して配置されたソース電極層およびドレイン電極層を形成する第5の段階と、
インジウム・ガリウム・亜鉛の複合酸化物からなり、前記ソース電極層の一部分および前記ドレイン電極層の一部分に跨るように前記空隙部に配置された半導体チャネル層を形成する第6の段階と、
を有することを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
Source / drain electrode formation using a resist that has photosensitivity to light in a predetermined photosensitive wavelength range for a transistor element that controls the current flowing between the source and drain via the semiconductor channel layer by the voltage applied to the gate electrode A method including a patterning process for manufacturing,
A first step of preparing a substrate made of a material having at least an upper surface insulating property and transparent with respect to light in the photosensitive wavelength range;
Forming a gate electrode layer made of a conductive material opaque to light in the photosensitive wavelength region on the substrate;
A gate insulating layer made of an insulating material transparent to light in the photosensitive wavelength range is formed on the substrate including the gate electrode layer, and an upper surface is made of a conductive material transparent to light in the photosensitive wavelength range. A third step of forming a conductive layer;
A negative resist layer having photosensitivity to the light in the photosensitive wavelength region is formed on the upper surface of the conductive layer, and the shadow generated by the gate electrode layer is irradiated with the light in the photosensitive wavelength region from the lower side of the substrate. The back exposure is performed so as to be a non-exposed region on the negative resist layer, the patterning is performed to remove the portion corresponding to the non-exposed region of the conductive layer, and the source / drain is formed by the remaining portions of the conductive layer. A fourth step of forming an electrode preparation layer;
Using a photomask for forming source / drain electrodes having a pattern of a closed region that straddles the gate electrode layer when observed from above, the source / drain electrode preparation layer corresponds to the closed region. Patterning leaving a portion, and forming a source electrode layer and a drain electrode layer disposed with a gap between them by a remaining portion of the source / drain electrode preparation layer;
A sixth step of forming a semiconductor channel layer made of a complex oxide of indium, gallium, and zinc and disposed in the gap so as to straddle part of the source electrode layer and part of the drain electrode layer;
A method for producing a transistor element, comprising:
請求項1〜3のいずれかに記載のトランジスタ素子の製造方法において、
第1の段階で、ガラスもしくは合成樹脂からなる基板を用意し、
第2の段階で、ゲート電極層を形成する材料として金属を用いることを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the transistor element in any one of Claims 1-3,
In the first stage, a substrate made of glass or synthetic resin is prepared,
In the second stage, a metal element is used as a material for forming the gate electrode layer.
請求項1〜4のいずれかに記載のトランジスタ素子の製造方法において、
第3の段階で、ゲート絶縁層を形成する材料として、酸化シリコンもしくは窒化シリコンを用いることを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the transistor element in any one of Claims 1-4,
In the third step, a method for manufacturing a transistor element, wherein silicon oxide or silicon nitride is used as a material for forming a gate insulating layer.
請求項1〜5のいずれかに記載のトランジスタ素子の製造方法において、
第3の段階で、導電層を形成する材料として、ITOもしくはIZOを用いることを特徴とするトランジスタ素子の製造方法。
In the manufacturing method of the transistor element in any one of Claims 1-5,
In the third step, ITO or IZO is used as a material for forming the conductive layer.
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