СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРА И ИНВЕРТОР Российский патент 2011 года по МПК H01L21/8236 H01L29/786 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение имеет отношение к инвертору, который состоит из тонкопленочного транзистора, содержащего оксидный полупроводниковый слой в качестве канального слоя. Кроме того, настоящее изобретение имеет отношение к интегральной схеме, которая содержит соответствующий инвертор.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Соединительные платы тонкопленочных транзисторов (TFT), на которых транзисторы TFT размещаются в виде массива на подложках, представляют собой части основы для различных видов жидкокристаллических дисплеев с активной матрицей, таких как дисплей на жидких кристаллах, дисплей на органических светодиодах (OLED) и т.п. В жидкокристаллическом дисплее с активной матрицей транзистор TFT управляет электрооптическим прибором, соответствующим каждому пикселю, для отображения желаемой информации. В качестве транзистора TFT для такой цели рассматривается транзистор TFT на основе низкотемпературного поликристаллического кремния (LTPS), транзистор TFT на основе гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si:H) и т.п.

Кроме того, рассматривается технология для одновременного производства транзисторов TFT, соответственно имеющих различные функции, на одной и той же подложке в качестве соединительной платы. Более конкретно, в этой технологии транзистор TFT (схема пикселя) для управления электрооптическим прибором каждого пикселя и периферийные схемы, такие как драйвер затвора, драйвер истока и т.п., состоящие из транзисторов TFT, изготовляются одновременно на одной и той же подложке. В этом случае, поскольку функция транзистора TFT является различной в зависимости от каждого блока схемы, такого как схема пикселя, периферийная схема и т.п., желательно отрегулировать пороговое напряжение транзистора TFT для каждого блока схемы. Например, следует отметить, что большое пороговое напряжение, подходящее для порога инвертирования электрооптического прибора, желательно в схеме пикселя, а малое пороговое напряжение желательно для сдерживания потребления энергии в периферийной схеме. На таком уровне техники опубликованная заявка на патент Японии № 2005-072461 раскрывает способ регулировки пороговых напряжений транзисторов TFT в соответствии с блоками пикселей в схемах транзисторов TFT на основе LTPS, изготовленных с использованием отжига с помощью эксимерного лазера (ELA).

Периферийные схемы включают в себя цифровые схемы, такие как сдвиговый регистр и т.п. При этом следует отметить, что в случае изготовления цифровой схемы с транзисторами TFT следующие четыре структуры (1)-(4) могут быть использованы в качестве логического элемента "НЕ" (инвертора). Структура (1) представляет собой активную нагрузку, структура (2) представляет собой обогащение/обогащение (E/E), структура (3) представляет собой обогащение/обеднение (E/D), и структура (4) представляет собой комплементарный металл-оксидный полупроводник (CMOS). В общем случае структура E/D или структура CMOS часто применяется с целью сокращения области размещения и достижения работы с большой скоростью. Кстати говоря, для эффективной работы инвертора со структурой обогащения/обеднения необходимо управлять пороговым напряжением транзистора TFT таким образом, чтобы сделать разность между пороговыми напряжениями двух транзисторов TFT, составляющих инвертор, достаточно большой. С другой стороны, поскольку для инвертора со структурой CMOS необходим и транзистор TFT с каналом n-типа, и транзистор TFT с каналом p-типа, требуются соответствующие процессы легирования для каждого транзистора TFT, что приводит к большему количеству процессов фотолитографии по сравнению с другими структурами.

В качестве потенциально возможных вариантов эффективных транзисторов TFT для использования вместо транзисторов TFT на основе LTPS или a-Si:H были активно исследованы и разработаны транзисторы TFT (оксидные транзисторы TFT), в которых в качестве канального слоя используются слои из оксидных полупроводников. При этом способ изготовления оксидного транзистора TFT с использованием тонкой пленки, полученной радиочастотным магнетронным распылением, из аморфного оксида индия-галлия-цинка (In-Ga-Zn-O; IGZO) в качестве канального слоя раскрывается в документе "Appl. Phys. Lett. 89, 112123 (2006)". Многие виды оксидных полупроводников с высокой подвижностью носителей тока, такие как аморфный IGZO и т.п., имеют проводимость n-типа (электронную), но не приобретают проводимость p-типа (дырочную) даже при легировании, поэтому структура CMOS не может быть использована. Однако оксидный транзистор TFT имеет следующие два преимущества. Так, (1) подвижность носителей тока оксидного транзистора TFT гораздо выше, чем подвижность носителей тока транзистора TFT на основе a-Si:H. Поэтому документ "IEEE Elec. Dev. Lett., 28, p.273 (2007)" раскрывает, что даже если используется инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, который неудобен с точки зрения скорости работы, может быть достигнута работа с большой скоростью, которая превышает скорость работы инвертора с транзистором TFT на основе a-Si:H. Кроме того, (2) для канального слоя доступно осаждение методом распыления. Таким образом, поскольку исходная стеклянная подложка может быть увеличена, можно ожидать понижение стоимости изготовления в соответствии с увеличением подложки.

Кроме того, в следующих документах раскрываются различные способы управления пороговым напряжением для оксидного транзистора TFT. Во-первых, публикация заявки на патент США № US-2006-0113565 раскрывает транзистор TFT, который включает в себя In, Ga, Zn и O в качестве своих составных элементов и использует в качестве канального слоя прозрачную аморфную оксидную тонкую пленку, концентрация электронных носителей которой составляет меньше чем 10¹⁸ см^-3, и интегральную схему, которая использует соответствующие транзисторы TFT. Кроме того, этот документ упоминает использование транзистора TFT, работающего в режиме обеднения (D), но не упоминает конкретный способ управления напряжением V_th в транзисторе TFT.

Публикация заявки на патент США № US-2006-0244107 раскрывает способ управления напряжением V_th в транзисторе TFT, который использует оксид цинка (ZnO) в качестве канального слоя, посредством введения легирующего вещества в атмосферу осаждения канального слоя.

Кроме того, документ "BARQUINHA ET AL: "Influence of the semiconductor thickness on the electrical properties of transparent TFTs based on indium zinc oxide" JOURNAL OF NONCRYSTALLINE SOLIDS, NORTH-HOLLAND PHYSICS PUBLISHING. AMSTERDAM, NL, vol. 352, no. 9-20, 15 June 2006 (2006-06-15), pages 1749-1752, XP005482522 ISSN: 0022-3093 figure 3" раскрывает, что в транзисторе TFT, который использует ZnO в качестве материала канального слоя, напряжение V_th регулируется посредством толщины осажденного канального слоя.

Кроме того, документ "Journal of Applied physics, 97, p.064505 (2005)" раскрывает, что в транзисторе TFT, который использует оксид цинка-индия (Zn-In-O) в качестве материала канального слоя, напряжение V_th регулируется посредством температуры термической обработки.

В любом случае все документы множества, состоящего из публикации заявки на патент США № US-2006-0244107, документа "Solid State Electronics, 352(9-20), p.1749 (2006)" и документа "Journal of Applied physics, 97, p.064505 (2005)", раскрывают, что характеристики транзисторов TFT, соответственно изготовленных на разных подложках при различных условиях, отличаются друг от друга. Однако ни один из этих документов не раскрывает конкретный способ изготовления на одной и той же подложке транзисторов TFT, каждый из которых имел бы свое напряжение V_th.

В способе, раскрытом в опубликованной заявке на патент Японии № 2005-072461, недорогое изготовление цифровой схемы с транзисторами TFT является сложным по следующим двум причинам.

Во-первых, транзистор TFT, раскрытый в этом документе, является транзистором TFT на основе LTPS. Другими словами, поскольку стоимость увеличивается из-за увеличения самого прибора отжига с помощью эксимерного лазера (ELA), даже если увеличивается исходная стеклянная подложка, преимущество стоимости производства в соответствии с увеличением подложки является малым. Во-вторых, невозможно получить инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, который эффективно работает, поскольку разность пороговых напряжений транзисторов TFT, полученная в способе, раскрытом в этом документе, слишком мала. Поэтому инвертор, раскрытый в этом документе, имеет структуру CMOS и процесс фотолитографии усложняется по сравнению с другими структурами, посредством чего стоимость увеличивается.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение имеет своей целью решить описанные выше проблемы. Настоящее изобретение характеризуется способом изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), имеющего множество тонкопленочных транзисторов на одной и той же подложке, канальные слои упомянутых транзисторов состоят из оксидного полупроводника, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, и способ содержит этапы: формирования первого транзистора и второго транзистора, толщина канальных слоев первого и второго транзисторов различны; и применения термообработки по меньшей мере к одному из канальных слоев первого и второго транзисторов.

Кроме того, настоящее изобретение характеризуется способом изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), имеющего множество тонкопленочных транзисторов на одной и той же подложке, канальные слои упомянутых транзисторов состоят из оксидного полупроводника, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, и способ содержит этапы: формирования общей осажденной пленки, действующей в качестве канального слоя первого транзистора и канального слоя второго транзистора; и выполнения термообработки посредством приложения большего количества тепла к какому-либо одному из канальных слоев первого транзистора и второго транзистора.

Кроме того, настоящее изобретение отличается тем, что среди множества оксидных полупроводниковых тонкопленочных транзисторов, которые сформированы на одной и той же подложке и каждый из которых содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, толщина канальных слоев по меньшей мере двух транзисторов является взаимно различной, и пороговые напряжения двух транзисторов являются взаимно различными.

В соответствии с настоящим изобретением возможно относительно легко изготовить оксидные полупроводниковые тонкопленочные транзисторы, соответственно имеющие различные пороговые напряжения, на одной и той же подложке с использованием характеристик оксидного полупроводникового тонкопленочного транзистора. Например, соответствующие характеристики включают в себя такую характеристику, что разность пороговых напряжений возникает вследствие разности толщины канальных слоев, и такую характеристику, что разность пороговых напряжений возникает вследствие различия условий термообработки канальных слоев. Даже если используется какая-либо одна из этих двух характеристик, возможно существенно увеличить разность пороговых напряжений, посредством чего инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, функционирует эффективно.

Дополнительные отличительные признаки настоящего изобретения станут понятны на основе последующего описания иллюстративных вариантов воплощения со ссылкой на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопроводительные чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты воплощения изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов изобретения.

Фиг.1 - принципиальная схема инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения.

Фиг.2 - принципиальная схема инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения.

Фиг.3 - изображение поперечного разреза первого варианта воплощения.

Фиг.4 - изображение поперечного разреза второго варианта воплощения.

Фиг.5 - изображение, показывающее результат оценки (моделирования) эффективного условия изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения.

Фиг.6 - изображение поперечного разреза изготовленного транзистора TFT.

Фиг.7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G и 7H - изображения, показывающие характеристическую зависимость I_ds-V_gs изготовленного транзистора TFT.

Фиг.8 - изображения поперечных разрезов, показывающие процесс изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 1, варианте воплощения 4 и сравнительном примере 4-1.

Фиг.9 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 1.

Фиг.10 - изображения поперечных разрезов, показывающие процесс изготовления инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 1-1 и сравнительном примере 4-2.

Фиг.11 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 1-1.

Фиг.12 - изображения поперечных разрезов, показывающие процесс изготовления инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 1-2.

Фиг.13 - изображения поперечных разрезов, показывающие процесс изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 3.

Фиг.14 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 3.

Фиг.15 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 3-1.

Фиг.16 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 4.

Фиг.17 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 4-1.

Фиг.18 - изображение, показывающее выходную форму сигнала модели кольцевого генератора, составленного из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, в сравнительном примере 4-2.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь будут подробно описаны иллюстративные варианты воплощения настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 показана принципиальная схема инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), который может быть изготовлен в соответствии с настоящим изобретением. В инверторе, работающем в режиме обогащения/обеднения, используется одна часть тонкопленочного транзистора (TFT), работающего в режиме обогащения (в режиме E), и одна часть транзистора TFT, работающего в режиме обеднения (в режиме D). Напряжение источника питания подается извне как разность потенциалов между напряжением V_dd и заземлением GND. Электрод истока транзистора TFT, работающего в режиме обеднения, и электрод стока транзистора TFT, работающего в режиме обогащения, соединены друг с другом, и электрод затвора транзистора TFT, работающего в режиме обеднения, соединен с электродом истока транзистора TFT, работающего в режиме обеднения. Электрод стока транзистора TFT, работающего в режиме обеднения, соединен с точкой V_dd напряжения источника питания, и электрод истока транзистора TFT, работающего в режиме обогащения, соединен с заземлением. Также электрод затвора транзистора TFT, работающего в режиме обогащения, служит точкой входа, и электрод стока транзистора TFT, работающего в режиме обогащения, служит точкой выхода.

В принципе выходное напряжение инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, во время высокого уровня выходного сигнала повышается до напряжения, эквивалентного напряжению источника питания. Поэтому инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, имеет такой отличительный признак, что амплитуда выходного напряжения является широкой и время нарастания выходного напряжения является быстрым.

С другой стороны, на фиг.2 показана принципиальная схема инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, в котором и нагрузочный транзистор TFT, и управляющий транзистор TFT работают в режиме обогащения. Аналогично инвертору, работающему в режиме обогащения/обеднения, напряжение источника питания подается извне как разность потенциалов между напряжением V_dd и заземлением.

При сравнении этих двух типов инверторов друг с другом инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, может управлять нагрузочной емкостью на более высокой скорости с большей амплитудой.

В транзисторе TFT, когда напряжение V_ds между стоком и истоком существенно больше, чем напряжение V_gs между затвором и истоком, транзистор TFT работает в области насыщения и ток I_ds между стоком и истоком представлен следующим выражением:

I_ds=(W·C_i·µ/2L)·(V_gs-V_th)² (1)

Здесь L обозначает длину канала (мкм), W обозначает ширину канала (мкм), C_i обозначает емкость диэлектрика затвора (Ф/см²), µ обозначает подвижность носителей полевого эффекта (см²/В·с), и V_th обозначает пороговое напряжение (В).

Хотя существуют несколько способов экспериментального получения значений µ и V_th, ниже будет описан один из способов. В транзисторе TFT квадратный корень от тока I_ds в течение периода, пока изменяется напряжение V_gs и подается постоянное напряжение V_ds, существенно большее, чем напряжение V_gs, наносится на график как функция от напряжения V_gs. Значения µ и V_th могут быть получены из градиента и отрезка касательной линии, проведенной в точке произвольного напряжения V_gs на этом графике. Касательная линия также может быть проведена в точке напряжения V_gs, где производная предшествующего графика становится максимальной, или в точке напряжения V_gs, которое фактически должно быть приложено к транзистору TFT. Считается, что в последнем случае могут быть получены фактические значения µ и V_th вблизи от напряжения V_gs.

Одно определение транзисторов TFT, работающих в режимах обогащения и обеднения, для упрощения будет описано посредством иллюстрации транзистора TFT с каналом n-типа. Транзистор TFT может называться работающим в режиме обогащения (E), если его ток I_ds достаточно мал при напряжении V_gs=0, и поэтому он может рассматриваться как находящийся в закрытом состоянии. Наоборот, транзистор TFT, который имеет конечный ток I_ds при напряжении V_gs=0 в транзисторе TFT с каналом n-типа и к которому должно быть приложено отрицательное напряжение V_gs в качестве обратного смещения, чтобы привести транзистор TFT в закрытое состояние, называют работающим в режиме обеднения (D). Эквивалентно транзисторы TFT, работающие в режимах обогащения и обеднения, могут быть определены с использованием напряжения V_on включения, которое является напряжением V_gs, при котором ток I_ds начинает увеличиваться, пока напряжение V_gs изменяется от значения, в котором транзистор TFT находится в закрытом состоянии. Транзистор TFT, имеющий положительное напряжение V_on, может быть определен как работающий в режиме обогащения, и транзистор TFT, имеющий отрицательное напряжение V_on, может быть определен как работающий в режиме обеднения. Вместо приведенного выше определения также можно определить, что транзистор TFT, имеющий в значительной степени положительное напряжение V_th, является работающим в режиме обогащения, и транзистор TFT, имеющий в значительной степени отрицательное напряжение V_th, соответственно является работающим в режиме обеднения.

Хотя приведенное выше описание было дано с использованием транзистора TFT с каналом n-типа, аналогично приведенному выше описанию также могут быть рассмотрены различные определения, относящиеся к режимам обогащения и обеднения в транзисторе TFT с каналом p-типа.

Далее определяется, что транзистор TFT с каналом n-типа, обычно имеющий положительное напряжение V_th, является работающим в режиме обогащения, и транзистор TFT с каналом n-типа, в значительной степени имеющий отрицательное напряжение V_th, является работающим в режиме обеднения. Однако в случае использования двух транзисторов TFT с каналом n-типа, имеющих положительное напряжение, инвертор также может быть задан посредством рассмотрения транзистора TFT на одной стороне как работающего в режиме обеднения, а не обогащения, когда имеется большая разность между двумя напряжениями V_th.

(Первый вариант воплощения)

На фиг.3 показана часть поперечного разреза инвертора в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения.

Первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902 изготовлены на подложке 100.

Первый транзистор TFT 901 содержит первый электрод 201 затвора, изолирующий слой 300, первый канальный слой 401, первый электрод 501 стока и первый электрод 601 истока.

Второй транзистор TFT 902 содержит второй электрод 202 затвора, изолирующий слой 300, второй канальный слой 402, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока.

При этом изолирующий слой 300 целиком встроен в первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902. Однако он может быть встроен отдельно в каждый транзистор TFT.

Первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока соединены друг с другом. Первый электрод 201 затвора соединен с первым электродом 601 истока посредством проводного соединения (не показано).

Когда первый электрод 501 стока соединен с точкой V_dd напряжением источника питания и второй электрод 602 истока соединен с землей, получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором второй электрод 202 затвора служит точкой входа, и второй электрод 502 стока служит точкой выхода.

Таким образом, первый транзистор, который является одним транзистором, становится работающим в режиме обеднения, и второй транзистор, который является другим транзистором, работает в режиме обогащения.

Первый канальный слой 401 является более толстым, чем второй канальный слой 402. Таким образом, после изготовления канальных слоев, имеющих различную толщину относительно друг друга, весь прибор целиком подвергается нагреванию на произвольной стадии изготовления. В результате этого процесса первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902 имеют различные значения напряжения V_th относительно друг друга.

Чтобы отрегулировать толщину канальных слоев 401 и 402, после формирования общей осажденной пленки, состоящей из оксидного полупроводника, который становится канальными слоями 401 и 402, может быть выполнен процесс сухого травления или процесс жидкостного травления. Таким образом, при использовании травления, поскольку достигается формирование канального слоя только за один раз, стоимость изготовления может быть уменьшена.

Кроме того, также может быть использован метод обратной литографии. Таким образом, толщина пленки также может регулироваться посредством повторного формирования канального слоя после применения фоторезиста на верхнем участке канального слоя для режима обогащения после изготовления канального слоя, толщина которого соответствует толщине канального слоя для режима обогащения, который является вторым канальным слоем 402, на всей поверхности. При промывании всей структуры на подложке могут быть получены канальные слои, имеющие два вида толщины. Этот случай предпочтителен, поскольку возможность регулирования толщины пленки является высокой для каждого канального слоя.

(Второй вариант воплощения)

На фиг.4 показана часть поперечного разреза инвертора в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения.

Первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902 изготовлены на подложке 100.

Первый транзистор TFT 901 содержит первый электрод 201 затвора, изолирующий слой 300, первый канальный слой 401, первый электрод 501 стока и первый электрод 601 истока.

Второй транзистор TFT 902 содержит второй электрод 202 затвора, изолирующий слой 300, второй канальный слой 402, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока.

Первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока соединены друг с другом. Первый электрод 201 затвора соединен с первым электродом 601 истока посредством проводного соединения (не показано).

Когда первый электрод 501 стока соединен с точкой V_dd напряжением источника питания и второй электрод 602 истока соединен с землей, получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором второй электрод 202 затвора служит точкой входа, и второй электрод 502 стока служит точкой выхода.

Таким образом, первый транзистор, который является одним транзистором, становится работающим в режиме обеднения, и второй транзистор, который является другим транзистором, работает в режиме обогащения.

Толщина первого канального слоя 401 приблизительно равна толщине второго канального слоя 402. Первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902 должны иметь различные значения V_th посредством избирательного выполнения процесса нагревания для канального слоя 401 первого транзистора TFT по сравнению с процессом, который должен быть выполнен для канального слоя 402 второго транзистора TFT.

В настоящем изобретении факт избирательного выполнения процесса нагревания означает контроль над тем, что нагревание локально (избирательно/интенсивно) применяется только к заданному участку (также называемому областью), предварительно зафиксированному на подложке. Например, имеется способ локального нагревания только заданного участка. Однако имеется случай, в котором часть теплоты передается участку, отличающемуся от заданного участка, когда процесс нагревания выполняется над заданным участком, но в настоящем изобретении, если влияние (на качество пленки) переданной теплоты находится на незначительном уровне, такое влияние является допустимым. При необходимости является эффективным обеспечить блок охлаждения, чтобы подавить влияние передачи части теплоты участку, отличающемуся от заданного участка, когда процесс нагревания выполняется над заданным участком. Оптимальное значение температуры и времени выдержки каждого транзистора TFT изменяется в зависимости от состава или толщины каждого оксидного полупроводникового слоя первого транзистора TFT и второго транзистора TFT.

Как известно авторам настоящего изобретения, с учетом условий термической обработки и эффекта в случае изготовления оксидной полупроводниковой тонкой пленки, имеющей состав "In (индий):Ga (галлий):Zn (цинк)=1:0,9:0,6", с условием, которое будет описано позже, выявляется следующая зависимость. Таким образом, может быть получен постоянный эффект, например, посредством выдержки первого транзистора TFT в течение десяти минут или более при температуре 200°C и выдержки второго транзистора TFT при температуре 120°C или менее.

Чтобы выборочно нагреть только первый транзистор TFT, могут быть использованы различные способы локального нагревания с использованием контактного нагревания и нагревания посредством облучения электромагнитными волнами (облучения высокочастотными волнами, облучения ультрафиолетовыми лучами, облучения лазерным лучом и т.п.).

В настоящем изобретении упомянутые выше электромагнитные волны включают в себя радиочастотные волны, высокочастотные волны, такие как микроволны, ультрафиолетовые лучи, видимые лучи, инфракрасные лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

В настоящем изобретении избирательное нагревание может быть достигнуто посредством выполнения индукционного нагревания с использованием удельного сопротивления или удельной теплоемкости различных материалов и разности коэффициентов поглощения при заданной длине волны.

Выполнение индукционного нагревания, поскольку разность количества теплоты становится больше в зависимости от способа выбора материалов, является предпочтительным, поскольку напряжение V_th может эффективно регулироваться для каждого транзистора TFT.

Кроме того, при использовании разности коэффициентов поглощения в зависимости от материалов заданный транзистор TFT может быть избирательно нагрет также посредством общего нагревания, такого как нагревание с помощью импульсной лампы. А именно, для структурных материалов (электрода затвора, электродов истока/стока) электрода заданного транзистора TFT используются вещества, отличающиеся от структурных материалов электрода, соответствующего другому транзистору TFT. Посредством обеспечения такой структуры заданный транзистор TFT может быть избирательно нагрет посредством выполнения общего оптического облучения при использовании импульсной лампы и т.п. Этот процесс реализуется, поскольку только участок электрода, сформированный из материала, имеющего высокий коэффициент поглощения, выборочно поглощает оптическую энергию для нагревания этого участка. В частности, предпочтительно оптическое облучение импульсной лампой, поскольку нагревающее устройство является простым.

При этом, чтобы управлять температурой заданного транзистора TFT, для материалов, отличающихся от структурных материалов транзистора TFT, может быть назначен светопоглощающий материал или светоотражающий материал. Кроме того, при необходимости может быть использована оптическая система, такая как фокусировка, проецирование или сканирование света. Кроме того, в случае, когда имеется риск изменения качества пленки вследствие того, что теплота избирательно нагретого участка передается смежной части, также при необходимости может быть обеспечен блок охлаждения.

Другими словами, в вариантах воплощения настоящего изобретения является предпочтительным, что упомянутый выше инвертор имеет по меньшей мере любой вид структуры среди следующих пунктов от A до C.

A: Структура, в которой структурный материал электрода истока упомянутого выше первого транзистора отличается от структурного элемента электрода истока упомянутого выше второго транзистора.

B: Структура, в которой структурный материал электрода стока упомянутого выше первого транзистора отличается от структурного элемента электрода стока упомянутого выше второго транзистора.

C: Структура, в которой структурный материал электрода затвора упомянутого выше первого транзистора отличается от структурного элемента электрода затвора упомянутого выше второго транзистора.

Кроме того, является предпочтительным, что этап термической обработки включает в себя процесс нагревания посредством облучения электромагнитными волнами. Кроме того, в вариантах воплощения настоящего изобретения является предпочтительным, что упомянутый выше инвертор имеет по меньшей мере любой вид структуры среди следующих пунктов от D до F.

D: Структура, в которой физический параметр структурного материала электрода истока упомянутого выше первого транзистора отличается от физического параметра электрода истока упомянутого выше второго транзистора.

E: Структура, в которой физический параметр структурного материала электрода стока упомянутого выше первого транзистора отличается от физического параметра электрода стока упомянутого выше второго транзистора.

F: Структура, в которой физический параметр структурного материала электрода затвора упомянутого выше первого транзистора отличается от физического параметра электрода затвора упомянутого выше второго микротранзистора.

Далее является предпочтительным, что упомянутый выше физический параметр является по меньшей мере одним из свойств, выбранных из удельного сопротивления, удельной теплоемкости и коэффициентов поглощения.

(Третий вариант воплощения)

Как показано в первом варианте воплощения, после изготовления канальных слоев, имеющих различную толщину, условия процесса нагревания первого канального слоя делаются отличными от условий для второго канального слоя, как в способе, описанном во втором варианте воплощения, когда термический процесс выполняется в произвольном процессе изготовления.

В результате этого способа первый транзистор TFT 901 и второй транзистор TFT 902 имеют различные значения напряжения V_th.

Чтобы эффективно эксплуатировать инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в соответствии с настоящим изобретением, будет описан подходящий диапазон как разность между пороговыми напряжениями двух видов транзисторов. Фиг.5 является изображением, показывающим результат сравнения колебательных характеристик 31-каскадного кольцевого генератора на основе инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, с колебательными характеристиками 31-каскадного кольцевого генератора на основе инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, выполненных посредством способа моделирования с помощью программы SPICE (программы моделирования с акцентом на интегральные схемы). В правой части фиг.5 показана оценка, которая получена посредством изменения напряжения V_th нагрузочного транзистора TFT при каждых условиях геометрического соотношения β, отношения подвижности носителей тока, напряжения V_dd источника питания и напряжения V_th управляющего транзистора TFT, работающего в режиме обогащения, указанных в левой стороне фиг.5. Здесь геометрическое соотношение β представляет собой соотношение отношения (ширина W/длина L) управляющего транзистора TFT и отношения (ширина W/длина L) нагрузочного транзистора TFT. Отношение подвижности представляет собой отношение подвижности управляющего транзистора TFT и подвижности нагрузочного транзистора TFT. Следует отметить, что длина канала была задана равной L=10 мкм во всех транзисторах TFT. Что касается ширины канала, она была задана равной W=40 мкм в нагрузочных транзисторах TFT и W=40×β мкм в управляющих транзисторах TFT. Длина перекрытия затвора каждого транзистора TFT была задана равной 5 мкм, и учитывалась только паразитная емкость, вызванная этим перекрытием.

Согласно фиг.5, в случае когда напряжение V_th нагрузочного транзистора TFT удовлетворяет соотношению, показанному выражением (2), для напряжения V_dd источника питания, приложенного к инвертору, инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, имеет преимущество по меньшей мере либо по амплитуде колебаний, либо по частоте колебаний кольцевого генератора. Таким образом, каждый инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, лучше по сравнению с инвертором с насыщенной нагрузкой, работающим в режиме обогащения/обогащения, с точки зрения по меньшей мере либо скорости переключения, либо запаса помехоустойчивости

0,7<|(V_th(Ld)-V_th(Dr))/V_dd|<2 (2)

Таким образом, это выражение (2) показывает, что инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, работает с таким напряжением источника питания, которое удовлетворяет тому, что разность между пороговыми напряжениями первого и второго транзисторов находится в диапазоне меньше 70% и больше 200% напряжения источника питания.

В упомянутом выше условии оценки в диапазоне вне упомянутого выше неравенства имеется небольшое преимущество в формировании инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения. А именно, в случае когда |(V_th(Ld)-V_th(Dr))/V_dd|<0,7, инвертору не хватает тока для заряда нагрузочной емкости или наблюдается неустойчивое колебание в кольцевом генераторе. С другой стороны, в случае когда |(V_th(Ld)-V_th(Dr))/V_dd|>2, инверсионное напряжение является слишком высоким по сравнению с напряжением источника питания и диапазон входного/выходного напряжения становится узким.

Кроме того, будут подробно описаны материалы для формирования транзисторов TFT, которые должны использоваться в инверторах в соответствии с настоящим изобретением.

• Канальный слой

Для канального слоя используются оксидные полупроводниковые материалы. А именно, могут быть использованы ZnO, In₂O₃, Ga₂O₃ и смеси их кристаллов или аморфный твердый раствор (In-Zn-O, In-Ga-Zn-O и т.п.). Таким образом, может использоваться оксидный полупроводник, который включает в себя по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn.

В частности, если пленка из In-Ga-Zn-O сформирована в качестве канального слоя транзистора TFT методом распыления, может быть изготовлен транзистор, имеющий достаточно большую мобильность носителей полевого эффекта. В этом случае, поскольку температура осаждения материалов для канального слоя является низкой, светоизлучающий прибор может быть сформирован на гибкой подложке, такой как пластмасса.

Кроме того, в пленке из In-Ga-Zn-O предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть этой пленки включала в себя аморфное вещество. В соответствии с этой предпочтительной структурой улучшается эффективность процесса травления.

• Электроды стока-истока

Требуются такие материалы, которые должны использоваться для электродов стока-истока, чтобы барьер инжекции электронов для канального слоя был достаточно мал в случае, когда канальный слой является полупроводником n-типа. В случае полупроводника p-типа требуется, чтобы барьер инжекции дырок был достаточно мал. Например, может быть использован такой металл, как Al, Cr, W, Ti и Au, алюминиевый сплав и силицид, такой как WSi. Кроме того, также может быть использован прозрачный проводящий оксид или прозрачный оксидный полупроводник, имеющий большую концентрацию тока. Оксид олова-индия (ITO), оксид цинка-индия (IZO) и пленка из In-Ga-Zn-O соответствуют упомянутым выше материалам.

Электроды стока-истока могут быть сформированы посредством соединения нескольких материалов или могут представлять собой многослойную пленку из нескольких материалов.

• Электрод затвора

Материалы, которые должны использоваться для электрода затвора, выбираются из группы материалов, аналогичных упомянутым выше для электродов стока-истока. Могут быть использованы различные металлические тонкие пленки ГИС, проводящие оксидные тонкие пленки и проводящие органические тонкие пленки. Материалы могут использоваться для избирательного нагревания посредством использования различия физического свойства, такого как удельное сопротивление, удельная теплоемкость этих различных материалов или коэффициенты поглощения при заданной длине волны. Следует отметить, что избирательное нагревание канального блока может быть достигнуто также посредством материалов электродов стока-истока.

Электрод затвора может быть сформирован посредством соединения нескольких материалов или может представлять собой многослойную пленку из нескольких материалов.

Плоская пленка формируется на изолирующем слое затвора, и требуется, чтобы материалы имели малую удельную проводимость. А именно, ток I_gs утечки между затвором и истоком должен быть на практике достаточно мал по сравнению с током I_ds утечки между стоком и истоком.

Пленка выбирается из материала SiO_x, SiN_x и SiO_xN_y, сформированного методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), материала SiO₂, SiN_x, SiO_xN_y, Al₂O₃, Y₂O₃, HfO₂ и Ta₂O₅, сформированного методом радиочастотного магнетронного распыления, и многослойной пленки, составленной из этих материалов. Как проиллюстрировано на фиг.3, пленка может совместно использоваться двумя или более транзисторами TFT или может быть индивидуальной пленкой для каждого транзистора TFT.

Когда инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, изготовляется посредством двух видов транзисторов TFT, два пороговых напряжения V_th не всегда должны быть в таком соотношении, что одно напряжение поддерживается отрицательным, а другое - положительным, в случае, когда они встроены в схему. Настоящее изобретение может применяться, даже если два вида транзисторов TFT являются работающими в режиме обогащения или работающими в режиме обеднения, в случае, когда два пороговых напряжения V_th существенно различны, и эти два транзистора TFT могут использоваться раздельно с точки зрения конструкции схемы.

Кроме того, настоящее изобретение может быть аналогичным образом применено также в случае изготовления трех или более видов транзисторов TFT, в которых пороговые напряжения V_th можно отличить друг друга.

Оценивается физическое свойство аморфной пленки из In-Ga-Zn-O, которая будет использоваться в качестве канального слоя транзистора TFT.

В качестве подложки, на которой формируется пленка, была подготовлена обезжиренная очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation). В качестве целевого материала было использовано поликристаллическое спеченное изделие (размеры: диаметр 98 мм, толщина 5 мм), имеющее состав InGaO₃(ZnO).

Это спеченное изделие было изготовлено с помощью процесса влажного смешения материалов In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO (4N каждого реагента, растворитель: этанол), процесса предварительного спекания (при 1000°C в течение двух часов), процесса сухого измельчения и процесса основного спекания (при 1500°C в течение двух часов) в качестве исходного материала.

Удельная электропроводность этого целевого материала равна 0,25 (Сименс/см), которая указывает на полудиэлектрическое свойство.

Остаточное давление в вакуумной камере для осаждения составляет 3×10^-4 Па, и полное давление во время осаждения (а именно формирования пленки) было задано равным 0,53 Па с помощью смеси кислорода и аргона, которая содержит 3,3 объемных процентов кислорода.

Температура подложки специальным образом не регулируется, и расстояние между целевым материалом и подложкой, на которой формируется пленка, составляло 80 мм. Приложенная электрическая мощность составляла 300 Вт, и пленка была сформирована со скоростью осаждения 2 Å/с.

На поверхность осажденной пленки с толщиной 60 нм направлялся рентгеновский луч с углом падения 0,5 градусов, и было выполнено измерение дифракции рентгеновского луча с помощью метода тонкой пленки. В результате, поскольку не был подтвержден явный дифракционный максимум, было решено, что изготовленная пленка из In-Ga-Zn-O является аморфной.

В результате рентгенофлуоресцентного (XRF) анализа соотношение металлов в составе тонкой пленки было выражено как In:Ga:Zn=1:0,9:0,6.

После выполнения измерения в двух точках I-V посредством электродного шаблона компланарного типа с использованием напыленной многослойной пленки из Ti и Au, когда была измерена удельная электропроводность тонкой пленки, она составляла приблизительно 7×10^-5 Сименс/см. Если предполагается, что подвижность электронов составляет приблизительно 5 см²/В·с, оценивается, что концентрация электронов составляет приблизительно 10¹⁴ см^-3.

В соответствии с упомянутой выше проверкой было подтверждено, что изготовленная система тонкой пленки из In-Ga-Zn-O содержит In, Ga и Zn, и по меньшей мере часть тонкой пленки является аморфным оксидом.

В дальнейшем вещество для формирования канального слоя, который должен быть изготовлен, содержит In, Ga и Zn, и по меньшей мере часть вещества является аморфным оксидом.

Позволяется, чтобы соотношение состава металлов не являлось упомянутым выше соотношением In:Ga:Zn=1:0,9:0,6.

Затем несколько транзисторов TFT соответственно изготовлены на разных четырех подложках в соответствии со следующей процедурой, и подготавливаются образцы 1-4. Поперечный разрез транзистора TFT, изготовленного в каждом из образцов 1-4, показан на фиг.6.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) используется в качестве подложки 100, и Ti и Au напыляются на эту подложку с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется формирование рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается электрод 200 затвора. Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. Отверстие формируется в части (не показана) изолирующего слоя 300 затвора, расположенной на верхнем участке электрода 200 затвора, посредством травления, и получается контактное отверстие, используемое для контакта с электродом 200 затвора. Затем слой из аморфного IGZO (In-Ga-Zn-O) формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления в качестве канального слоя 400. Толщина пленки была сделана равной 30 нм в образцах 1 и 2 и равной 60 нм в образцах 3 и 4. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулировалась.

Затем на канальный слой 400 был нанесен рисунок в предопределенном размере канала посредством травления.

Затем образцы 2 и 4 были целиком и равномерно нагреты на горячей пластине, температура которой была задана равной 300°C, в течение двадцати минут в воздушной атмосфере. Этот термический процесс не применялся к образцам 1 и 3.

Наконец, Ti и Au были снова напылены для формирования пленки, толщина которой в целом составила 100 нм, методом электронно-лучевого напыления, и затем электрод 500 стока и электрод 600 истока были сформированы методом обратной литографии. Транзисторы TFT, ширина W канала которых составляет 40 мкм и 200 мкм или 800 мкм, были изготовлены в соответствующих образцах. Длина L канала была задана равной L=10 мкм для соответствующих образцов.

Характеристики зависимости I_ds-V_gs, измеренные при напряжении V_ds=+10 В в этих образцах, показаны на фиг.7A-7H. Все эти характеристики явно показывают характеристики транзистора TFT с каналом n-типа.

Когда были вычислены мобильность µ носителей полевого эффекта и пороговое напряжение V_th, были получены следующие результаты.

Образец 1 (толщина канального слоя d=30 нм, термический процесс не выполняется)

W=40 мкм: µ=6,5, V_th=+3,5

W=800 мкм: µ=2,0, V_th=+3,4;

Образец 2 (толщина канального слоя d=30 нм, термический процесс выполняется)

W=40 мкм: µ=9,3, V_th=-0,23

W=800 мкм: µ=7,8, V_th=+1,4;

Образец 3 (толщина канального слоя d=60 нм, термический процесс не выполняется)

W=40 мкм: µ=6,0, V_th=+2,1

W=200 мкм: µ=4,2, V_th=+1,5;

Образец 4 (толщина канального слоя d=60 нм, термический процесс выполняется)

W=40 мкм: µ=9,7, V_th=-10,1

W=200 мкм: µ=15, V_th=-3,0.

Оба транзистора TFT в образцах 1 и 3 являются работающими в режиме обогащения, и транзистор TFT в образце 4 является работающим в режиме обеднения.

С другой стороны, в транзисторе TFT, имеющем ширину канала W=40 мкм в образце 2, хотя напряжение V_th является отрицательным в точном смысле, ожидается, что транзистор TFT работает в режиме обогащения в зависимости от комбинации с другим транзистором TFT, как будет показано позже.

Хотя не было специальным образом описано, поскольку в ходе процесса изготовления все образцы высушиваются (при 120°C в течение десяти минут) несколько раз в воздухе, предполагается, что изменением электрических свойств вследствие применения нагревания при условиях, соответствующих упомянутым выше условиям, можно пренебречь после того, как образцы изготовлены.

На основе упомянутого выше эксперимента изготовлены инверторы, описанные в следующих соответствующих вариантах воплощения.

<Вариант воплощения 1>

Настоящий вариант воплощения 1 является примером использования первого варианта воплощения. Процесс изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, с использованием оксидного полупроводникового тонкопленочного транзистора в варианте воплощения 1 показан на фиг.8.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) использована в качестве подложки 100.

После формирования фоторезиста (не показан) на этой подложке с помощью первого процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается первый электрод 201 затвора и второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью второго процесса фотолитографии на часть изолирующего слоя 300 затвора, расположенную на верхних участках электродов 201 и 202 затвора, наносится рисунок посредством травления и получается контактное отверстие (не показано).

Затем пленка 400 из аморфного IGZO (общая осажденная пленка), которая станет канальным слоем, состоящим из оксидного полупроводника, формируется (газ осаждения (то есть газ формирования пленки): O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения (то есть давление формирования пленки): 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления. Пленка, толщина которой составляет 60 нм, формируется на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется.

Затем фоторезист (не показан) формируется на верхнем участке пленки 400 из аморфного IGZO в области 801, где сформирован первый транзистор TFT, с помощью третьего процесса фотолитографии, и затем пленка 400 из аморфного IGZO подвергается сухому травлению. Травление выполняется с регулированием времени и интенсивности, чтобы толщина пленки 400 из аморфного IGZO в области 802, где сформирован второй транзистор TFT, стала равна 30 нм.

После формирования фоторезиста (не показан) с помощью четвертого процесса фотолитографии пленка 400 из аморфного IGZO подвергается травлению для разделения пленки из аморфного IGZO, чтобы канальный слой стал независимым слоем для каждого транзистора. Таким образом получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402.

Затем вся структура равномерно нагревается на горячей пластине, температура которой задана равной 300°C, в течение двадцати минут в воздушной атмосфере.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью пятого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В это время первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока совместно формируются, как показано на фиг.8, и электрически соединяются друг с другом. Кроме того, первый электрод 601 истока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством одновременного формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие вместе с электродами стока-истока.

В соответствии с приведенным выше описанием получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления.

Следует отметить, что процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, изготовленного в соответствии с описанной выше процедурой, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, отличающихся тем, что каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=40 мкм в образце 4, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=200 мкм в образце 2, задан в качестве управляющего транзистора TFT. Для моделирования была использована модель уровня 1 (структура металл-оксид-полупроводник (МОП) с каналом n-типа), которая является самой простой моделью МОП. В результате 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 470 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки было равно 0,21 мкс. Амплитуда 8,0 В и максимальное значение +9,7 В выходного напряжения в приближении равны напряжению источника питания +10 В. Выходная форма сигнала показана на фиг.9.

В этом варианте воплощения 1 инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, может быть просто сформирован только посредством добавления одного процесса фотолитографии по сравнению с процессом изготовления инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, показанным в сравнительном примере 1-1.

(Сравнительный пример 1-1)

Хотя настоящий способ изготовления аналогичен способу в варианте воплощения 1, два вида транзисторов TFT изготовляются на одной и той же подложке без выполнения процесса регулирования толщины слоя обоих канальных слоев, чтобы они имели различную толщину. Таким образом, два вида транзисторов TFT изготовляются на одной и той же подложке при условиях, что каналы обоих транзисторов TFT имеют одинаковую толщину пленки 30 нм, и с помощью способа изготовления, имеющего такие же условия процесса нагревания. Тогда может быть изготовлен инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения. Поток процесса, относящийся к упомянутому выше, показан на фиг.10.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) использована в качестве подложки 100.

После формирования фоторезиста (не показан) на этой подложке с помощью первого процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается первый электрод 201 затвора и второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью второго процесса фотолитографии на изолирующий слой 300 затвора наносится рисунок посредством травления и на верхних участках электродов 201 и 202 затвора получается контактное отверстие (не показано).

Затем пленка из аморфного IGZO формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления в качестве канального слоя 400. Пленка, толщина которой составляет 30 нм, формируется на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется.

После формирования фоторезиста (не показан) с помощью третьего процесса фотолитографии канальный слой 400 подвергается травлению и получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402.

Затем вся структура равномерно нагревается на горячей пластине, температура которой задана равной 300°C, в течение двадцати минут в воздушной атмосфере.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью четвертого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В то же время первый электрод 501 стока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие.

Первый электрод 601 истока интегрирован со вторым электродом 502 стока.

В соответствии с приведенным выше описанием получается инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Процессы фотолитографии выполняются четыре раза.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, изготовленного в соответствии с описанной выше процедурой, было выполнено следующее схемное моделирование. Таким образом, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, отличающихся тем, что каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=40 мкм в образце 2, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=200 мкм в образце 2, задан в качестве управляющего транзистора TFT. Выходная форма сигнала показана на фиг.11. 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 350 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки на один каскад составило 0,29 мкс, что на сорок процентов больше по сравнению с вариантом воплощения 1. Амплитуда составила 5,5 В, и максимальное значение выходного напряжения составило +7,1 В, что приблизительно на 3 В меньше по сравнению с напряжением источника питания +10 В.

Таким образом, инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 1 работает на более высокой скорости с большей амплитудой, чем инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, в настоящем сравнительном примере. И в соответствии со способом изготовления в варианте воплощения 1 можно ожидать, что может быть получен инвертор, более высококачественный, чем в сравнительном примере 1-1.

Следует отметить, что напряжение V_th транзистора TFT, имеющего ширину W=40 мкм в образце 2, является немного меньше 0 В в точном смысле. Однако важно, чтобы оно было приближенно равным значению с напряжением V_th транзистора TFT, имеющего ширину W=200 мкм в образце 2, и нагрузочный транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 2, может в значительной степени рассматриваться в качестве работающего в режиме обогащения в этой комбинации.

Также было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, в котором каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=40 мкм в образце 4, рассматривается как нагрузочный транзистор TFT, и каждый из транзисторов TFT, имеющих ширину W=200 мкм в образце 4, рассматривается как управляющий транзистор TFT. Колебания не могли быть найдены в любом случае, когда инвертор является инвертором, работающим в режиме обогащения/обеднения, или инвертором с насыщенной нагрузкой, работающим в режиме обогащения/обогащения.

(Сравнительный пример 1-2)

Рассмотрен способ изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, аналогичный способу в описанном выше варианте воплощения 1, на основе способа формирования канального слоя, раскрытого в опубликованной заявке на патент Японии № 2006-165532. В способе, раскрытом в опубликованной заявке на патент Японии № 2006-165532, напряжение V_th регулируется посредством концентрации оксида азота, подаваемого в атмосферу осаждения ZnO. В случае изготовления транзистора TFT, имеющего два вида напряжений V_th на одной и той же подложке, требуется процесс формирования отдельных канальных слоев, имеющих различную концентрацию легирования полупроводника, чтобы получить первый канальный слой и второй канальный слой соответственно.

Инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, может быть изготовлен с помощью следующего процесса, аналогичного процессу в сравнительном примере 1-1. Процесс изготовления будет описан с использованием фиг.12.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) использована в качестве подложки 100.

После формирования фоторезиста (не показан) на этой подложке с помощью первого процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается первый электрод 201 затвора и второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью второго процесса фотолитографии на изолирующий слой 300 затвора наносится рисунок посредством травления и на верхних участках областей (не показаны) электродов 201 и 202 затвора получается контактное отверстие (не показано).

Затем слой из ZnO, который станет первым канальным слоем 401, формируется методом импульсного лазерного осаждения. Намеренное легирование к первому канальному слою 401 не применяется. Фоторезист (не показан) формируется с помощью третьего процесса фотолитографии, выполняется нанесение рисунка посредством травления, и получается первый канальный слой 401. Дополнительно слой из ZnO, который станет вторым канальным слоем 402, формируется методом импульсного лазерного осаждения с помощью аналогичной процедуры. В это время второй канальный слой 402 легируется азотом посредством задания атмосферы осаждения из газовой смеси кислорода и оксида азота. Фоторезист (не показан) формируется посредством четвертого процесса фотолитографии, выполняется нанесение рисунка посредством травления, и получается второй канальный слой 402.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью пятого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В то же время первый электрод 601 истока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие.

Первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока формируются как единое целое.

В соответствии с приведенным выше описанием получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Следует отметить, что на этом полученном инверторе может быть соответствующим образом непрерывно сформирован защитный слой, и разность между напряжением V_th первого транзистора 901 и напряжением V_th второго транзистора 902 может быть отрегулирована более предпочтительно.

Процессы фотолитографии в описанной выше процедуре выполняются пять раз, что равно количеству раз обработки в варианте воплощения 1.

Однако изготовление инвертора с помощью описанной выше процедуры является фактически сложным, и процессы фотолитографии требуются по меньшей мере шесть раз, что на один больше по сравнению с вариантом воплощения 1.

В качестве причины для упомянутого выше перечисляются следующие две проблемы.

Ниже упоминается первая проблема. При формировании второго канального слоя 402 первый канальный слой 401 также вводится в камеру для осаждения. В описанном выше способе нельзя избежать того, что первый канальный слой 401 помещается в атмосферу осаждения в ходе формирования второго канального слоя 402. В результате это не является предпочтительным, поскольку имеется риск, что электрические свойства первого канального слоя 401 изменятся до или после формирования второго канального слоя 402. Чтобы предотвратить эту ситуацию, в случае обеспечения некоторого герметизирующего слоя (фоторезиста или пленки, полученной разбрызгиванием SiN_x) на первом канальном слое 401 для предохранения первого канального слоя 401 от атмосферы осаждения второго канального слоя 402, требуется дополнительный процесс фотолитографии.

Ниже излагается вторая проблема. В случае нанесения рисунка на второй канальный слой 402 посредством травления после нанесения рисунка на первый канальный слой 401 соотношение избирательности травления последнего слоя к первому слою становится важным, чтобы первый слой не был затронут травлением последнего слоя. Однако различие между структурными компонентами первого канального слоя 401 и второго канального слоя 402 состоит только в содержащемся количестве легирующей примеси, и предполагается, что соотношение избирательности травления приблизительно равно единице. Поэтому, чтобы выполнить гарантированное травление, должен быть обеспечен слой защиты травления в области 801, где сформирован первый транзистор TFT. В этом случае также требуется дополнительный процесс фотолитографии.

Следовательно, с помощью способа изготовления настоящего изобретения можно изготовить инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, простым способом с меньшим количеством обработок, чем в способе изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, применяемом в традиционной технологии.

<Вариант воплощения 2>

В варианте воплощения 2 будет показан случай использования метода обратной литографии в части формирования канального слоя в варианте воплощения 1. Соответствующий процесс будет описан вновь с использованием фиг.8.

После получения контактного отверстия способом, аналогичным способу в варианте воплощения 1, пленка 400 из аморфного IGZO, которая станет частью канального слоя, непрерывно формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления. Пленка, толщина которой составляет 30 нм, формируется с одинаковой толщиной на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется.

Затем фоторезист (не показан) формируется на верхней части пленки 400 из аморфного IGZO в области 802, где сформирован второй транзистор TFT, с помощью третьего процесса фотолитографии. Фоторезист соответствующим образом обрабатывается термически, и предпочтительно увеличить устойчивость к повреждению от распыления в последующем процессе. Пленка из аморфного IGZO, толщина которой составляет 30 нм, снова формируется как остаток от пленки 400 из аморфного IGZO на этом фоторезисте и в области 801, где сформирован первый транзистор TFT, методом радиочастотного магнетронного распыления при аналогичных условиях. Дополнительно вся структура промывается раствором для удаления фоторезиста, чтобы удалить фоторезист и пленку из аморфного IGZO, сформированную на верхнем участке фоторезиста, и канальный слой напылен только на первом транзисторе TFT для формирования канального слоя первого транзистора TFT. В это время получаются канальные слои, имеющие разную толщину для каждого транзистора TFT из двух транзисторов TFT, как показано на фиг.8.

После этого получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, посредством процедуры, аналогичной процедуре в варианте воплощения 1. Следует отметить, что процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Таким образом, в случае использования метода обратной литографии при формировании канального слоя может быть получен эффект, аналогичный варианту воплощения 1. Кроме того, возможность регулирования толщины канального слоя гораздо лучше по сравнению с вариантом воплощения 1.

<Вариант воплощения 3>

Настоящий вариант воплощения 3 является примером использования второго варианта воплощения. Процесс изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, с использованием оксидного тонкопленочного транзистора в варианте воплощения 3 будет показан на фиг.13.

Пленка из оксида олова-индия (ITO, проводимость: 1×10⁴ Сименс/см), толщина которой составляет 200 нм, формируется на очищенной стеклянной подложке (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) методом радиочастотного магнетронного распыления, и фоторезист (не показан) формируется на этой сформированной пленке с помощью первого процесса фотолитографии. После этого выполняется нанесение рисунка посредством травления и получается первый электрод 201 затвора.

Затем после формирования фоторезиста (не показан) на этой стеклянной подложке с помощью второго процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии и получается второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью третьего процесса фотолитографии выполняется нанесение рисунка посредством травления и получается контактное отверстие (не показано).

Затем пленка 400 из аморфного IGZO, которая станет канальным слоем, формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления. Пленка, толщина которой составляет 60 нм, формируется на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется. Пленка 400 из аморфного IGZO подвергается травлению для ее разделения, чтобы канальный слой стал независимым слоем для каждого транзистора. Таким образом получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402.

Затем вся структура индуктивно нагревается. Поскольку удельное сопротивление электрода из ITO приблизительно в пятьдесят раз больше у электрода из Au, первый электрод 201 затвора избирательно нагревается по сравнению со вторым электродом 202 затвора. Используются мощность приложенного переменного магнитного поля, частота и время применения, которые были оптимизированы. Ухудшение отношения избирательности нагрева вследствие теплопроводности подложки предотвращается посредством прерывистого приложения переменного магнитного поля, используемого для индукционного нагрева, по мере необходимости. Также является эффективным, чтобы теплота, приложенная к электроду 202 затвора, отводилась с использованием блока охлаждения, такого как теплоотвод.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью пятого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В то же время первый электрод 601 истока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие.

Первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока формируются как единое целое.

В соответствии с приведенным выше описанием получается инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Следует отметить, что процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, отличающихся тем, что транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 4, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и транзистор TFT, имеющий ширину W=200 мкм в образце 3, задан в качестве управляющего транзистора TFT.

В результате 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 390 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки составило 0,26 мкс. Амплитуда составила 5,5 В, и максимальное значение выходного напряжения для одного каскада составило +9,0 В, что на 1,0 В меньше напряжения источника питания +10 В. Выходная форма сигнала показана на фиг.14.

В настоящем варианте воплощения инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, может быть просто сформирован только посредством добавления одного процесса фотолитографии по сравнению с процессом изготовления инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения (сравнительный пример 3-1).

В качестве альтернативы, один и тот же материал может использоваться в качестве материалов для формирования электродов истока, стока и затвора в этих двух видах транзисторов TFT. Даже если используется такая структура и был сформирован канальный слой, имеющий одинаковую толщину, может быть получен эффект, аналогичный эффекту в варианте воплощения 3, пока во время выполнения процесса нагревания канального слоя интенсивно нагревается только близкая окрестность первого канального слоя 401 посредством контактного нагревания или методом лазерного отжига.

В этом случае может быть устранен один процесс фотолитографии.

Однако в варианте воплощения 3 прибор может быть упрощен, и возможность регулирования улучена, если индукционный нагрев выполняется посредством изготовления транзистора TFT, который включает в себя различные материалы для формирования электродов истока, стока и затвора, или посредством нагревания импульсной лампой с использованием разности коэффициентов поглощения в зависимости от материалов.

В настоящем варианте воплощения 3 индукционный нагрев выполняется посредством использования различных материалов для электродов затвора в двух видах транзисторов. Однако эффект, аналогичный эффекту в варианте воплощения 3, может быть получен также посредством выполнения индукционного нагрева с использованием различных материалов для других электродов, кроме электрода затвора, таких как электрод истока или стока первого транзистора, или соответствующего электрода во втором транзисторе.

(Сравнительный пример 3-1)

Хотя настоящий способ изготовления аналогичен способу в варианте воплощения 3, два вида транзисторов TFT изготовляются на одной и той же подложке посредством задания толщины обоих канальных слоев 60 нм таким образом, что не выполняется избирательное нагревание для первого канального слоя 401 и не выполняются процессы нагревания для каналов обоих транзисторов TFT. Тогда может быть изготовлен инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, посредством использования четырех процессов фотолитографии аналогично сравнительному примеру 1-1 в варианте воплощения 1.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, отличающихся тем, что транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 3, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и транзистор TFT, имеющий ширину W=200 мкм в образце 3, задан в качестве управляющего транзистора TFT. В результате 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 150 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В и амплитуда составила 4,4 В. Время задержки для одного каскада составило 0,66 мкс, что приблизительно в два с половиной раза больше, чем для варианта воплощения 3. Максимальное значение выходного напряжения составило приблизительно +6 В, что значительно меньше по сравнению с вариантом воплощения 3. Таким образом, инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 3 работает на более высокой скорости с большей амплитудой, чем инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, в этом сравнительном примере. Поэтому в соответствии со способом изготовления в варианте воплощения 3 можно ожидать, что может быть получен инвертор, гораздо лучший, чем в этом сравнительном примере. Выходная форма сигнала показана на фиг.15.

<Вариант воплощения 4>

Настоящий вариант воплощения 4 является примером использования третьего варианта воплощения. Процесс изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, с использованием оксидного полупроводникового тонкопленочного транзистора в варианте воплощения 4 будет показан на фиг.8.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) использована в качестве подложки 100.

После формирования фоторезиста (не показан) на этой стеклянной подложке с помощью первого процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается первый электрод 201 затвора и второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью второго процесса фотолитографии на часть изолирующего слоя 300 затвора, расположенную на верхних участках первого электрода 201 затвора и второго электрода 202 затвора, наносится рисунок посредством травления и получается контактное отверстие (не показано).

Затем пленка 400 из аморфного IGZO, которая станет канальным слоем, формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) методом радиочастотного магнетронного распыления. Пленка, толщина которой составляет 60 нм, формируется на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется.

Затем фоторезист (не показан) формируется на верхнем участке пленки 400 из аморфного IGZO в области 801, где сформирован первый транзистор TFT, с помощью третьего процесса фотолитографии, и затем пленка 400 из аморфного IGZO подвергается сухому травлению. Травление выполняется с регулированием времени и интенсивности, чтобы толщина пленки 400 из аморфного IGZO в области 802, где сформирован второй транзистор TFT, стала равна 30 нм.

После формирования фоторезиста (не показан) с помощью четвертого процесса фотолитографии пленка 400 из аморфного IGZO подвергается травлению для ее разделения, чтобы канальный слой стал независимым слоем для каждого транзистора. Таким образом получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402.

Затем только близкая окрестность первого канального слоя 401 интенсивно нагревается сфокусированным лазерным лучом. В это время второй канальный слой 402 немного нагревается вследствие теплопроводности подложки, хотя он не был нагрет так же, как первый канальный слой 401.

Однако, как подтверждено показаниями графиков на фиг.7A-7H, поскольку изменения напряжения V_th транзистора TFT, использующего второй канальный слой, являются малыми до и после нагревания по сравнению с транзистором TFT, использующим первый канальный слой, считается, что процесс нагревания не применяется к канальному слою 402.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью пятого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В это время первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока совместно формируются, как показано на фиг.8, и электрически соединяются друг с другом. Кроме того, первый электрод 601 истока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством одновременного формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие вместе с электродами стока-истока.

В соответствии с приведенным выше описанием выполняют инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Следует отметить, что процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения, изготовленного посредством описанной выше процедуры, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов, работающих в режиме обогащения/обеднения, отличающихся тем, что транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 4, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и транзистор TFT, имеющий ширину W=800 мкм в образце 1, задан в качестве управляющего транзистора TFT.

В результате 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 114 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки составило 0,88 мкс. Амплитуда составила 7,8 В, и максимальное значение выходного напряжения составило +10 В, что равно напряжению источника питания. Выходная форма сигнала показана на фиг.16.

В настоящем варианте воплощения 4 инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, может быть просто сформирован с помощью такого же количества процессов фотолитографии или посредством добавления только одного процесса фотолитографии по сравнению с процессами изготовления инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, как показано в следующих сравнительных примерах.

При обеспечении различия толщины пленки регулирование толщины пленки может быть выполнено методом обратной литографии, как показано в варианте воплощения 2, без выполнения травления. В этом случае возможность регулирования толщины пленки улучшается.

При обеспечении различия условий нагревания два вида транзисторов TFT могут быть изготовлены из разных материалов для формирования электродов истока, стока и затвора, как показано в варианте воплощения 3, и нагревание может быть избирательно выполнено посредством индукционного нагрева или оптического облучения.

(Сравнительный пример 4-1)

Хотя настоящий способ изготовления аналогичен способу в варианте воплощения 4, два вида транзисторов TFT изготовляются на одной и той же подложке таким образом, что не выполняется избирательное нагревание для первого канального слоя 401 и не выполняются процессы нагревания для канавок обоих транзисторов TFT. Тогда может быть изготовлен инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения.

Аналогично варианту воплощения 4, как показано на фиг.8, получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402, которым было обеспечено различие толщины пленки посредством травления или методом обратной литографии. Затем фоторезист (не показан) формируется с помощью пятого процесса фотолитографии. После этого Ti и Au снова напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, способом электронно-лучевого напыления, и первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии.

Что касается упомянутых выше электродов, первый электрод 201 затвора соединяется с первым электродом 501 стока посредством формирования внешнего проводного соединения (не показано), но не соединяется с первым электродом 601 истока. Таким образом, может быть получен инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения, и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Следует отметить, что процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, изготовленного посредством описанной выше процедуры, было выполнено следующее схемное моделирование. Таким образом, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, отличающихся тем, что транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 3, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и транзистор TFT, имеющий ширину W=800 мкм в образце 1, задан в качестве управляющего транзистора TFT. Выходная форма сигнала показана на фиг.17. 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 30 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки для каждого каскада составило 3,4 мкс, что в 3,8 раза больше по сравнению с вариантом воплощения 4. Амплитуда составила 5,6 В, и максимальное значение выходного напряжения составило +6,8 В, что приблизительно на +3,2 В меньше напряжения источника питания +10 В. Таким образом, по сравнению с инвертором с насыщенной нагрузкой, работающим в режиме обогащения/обогащения, изготовленным в этом сравнительном примере 4-1, инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения, в варианте воплощения 4 работает на более высокой скорости с большей амплитудой, чем инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, изготовленный в этом сравнительном примере 4-1. Поэтому в соответствии со способом изготовления в варианте воплощения 4 можно ожидать, что может быть получен инвертор, гораздо лучший, чем в этом сравнительном примере 4-1.

(Сравнительный пример 4-2)

Хотя настоящий способ изготовления аналогичен способу в варианте воплощения 4, два вида транзисторов TFT изготовляются на одной и той же подложке таким образом, что не выполняется процесс для задания обоим каналам различной толщины, а только изменяются условия нагревания с состоянием, в котором каналы обоих транзисторов TFT имеют одинаковую толщину 30 нм. Тогда может быть изготовлен инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения.

Соответствующий процесс изготовления показан на фиг.10.

Очищенная стеклянная подложка (изделие 1737 корпорации Corning Corporation) использована в качестве подложки 100.

После формирования фоторезиста (не показан) на этой стеклянной подложке с помощью первого процесса фотолитографии Ti и Au напыляются с общей толщиной 50 нм методом электронно-лучевого напыления, затем выполняется нанесение рисунка методом обратной литографии, и посредством этого получается первый электрод 201 затвора и второй электрод 202 затвора.

Затем слой из SiO₂, который станет изолирующим слоем 300 затвора, являющимся общим для первого транзистора TFT и второго транзистора TFT, формируется (газ осаждения: Ar, давление осаждения: 0,1 Па, приложенная электрическая мощность: 400 Вт, толщина пленки: 100 нм) на всей поверхности методом радиочастотного магнетронного распыления. После формирования фоторезиста (не показан) на этой сформированной пленке с помощью второго процесса фотолитографии на изолирующий слой 300 затвора наносится рисунок посредством травления и на верхних участках областей электродов 201 и 202 затвора получается контактное отверстие (не показано).

Затем пленка 400 из аморфного IGZO формируется (газ осаждения: O₂ (3,3 объемных процента) + Ar, давление осаждения: 0,53 Па, приложенная электрическая мощность: 300 Вт) в качестве канального слоя 400 методом радиочастотного магнетронного распыления. Пленка, толщина которой составляет 30 нм, формируется на обоих участках, соответствующих канальным слоям первого и второго транзисторов TFT. В ходе осаждения методом распыления температура подложки специальным образом не регулируется.

После формирования фоторезиста (не показан) с помощью третьего процесса фотолитографии канальный слой 400 подвергается травлению и получаются первый канальный слой 401 и второй канальный слой 402.

Затем только ближняя окрестность второго канального слоя 402 локально (избирательно/интенсивно) нагревается сфокусированным лазерным лучом.

Наконец, после формирования фоторезиста (не показан) с помощью четвертого процесса фотолитографии Ti и Au вновь напыляются для формирования пленки, толщина которой в целом составляет 100 нм, методом электронно-лучевого напыления. Затем первый электрод 501 стока, первый электрод 601 истока, второй электрод 502 стока и второй электрод 602 истока формируются методом обратной литографии. В то же время первый электрод 501 стока соединяется с первым электродом 201 затвора посредством формирования межслойного проводного соединения (не показано) через упомянутое выше контактное отверстие.

Следует отметить, что первый электрод 601 истока и второй электрод 502 стока формируются как единое целое.

В соответствии с приведенным выше описанием получается инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, в котором первый электрод 501 стока рассматривается в качестве точки подачи напряжения и второй электрод 602 истока рассматривается в качестве точки заземления. Процессы фотолитографии выполняются пять раз.

Чтобы оценить динамические характеристики инвертора с насыщенной нагрузкой, работающего в режиме обогащения/обогащения, изготовленного посредством описанной выше процедуры, было выполнено следующее схемное моделирование. Таким образом, было выполнено схемное моделирование 5-каскадного кольцевого генератора, который состоит из инверторов с насыщенной нагрузкой, работающих в режиме обогащения/обогащения, отличающихся тем, что транзистор TFT, имеющий ширину W=40 мкм в образце 2, задан в качестве нагрузочного транзистора TFT, и транзистор TFT, имеющий ширину W=800 мкм в образце 1, задан в качестве управляющего транзистора TFT. Выходная форма сигнала показана на фиг.18. 5-каскадный кольцевой генератор осуществлял колебания с частотой 68 кГц при напряжении внешнего источника питания +10 В. Время задержки для каждого каскада составило 1,48 мкс, что на 70 процентов больше по сравнению с вариантом воплощения 4. Амплитуда составила 6,3 В, и максимальное значение выходного напряжения составило +8,3 В, что приблизительно на 1,7 В меньше напряжения источника питания +10 В. Таким образом, по сравнению с инвертором с насыщенной нагрузкой, работающим в режиме обогащения/обогащения, изготовленным в настоящем сравнительном примере 4-2, инвертор, работающий в режиме обогащения/обеднения в варианте воплощения 4, работает на более высокой скорости с большей амплитудой, чем инвертор с насыщенной нагрузкой, работающий в режиме обогащения/обогащения, изготовленный в настоящем сравнительном примере 4-2. Поэтому в соответствии со способом изготовления в варианте воплощения 4 можно ожидать, что может быть получен инвертор, гораздо лучший, чем в сравнительном примере 4-2.

<Вариант воплощения 5>

Инвертор, состоящий из оксидных транзисторов TFT, изготовленных в вариантах воплощения 1-4, может быть применен к произвольному прибору в цифровой схеме. Например, он может быть использован в схеме "НЕ-И", схеме "НЕ-ИЛИ", кольцевом генераторе, тактовом инверторе, триггерной схеме, сдвиговом регистре, статическом оперативном запоминающем устройстве (SRAM), в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ; ROM) типа "НЕ-ИЛИ" и постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ; ROM) типа "НЕ-И".

Настоящее изобретение также может быть применено к производству не только цифровых схем, но также и аналоговых схем, преднамеренно использующих транзисторы TFT, имеющие различные значения порогового напряжения. Например, настоящее изобретение может быть применено к входному каскаду дифференциального усилителя.

Кроме того, настоящее изобретение может быть применено к произвольной схеме, использующей упомянутый выше схемный прибор, включающий в себя инвертор. Например, настоящее изобретение может быть применено к жидкокристаллическому дисплею с активной матрицей и метке радиочастотной идентификации (RFID).

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты воплощения, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми иллюстративными вариантами воплощения. Объем следующей формулы изобретения должен получить самую широкую интерпретацию для охвата всех такие модификаций и эквивалентных структур и функций.

Эта заявка притязает на приоритет заявки на патент Японии № 2007-133039, поданной 18 мая 2007 года, которая тем самым включена по ссылке в настоящий документ во всей своей полноте.

Изобретение относится к инвертору, состоящему из тонкопленочных транзисторов с оксидным полупроводниковым слоем. Сущность изобретения: способ изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), имеющего множество тонкопленочных транзисторов на одной и той же подложке, канальные слои которых состоят из оксидного полупроводника, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, содержит этапы, на которых формируют первый транзистор и второй транзистор, толщина канальных слоев первого и второго транзисторов является взаимно различной, и применяют термообработку по меньшей мере к одному из канальных слоев первого и второго транзисторов. Изобретение обеспечивает расширение технических средств, позволяющих получить инвертор с оксидными полупроводниковыми тонкопленочными транзисторами, имеющими различные пороговые напряжения, упрощение способа получения инвертора с такими характеристиками, снижение его стоимости. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Способ изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), имеющего множество тонкопленочных транзисторов на одной и той же подложке, канальные слои упомянутых транзисторов состоят из оксидного полупроводника, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, способ содержит этапы, на которых:
формируют первый транзистор и второй транзистор, толщина канальных слоев первого и второго транзисторов является взаимно различной; и применяют термообработку по меньшей мере к одному из канальных слоев первого и второго транзисторов.

2. Способ по п.1, в котором на этапе применения термообработки термообработка выполняется посредством приложения большего количества тепла к какому-либо одному из канальных слоев первого транзистора и второго транзистора.

3. Способ по п.1, в котором этап применения термообработки содержит этап, на котором локально нагревают частичную область канального слоя посредством контактного нагревания или облучения электромагнитными волнами.

4. Способ по п.1, в котором инвертор имеет по меньшей мере один вид структуры из:
структуры, в которой составляющий материал электрода истока первого транзистора и составляющий материал электрода истока второго транзистора являются взаимно различными,
структуры, в которой составляющий материал электрода стока первого транзистора и составляющий материал электрода стока второго транзистора являются взаимно различными, и
структуры, в которой составляющий материал электрода затвора первого транзистора и составляющий материал электрода затвора второго транзистора являются взаимно различными, и
этап применения термообработки содержит этап, на котором нагревают канальный слой посредством облучения электромагнитными волнами.

5. Способ по п.4, в котором инвертор имеет по меньшей мере один вид структуры из:
структуры, в которой свойство составляющего материала электрода истока первого транзистора и свойство составляющего материала электрода истока второго транзистора являются взаимно различными, структуры, в которой свойство составляющего материала электрода стока первого транзистора и свойство составляющего материала электрода стока второго транзистора являются взаимно различными, и структуры, в которой свойство составляющего материала электрода затвора первого транзистора и свойство составляющего материала электрода затвора второго транзистора являются взаимно различными, и свойство является по меньшей мере одним свойством, выбранным из удельного сопротивления, удельной теплоемкости и коэффициента поглощения.

6. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором применяют травление к канальному слою, чтобы сделать толщину канальных слоев первого и второго транзисторов различной.

7. Способ по п.1, в котором, чтобы сделать толщину канальных слоев первого и второго транзисторов различной, количество раз выполнения или время этапа осаждения канального слоя первого транзистора делается отличным от количества раз выполнения или времени этапа осаждения канального слоя второго транзистора.

8. Способ изготовления инвертора, работающего в режиме обогащения/обеднения (E/D), имеющего множество тонкопленочных транзисторов на одной и той же подложке, канальные слои упомянутых транзисторов состоят из оксидного полупроводника, содержащего по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, способ содержит этапы, на которых:
формируют общую осажденную пленку, действующую в качестве канального слоя первого транзистора и канального слоя второго транзистора; и
выполняют термообработку посредством приложения большего количества теплоты к какому-либо одному из канальных слоев первого транзистора и второго транзистора.

9. Способ по п.8, в котором этап выполнения термообработки содержит этап, на котором локально нагревают частичную область канального слоя посредством контактного нагревания или облучения электромагнитными волнами.

10. Способ по п.8, в котором инвертор имеет по меньшей мере один вид структуры из:
структуры, в которой составляющий материал электрода истока первого транзистора и составляющий материал электрода истока второго транзистора являются взаимно различными,
структуры, в которой составляющий материал электрода стока первого транзистора и составляющий материал электрода стока второго транзистора являются взаимно различными, и
структуры, в которой составляющий материал электрода затвора первого транзистора и составляющий материал электрода затвора второго транзистора являются взаимно различными, и
этап выполнения термообработки содержит этап, в котором нагревают канальный слой посредством облучения электромагнитными волнами.

11. Способ по п.10, в котором инвертор имеет по меньшей мере один вид структуры из:
структуры, в которой свойство составляющего материала электрода истока первого транзистора и свойство составляющего материала электрода истока второго транзистора являются взаимно различными, структуры, в которой свойство составляющего материала электрода стока первого транзистора и свойство составляющего материала электрода стока второго транзистора являются взаимно различными, и структуры, в которой свойство составляющего материала электрода затвора первого транзистора и свойство составляющего материала электрода затвора второго транзистора являются взаимно различными, и свойство является по меньшей мере одним свойством, выбранным из удельного сопротивления, удельной теплоемкости и коэффициента поглощения.

12. Инвертор, в котором среди множества оксидных полупроводниковых тонкопленочных транзисторов, которые сформированы на одной и той же подложке и каждый из которых содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из In, Ga и Zn, толщина канальных слоев по меньшей мере двух транзисторов является взаимно различной, и пороговые напряжения двух транзисторов являются взаимно различными.

13. Инвертор по п.12, в котором инвертор работает, если подается напряжение источника питания, которое удовлетворяет такому условию, что разность между пороговыми напряжениями двух транзисторов составляет 70% или больше и 200% или меньше от напряжения источника питания.