JP2011108882A - 酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体からなる活性層とを備えてなる。そして、活性層とソース電極の間および活性層とドレイン電極の間には、炭素製のバッファ層が設けられてなる。
【選択図】図1
Description
前記活性層と前記ソース電極の間および前記活性層と前記ドレイン電極の間に、炭素製のバッファ層が設けられてなる、薄膜トランジスタが提供される。
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に炭素製のバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にソース電極およびドレイン電極用の電極層を形成する工程と、
前記電極層の一部をエッチングにより除去して、ソース電極およびドレイン電極を互いに離間させて形成し、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記バッファ層を露出させる工程と
前記バッファ層の露出部分を酸素アッシングにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記活性層を露出させる工程と
を含んでなる、方法が提供される。
基板上に酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に炭素製のバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にソース電極およびドレイン電極用の電極層を形成する工程と、
前記電極層の一部をエッチングにより除去して、ソース電極およびドレイン電極を互いに離間させて形成し、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記バッファ層を露出させる工程と
前記バッファ層の露出部分を酸素アッシングにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記活性層を露出させる工程と
前記ドレイン電極、前記ソース電極、ならびに前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で露出した前記活性層の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
を含んでなる、方法が提供される。
図1に本発明による薄膜トランジスタの一例の模式断面図を示す。図1に示される薄膜トランジスタはボトムゲート型であるが、本発明はこれに限定されず、トップゲート型にも適用可能である。図1に示されるように、本発明による薄膜トランジスタ10は、ソース電極11と、ドレイン電極12と、ゲート電極13と、ゲート絶縁膜14と、活性層15とを備えてなる。活性層15は酸化物半導体からなる。なお、ソース電極11、ドレイン電極12、ゲート電極13、およびゲート絶縁膜14としては薄膜トランジスタ分野において公知のものを広く採用することができ、特に限定されない。
本発明による薄膜トランジスタは、以下の通り製造することができる。
図1に示されるようなボトムゲート型薄膜トランジスタ10の製造は、以下のようにして行うことができる。まず、基板17上にゲート電極13を形成した後、ゲート電極13上にゲート絶縁膜14を形成し、ゲート絶縁膜14上に酸化物半導体からなる活性層15をさらに形成する。これらの形成工程はいずれも公知の成膜、パターニングおよびエッチング手法に従って行うことができる。
図2に示されるようなトップゲート型薄膜トランジスタ20の製造は、以下のようにして行うことができる。まず、基板27上に酸化物半導体からなる活性層25を公知の成膜、パターニングおよびエッチング手法に従い形成する。そして、活性層25上に炭素製のバッファ層26を形成する。バッファ層26の形成方法および条件は、上述した(1)ボトムゲート型薄膜トランジスタの場合と同様である。
本発明による薄膜トランジスタは、薄膜トランジスタを使用する各種のデバイスに適用可能である。そのようなデバイスの好ましい例としては、(1)有機ELディスプレイ、液晶ディスプレイ、電子ペーパー等の表示デバイス、(2)各種RAM、フラッシュメモリ等の記憶デバイスなどが挙げられる。
IGZO活性層上に導電性非晶質炭素バッファ層を形成したボトムゲート型薄膜トランジスタを、図3Aおよび3Bに示される手順に従いながら以下の通り作製した。まず、ガラス基板31(コーニング#1737(50mm平方×厚さ0.7mm)上にゲート電極32用の電極層として厚さ2000ÅのAl-Ni-B合金薄膜を形成した。このスパッタリングは、Al-3.2Ni-0.2B (at.%)の組成を有するアルミニウム合金ターゲット(直径203.2×8mm)をクライオ(Cryo)ポンプが接続されたマグネトロンスパッタ装置(MSL-464、トッキ株式会社製)に装着した後、投入パワー(DC):1000W(3.1W/cm2)、到達真空度:5×10-5Pa、スパッタ圧力:0.5Pa、Ar流量:100sccm、基板温度:室温の条件で行った。
例1で作製された、非晶質炭素バッファ層を有する薄膜トランジスタについて、ゲート電圧Vgとドレイン電流Idの関係を測定した。この測定は、半導体アナライザ装置(B1500A、アジレントテクノロジー社製)を用い、ソース・ドレイン電圧:5V、ゲート電圧:-30〜+20V(0.5V毎にマイナスからプラスに向けて走査)の条件で行った。得られた結果は図4に示される通りであった。得られた結果に基づいて、オン/オフ比とキャリア移動度μ(cm2/sV)を算出した。オン/オフ比の算出は、Vthを基準としてゲート電圧-10Vをオフ(Off)、+15Vをオン(On)とし、オン状態とオフ状態のドレイン電流の比を求めることにより行った。また、キャリア移動度の算出はId-Vg特性線をリニアスケールにより表し、その比例定数を求めることにより行った。結果は、表1に示される通りであった。
例1で作製された、非晶質炭素バッファ層を有する薄膜トランジスタ(IGZO活性層の厚さ:500Å)について、例2と同様にしてゲート電圧Vgとドレイン電流Idの関係を測定した。得られた結果は図5に示される通りであった。なお、図5において上側の2本のId-Vg特性線が左側の対数スケールに対応し、下側の2本のId-Vg特性線が右側のリニアスケールに対応している。得られた結果に基づいて、閾値電圧Vth(V)とキャリア移動度μ(cm2/sV)を算出した。閾値電圧Vthは、ドレイン電流Idが0Aを超える際のゲート電圧VgをリニアスケールによるId-Vg特性線から読み取ることにより決定した。また、キャリア移動度の算出は、リニアスケールによるId-Vg特性線の比例定数を求めることにより行った。また、比較のため、非晶質炭素バッファ層を有しないこと以外は例1と同様にして作製された薄膜トランジスタのサンプルについても同様の測定を行った。結果は、表2に示される通りであった。
In:Ga:Zn:O=1:1:1:4 (at比)の組成に代えて、In:Ga:Zn:O=2:2:1:7 (at比)の組成を有するIGZOターゲットを使用したこと以外は例1と同様にして、薄膜トランジスタを作製して、例2および3と同様の評価を行った。その結果、例1で作製された薄膜トランジスタとほぼ同様の結果が得られた。
Claims (14)
- ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体からなる活性層とを備えた薄膜トランジスタであって、
前記活性層と前記ソース電極の間および前記活性層と前記ドレイン電極の間に、炭素製のバッファ層が設けられてなる、薄膜トランジスタ。 - 前記酸化物半導体が、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、および酸化ガリウムからなる群から選択される少なくとも1種を含んでなる、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記酸化物半導体が、少なくとも酸化亜鉛を含んでなる、請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記酸化物半導体が、酸化ガリウムおよび酸化インジウムを含んでなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記酸化物半導体が、In-Ga-Zn-O(IGZO)である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記活性層が、200〜1000Åの厚さを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記バッファ層が、非晶質炭素からなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記非晶質炭素には、炭素および水素以外の不純物が実質的にドープされていない、請求項7に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記バッファ層が、3〜30nmの厚さを有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 基板上に、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記活性層、前記バッファ層、ならびに互いに離間して配設される前記ソース電極およびドレイン電極が順次積層されてなるボトムゲート型である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- 基板上に、前記活性層、前記バッファ層、互いに離間して設けられる前記ソース電極およびドレイン電極、前記ゲート絶縁膜、ならびに前記ゲート電極が順次積層されてなる、トップゲート型である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
- ボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に炭素製のバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にソース電極およびドレイン電極用の電極層を形成する工程と、
前記電極層の一部をエッチングにより除去して、ソース電極およびドレイン電極を互いに離間させて形成し、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記バッファ層を露出させる工程と
前記バッファ層の露出部分を酸素アッシングにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記活性層を露出させる工程と
を含んでなる、方法。 - トップゲート型薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上に酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に炭素製のバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上にソース電極およびドレイン電極用の電極層を形成する工程と、
前記電極層の一部をエッチングにより除去して、ソース電極およびドレイン電極を互いに離間させて形成し、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記バッファ層を露出させる工程と
前記バッファ層の露出部分を酸素アッシングにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記活性層を露出させる工程と
前記ドレイン電極、前記ソース電極、ならびに前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で露出した前記活性層の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
を含んでなる、方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタを備えたデバイス。
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