JP2011151370A - 電界効果型トランジスタ、半導体メモリ、表示素子、画像表示装置及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板と、前記基板上に形成されたソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極と、前記ゲート電極に所定の電圧を印加することによりソース電極とドレイン電極との間にチャネルが形成される半導体層を有し、前記ゲート電極と前記半導体層の間にゲート絶縁層と、を備え、前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含むアモルファス複合金属酸化物絶縁膜により形成されていることを特徴とする電界効果型トランジスタを提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図1
Description
基板と、
前記基板上に形成されたソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極と、
前記ゲート電極に所定の電圧を印加することによりソース電極とドレイン電極との間にチャネルが形成される半導体層を有し、
前記ゲート電極と前記半導体層の間にゲート絶縁層と、
を備え、
前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含むアモルファス複合金属酸化物絶縁膜により形成されていることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
前記半導体層は酸化物半導体であることを特徴する電界効果型トランジスタである。
前記基板は絶縁性基板であることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
前記基板は半導体基板であることを特徴とする電界効果型トランジスタである。
前記電界効果型トランジスタと、
前記ドレイン電極と接続された第一のキャパシタ電極と、
第二のキャパシタ電極と、
前記第一のキャパシタ電極と前記第二のキャパシタ電極間に設けられたキャパシタ誘電層と、
を備える揮発性半導体メモリである。
前記キャパシタ誘電層が、
アルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含むアモルファス複合金属酸化物絶縁膜により形成されていることを特徴とする前記揮発性半導体メモリである。
前記電界効果型トランジスタにおいて、
前記半導体層と、前記ゲート絶縁層との間に、第二のゲート絶縁層及びフローティングゲート電極をさらに備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリである。
駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記光制御素子を駆動する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタを含む駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示素子である。
前記光制御素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子を含むものであることを特徴とする表示素子である。
前記光制御素子は、液晶素子を含むものであることを特徴とする表示素子である。
前記光制御素子は、エレクトロクロミック素子を含むものであることを特徴とする表示素子である。
前記光制御素子は、電気泳動素子を含むものであることを特徴とする。表示素子である
また、本発明は、
前記光制御素子は、エレクトロウェッティング素子を含むものであることを特徴とする。表示素子である
また、本発明は、
画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の前記表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置である。
前記記載の画像表示装置と、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、前記画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、を備えることを特徴とするシステムである。
〔第1の実施の形態〕
図1に基づき、本実施の形態における電界効果型トランジスタ(第一の態様)について説明する。
本実施の形態における電界効果型トランジスタ(第一の態様)は、絶縁性基板11、ゲート電極12、ゲート絶縁層13、ソース電極14、ドレイン電極15、半導体層16を有している。
プロセスとしては、例えばスパッタ法やスピンコート・ディップコート等による成膜後フォトリソグラフィ法によってパターニングしたり、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜することも可能である。
〔第2の実施の形態〕
図5に基づき、第二の実施の形態における電界効果型トランジスタ(第二の態様)について説明する。
〔第3の実施の形態〕
次に、図6に基づき第3の実施の形態における揮発性半導体メモリ素子(第一の態様)について説明する。
〔第4の実施の形態〕
次に、図10に基づき第4の実施の形態における揮発性半導体メモリ素子(第二の態様)について説明する。
〔第5の実施の形態〕
図11に基づき、第5の実施の形態における不揮発性半導体メモリ(第一の態様)について説明する。
〔第6の実施の形態〕
次に、図15に基づき第6の実施の形態における不揮発性半導体メモリ素子(第二の態様)について説明する。
〔第7の実施の形態〕
次に、図16〜22に基づき、第7の実施の形態における表示素子について説明する。本実施の形態に係る表示素子は、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL:Organic Electro Luminescence)表示素子である。
〔第8の実施の形態〕
次に、図23〜31に基づき、第8の実施の形態における画像表示装置及びシステムについて説明する。図23には、本発明の一実施形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置500の概略構成が示されている。なお、図23における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
次に、実施例1として、本発明に係る電界効果型トランジスタについて説明する。実施例1において作製した電界効果型トランジスタの構成図である図2に基づいて、実施例1における電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。
次に、比較例1として、従来からの構造の電界効果型トランジスタについて、図2に基づき説明する。実施例1と比較例1における電界効果型トランジスタは、ゲート絶縁層23の作製方法のみが異なっており、その他の層に関しては、まったく同様の作製方法・材料によって作製した。
図32に、実施例1の電界効果型トランジスタと、比較例1の電界効果型トランジスタとのトランジスタ特性を示す。実施例1の電界効果型トランジスタ及び比較例1の電界効果型トランジスタは、ともにON状態に流れる電流とOFF状態に流れる電流との電流比であるON/OFF比が7桁以上あり、スイッチング動作が良好であった。また、実施例1の電界効果型トランジスタは、比較例1の電界効果型トランジスタと同様に、ゲート電圧Vgが約0Vにおいて、電流Idが増加し始めており、実施例1の電界効果型トランジスタは、良好なトランジスタ特性を示す旨が確認された。更に、上述のとおり、実施例1の電界効果型トランジスタは、比較例1の電界効果型トランジスタに比べてゲート絶縁層の比誘電率が高い値となるため、ON状態において流れる電流Idは、実施例1の電界効果型トランジスタは、比較例1の電界効果型トランジスタに比べて高い値を示した。
図5に基づき実施例2における電界効果型トランジスタ(MOS−FET)について説明する。本実施例は、p型Si基板51に、La(thd)3、Sr(thd)2 (thd=2,2,6,6−tetramethyl−3,5−heptanedionato)をそれぞれテトラエチレングリコールジメチルエーテル(tetraglyme)、テトラヒドロフラン(THF)に溶解させたものを液体原料とし、CVD法によってストロンチウムランタン複合酸化物絶縁膜を5nm成膜した。更にCVD法によって多結晶シリコン膜を形成後、フォトリソグラフィ工程によって多結晶シリコン膜、ランタンストロンチウム複合酸化物絶縁膜をパターンニングすることにより、ゲート絶縁膜52、ゲート電極53を形成した。次にCVD法によりSiONを堆積した後、全面をドライエッチングしてゲート側壁絶縁膜54を形成した。次に、ゲート電極53、ゲート側壁絶縁膜54を自己整合マスクとして、p型Si基板51にリンのイオン注入を行い、イオン拡散によって、ソース領域55ドレイン領域56を形成した。次にCVD法によりSiO2を堆積し、フォトリソグラフィ工程によってコンタクトホールが開口された層間絶縁膜57を形成した。最後に、スパッタ法によってAl層を堆積し、コンタクトホールを埋め込み、フォトリソグラフィ工程によってパターンニングし、ソース電極58、ドレイン電極59を形成した。以上の工程により、電界効果型トランジスタ(MOS−FET)を作製した。
次に、実施例3として、本実施の形態に関わる揮発性メモリについて説明する。
次に、図10に基づき実施例4における揮発性半導体メモリについて説明する。本実施例は、p型Si基板71上に、Y(thd)3、Sr(thd)2 (thd=2,2,6,6−tetramethyl−3,5−heptanedionato)をそれぞれテトラエチレングリコールジメチルエーテル(tetraglyme)、テトラヒドロフラン(THF)に溶媒に溶解させたものを原料とし、CVD法によってストロンチウムイットリウム複合酸化物絶縁膜を5nm形成した。次にCVD法によって多結晶シリコンを形成後、フォトリソグラフィ工程によって多結晶シリコン膜、バリウムイットリウム複合酸化物絶縁膜をフォトリソグラフィ法によりパターンニングすることで、ゲート絶縁層72、ゲート電極73を形成した。次にCVD法によりSiONを堆積した後、全面をドライエッチングすることにより、ゲート側壁絶縁膜74を形成した。次に、ゲート電極73、ゲート側壁絶縁膜74を自己整合マスクとして、p型Si基板71にリンのイオン注入を行い、イオン拡散させることで、ソース領域75ドレイン領域76を形成した。次にCVD法によりSiO2を堆積し、フォトリソグラフィ工程によりコンタクトホールが開口された層間絶縁膜77を形成した。CVD法によって多結晶シリコン膜を堆積し、コンタクトホールを埋め込み、フォトリソグラフィ工程によりビット線電極78を形成した。次にCVD法によりSiO2を堆積し、フォトリソグラフィ工程によりドレイン領域76上にコンタクトホールが開口された層間絶縁膜79を形成した。次にCVD法によって多結晶シリコン膜を成膜し、フォトリソグラフィ工程によりキャパシタ下部電極80を形成した。次に、Y(thd)3、Sr(thd)2 (thd=2,2,6,6−tetramethyl−3,5−heptanedionato)をそれぞれテトラエチレングリコールジメチルエーテル(tetraglyme)、テトラヒドロフラン(THF)に溶媒に溶解させたものを原料とし、CVD法によってストロンチウムイットリウム複合酸化物絶縁膜を30nm成膜し、キャパシタ誘電層81を形成後、CVD法によって多結晶シリコン膜を形成し、キャパシタ上部電極82を形成した。これらの工程により、揮発性半導体メモリ素子を作製した。
次に、実施例5として、本実施の形態に関わる不揮発性メモリについて説明する。
次に、図15に基づき実施例6における不揮発性半導体メモリについて説明する。本実施例は、p型Si基板上101に、表面を熱酸化することにより、SiO2膜を5nm形成した後、フォトリソグラフィ工程により第2のゲート絶縁層であるトンネル絶縁膜104を形成した。次にCVD法によって多結晶シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ工程によりフローティングゲート電極105を形成した。次に、Y(thd)3、Sr(thd)2 (thd=2,2,6,6−tetramethyl−3,5−heptanedionato)の混合粉末をテトラヒドロフラン(THF)とエチレングリコールジメチルエーテル(DME)の混合溶媒に溶解させたものを原料とし、CVD法によってストロンチウムバリウム複合酸化物絶縁膜を25nm成膜し、フォトリソグラフィ工程により、ゲート絶縁層102を形成した。次にCVD法によって多結晶シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ工程によりゲート電極103を形成した。
次に、実施例7として、本発明に係る表示素子ついて詳細に説明する。実施例7における表示素子は、図16に示す構成の有機EL表示素子であり、図34に基づいて、実施例7における有機EL表示素子の製造方法について説明する。
12 ゲート電極
13 ゲート絶縁膜
14 ソース電極
15 ドレイン電極
16 半導体層
Claims (15)
- 基板と、
前記基板上に形成されたソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極と、
前記ゲート電極に所定の電圧を印加することによりソース電極とドレイン電極との間にチャネルが形成される半導体層を有し、
前記ゲート電極と前記半導体層の間にゲート絶縁層と、
を備え、
前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含むアモルファス複合金属酸化物絶縁膜により形成されていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 - 前記半導体層は酸化物半導体であることを特徴する請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記基板は絶縁性基板であることを特徴とする請求項1または2に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記基板は半導体基板であることを特徴とする請求項1または2に記載の電界効果型トランジスタ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタと、
前記ドレイン電極と接続された第一のキャパシタ電極と、
第二のキャパシタ電極と、
前記第一のキャパシタ電極と前記第二のキャパシタ電極間に設けられたキャパシタ誘電層と、
を備える揮発性半導体メモリ。 - 前記キャパシタ誘電層が、
アルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含むアモルファス複合金属酸化物絶縁膜により形成されていることを特徴とする請求項5に記載の揮発性半導体メモリ。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタにおいて、
前記半導体層と、前記ゲート絶縁層との間に、第二のゲート絶縁層及びフローティングゲート電極をさらに備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。 - 駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記光制御素子を駆動する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタを含む駆動回路と、
を備えることを特徴とする表示素子。 - 前記光制御素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子を含むものであることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 前記光制御素子は、液晶素子を含むものであることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 前記光制御素子は、エレクトロクロミック素子を含むものであることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 前記光制御素子は、電気泳動素子を含むものであることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 前記光制御素子は、エレクトロウェッティング素子を含むものであることを特徴とする請求項8に記載の表示素子。
- 画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項8〜13のいずれか一項に記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項14に記載の画像表示装置と、
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、前記画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
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