JP2012138532A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極1と、ゲート電極1上に設けられたゲート絶縁膜2と、ゲート絶縁膜2上に設けられたドレイン電極3B,4Bと、ゲート絶縁膜2上にドレイン電極3B,4Bと隣接して設けられ、金属酸化物半導体で構成されたチャネル層5とを備え、ドレイン電極3B,4Bは、ゲート電極1への電圧印加によりチャネル層5に形成される反転層101と接触すべくゲート絶縁膜2上に設けられ、チャネル層5を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体で構成された第1ドレイン電極3と、第1ドレイン電極3上に設けられ、金属で構成された第2ドレイン電極4とを備える。
【選択図】図6
Description
<構成>
図1は、本実施の形態の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。本実施の形態の薄膜トランジスタにおいて、ガラス等の透明絶縁性基板100上にゲート電極1が形成される。透明絶縁性基板100とゲート電極1上にはSiO2からなるゲート絶縁膜2が形成される。
図2〜図5を用いて本実施の形態の薄膜トランジスタの製造工程を説明する。
本実施の形態の薄膜トランジスタの線形領域動作において、チャネル層5に生じる反転層の形状を図6に示す。反転層101がゲート電極1とソース電極3A,3Bの電界でチャネル層5に誘起される。反転層101のドレイン端102においてチャネル層5を流れる電流は一点に集中するため、アバランシェ現象が発生して数百℃にも及ぶ発熱が起きる。その結果、チャネル層5を構成する金属酸化物の酸化物生成自由エネルギーは減少し、酸素が脱離しやすい状態となる。
本実施の形態の薄膜トランジスタは、ゲート電極1と、ゲート電極1上に設けられたゲート絶縁膜2と、ゲート絶縁膜2上に設けられたドレイン電極と、ゲート絶縁膜2上に前記ドレイン電極と隣接して設けられ、金属酸化物半導体で構成されたチャネル層5とを備え、前記ドレイン電極は、ゲート電極1への電圧印加によりチャネル層5に形成される反転層101と接触すべくゲート絶縁膜2上に設けられ、前記チャネル層を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体で構成された第1ドレイン電極4Aと、第1ドレイン電極4A上に設けられ、金属で構成された第2ドレイン電極4Bとを備える。第1ドレイン電極4Aにもチャネル層5にも豊富に酸素原子が存在しているため、質量作用の法則により、チャネル層5のドレイン端102での酸素脱離反応は進行せず、安定した半導体特性が確保できる。また、ドレイン端102で酸素欠損が生じたとしても、質量作用の法則により第1ドレイン電極4Aからチャネル層5へある程度の酸素が補償され、チャネル層5の金属酸化物半導体層が金属へ還元される現象を抑制する。
<構成>
図7は、本実施の形態の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。本実施の形態の薄膜トランジスタにおいて、ガラス等の透明絶縁性基板100上にゲート電極1が形成される。透明絶縁性基板100とゲート電極1上にはSiNからなるゲート絶縁膜2が形成される。
図8〜図12を用いて本実施の形態の薄膜トランジスタの製造工程を説明する。
本実施の形態の薄膜トランジスタは、ゲート電極1と、ゲート電極1上に設けられたゲート絶縁膜2と、ゲート絶縁膜2上に設けられ、金属を含むドレイン電極4Cと、ゲート絶縁膜2上にドレイン電極4Cと隣接して設けられ、金属酸化物半導体で構成されたチャネル層5とを備え、ドレイン電極4Cは、ゲート電極1への電圧印加によりチャネル層5に形成される反転層101と接触する領域に、チャネル層5を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体皮膜を備える。ドレイン電極4Cの金属酸化物半導体皮膜にもチャネル層5にも豊富に酸素原子が存在しているため、質量作用の法則により、チャネル層5のドレイン端102での酸素脱離反応は進行せず、安定した半導体特性が確保できる。また、ドレイン端102で酸素欠損が生じたとしても、質量作用の法則によりドレイン電極4Cの金属酸化物半導体皮膜からチャネル層5へある程度の酸素が補償され、チャネル層5の金属酸化物半導体層が金属へ還元される現象を抑制する。
Claims (8)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ドレイン電極と隣接して設けられ、金属酸化物半導体で構成されたチャネル層とを備え、
前記ドレイン電極は、
前記ゲート電極への電圧印加により前記チャネル層に形成される反転層と接触すべく前記ゲート絶縁膜上に設けられ、前記チャネル層を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体で構成された第1ドレイン電極と、
前記第1ドレイン電極上に設けられ、金属で構成された第2ドレイン電極とを備える、
薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル層は酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を主成分として構成され、
前記第1ドレイン電極は酸化亜鉛を主成分として構成される、
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられ、金属を含むドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ドレイン電極と隣接して設けられ、金属酸化物半導体で構成されたチャネル層とを備え、
前記ドレイン電極は、前記ゲート電極への電圧印加により前記チャネル層に形成される反転層と接触する領域に、前記チャネル層を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体皮膜を備える、
薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル層は酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を主成分として構成され、
前記金属酸化物半導体皮膜は酸化亜鉛を主成分として構成される、
請求項3に記載の薄膜トランジスタ。 - (a)ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に、金属酸化物半導体で構成される第1ドレイン電極、金属で構成される第2ドレイン電極を順に積層する工程と、
(c)前記ゲート絶縁膜上に前記第1ドレイン電極と隣接して、金属酸化物半導体で構成されるチャネル層を形成する工程とを備え、
前記工程(b)は、前記チャネル層を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体で構成される前記第1ドレイン電極を形成する工程を含み、
前記工程(c)は、前記ゲート電極への電圧印加により前記チャネル層に形成される反転層が、前記第1ドレイン電極と接触するように前記チャネル層を形成する工程である、
薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記工程(b)は、酸化亜鉛を主成分として前記第1ドレイン電極を形成する工程であり、
前記工程(c)は、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を主成分としてチャネル層を形成する工程である、
請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - (a)ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記ゲート絶縁膜上に金属で構成されるドレイン電極を形成する工程と、
(c)酸素プラズマ処理によって前記ゲート絶縁膜の表面と前記ドレイン電極の所定の領域とを酸化する工程と、
(d)前記ゲート絶縁膜上に前記ドレイン電極と隣接して、金属酸化物半導体で構成されるチャネル層を形成する工程とを備え、
前記工程(c)は、前記チャネル層を構成する金属酸化物半導体よりも酸化物生成自由エネルギーが若干小さい金属酸化物半導体皮膜を、前記ゲート電極への電圧印加により前記チャネル層に形成される反転層と接触する領域に形成する工程を含む、
薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記工程(b)は、亜鉛を主成分として前記ドレイン電極を形成する工程であり、
前記工程(d)は、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を主成分としてチャネル層を形成する工程である、
請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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