JP2014072408A - Field effect transistor, semiconductor device equipped with the same and field effect transistor manufacturing method - Google Patents

Field effect transistor, semiconductor device equipped with the same and field effect transistor manufacturing method Download PDF

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行治 浦岡
Shigekazu Tomai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor which can inhibit heat generation even when used as a driver circuit and the like which places a high burden on a semiconductor layer.SOLUTION: In a field effect transistor which has at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulation film and a gate electrode on a substrate in which the source electrode and the drain electrode are connected via the semiconductor layer and which has a gate insulation film between the gate electrode and the semiconductor layer, an oxidation reduction potential at 25°C of the source electrode and the drain electrode at parts which contact at least the semiconductor layer is not less than -1.7 V and not more than 0.4 V with respect to a normal electrode potential, and the source electrode and the drain electrode have offset regions each of which is within a region of not less then 0.1 μm and not more than 5 μm.

Description

本発明は電界効果型トランジスタ、それを備える半導体装置及び電界効果型トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor, a semiconductor device including the same, and a method for manufacturing the field effect transistor.

近年、酸化物半導体を用いて液晶や有機ELを駆動させる技術が広まっている。また、酸化物半導体はその移動度の高さを利用して、低温ポリシリコン(LTPS)と同様に、パネル表示だけでなく、映像信号を制御する回路(ゲートドライバ、デマルチプレクサ、シグナルドライバ)、あるいはタッチセンサー等のドライバに適用し、パネルの軽量化や生産工程の簡略化を図ることができる。   In recent years, a technique for driving a liquid crystal or an organic EL using an oxide semiconductor has been widespread. In addition, oxide semiconductors use high mobility to control not only panel display but also video signals (gate drivers, demultiplexers, signal drivers), as with low-temperature polysilicon (LTPS), Alternatively, it can be applied to a driver such as a touch sensor to reduce the weight of the panel and simplify the production process.

ところで、酸化物半導体を上記のようなドライバに使用すると、より速い周波数、駆動電圧で動作させるため、電界が集中する部分が発熱し、劣化を招くことがある。発熱によってOn電流の減少や、Off電流の上昇によるリーク等が発生する。特に酸化物半導体は低温プロセスを活かして軽量な樹脂基板やフレキシブル基板で使用する例が多く、このような発熱の問題はガラス基板上の場合と比較してより顕著に現れる。
また、有機EL素子の駆動に使用した場合も、発熱の現象は輝度ムラの原因となる。
By the way, when an oxide semiconductor is used for the driver as described above, it is operated at a faster frequency and drive voltage, so that a portion where the electric field is concentrated may generate heat and cause deterioration. Heat generation causes a decrease in On current, leakage due to an increase in Off current, and the like. In particular, oxide semiconductors are often used on lightweight resin substrates and flexible substrates by utilizing low-temperature processes, and such a problem of heat generation appears more conspicuously than on a glass substrate.
Also, when used for driving organic EL elements, the phenomenon of heat generation causes uneven brightness.

このような現象を防止する方法として、従来より、イオン注入によるライトリィ・ドープト・ドレイン(Lightly Doped Drain;LDD)構造(特許文献1)や、チャネル長を長めに設計し、ドレイン電界の集中を緩和する方法(非特許文献1)等がある。
しかしながら、酸化物半導体の場合には、イオン注入技術を適用するのは困難であった。また、チャネル長を長めに設計する方法は、材料本来の高移動度の特性を損なう短所があった。
As a method of preventing such a phenomenon, conventionally, a lightly doped drain (LDD) structure (Patent Document 1) by ion implantation and a channel length are designed to be long, and the concentration of the drain electric field is reduced. (Non-Patent Document 1) and the like.
However, in the case of an oxide semiconductor, it has been difficult to apply an ion implantation technique. In addition, the method of designing a longer channel length has a disadvantage in that the high mobility characteristics inherent in the material are impaired.

特開平05−029338号公報JP 05-029338 A

ルネサスRev.1.00 2006.06.12 4−11 半導体デバイスの故障メカニズムRenesas Rev. 1.00 2006.06.12 4-11 Failure mechanism of semiconductor device

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、本発明は、ドライバ回路等の、半導体層に高い負荷がかかる使い方をしても発熱が抑えられる電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。また、本発明はこのような電界効果型トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention provides a field effect transistor capable of suppressing heat generation even when used in such a manner that a high load is applied to a semiconductor layer, such as a driver circuit. Objective. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a field effect transistor.

本発明者らは、電界効果型トランジスタにおいて、25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下の金属を用いてソース電極とドレイン電極を形成し、かつ、ゲート電極のオフセット領域を0.1μm以上5μm以下の範囲内とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。   In the field effect transistor, the present inventors formed a source electrode and a drain electrode using a metal having a redox potential at 25 ° C. of −1.7 V to 0.4 V with respect to the standard electrode potential, and The inventors have found that the object can be achieved by setting the offset region of the gate electrode within the range of 0.1 μm or more and 5 μm or less, and completed the present invention.

本発明によれば、以下の電界効果型トランジスタ、それを備える半導体装置、及び電界効果型トランジスタの製造方法が提供される。
1.基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタであって、
前記ソース電極とドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分の25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下であり、かつ、
0.1μm以上5μm以下の範囲内のオフセット領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
2.前記ソース電極及びドレイン電極の、前記半導体層と接する部分の膜厚が、5nm以上50nm以下であることを特徴とする1に記載の電界効果型トランジスタ。
3.前記ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分が、少なくともTi及びMoから選ばれる1種以上を含む金属もしくは合金からなることを特徴とする1又は2に記載の電界効果型トランジスタ。
4.前記半導体層が、In,Ga、Sn、及びZnから選ばれる1種以上の元素を含むことを特徴とする1〜3のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
5.1〜4のいずれかに記載の電界効果型トランジスタを備える半導体装置。
6.基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層に接触する部分を、25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下の金属を用いて形成する工程、
オフセット領域を、0.1μm以上5μm以下の範囲内で形成する工程、及び
前記半導体層とソース電極及びドレイン電極が積層された後に実施するアニール工程
を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
According to the present invention, the following field effect transistor, a semiconductor device including the same, and a method for manufacturing the field effect transistor are provided.
1. A substrate includes at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode, and the source electrode and the drain electrode are connected to each other through the semiconductor layer. A field effect transistor having a gate insulating film between semiconductor layers,
An oxidation-reduction potential at 25 ° C. of at least a portion of the source electrode and the drain electrode in contact with the semiconductor layer is −1.7 V or more and 0.4 V or less with respect to a standard electrode potential, and
A field-effect transistor having an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm.
2. 2. The field effect transistor according to 1, wherein a thickness of a portion of the source electrode and drain electrode in contact with the semiconductor layer is 5 nm or more and 50 nm or less.
3. 3. The field effect transistor according to 1 or 2, wherein at least portions of the source electrode and the drain electrode that are in contact with the semiconductor layer are made of a metal or alloy containing at least one selected from Ti and Mo. .
4). 4. The field effect transistor according to any one of 1 to 3, wherein the semiconductor layer contains one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn.
A semiconductor device provided with the field effect transistor in any one of 5.1-4.
6). A substrate includes at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode, and the source electrode and the drain electrode are connected to each other through the semiconductor layer. A method of manufacturing a field effect transistor having a gate insulating film between semiconductor layers,
Forming at least a portion of the source and drain electrodes in contact with the semiconductor layer by using a metal having a redox potential at 25 ° C. of −1.7 V to 0.4 V with respect to a standard electrode potential;
A field effect transistor manufacturing method comprising: forming an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm; and an annealing step performed after the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are stacked. Method.

本発明によれば、ドライバ回路等の半導体層に高い負荷がかかる使い方をしても発熱が抑えられる電界効果型トランジスタ、及び半導体装置を提供することができる。
本発明によれば、上記特性を有する電界効果型トランジスタの製造方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a field effect transistor and a semiconductor device that can suppress heat generation even when the semiconductor layer such as a driver circuit is subjected to a high load.
According to the present invention, a method of manufacturing a field effect transistor having the above characteristics can be provided.

実施例1で作製した薄膜トランジスタのゲート電圧(Vg)の変化に伴うドレイン電流(Id)の大きさを測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the magnitude | size of the drain current (Id) accompanying the change of the gate voltage (Vg) of the thin-film transistor produced in Example 1. FIG. トップゲート・ボトムコンタクト型トランジスタのオフセット領域の位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the position of the offset region of a top gate / bottom contact type transistor. ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタのオフセット領域の位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the position of the offset area | region of a bottom gate top contact type transistor.

本発明の電界効果型トランジスタは、基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタであって、
前記ソース電極とドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分の25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下であり、かつ、
0.1μm以上5μm以下の範囲内のオフセット領域を有することを特徴とする。
The field effect transistor of the present invention has at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate, and the source electrode and the drain electrode are interposed through the semiconductor layer. A field effect transistor having a gate insulating film between the gate electrode and the semiconductor layer,
An oxidation-reduction potential at 25 ° C. of at least a portion of the source electrode and the drain electrode in contact with the semiconductor layer is −1.7 V or more and 0.4 V or less with respect to a standard electrode potential, and
It has an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm.

ソース電極及びドレイン電極に標準電極電位に対して−1.7V以上0.4Vの金属を用いる理由は、後述するアニールによって半導体層との界面が適度に酸化され、シリコン半導体で表記されるようなn−層が実現するからである。通常、電極と半導体層との界面が酸化されると、しばしばハンプと呼ばれる寄生トランジスタが発生しやすくなる。ソース電極及びドレイン電極を、酸化還元電位が標準電極電位に対して−1.7V未満の金属(例えば、Mg)で形成した場合、酸化物半導体層との接触によって容易に酸化され、接触抵抗の増加を招く。それらを酸化還元電位が0.4Vを超える金属(例えばAg,Au,Pt等)で形成した場合は、酸化アニール処理等によっても何ら酸化反応が起こらない。このためオフセット領域がそのまま絶縁層として残り、寄生抵抗となるため、On電流が十分に流れなくなる。   The reason why a metal having a voltage of −1.7 V or more and 0.4 V with respect to the standard electrode potential is used for the source electrode and the drain electrode is that the interface with the semiconductor layer is appropriately oxidized by annealing described later, and is expressed by a silicon semiconductor. This is because an n-layer is realized. Usually, when the interface between the electrode and the semiconductor layer is oxidized, a parasitic transistor often called a hump is easily generated. In the case where the source electrode and the drain electrode are formed of a metal (for example, Mg) whose oxidation-reduction potential is less than −1.7 V with respect to the standard electrode potential, the source electrode and the drain electrode are easily oxidized by contact with the oxide semiconductor layer. Incurs an increase. When they are formed of a metal whose oxidation-reduction potential exceeds 0.4 V (eg, Ag, Au, Pt, etc.), no oxidation reaction occurs even by oxidation annealing treatment or the like. For this reason, the offset region remains as an insulating layer as it is and becomes a parasitic resistance, so that the On current does not flow sufficiently.

本発明では、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下の酸化還元電位を有する金属の性質を積極的に利用し、ゲート電極領域とのオフセットを所定の距離で設けることで、On−Off比の優れた電界効果型トランジスタを得ることができる。   In the present invention, a metal having an oxidation-reduction potential of −1.7 V or more and 0.4 V or less with respect to the standard electrode potential is actively used, and an offset from the gate electrode region is provided at a predetermined distance. A field effect transistor having an excellent On-Off ratio can be obtained.

オフセット領域を有するトランジスタは一般に、オン電流の大幅な低下を生じるため、そのようオフセット領域が形成されないように設計するのが通常である。ここで「オフセット領域」とは、ゲートバイアスが有効な領域とソース電極及びドレイン電極との間隔、即ち、ゲートの効果が効かない(ゲート電圧が印加されない)領域をいう。トランジスタ積層体の上面から見ると、半導体層(チャネル層)が存在する領域であって、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極のいずれとも重畳しない領域である。トップゲート・ボトムコンタクト型トランジスタの断面から見たオフセット領域の位置を示す模式図を図1に示し、ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタの断面から見たオフセット領域の位置を示す模式図を図2に示す。   Since a transistor having an offset region generally causes a significant decrease in on-current, it is usually designed so that the offset region is not formed. Here, the “offset region” refers to a distance between a region where the gate bias is effective and the source electrode and the drain electrode, that is, a region where the gate effect is not effective (the gate voltage is not applied). When viewed from the top surface of the transistor stack, it is a region where a semiconductor layer (channel layer) exists and does not overlap any of the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode. A schematic diagram showing the position of the offset region seen from the cross section of the top gate / bottom contact transistor is shown in FIG. 1, and a schematic diagram showing the position of the offset region seen from the cross section of the bottom gate / top contact transistor is shown in FIG. Show.

一般的には、ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極との位置関係は、重なりもオフセット領域も無い方がよいと考えられている。フォトリソ工程でのアライメントやリソグラフの精度が重なりやオフセット領域の形成に影響するため、精度の高いレジストを用いるか、ゲート電極等をマスクにした自己整合型のプロセスが用いられている。   In general, it is considered that the positional relationship between the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode should be neither overlapping nor offset. Since the accuracy of alignment and lithography in the photolithography process affects the formation of overlap and offset regions, a highly accurate resist is used, or a self-aligned process using a gate electrode or the like as a mask is used.

一方、本発明は、多少オフセット領域があっても、所定範囲の酸化還元電位を有するソース電極及びドレイン電極を使用すれば、ソース電極及びドレイン電極と半導体層との界面を適度に酸化することで、チャネル層(半導体層)との導通が保持されることを積極的に利用したものである。その結果、シリコン半導体と同様にn−層が実現され、On−Off比に優れたトランジスタを得ることができる。   On the other hand, the present invention can appropriately oxidize the interface between the source and drain electrodes and the semiconductor layer by using the source and drain electrodes having a redox potential within a predetermined range even if there is a slight offset region. In this case, the fact that conduction with the channel layer (semiconductor layer) is maintained is positively utilized. As a result, an n-layer is realized like a silicon semiconductor, and a transistor having an excellent On-Off ratio can be obtained.

現象としては、TiやMo等の金属をソース電極及びドレイン電極に用いることにより、ソース電極及びドレイン電極と半導体層との間に、薄いTiOx層やMoOx層が生成する。これらの層は適度な導電性を有するため、界面の電界強度を緩和し、発熱の原因となるホットキャリアの生成を抑制することができる。TiやMoを酸化物薄膜と積層することで界面酸化膜が生成されることは従来公知であるが、このTiやMoの膜厚を制御することでTiOxやMoOx等の亜酸化物層の膜厚を制御できることは知られていなかった。   As a phenomenon, when a metal such as Ti or Mo is used for the source electrode and the drain electrode, a thin TiOx layer or MoOx layer is generated between the source and drain electrodes and the semiconductor layer. Since these layers have moderate conductivity, the electric field strength at the interface can be relaxed, and generation of hot carriers that cause heat generation can be suppressed. It is conventionally known that an interfacial oxide film is formed by laminating Ti or Mo with an oxide thin film, but by controlling the film thickness of Ti or Mo, a film of a suboxide layer such as TiOx or MoOx It was not known that the thickness could be controlled.

また、アニールの条件を適切に設定することで、上記亜酸化物層の電気抵抗を深さ方向に連続的に変化させることができる。
さらに、本発明では、0.1μm以上5μm以下のオフセット領域を設けることで、寄生トランジスタによるハンプやOff電流の浮き上がりを防止することができ、発熱も抑制されるため、長期の動作によっても安定したTFT特性を示すことが可能となる。
Moreover, the electrical resistance of the suboxide layer can be continuously changed in the depth direction by appropriately setting the annealing conditions.
Furthermore, in the present invention, by providing an offset region of 0.1 μm or more and 5 μm or less, humps caused by parasitic transistors and off current floating can be prevented, and heat generation is suppressed, so that stable operation can be achieved even for a long time. It becomes possible to show TFT characteristics.

以下、電界効果型トランジスタの構成要素別に本発明の電界効果型トランジスタの好ましい形態を説明する。
(1)半導体層(チャネル層)
半導体層は、IGZO,ITZO,IZO、GZO,ZTO、SnO等のアモルファス酸化物半導体、IZO,IGO,In、ZnO等の結晶半導体等からなることが好ましい。尚、本発明はドレイン電極近傍のホットキャリアを抑制するものであり、半導体層が高い移動度を有する材料から形成されているほど、効果が大きい。
半導体層は、In,Ga、Sn、及びZnから選ばれる1種以上の元素を含むことが好ましい。
Hereinafter, preferred embodiments of the field effect transistor of the present invention will be described for each component of the field effect transistor.
(1) Semiconductor layer (channel layer)
The semiconductor layer is preferably made of an amorphous oxide semiconductor such as IGZO, ITZO, IZO, GZO, ZTO, or SnO, or a crystalline semiconductor such as IZO, IGO, In 2 O 3 , or ZnO. The present invention suppresses hot carriers in the vicinity of the drain electrode, and the effect is greater as the semiconductor layer is formed of a material having higher mobility.
The semiconductor layer preferably contains one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn.

半導体層の膜厚は、通常0.5〜500nm、好ましくは1〜150nm、より好ましくは3〜80nm、特に好ましくは10〜60nmである。0.5nm以上であれば工業的に均一に成膜することができ、また、500nm未満であれば成膜時間が長くなり過ぎることもなく、工業的に採用可能である。また、3〜80nmの範囲内にあると、移動度やオンオフ比等TFT特性が特に良好である。   The film thickness of the semiconductor layer is usually 0.5 to 500 nm, preferably 1 to 150 nm, more preferably 3 to 80 nm, and particularly preferably 10 to 60 nm. If the thickness is 0.5 nm or more, the film can be uniformly formed industrially, and if it is less than 500 nm, the film formation time does not become too long and can be industrially employed. Moreover, when it exists in the range of 3-80 nm, TFT characteristics, such as a mobility and an on / off ratio, are especially favorable.

(2)ソース電極及びドレイン電極
本発明においては、ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分は、その25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下であることを必須とする。半導体層と接触する部分の酸化還元電位が−1.7V以上であれば、電極自体が安定し、酸素の引き抜きが適度となり界面が絶縁化することも無く、また、0.4V以下であれば、酸化物半導体層との界面での酸化反応が十分に進行し、低キャリア濃度の範囲を積極的に作ることができる。
(2) Source electrode and drain electrode In the present invention, at least a portion of the source electrode and drain electrode that contacts the semiconductor layer has an oxidation-reduction potential at 25 ° C. of −1.7 V or more with respect to the standard electrode potential. It must be 0.4V or less. If the oxidation-reduction potential at the portion in contact with the semiconductor layer is −1.7 V or more, the electrode itself is stable, the oxygen is moderately extracted and the interface is not insulated, and if it is 0.4 V or less. The oxidation reaction at the interface with the oxide semiconductor layer is sufficiently advanced, and a low carrier concentration range can be positively created.

尚、ソース電極及びドレイン電極の半導体層と接触する部分が上記酸化還元電位を有する材料からなっていればよく、半導体層と接触しない部分は上記酸化還元電位を有しない材料からなっていてもよい。   In addition, the part which contacts the semiconductor layer of a source electrode and a drain electrode should just consist of the material which has the said oxidation-reduction potential, and the part which does not contact a semiconductor layer may consist of the material which does not have the said oxidation-reduction potential. .

上記酸化還元電位を有する具体的材料としては、Cr、Ti、In,V,Mo,Sn、Pb,Cu等が挙げられるが、加工性、量産性、導電性等を考慮するとTi、Mo,及びCuが好ましい。
ソース電極及びドレイン電極は、例えばTi/AlやMo/Ag/Mo等のような積層構造であっても構わない。
また、半導体層と接触する部分の金属は、その酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下を満たす範囲で微量の他の元素を含有していても構わないし、合金でも構わない。合金の具体例としては、AlNd、MoW、CuMn、MoTa、MoTi等が挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分は、少なくともTi及びMoから選ばれる1種以上を含む金属もしくは合金からなることがより好ましい。
Specific materials having the oxidation-reduction potential include Cr, Ti, In, V, Mo, Sn, Pb, Cu, and the like, but considering workability, mass productivity, conductivity, etc., Ti, Mo, and Cu is preferred.
The source electrode and the drain electrode may have a laminated structure such as Ti / Al or Mo / Ag / Mo.
In addition, the metal in the portion in contact with the semiconductor layer may contain a trace amount of other elements in a range where the oxidation-reduction potential satisfies −1.7 V to 0.4 V with respect to the standard electrode potential. An alloy may be used. Specific examples of the alloy include AlNd, MoW, CuMn, MoTa, and MoTi.
More preferably, at least portions of the source electrode and the drain electrode that are in contact with the semiconductor layer are made of a metal or alloy containing at least one selected from Ti and Mo.

金属や合金の標準電位電極に対する酸化還元電位は、次のようにして測定できる。
(1)電解液
純水にLiFやLiClO等の水溶性支持電解質0.1mol/Lを溶解させ電解液とする。電解液は恒温槽等を用いて25℃に保持し、窒素等の不活性ガスを30分程度バブリングさせて、電解液中の溶存酸素を除去する。
The redox potential of a metal or alloy with respect to a standard potential electrode can be measured as follows.
(1) Electrolytic Solution A water-soluble supporting electrolyte 0.1 mol / L such as LiF or LiClO 4 is dissolved in pure water to obtain an electrolytic solution. The electrolytic solution is kept at 25 ° C. using a thermostatic bath or the like, and an inert gas such as nitrogen is bubbled for about 30 minutes to remove dissolved oxygen in the electrolytic solution.

(2)測定
ポテンショスタット(BAS社製R600,北斗電工製HA−151等)を用意し、カウンター電極に白金、参照電極に水素電極、作用電極に本発明に用いる金属材料と同質の小片を接続し、上記電解液に浸漬する。各電極をポテンショスタットを介して電気的に接続すると、参照電極に対する作用電極の電位が表示される。この作用電極の電位が、25℃における、標準電極電位に対する上記金属材料の酸化還元電位である。
尚、水素電極の代わりに銀/塩化銀電極や飽和カロメル電極を用いてもよい。この場合、25℃において水素電極に対して、それぞれ0.199V及び0.244Vの値だけ低く表示されるので、その値を加えて水素電極を基準とした電極電位となる。
(2) Measurement A potentiostat (BAS R600, Hokuto Denko HA-151, etc.) is prepared, platinum is connected to the counter electrode, a hydrogen electrode is connected to the reference electrode, and a small piece of the same quality as the metal material used in the present invention is connected to the working electrode. Then, it is immersed in the electrolytic solution. When each electrode is electrically connected via a potentiostat, the potential of the working electrode relative to the reference electrode is displayed. The potential of the working electrode is the oxidation-reduction potential of the metal material with respect to the standard electrode potential at 25 ° C.
A silver / silver chloride electrode or a saturated calomel electrode may be used instead of the hydrogen electrode. In this case, at 25 ° C., the values are displayed lower by 0.199 V and 0.244 V than the hydrogen electrode, respectively, so that these values are added to provide an electrode potential based on the hydrogen electrode.

また、金属や合金の、25℃における、標準電極電位に対する酸化還元電位は、例えば、電気化学便覧(電気化学協会編、丸善)等に記載されている。   Moreover, the oxidation-reduction potential with respect to a standard electrode potential at 25 ° C. of a metal or an alloy is described in, for example, an electrochemical manual (edited by Electrochemical Association, Maruzen).

また、ソース電極及びドレイン電極における、半導体層に接する、所定の酸化還元電位を有する部分の膜厚は、5nm以上50nm以下であることが好ましい。ソース電極及びドレイン電極の半導体層に接する部分の膜厚が5nm以上であれば、酸化物からの酸素の引抜が十分となり、低キャリア濃度の領域を適切に形成でき、また、50nm以下であれば、酸素の引抜きが適度に行われるため、チャネルのリーク等が生じない。半導体に接する部分のより好ましい膜厚は7nm以上30nm以下である。
尚、ソース電極及びドレイン電極の全体の膜厚は、適宜選択すればよいが、例えば、5〜300nmの範囲が好ましく、7〜200nmの範囲がより好ましく、20〜150nmの範囲がさらに好ましい。
Moreover, it is preferable that the film thickness of the part which has a predetermined oxidation-reduction potential in contact with a semiconductor layer in a source electrode and a drain electrode is 5 nm or more and 50 nm or less. If the thickness of the portion of the source and drain electrodes in contact with the semiconductor layer is 5 nm or more, oxygen can be sufficiently extracted from the oxide, and a low carrier concentration region can be appropriately formed. In addition, since oxygen is moderately extracted, channel leakage does not occur. A more preferable film thickness of the portion in contact with the semiconductor is 7 nm or more and 30 nm or less.
In addition, what is necessary is just to select the film thickness of the whole of a source electrode and a drain electrode suitably, For example, the range of 5-300 nm is preferable, The range of 7-200 nm is more preferable, The range of 20-150 nm is further more preferable.

(3)オフセット領域
本発明においては、オフセット領域は、0.1μm以上5μm以下の範囲内であることが必須である。オフセット領域にはOff電流を低減させる効果があるため適切な範囲(オフセット間隔)がある。オフセット領域が0.1μm以上であれば、Off電流が増大したり、ハンプ等の寄生トランジスタが発生することがない。また、オフセット領域が5μm以下であれば、ソース抵抗、ドレイン抵抗が大きくなり過ぎることがなく、On電流の低下が生じにくい。オフセット領域は、0.5μm以上3μm以下であることがさらに好ましい。
(3) Offset region In the present invention, it is essential that the offset region is in the range of 0.1 μm to 5 μm. Since there is an effect of reducing the Off current in the offset region, there is an appropriate range (offset interval). If the offset region is 0.1 μm or more, the off current does not increase and parasitic transistors such as humps are not generated. On the other hand, if the offset region is 5 μm or less, the source resistance and the drain resistance do not become excessively large, and the On current is unlikely to decrease. The offset region is more preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less.

本発明の電界効果型トランジスタは、上記(1)〜(3)の構成を有していれば、それ以外の素子構成は特に限定されず、公知の各種の素子構成を採用することができる。
本発明の電界効果型トランジスタは、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく採用することができる。
If the field effect transistor of this invention has the structure of said (1)-(3), other element structure will not be specifically limited, Well-known various element structure is employable.
The field effect transistor of the present invention can employ a known configuration such as a bottom gate, a bottom contact, and a top contact without limitation.

本発明の電界効果型トランジスタを構成する基板、ゲート電極、及びゲート絶縁膜としては特に制限はなく、公知の材料を用いることができ、厚さ、形状等も、適宜選択すればよい。   There is no restriction | limiting in particular as a board | substrate, a gate electrode, and a gate insulating film which comprise the field effect transistor of this invention, A well-known material can be used and thickness, a shape, etc. should just be selected suitably.

ゲート絶縁膜を形成する材料としては、例えば、SiO,SiN,Al,Ta,TiO,MgO,ZrO,CeO,KO,LiO,NaO,RbO,Sc,Y,HfO,CaHfO,PbTi,BaTa,SrTiO,Sm,AlN等の化合物を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはSiO,SiN,Al,Y,HfO,CaHfOであり、より好ましくはSiO,SiN,HfO,Alである。 Examples of the material for forming the gate insulating film include SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , CeO 2 , K 2 O, Li 2 O, and Na 2 O. , Rb 2 O, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , SrTiO 3 , Sm 2 O 3 , AlN, and the like can be used. Among them, preferred are SiO 2, SiN x, Al 2 O 3, Y 2 O 3, HfO 2, CaHfO 3, more preferably SiO 2, SiN x, HfO 2 , Al 2 O 3.

ゲート絶縁膜は、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法により形成することができる。
尚、上記の酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよく、例えば、SiOでもSiOでもよい。
ゲート絶縁膜は、異なる材料からなる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質又は非晶質であることが好ましい。
The gate insulating film can be formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
Note that the number of oxygen in the oxide does not necessarily match the stoichiometric ratio, and may be, for example, SiO 2 or SiO x .
The gate insulating film may have a structure in which two or more insulating films made of different materials are stacked. The gate insulating film may be crystalline, polycrystalline, or amorphous, but is preferably polycrystalline or amorphous that can be easily manufactured industrially.

ゲート電極を形成する材料としては、例えば、ITO,IZO,ZnO,SnO等の透明電極や、Al,Ag,Cu,Cr,Ni,Mo,Au,Ti,Ta等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。 As a material for forming the gate electrode, for example, a transparent electrode such as ITO, IZO, ZnO, and SnO 2 , a metal electrode such as Al, Ag, Cu, Cr, Ni, Mo, Au, Ti, and Ta, or these can be used. An alloy metal electrode can be used.

本発明の電界効果型トランジスタは、上記構成要素以外の要素を有していてもよく、例えば、半導体層の保護層、エッチストッパー層等が挙げられる。これらの膜厚、サイズ等は、適宜選択すればよい。   The field effect transistor of the present invention may have elements other than the above-described components, and examples thereof include a semiconductor layer protective layer and an etch stopper layer. These film thicknesses, sizes, and the like may be selected as appropriate.

本発明の電界効果型トランジスタは、半導体層上に保護層を備えることが好ましい。半導体層の保護層は、少なくともSiNを含有することが好ましい。SiNはSiOと比較して緻密な膜を形成できるため、TFTの劣化抑制効果が高いという利点を有する。 The field effect transistor of the present invention preferably includes a protective layer on the semiconductor layer. The protective layer of the semiconductor layer preferably contains at least SiN x . Since SiN x can form a dense film as compared with SiO 2 , it has an advantage of a high TFT deterioration suppressing effect.

保護層は、SiNの他に例えばSiO,Al,Ta,TiO,MgO,ZrO,CeO,KO,LiO,NaO,RbO,Sc,Y,HfO,CaHfO,PbTi,BaTa,Sm,SrTiO又はAlN等の酸化物等を含むことができる。 In addition to SiN x , the protective layer may be, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , CeO 2 , K 2 O, Li 2 O, Na 2 O, Rb 2 O, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , CaHfO 3 , PbTi 3 , BaTa 2 O 6 , Sm 2 O 3 , SrTiO 3, or an oxide such as AlN can be included.

本発明の半導体装置は、上記本発明の電界効果型トランジスタを備えることにより、ドライバ回路等の酸化物半導層に高い負荷がかかる使い方をしても発熱が抑えられ、耐久性が高い。
本発明の半導体装置は、上記本発明の電界効果型トランジスタを備えていればよく、それ以外の装置構成は特に限定されず、公知の各種の装置構成を採用することができる。
Since the semiconductor device of the present invention includes the field effect transistor of the present invention, heat generation is suppressed even when the oxide semiconductor layer such as a driver circuit is subjected to a high load, and the durability is high.
The semiconductor device of the present invention only needs to include the field effect transistor of the present invention, and other device configurations are not particularly limited, and various known device configurations can be employed.

本発明の電界効果型トランジスタの製造方法(以下、本発明の方法という)は、基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層に接触する部分を、25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下の金属を用いて形成する工程、
オフセット領域を、0.1μm以上5μm以下の範囲内で形成する工程、及び
前記半導体層とソース電極及びドレイン電極が積層された後に実施するアニール工程
を含むことを特徴とする。
The method for producing a field effect transistor of the present invention (hereinafter referred to as the method of the present invention) has at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate. The source electrode and the drain electrode are connected through a semiconductor layer, and a method of manufacturing a field effect transistor having a gate insulating film between a gate electrode and a semiconductor layer,
Forming at least a portion of the source and drain electrodes in contact with the semiconductor layer by using a metal having a redox potential at 25 ° C. of −1.7 V to 0.4 V with respect to a standard electrode potential;
The method includes a step of forming an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm, and an annealing step performed after the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are stacked.

本発明の方法において、半導体層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜、ゲート電極等の作製方法は特に限定されず、公知の方法を使用することができる。   In the method of the present invention, a method for manufacturing the semiconductor layer, the source electrode, the drain electrode, the gate insulating film, the gate electrode, and the like is not particularly limited, and a known method can be used.

(a)オフセット領域の形成
オフセット領域を、0.1μm以上5μm以下の範囲内で形成するには、オフセット領域を反映させたフォトマスクを使用する方法や、ゲート電極やソース電極及びドレイン電極自体をマスクとし(自己整合)、露光量の調整やオーバーエッチングにより所定範囲のオフセット領域とする方法が挙げられる。
(A) Formation of offset region In order to form the offset region within a range of 0.1 μm or more and 5 μm or less, a method using a photomask reflecting the offset region, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode itself are used. There is a method in which a mask (self-alignment) is used and an offset region within a predetermined range is obtained by adjusting the exposure amount or over-etching.

(b)アニール処理
半導体層とソース電極及びドレイン電極が積層された後に行うアニール工程は、低キャリア濃度領域、即ち、半導体層とソース電極及びドレイン電極との界面に酸化膜を形成するために行う。アニール温度は250℃以上400℃以下であることが好ましい。アニール温度が250℃以上であれば、半導体からの酸素の引き抜きが十分に行われ、低キャリア濃度領域を適切に形成でき、また、アニール温度が400℃以下であれば、電極材料自体の劣化を招くことがない。アニール温度のより好ましい範囲は250℃以上350℃以下である。
また、アニール雰囲気は空気の他、窒素やアルゴン等不活性ガスの雰囲気でもよいし、水蒸気や20%以上の酸素を含む雰囲気等、酸化性の条件で行ってもよい。
(B) Annealing treatment An annealing process performed after the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are stacked is performed to form an oxide film in the low carrier concentration region, that is, the interface between the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode. . The annealing temperature is preferably 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. If the annealing temperature is 250 ° C. or higher, oxygen is sufficiently extracted from the semiconductor, and a low carrier concentration region can be appropriately formed. If the annealing temperature is 400 ° C. or lower, the electrode material itself is deteriorated. There is no invitation. A more preferable range of the annealing temperature is 250 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
The annealing atmosphere may be an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon in addition to air, or may be performed under oxidizing conditions such as an atmosphere containing water vapor or 20% or more oxygen.

実施例1
[薄膜トランジスタの作製]
下記材料・条件で薄膜トランジスタを作製した。
尚、ここで用いたチャネル用マスクとソース・ドレイン用マスクは、それぞれが2μmのギャップを有するように設計した。
Example 1
[Production of Thin Film Transistor]
A thin film transistor was fabricated with the following materials and conditions.
The channel mask and the source / drain mask used here were each designed to have a gap of 2 μm.

(1)ゲート電極の形成
無アルカリガラス(基板)としてeagle2000を使用し、Crをスパッタ成膜した。次にフォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ゲート電極とした。
(1) Formation of gate electrode Eagle 2000 was used as non-alkali glass (substrate), and Cr was formed by sputtering. Next, a photoresist was applied, exposed, developed, and etched, and finally the resist was peeled to form a gate electrode.

(2)ゲート絶縁膜の形成
上記ゲート電極が形成された基板をCVD装置にセットし、SiOの成膜を行った。SiOはSiH+NO+Nガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)にて行い、膜厚50nmのゲート絶縁膜とした。
(2) Formation of gate insulating film The substrate on which the gate electrode was formed was set in a CVD apparatus, and SiO 2 was formed. SiO 2 was formed by plasma chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + N 2 O + N 2 gas to form a gate insulating film having a thickness of 50 nm.

(3)チャネル層(半導体層)の成膜
上記ゲート絶縁膜付き基板をスパッタ装置にセットし、以下の条件で上記絶縁膜付き基板上にチャネル層(半導体層)を成膜した。
ターゲット:ITZO(In:Zn:Sn原子比=0.365:0.15:0.485)
ターゲット−基板間距離:88mm
基板温度:150℃
ガス流量:Ar/O=15/15sccm
成膜圧力:1Pa
スパッタパワー:DC 100W/cm
膜厚:45nm
(3) Formation of channel layer (semiconductor layer) The substrate with a gate insulating film was set in a sputtering apparatus, and a channel layer (semiconductor layer) was formed on the substrate with an insulating film under the following conditions.
Target: ITZO (In: Zn: Sn atomic ratio = 0.365: 0.15: 0.485)
Target-to-board distance: 88mm
Substrate temperature: 150 ° C
Gas flow rate: Ar / O 2 = 15/15 sccm
Deposition pressure: 1Pa
Sputtering power: DC 100 W / cm 2
Film thickness: 45nm

(4)チャネル層のパターニング
成膜されたチャネル層上にフォトレジストを塗布し、露光、現像、ドライエッチングを行い、最後にレジストを剥離して、パターン化したチャネル層(半導体層)を得た。
(4) Patterning of channel layer Photoresist was applied on the formed channel layer, exposure, development, and dry etching were performed, and finally the resist was peeled off to obtain a patterned channel layer (semiconductor layer). .

(5)エッチストッパー膜の形成
上記パターン化したチャネル層を形成した基板をCVD装置にセットし、膜厚を200nmに設定した以外はゲート絶縁膜作製と同条件でSiOを成膜し、エッチストッパー膜とした。
(5) Formation of etch stopper film A substrate on which the patterned channel layer is formed is set in a CVD apparatus, and SiO 2 is formed under the same conditions as the gate insulating film production except that the film thickness is set to 200 nm. A stopper film was obtained.

(6)エッチストッパー膜のパターニング
上記エッチストッパー膜上にフォトレジストを塗布し、露光、現像、ドライエッチングを行い、最後にレジストを剥離して、パターン化したエッチストッパー膜を得た。
(6) Patterning of etch stopper film Photoresist was coated on the etch stopper film, exposed, developed, and dry etched, and finally the resist was peeled off to obtain a patterned etch stopper film.

(7)ソース電極及びドレイン電極の形成
上記パターニングされた基板上にTi/Al/Tiを、それぞれ20nm、50nm、20nmの順でスパッタ成膜した後、フォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ソース電極及びドレイン電極とした。
ソース電極とドレイン電極の上記チャネル層と接触する部分の、25℃における標準電極電位に対する酸化還元電位(V vs. NHE)を表1に示す。
(7) Formation of source and drain electrodes Ti / Al / Ti is formed on the patterned substrate by sputtering in the order of 20 nm, 50 nm, and 20 nm, respectively, and then a photoresist is applied, followed by exposure, development, and etching. Finally, the resist was stripped to form a source electrode and a drain electrode.
Table 1 shows the oxidation-reduction potential (V vs. NHE) with respect to the standard electrode potential at 25 ° C. of the portion of the source electrode and drain electrode that are in contact with the channel layer.

(8)保護層の成膜、及びコンタクトホールの作製
さらに上記ソース電極及びドレイン電極が形成された基板をCVD装置にセットし、エッチストッパーの成膜と同条件でSiOの成膜を行いチャネル層(半導体層)の保護層とした。次に上記保護層上にフォトレジストを塗布し、露光、現像、ドライエッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極用のコンタクトホールを作製した。
(8) Formation of protective layer and production of contact hole Further, the substrate on which the source electrode and the drain electrode are formed is set in a CVD apparatus, and a SiO 2 film is formed under the same conditions as the film formation of the etch stopper. It was set as the protective layer of the layer (semiconductor layer). Next, a photoresist was applied on the protective layer, and exposure, development, and dry etching were performed. Finally, the resist was peeled off, and contact holes for a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode were produced.

(9)アニール工程
このようにして得た薄膜トランジスタをオーブンに入れ、窒素中、350℃、1時間の条件でアニールした。
(9) Annealing Step The thin film transistor thus obtained was put in an oven and annealed in nitrogen at 350 ° C. for 1 hour.

[薄膜トランジスタの特性評価]
このようにして得た薄膜トランジスタを用い、ゲート電圧(Vg)の変化に伴うドレイン電流(Id)の大きさを測定することにより、その伝達特性の評価を行った。ドレイン電圧は20Vに設定し、ゲート電圧は−15Vから20Vまで変化させた。結果を図1に示した。
また、得られた薄膜トランジスタの電界効果移動度とオフ電流(Ioff)を下記の方法で測定し、信頼性評価を行った。結果を表1に示す。
[Characteristic evaluation of thin film transistor]
Using the thin film transistor thus obtained, the magnitude of the drain current (Id) accompanying the change in the gate voltage (Vg) was measured to evaluate the transfer characteristics. The drain voltage was set to 20V, and the gate voltage was changed from -15V to 20V. The results are shown in FIG.
Further, the field effect mobility and the off-current (Ioff) of the obtained thin film transistor were measured by the following method, and reliability evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

・電界効果移動度(cm/Vs)
以下の公式に従って飽和領域移動度を導出し、ゲート電圧が−15Vから20Vの範囲での最大値を選択し、電界効果移動度とした。

Figure 2014072408
-Field effect mobility (cm 2 / Vs)
The saturation region mobility was derived according to the following formula, and the maximum value in the range of −15V to 20V of the gate voltage was selected to be the field effect mobility.
Figure 2014072408

・Ioff(オフ電流)(A@Vgs=−5V)
ゲート電圧(Vg)=−5Vのときのドレイン電流(Id)をオフ電流(Ioff)とした。
・ Ioff (off current) (A @ Vgs = -5V)
The drain current (Id) when the gate voltage (Vg) = − 5 V was defined as the off current (Ioff).

[信頼性評価]
ゲート電圧(Vg)=20V、ドレイン電圧(Vd)=20Vに設定し、空気中50℃の条件で、トランジスタを1万秒動作し続け、ドレイン領域の温度を温度測定機能付き赤外線カメラで評価した。次に、伝達特性評価を再度行い、ドレイン電流がターンオンするゲート電圧を、信頼性試験前後で比較し、その差をΔVth(V)と定義した。ドレイン領域の温度(℃)測定結果、並びにΔVthを表1に示す。
[Reliability evaluation]
The gate voltage (Vg) = 20 V and the drain voltage (Vd) = 20 V were set, and the transistor continued to operate for 10,000 seconds under the condition of 50 ° C. in the air, and the temperature of the drain region was evaluated with an infrared camera with a temperature measurement function. . Next, the transfer characteristics were evaluated again, and the gate voltage at which the drain current was turned on was compared before and after the reliability test, and the difference was defined as ΔVth (V). Table 1 shows the results of measuring the temperature (° C.) of the drain region and ΔVth.

表1に示したように、この薄膜トランジスタの電界効果移動度(飽和領域移動度)は48cm/Vs、Ioff(オフ電流)は10−12以下と良好な値を示した。さらに信頼性を行った際のドレイン領域の温度は53℃であり、温度上昇はほとんど認められなかった。また、ΔVthは0.1Vであり、信頼性試験により劣化していないことがわかった。 As shown in Table 1, the field effect mobility (saturation region mobility) of this thin film transistor was 48 cm 2 / Vs, and Ioff (off current) was a good value of 10 −12 or less. Furthermore, the temperature of the drain region when performing reliability was 53 ° C., and almost no increase in temperature was observed. Further, ΔVth was 0.1 V, which was found not to be deteriorated by the reliability test.

実施例2
半導体層のスパッタ条件として、2×10−3Paの水を導入し、ソース・ドレイン電極としてTi/Al/Tiの膜厚をそれぞれ50nm、100nm、50nmとした以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。
Example 2
As the sputtering conditions for the semiconductor layer, 2 × 10 −3 Pa of water was introduced, and the film thicknesses of Ti / Al / Ti were set to 50 nm, 100 nm, and 50 nm, respectively, as source / drain electrodes. A thin film transistor was manufactured. The results are shown in Table 1.

実施例3
半導体層の組成をIn:Zn:Sn=0.365:0.3:0.335(原子比)とし、半導体層のスパッタ条件として、スパッタ圧力を0.2Paとし、ソース・ドレイン電極としてTi/Al/Tiの膜厚をそれぞれ5nm、50nm、5nmとした以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。
Example 3
The composition of the semiconductor layer is In: Zn: Sn = 0.365: 0.3: 0.335 (atomic ratio), the sputtering condition of the semiconductor layer is the sputtering pressure of 0.2 Pa, and the source / drain electrodes are Ti / A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of Al / Ti was 5 nm, 50 nm, and 5 nm, respectively. The results are shown in Table 1.

実施例4
半導体層の組成をIn:Zn:Ga=0.5:0.1:0.4(原子比)とし、ソース・ドレイン電極とゲート電極のオフセット領域を4μmに設定した後、アニール条件を400℃とした他は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。
Example 4
The composition of the semiconductor layer was set to In: Zn: Ga = 0.5: 0.1: 0.4 (atomic ratio), the offset region between the source / drain electrodes and the gate electrode was set to 4 μm, and the annealing condition was set to 400 ° C. A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that. The results are shown in Table 1.

実施例5
半導体層の組成をIn:Zn:Ga=0.55:0.25:0.2(原子比)とし、保護膜としてAlをALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて200nm成膜した。さらに、ゲート絶縁膜の材質をAlとし、ソース電極及びドレイン電極の材質をAlNd、膜厚を30nmとし、ソース・ドレイン電極とゲート電極とのオフセット領域を3μmに設定し、アニール条件を300℃とした他は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。
Example 5
The composition of the semiconductor layer was In: Zn: Ga = 0.55: 0.25: 0.2 (atomic ratio), and Al 2 O 3 was formed as a protective film to a thickness of 200 nm using an ALD (Atomic Layer Deposition) method. . Further, the material of the gate insulating film is Al 2 O 3 , the material of the source and drain electrodes is AlNd, the film thickness is 30 nm, the offset region between the source / drain electrodes and the gate electrode is set to 3 μm, and the annealing conditions are set. A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 300 ° C. The results are shown in Table 1.

実施例6〜11
以下、半導体膜の組成、スパッタ条件、ゲート絶縁膜の組成、ソース・ドレイン電極の材質及び膜厚、オフセット領域設定、アニール温度等を適宜変化させてTFT特性と信頼性を評価した。それぞれの条件と評価結果を表1に示す。
Examples 6-11
Hereinafter, TFT characteristics and reliability were evaluated by appropriately changing the composition of the semiconductor film, the sputtering conditions, the composition of the gate insulating film, the material and film thickness of the source / drain electrodes, the offset region setting, the annealing temperature, and the like. Each condition and evaluation result are shown in Table 1.

比較例1
オフセット領域を0μmとした他は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。オフセット領域がない場合、半導体領域からの酸素引き抜き部分がチャネルの内部にまで進行するため、その部分が寄生トランジスタとして作用してしまった。この結果、伝達特性を評価した結果、VthがVg=−5Vから立ち上がってしまう、ハンプとして観測された。よって、このような薄膜トランジスタは信頼性評価を行なわなかった。
Comparative Example 1
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the offset region was 0 μm. The results are shown in Table 1. In the case where there is no offset region, the oxygen extraction portion from the semiconductor region proceeds to the inside of the channel, and this portion has acted as a parasitic transistor. As a result, as a result of evaluating the transfer characteristics, it was observed as a hump in which Vth rises from Vg = −5V. Therefore, such a thin film transistor was not evaluated for reliability.

比較例2
オフセット領域を10μmに設定した他は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。結果を表1に示す。オフセット領域を大きく取りすぎた場合、低キャリア領域がチャネルに到達しないため、ゲートバイアスを印加してもドレイン電流が流れなかった。
Comparative Example 2
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the offset region was set to 10 μm. The results are shown in Table 1. When the offset region was made too large, the low carrier region did not reach the channel, so no drain current flowed even when a gate bias was applied.

比較例3
ソース・ドレイン電極にAuを使用した他は、実施例1と同様にして薄膜トランジスタを形成した。結果を表1に示す。Auは酸化還元電位が+1.5Vあるため半導体層からの酸素の引き抜きが行われない。このため、低キャリア濃度領域が形成されず、オフセットが高抵抗層となり、トランジスタとして動作しなかった。
Comparative Example 3
A thin film transistor was formed in the same manner as in Example 1 except that Au was used for the source / drain electrodes. The results are shown in Table 1. Since Au has a redox potential of +1.5 V, oxygen is not extracted from the semiconductor layer. For this reason, a low carrier concentration region was not formed, the offset became a high resistance layer, and the transistor did not operate.

比較例4
オフセット領域を0μmとした他は比較例3と同様にして薄膜トランジスタを形成した。その結果、トランジスタとして動作するようになったが、低キャリア濃度領域がないため、信頼性試験ではドレイン近傍に高電界領域が発生し、トランジスタの劣化を招いた。この状況を温度測定機能付きの赤外線顕微鏡で観察したところ、ドレイン領域が150℃にも達していることがわかった。
Comparative Example 4
A thin film transistor was formed in the same manner as in Comparative Example 3 except that the offset region was set to 0 μm. As a result, it began to operate as a transistor, but since there was no low carrier concentration region, a high electric field region was generated in the vicinity of the drain in the reliability test, leading to deterioration of the transistor. When this situation was observed with an infrared microscope equipped with a temperature measurement function, it was found that the drain region reached 150 ° C.

Figure 2014072408
Figure 2014072408
Figure 2014072408
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本発明の電界効果型トランジスタは、パネル表示や、映像信号を制御する回路(ゲートドライバ、デマルチプレクサ、シグナルドライバ)、あるいはタッチセンサー等のドライバとして特に有用である。   The field effect transistor of the present invention is particularly useful as a panel display, a circuit for controlling a video signal (gate driver, demultiplexer, signal driver), or a driver such as a touch sensor.

10 基板
12 ソース電極
14 ドレイン電極
16 半導体層
18 ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Source electrode 14 Drain electrode 16 Semiconductor layer 18 Gate electrode

Claims (6)

基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタであって、
前記ソース電極とドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分の25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下であり、かつ、
0.1μm以上5μm以下の範囲内のオフセット領域を有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
A substrate includes at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode, and the source electrode and the drain electrode are connected to each other through the semiconductor layer. A field effect transistor having a gate insulating film between semiconductor layers,
An oxidation-reduction potential at 25 ° C. of at least a portion of the source electrode and the drain electrode in contact with the semiconductor layer is −1.7 V or more and 0.4 V or less with respect to a standard electrode potential, and
A field-effect transistor having an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm.
前記ソース電極及びドレイン電極の、前記半導体層と接する部分の膜厚が、5nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein a film thickness of a portion of the source electrode and the drain electrode in contact with the semiconductor layer is 5 nm or more and 50 nm or less. 前記ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層と接触する部分が、少なくともTi及びMoから選ばれる1種以上を含む金属もしくは合金からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の電界効果型トランジスタ。   3. The field effect according to claim 1, wherein at least portions of the source electrode and the drain electrode that are in contact with the semiconductor layer are made of a metal or an alloy containing at least one selected from Ti and Mo. 4. Type transistor. 前記半導体層が、In,Ga、Sn、及びZnから選ばれる1種以上の元素を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer contains one or more elements selected from In, Ga, Sn, and Zn. 請求項1〜4のいずれかに記載の電界効果型トランジスタを備える半導体装置。   A semiconductor device provided with the field effect transistor according to claim 1. 基板上に、少なくとも半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記ソース電極とドレイン電極が、半導体層を介して接続してあり、ゲート電極と半導体層の間にゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ソース電極及びドレイン電極の、少なくとも前記半導体層に接触する部分を、25℃における酸化還元電位が、標準電極電位に対して−1.7V以上0.4V以下の金属を用いて形成する工程、
オフセット領域を、0.1μm以上5μm以下の範囲内で形成する工程、及び
前記半導体層とソース電極及びドレイン電極が積層された後に実施するアニール工程
を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
A substrate includes at least a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode, and the source electrode and the drain electrode are connected to each other through the semiconductor layer. A method of manufacturing a field effect transistor having a gate insulating film between semiconductor layers,
Forming at least a portion of the source and drain electrodes in contact with the semiconductor layer by using a metal having a redox potential at 25 ° C. of −1.7 V to 0.4 V with respect to a standard electrode potential;
A field effect transistor manufacturing method comprising: forming an offset region within a range of 0.1 μm to 5 μm; and an annealing step performed after the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are stacked. Method.
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