JP2014086445A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属元素としてIn、ZnおよびSnを少なくとも含む酸化物からなる酸化物半導体層と、該酸化物半導体層と直接接触する保護膜とを有する薄膜トランジスタであって、前記酸化物半導体層の、前記保護膜と直接接触する面に形成される、突起の最大高さが5nm未満であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【選択図】なし
Description
濃度比率XIn=[突起中のInの濃度(原子%)]/[酸化物半導体層中のInの濃度(原子%)]、
濃度比率XZn=[突起中のZnの濃度(原子%)]/[酸化物半導体層中のZnの濃度(原子%)]、および
濃度比率XSn=[突起中のSnの濃度(原子%)]/[酸化物半導体層中のSnの濃度(原子%)]の全てが、0.5以上2以下であることが好ましい。
(IZTO薄膜の成膜条件)
スパッタリング装置:(株)アルバック製「CS−200」
基板温度:室温
ガス圧:1mTorr
酸素分圧:[O2/(Ar+O2)]×100=4%
(保護膜の成膜条件)
成膜温度:150℃、200℃
ガス圧:133Pa
成膜パワー:100W
SiH4/N2O流量比:0.003、0.04、0.06
(1)突起の評価
(1−1)突起の最大高さ
TFT素子の酸化物半導体層とこの酸化物半導体層に直接接触する保護膜との界面を含む、膜厚方向の断面を観察できるように、TFT素子に加工を施した。該加工は、FIB(Focused Ion Beam,集束イオンビーム)、詳細にはGaイオンビームを用いて行った。
(判定基準)
○・・・突起の最大高さが2nm未満
△・・・突起の最大高さが2nm以上5nm未満
×・・・突起の最大高さが5nm以上
前記断面における酸化物半導体層の膜厚中心部および突起の、In、Sn、Znの各含有量を、EDX(エネルギー分散型X線分光法)により測定した。そして、各金属元素の濃度(全金属元素に占める割合)を、下記式(1)〜(3)を用いて算出した。
Inの濃度(原子%)=[In/(In+Sn+Zn)]×100・・・(1)
Snの濃度(原子%)=[Sn/(In+Sn+Zn)]×100・・・(2)
Znの濃度(原子%)=[Zn/(In+Sn+Zn)]×100・・・(3)
[上記式(1)〜(3)の右辺において、In、Sn、Znは、酸化物半導体層の膜厚中心部または突起の、In、Sn、Znの各含有量(原子%)を示す]
(判定基準)
○・・・濃度比率XIn、濃度比率XZn、および濃度比率XSnのいずれもが0.5以上2以下
×・・・濃度比率XIn、濃度比率XZn、濃度比率XSnの少なくともいずれかが0.5未満または2超
次に、以下のようにして、トランジスタ特性(ドレイン電流−ゲート電圧特性、Id−Vg特性)、しきい値電圧、電界効果移動度、ストレス耐性を調べた。
トランジスタ特性(TFT特性)の測定は、Agilent Technology社製「4156C」の半導体パラメータアナライザーを使用した。また測定は、試料のコンタクトホールへプローブをあてるようにして行った。詳細な測定条件は以下のとおりである。
ソース電圧:0V
ドレイン電圧:10V
ゲート電圧:−30〜30V(測定間隔:0.25V)
基板温度:室温
しきい値電圧とは、おおまかにいえば、トランジスタがオフ状態(ドレイン電流の低い状態)からオン状態(ドレイン電流の高い状態)に移行する際のゲート電圧の値である。本実施例では、ドレイン電流が、オン電流とオフ電流の間の1nA付近であるときの電圧をしきい値電圧と定義し、各TFTのしきい値電圧を測定した。本実施例では、Vth(絶対値)が5V以下のものを合格とした。これらの結果を表3に示す。
電界効果移動度μFEは、TFT特性からVd>Vg−Vthである飽和領域にて導出した。飽和領域ではVg、Vthをそれぞれゲート電圧、しきい値電圧、Idをドレイン電流、L、WをそれぞれTFT素子のチャネル長、チャネル幅、Ciをゲート絶縁膜の静電容量、μFEを電界効果移動度とし、μFEを下記式(4)から導出した。本実施例では、飽和領域を満たすゲート電圧付近におけるドレイン電流−ゲート電圧特性(Id−Vg特性)から電界効果移動度μFEを導出した。そして移動度が10cm2/Vs以上の場合を合格とした。その結果を表3に示す。
本実施例では、実際のパネル駆動時の環境(ストレス)を模擬して、ゲート電極に負バイアスを印加しながら光を照射するストレス印加試験を行った。ストレス印加条件は以下のとおりである。光の波長としては、酸化物半導体のバンドギャップに近く、トランジスタ特性が変動し易い400nm程度を選択した。
(試験条件)
ゲート電圧:−20V
基板温度:60℃
光ストレス条件
波長:400nm
照度(TFTに照射される光の強度):0.1μW/cm2
光源:OPTOSUPPLY社製LED(NDフィルターによって光量を調整)
ストレス印加時間:2時間
(判定基準)
○・・・ΔVth(絶対値)が15V未満
×・・・ΔVth(絶対値)が15V以上
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 酸化物半導体層
5 保護膜(SiO2膜)
6 ソース・ドレイン電極
7 表面保護膜(絶縁膜)
8 透明導電膜
Claims (4)
- 金属元素としてIn、ZnおよびSnを少なくとも含む酸化物からなる酸化物半導体層と、該酸化物半導体層と直接接触する保護膜とを有する薄膜トランジスタであって、
前記酸化物半導体層の、前記保護膜と直接接触する面に形成される、突起の最大高さが5nm未満であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記突起中の金属元素の濃度(原子%)が、前記酸化物半導体層中の対応する金属元素の濃度(原子%)の0.5〜2倍である請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記金属元素は、In、ZnおよびSnである請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記保護膜は、CVD法により、SiH4とN2Oのガス流量比(SiH4/N2O)を0.04以下にして、前記酸化物半導体層の直上に成膜されるシリコン酸化膜である請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
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