JP3430850B2 - ３端子型非線形素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ型のト
ランジスタである３端子型非線型素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、バイポーラ型のトランジスタは、
シリコンやゲルマニウムなどの半導体基板の上に作製さ
れ、電流増幅装置として広く利用されている。これに対
して、制御性の問題から電圧で電流値を制御する電界効
果型のトランジスタも広く利用されている。しかしなが
ら、電流増幅率の点からは、バイポーラ型トランジスタ
が優れている。

【０００３】一般的なバイポーラ型トランジスタは、図
２のような工程で作製される。ｎ型のシリコン基板２０
１上に、図２（ａ）のように酸化シリコン膜２０２を形
成する。次に、図２（ｂ）のように硼素イオンを打ち込
んでｐ型シリコン層２０３を形成し、図２（ｃ）のよう
に酸化シリコン膜２０２の形状を変えて、図２（ｄ）の
ように燐イオンを打ち込んでｎ型シリコン層２０４を形
成する。次に、酸化シリコン膜にコンタクトホールを開
口し、電極２０５を形成すれば、ｎｐｎのバイポーラト
ランジスタが完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイポ
ーラ型トランジスタは、シリコンやゲルマニウムなどの
単結晶半導体基板上に作られるために、材料コストが高
いという問題点があった。

【０００５】また、基板に垂直な方向にデバイスを作る
ためには、チャネルになる層を基板自身が持つ特性と異
なる層を２層作らなければならないので、イオン打ち込
みの工程が２工程必要になり、製造コストが高くなって
しまう。また、チャネル層を作るために打ち込むイオン
種は、ホスフィン（ＰＨ_３）やジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）な
どの毒性の強い材料を用いているので、製造装置の安全
対策が必要であった。

【０００６】さらに、チャネル層を活性化するために、
６００〜１０００℃の熱処理をする必要があり、使用す
る材料やデバイス構造が限定されたり、プロセス上の制
約も多かった。

【０００７】そこで、本発明は、どのような基板にもト
ランジスタが作製されることを目的とする。

【０００８】また、本発明は、害のないガスを用いて、
しかも１工程で３層からなるチャネル層を作製すること
を目的とする。

【０００９】また、本発明は、比較的低温のプロセス温
度でトランジスタを作製することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、第１の金属
膜と、第２の金属膜と、それらの間に挟まれた金属酸化
物からなる３端子非線形素子において、前記金属酸化物
が、各々エネルギー準位の異なる第１の金属酸化物半導
体、第２の金属酸化物半導体及び第３の金属酸化物半導
体からなり、前記第１及び前記第３の金属酸化物半導体
で前記第２の金属酸化物半導体を挟んだ構成であり、前
記第１の金属酸化物半導体、及び前記第２の金属酸化物
半導体が水又は水酸基を含み、前記第２の金属酸化物半
導体が水又は水酸基を実質的に含んでおらず、前記第１
の金属膜、前記第２の金属膜及び前記第２の金属酸化物
半導体を端子とする構造を具備する。

【００１１】ここで、第１及び第３の金属酸化物半導体
が電子過多な半導体層となり、第２の金属酸化物半導体
が電子過少な半導体層となり、ｎｐｎ型のバイポーラト
ランジスタと同様の振る舞いをする。

【００１２】前記金属酸化物半導体は、金属を陽極酸化
した酸化物であることが好ましい。こうすれば、どのよ
うな基板上にもデバイスを作製することが可能となり、
単結晶半導体基板より安価な材料も選択できる。

【００１３】さらに、前記金属は、タンタルまたはタン
タルを含む金属化合物が、バリヤー型で対薬品性に優れ
た金属酸化膜となるので好ましい。

【００１４】このような３端子型非線形素子の製造方法
は、２種類開示できる。

【００１５】第1の方法は、図１に示すように、第１の
金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜の一部を酸
化して金属酸化物半導体を形成する工程と、前記金属酸
化物半導体を、水分を含んだ雰囲気中で熱処理し、水ま
たは水酸基を含む第１の金属酸化物半導体と、前記第１
の金属酸化物半導体上に形成され水及び水酸基を実質的
に含まない第２の金属酸化物半導体と、前記第２の金属
酸化物上に形成され水または水酸基を含む第３の金属酸
化物半導体にする工程と、前記第３の金属酸化物半導体
上に第２の金属膜を形成する工程と、前記第３の金属酸
化物半導体に穴を開口する工程と、前記穴を通じて前記
第２の金属酸化物半導体と接続される第３の金属膜を形
成する工程と、を含むものである。

【００１６】第２の方法は、図３に示すように、基板上
に第１の金属膜を形成する工程と、該第１の金属膜の上
面を酸化して金属酸化物半導体を形成する工程と、該金
属酸化物半導体上の少なくとも一部に前記第２の金属膜
を形成する工程と、前記金属酸化物半導体及び前記第２
の金属膜の上面を酸化して金属酸化物半導体を形成する
工程と、水分を含んだ雰囲気中で熱処理する工程と、前
記第２の金属膜上の前記金属酸化物半導体に穴を開口す
る工程と、前記金属酸化物半導体上の少なくとも一部並
びに前記穴を通じて前記第２の金属膜と接続されるよう
に第３の金属膜を形成する工程とを含むものである。

【００１７】これら２種類の方法において、チャネルを
形成するのが、水分を含んだ雰囲気での熱処理工程であ
る。この熱処理工程で、図１に示すように水分は水分子
または水酸基の形で金属酸化膜半導体１０３ｃと、第１
の金属膜と金属酸化物半導体との界面１０３ａに存在す
るようになり、チャネルとして機能する。このように、
水分雰囲気中で熱処理することで、チャネルが形成でき
るので、有害なガスを使う必要がなくなる。

【００１８】さらに、これらの熱処理工程のプロセス温
度を少なくとも２５０℃以上とするのが好ましい。

【００１９】これにより、３端子型非線形素子とするに
あたって、良好な膜質をもつ金属酸化物半導体が形成で
きる。

【００２０】

【作用】図１（ｆ）に示すように、第１及び第３の金属
酸化膜半導体がｎ型半導体となり、第２の金属酸化物半
導体がｐ型半導体になる理由を説明する。通常、陽極酸
化法で作製されたバリヤー型の陽極酸化膜は、膜全体が
ｎ型半導体となっている。この状態で、２５０℃以上の
水分雰囲気中で熱処理すると、第３の金属酸化物半導体
は、ＯＨ⁻が入りこみ電子過多な膜となり、この電子が
キャリアとなるのでｎ型半導体となる。また、第２の金
属酸化物半導体は、熱処理前までは酸素過多でｎ型半導
体の性質を示していたが、第３の金属酸化物半導体層に
ＯＨ⁻が入ったために、酸素イオンが第１の金属膜界面
まで、拡散することになる。従って、第２の金属酸化物
半導体は、その化学量論的組成よりも酸素が少なくなる
ためにｐ型半導体となる。例えば、タンタル酸化膜なら
ば、化学量論的組成のＴａ_２Ｏ_５よりも酸素が少なくな
る。さらに、第１の金属酸化物半導体層は、第２の金属
酸化物半導体層から拡散してきた酸素や第１の金属膜か
ら拡散してきた酸素が、第１の金属膜と第１の金属酸化
物半導体の界面にある水素と結合し、ＯＨ⁻が生じて酸
素過多な状態になり、ｎ型半導体としての性質を示す。

【００２１】このように、陽極酸化によって作製された
金属酸化が３層に分かれることは、図１（ｆ）の第１の
金属膜１０２と第２の金属膜１０６との間の印加電圧と
膜抵抗の関係からも理解できる。この膜抵抗は、

【００２２】

【数１】

【００２３】のように示され、これは電圧印加の方向を
どちらにしても同じ結果になるからである。数式１の右
辺第１項は、プールフレンケル伝導に関する項で、第２
項がｐｎ接合に関する項である。プールフレンケル伝導
に極性はないが、ｐｎ接合では電圧印加方向依存性があ
る。しかし、本発明の３端子型非線型素子では、極性が
無いことから、ｐｎ接合が双方向で現れることを示して
いる。つまり、ｐｎ接合が極性を逆にして接続されてい
ることを意味するので、金属酸化膜半導体が３層に別れ
ていることになる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００２５】図１，３は、本発明の３端子型非線形素子
の製造方法を示す断面図であり、２通りの方法で作製で
きる。

【００２６】まず、第１の作製方法を図１を用いて説明
する。

【００２７】図１（ａ）のように、基板１０１の表面に
金属膜を堆積し、さらにパターニングを行って第１の金
属膜１０２を形成した。ここで、基板１０１は、ガラス
やプラスチックなどの絶縁性を有する基板が好ましい。
第１の金属膜１０２は、３端子型非線型素子の用途によ
って、材料や膜厚が選択される。材料は、陽極酸化可能
な金属が選択され、耐薬品性や耐熱性からタンタル膜が
好ましく、膜厚は１００〜５００ｎｍが好ましい。第１
の金属膜１０２は、スパッタリング法や電子ビーム蒸着
法、イオンプレーティング法で形成することができる。
第１の金属膜１０２のパターニングは、一般に用いられ
ているフォトリソグラフィおよびエッチング技術によっ
て行われる。

【００２８】ついで、図１（ｂ）のように、金属酸化膜
半導体１０３を形成する。金属酸化膜半導体１０３の形
成方法は、陽極酸化法やスパッタ法、熱酸化法などがあ
るが、基板内での膜厚の均一性を確保するために陽極酸
化法が最も優れている。前記金属酸化物半導体１０３
は、その用途によって好ましい膜厚が選択され、例えば
２０〜２００ｎｍ程度とされる。陽極酸化に用いられる
化成液は、水溶液が好ましく、例えば０．０１〜１重量
％のクエン酸水溶液を用いることができる。

【００２９】ついで、図１（ｃ）のように、金属酸化物
半導体１０３に水もしくは水酸基を導入して、前記金属
酸化物半導体１０３を伝導体のエネルギー準位の異なっ
た３層にするためのアニール工程について述べる。

【００３０】図４に、アニール工程の処理時間と温度と
の関係の一例を示す。この例のアニール工程は、主とし
て一定の温度（Ｔ２）を保って行われるアニール処理Ｂ
と、降温工程からなるアニール処理Ａとからなる。アニ
ール処理Ｂにおいては、時間ｔ１〜ｔ２の昇温工程と、
時間ｔ２〜ｔ３の定温工程とからなる。アニール処理Ｂ
は、不活性ガス、例えばアルゴンなどの希ガスあるいは
窒素ガスの雰囲気中において、温度Ｔ２が少なくとも２
５０℃以上であればよく、好ましくは、３００〜４５０
℃の条件下で行われる。この温度の値は、先に述べた従
来のバイポーラ型トランジスタの製造プロセスの６００
〜１０００℃に比べ、低いものとすることができる。定
温熱処理に要する時間（ｔ２〜ｔ３）は、第１の金属膜
の膜厚、アニール炉の熱容量、ウエハーの基板ガラスの
厚さ、ウエハーの処理枚数、設定温度などによって左右
されるが、例えば１０〜１２０分程度である。

【００３１】アニール処理Ａにおいては、水蒸気を含む
雰囲気中において、温度Ｔ２から温度Ｔ１まで低下する
ように行われる。温度Ｔ１は、水または水酸基が金属酸
化物半導体１０３の表面１０３ｃと第１の金属膜との界
面１０３ａに十分に取り込まれるために、好ましくは２
２０℃以下、より好ましくは２００℃以下に設定され
る。アニール処理Ａの処理時間（ｔ３〜ｔ４）は、好ま
しくは１０秒以上、より好ましくは５分〜３００分であ
る。

【００３２】また、アニール処理Ａの降温工程における
降温速度は、０．１℃／分ないし１２０℃／分であるこ
とが好ましく、より好ましくは０．５℃／分ないし１０
℃／分である。なお、降温時には、降温の途中で温度を
一定に保ってもよく、途中で若干温度を上げてもよく、
上記降温速度はこのような場合も含めた平均的な降温速
度である。

【００３３】アニール処理Ａにおいて用いられる水蒸気
を含むガスとしては、空気、あるいはアルゴンなどの希
ガスや窒素ガスなどの不活性ガスの少なくとも一種を用
いることが好ましい。また、水蒸気の濃度は、水蒸気を
含むガス全体に対して、好ましくは０．００１モル％以
上、より好ましくは０．０１４〜２モル％である。

【００３４】このようにして作製された、水または水酸
基を含んだ金属酸化物半導体１０３ａ、１０３ｃは、お
のおの膜厚が１０〜３０ｎｍで酸素過剰な膜となりｎ型
半導体の性質を示し、金属酸化物半導体１０３ｂは、酸
素欠損な膜となりｐ型半導体の性質を示す。つまり、金
属酸化物半導体１０３の内部で、伝導体のエネルギー準
位が異なることになる。

【００３５】ついで、図１（ｄ）のように、クロム、ア
ルミニウム、チタン、モリブデンなどの金属膜を、例え
ばスパッタリング法にて堆積させることにより、第２の
金属膜１０４が形成される。第２の金属膜は、たとえば
膜厚５０〜３００ｎｍで形成され、その後通常使用され
ているフォトリソグラフィおよびエッチング技術を用い
てパターニングされる。

【００３６】ついで、図１（ｅ）のように、金属酸化物
半導体１０３ｂに電極を形成するために、金属酸化物半
導体１０３ｃに穴を開口する。このときの穴の深さは、
２０ｎｍ以上であればよく、金属酸化膜半導体１０３ａ
まで達しないようにすればよい。

【００３７】ついで、図１（ｆ）のように、金属酸化膜
半導体１０３ｃよりも絶縁抵抗の高い絶縁膜１０５を形
成し、クロム、アルミニウム、チタン、モリブデンなど
の金属膜を例えばスパッタリング法にて堆積させること
により第３の金属膜１０６が形成される。

【００３８】さらに、第２の製造方法として、図１
（ｅ）の穴の開口工程のマージンを増すために、図３の
ような提案をすることができる。

【００３９】図３（ａ）のように、図１（ａ）と同様の
方法で第１の金属膜１０２を形成する。

【００４０】次に、図３（ｂ）のように膜厚１０ｎｍ以
上の金属酸化物半導体３０３を、水溶液中の陽極酸化法
で形成する。

【００４１】ついで、図３（ｃ）のように第１の金属膜
と同一の材料を用いて、スパッタリング法にて第２の金
属膜３０４が形成される。このとき、第２の金属膜は、
第１の金属膜と導伝接続しないように形成される。第２
の金属膜は、たとえば膜厚１０〜５０ｎｍで形成され、
その後通常使用されているフォトリソグラフィおよびエ
ッチング技術を用いてパターニングされる。

【００４２】ついで、図３（ｄ）のように、陽極酸化法
を用いて図中のｌ_１が３０ｎｍ以上かつｌ_２が２０ｎｍ
以上になるようにする。このとき陽極酸化に用いられる
化成液は特に限定されないが、例えばクエン酸水溶液を
用いることができる。

【００４３】ついで、図３（ｅ）のように、金属酸化膜
半導体３０３が三層に別れるようにアニール処理Ａを行
う。この方法は、図１（ｃ）の形成方法と同様の処理を
すればよい。

【００４４】その後、図３（ｆ）のように、第２の金属
膜と導電接続をとるために、金属酸化膜半導体３０３に
２０ｎｍ以上の深さの穴を開口し、絶縁膜１０５を所定
の形状に加工し、第３の金属膜１０６を形成すればよ
い。

【００４５】（実施例）以下に、本発明の具体的な実施
例をさらに詳細に説明する。

【００４６】この実施例では、図１に示した構造の３端
子型非線型素子を用いた。具体的には、ガラス基板上に
スパッタリング法で膜厚２００ｎｍのタンタル膜を堆積
し、さらにパターニングを行って第１の金属膜１０１を
形成した。

【００４７】ついで、０．０５重量％のクエン酸水溶液
を化成液として用い、電流密度０．０４ｍＡ／ｃｍ^２で
電圧３０Ｖに至るまで定電流電解を行い、前記タンタル
膜の陽極酸化を行った。その結果、厚さ５５ｎｍの酸化
タンタル膜（金属酸化物半導体）１０３が形成された。

【００４８】さらに、窒素雰囲気下において、３２０℃
で３０分間にわたって熱処理（図４に示すアニール処理
Ｂ）を実施した。その後、雰囲気を窒素から水蒸気が
１．２モル％含まれた空気中で、１．０℃／分の降温速
度で２００℃になるまで、１２０分間にわたって冷却す
る熱処理（図４に示すアニール処理Ａ）を行い、金属酸
化物半導体１０３を３層に分離した。

【００４９】その後、金属酸化物半導体上にスパッタリ
ング法によりクロムを膜厚１５０ｎｍで堆積させ、さら
にパターニングを行って第２の金属膜１０４を形成し
た。

【００５０】さらに、深さ３０ｎｍの穴を金属酸化物半
導体に開口し、酸化シリコン膜をスパッタリング法によ
り膜厚３００ｎｍで堆積させ、さらにパターニングを行
って絶縁膜１０５を形成した。

【００５１】最後にスパッタリング法でアルミニウムを
膜厚２００ｎｍ堆積させ、さらにパターニングを行って
第３の金属膜１０６を形成し、３端子型非線型素子を作
製した。

【００５２】（ａ）熱脱離スペクトル 金属酸化膜半導体について行った熱脱離スペクトル（Ｔ
ＤＳ）法による測定について述べる。この測定は、図５
に示す熱脱離スペクトル測定装置を使用して行った。

【００５３】この熱脱離スペクトル測定装置は、真空チ
ャンバー５１０内に四重極質量分析計５０２と赤外線ヒ
ータ５０４とを備えており、サンプル５２０の裏側から
赤外線ヒータ５０４でサンプル５２０を加熱していき、
サンプル５２０の表面から出てくるガスを四重極質量分
析計５０２で計測して熱脱離スペクトルを得るものであ
る。サンプル５２０の温度制御は、制御性の問題からサ
ンプル５２０の裏面側の熱電対ＴＣ１を使用して行っ
た。また、サンプル５２０の表面温度を測定するため
に、サンプル５２０の表面側にも熱電対ＴＣ２を設け
た。サンプル５２０に使用した石英基板５２２は、熱伝
導が悪く、しかもその厚さも１．１ｍｍと厚いために、
熱電対ＴＣ１とＴＣ２との温度には差が生じた。しか
し、実際の３端子型非線型素子作製プロセスでの温度
は、熱電対ＴＣ２での温度とほぼ同じになる。ＴＤＳの
測定には、基板として石英ガラスを用いている。これ
は、１０００℃の高温まで測定を行うために、基板の耐
熱温度を高くしたことによる。なお、基板をガラスにし
ても同様のトランジスタ特性が得られることは確認して
いる。

【００５４】測定に使用したサンプル５２０は、図６に
示すように、まず、厚さ１．１ｍｍの石英基板５２２上
にスパッタリング法により厚さ３００ｎｍのタンタル膜
５２４を形成し、さらに、前述した条件で陽極酸化を行
い、膜厚８５ｎｍの金属酸化膜半導体５２６を形成し
た。さらに、前述した条件でアニール処理Ｂおよびアニ
ール処理Ａを行い、金属酸化膜半導体５２６に水または
水酸基を取り込む工程を行った。

【００５５】このようにして得られた積層体を熱処理炉
から取り出して熱脱離スペクトル測定用のサンプル５２
０とした。

【００５６】このサンプル５２０を用いて熱脱離スペク
トルを測定した。その結果を図７に示す。図７におい
て、横軸は温度であって膜表面のＴＣ２の温度を示し、
縦軸は水に相当する質量１８（Ｈ_２Ｏ）におけるガスの
計測値の強度を示す。

【００５７】図７に示すスペクトルにおいては、３つの
ピーク７０１、７０２、７０３が得られている。７０１
は約１００℃であり、７０２は２２０℃であり、７０３
は４１０℃であった。これら３つのピーク温度は、金属
酸化物半導体の膜厚を５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲で変
化させても同じであった。また、比較のために、アニー
ル処理を行わなかったサンプルを作成し、その熱脱離ス
ペクトルを測定したところ、７０２は観測されず、７０
３は強度が極端に小さくなった。７０２は、アニール処
理Ｂの温度が２２０℃以上で出現し、７０３は２５０℃
以上の温度でピーク強度が大きくなり始めた。７０１
は、サンプルの表面に物理吸着した水分に由来するもの
であると考えられる。

【００５８】さらに、比較のために、アニール処理Ａの
処理ガスを水の代わりに重水（Ｄ２Ｏ）を用いて行った
サンプルの質量数２０の熱脱離スペクトルを測定したと
ころ、７０２だけが観測された。

【００５９】（ｂ）２次イオン質量スペクトル 金属酸化物半導体および第１の金属膜に含まれる各種原
子のプロファイルを求めるために行った、セシウムイオ
ンエッチングによる２次イオン質量スペクトル（ＳＩＭ
Ｓ）の結果を図８に示す。

【００６０】図８において、横軸は、第１の金属膜およ
び金属酸化物半導体における金属酸化物半導体表面から
の深さを示し、縦軸は、測定元素イオンのカウント数を
常用対数で示す。なお、図８において、符号ａで示すラ
インは、水素のスペクトルのピークを通るラインであっ
て、便宜的に第１の金属膜５２４と金属酸化物半導体５
２６との境界を示している。８０１は水素原子のプロフ
ァイルであり、８０２は酸素原子のプロファイルであ
る。

【００６１】この測定において用いられるサンプルは、
図６に示す熱脱離スペクトルを求めるサンプルと同様の
構成で、同様のアニール処理をしたサンプルを用いてい
る。

【００６２】比較データとして、図６のサンプルと同様
の構成でアニール処理をしなかったサンプルのＳＩＭＳ
データを図９に示す。９０１は水素原子のプロファイル
であり、９０２は酸素原子のプロファイルである。

【００６３】図８と図９の相違点として、 １：図８には、金属酸化物半導体の表面に水素が多く観
測されている。また、水素のピーク位置は、サンプルの
膜厚とアニール処理Ｂの温度を変えても常に表面から３
０ｎｍ以内にあった。

【００６４】２：図８には、第１の金属膜と金属酸化物
半導体との境界付近に、酸素が多く観測されている。こ
のように酸素量が多くなるのは、２５０℃以上でアニー
ル処理Ｂをすればよい。

【００６５】の２点があげられる。

【００６６】また、アニール処理の有無に関わらず、第
１の金属膜と金属酸化物半導体との境界には水素がたく
さん観測されている。

【００６７】（ｃ）金属酸化物半導体の膜質 熱脱離スペクトルを２次イオン質量スペクトルを参考に
しながら解析すると、７０２は金属酸化物半導体の表面
層からの脱離であり、７０３は第１の金属膜と金属酸化
物半導体との境界からの脱離であることがわかる。ま
た、水の金属酸化物半導体中への入り方としては、水分
子として入る場合と水酸基として入る場合が考えられ
る。さらに、２次イオン質量スペクトルから金属酸化物
半導体には、水または水酸基が存在しない層があること
もわかる。

【００６８】よって、金属酸化物半導体は図１（ｆ）に
示すように、水または水酸基を含む第１の金属酸化物半
導体と第３の金属酸化物半導体が、第１及び第３の金属
酸化物半導体と同一の材料からなる水及び水酸基を実質
的に含まない第２の金属酸化物半導体を挟んだ構造を有
するようになることがわかる。

【００６９】（ｄ）トランジスタ特性 図１（ｆ）において、第１の金属膜１０２と第２の金属
膜１０４とが交差する部分の面積を０．０３ｍｍ^２とし
た。第１の金属膜１０２をマイナスにして、第２の金属
膜１０４に対して４Ｖの電圧を印加したところ３×１０
^−１０Ａの電流値が流れた。この後、第１の金属膜に対
して、第３の金属膜に−０．１Ｖの電圧を印加したとこ
ろ第２の金属膜に用いたクロム膜が過電流のために直ち
に溶けてしまった。通常３×１０^−７Ａ程度の電流値で
クロム膜は、溶けることがあるため、本発明では、０．
１Ｖの電圧印加で１０００倍もの電流が流れるようにな
ったことになる。

【００７０】

【発明の効果】本発明の3端子非線形素子は、（i）第１
及び第３の金属酸化物半導体で前記第２の金属酸化物半
導体を挟んだ構成であり、及び（ii）第１の金属酸化物
半導体、及び第２の金属酸化物半導体が水又は水酸基を
含み、前記第２の金属酸化物半導体が水又は水酸基を実
質的に含んでいない。

【００７１】そのために、第１及び第３の金属酸化物半
導体が電子過多な半導体層となり、第２の金属酸化物半
導体が電子過少な半導体層となるので、ｎｐｎ型のバイ
ポーラトランジスタと同様の振る舞いをする素子が得ら
れる。

【００７２】更には、本発明に係わる３端子非線形素子
の製造方法によれば、（i）金属酸化物半導体を、水分
を含んだ雰囲気中で熱処理し、水または水酸基を含む第
１の金属酸化物半導体と、第１の金属酸化物半導体上に
形成され水及び水酸基を実質的に含まない第２の金属酸
化物半導体と、第２の金属酸化物上に形成され水または
水酸基を含む第３の金属酸化物半導体にする工程と、及
び（ii）第３の金属酸化物半導体上に第２の金属膜を形
成する工程と、第３の金属酸化物半導体に穴を開口する
工程と、穴を通じて前記第２の金属酸化物半導体と接続
される第３の金属膜を形成する工程とを含む。

【００７３】したがって、従来バイポーラトランジスタ
の製造に必要であった、ホスフィンやジボラン等の有毒
なガスを用いることなく、また、イオン打ち込み工程を
経ることなく、バイポーラトランジスタと同様の振る舞
いをする３端子非線形素子を製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３端子型非線形素子の第１の製造方法
を示す図。

【図２】従来のバイポーラ型トランジスタの製造方法を
示す図。

【図３】本発明の３端子型非線形素子の第２の製造方法
を示す図。

【図４】本発明の製造方法における熱処理工程を示すた
めの、時間と温度の関係を示す図。

【図５】熱脱離スペクトルを求めるための装置を概略的
に示す図。

【図６】熱脱離スペクトルを求めるためのサンプルを概
略的に示す図。

【図７】本発明の３端子型非線型素子の金属酸化物半導
体について求めた水の熱脱離スペクトルを示す図。

【図８】本発明の３端子型非線型素子の第１の金属膜と
金属酸化物半導体について求めたＳＩＭＳのスペクトル
を示す図。

【図９】比較データに係る３端子型非線型素子の第１の
金属膜と金属酸化物半導体について求めたＳＩＭＳのス
ペクトルを示す図。

【符号の説明】

１０１ 基板 １０２ 第１の金属膜 １０３、３０３ 金属酸化物半導体 １０４、３０４ 第２の金属膜 １０５ 絶縁膜 １０６ 第３の金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−235941（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264794（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−242227（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−10977（ＪＰ，Ｂ１) 国際公開96／030953（ＷＯ，Ａ１) Ｓ．Ｓａｍｓｏｎ，ｅｔ．ａｌ．，" Ｄｅｆｅｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａ ｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｏｎｏ ｒ ｌｅｖｅｌｓ ｉｎ ｓｔａｎｎｉ ｃ ｏｘｉｄｅ ｃｒｙｓｔａｌｓ”, Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，1973年，Ｖ ｏｌ．44，Ｎｏ．10，ｐｐ．4618−4621 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の金属膜と、第２の金属膜と、それら
   の間に挟まれた金属酸化物からなる３端子非線形素子で
   あり、 前記金属酸化物が、各々エネルギー準位の異なる第１の
   金属酸化物半導体、第２の金属酸化物半導体及び第３の
   金属酸化物半導体からなり、前記第１及び前記第３の金
   属酸化物半導体で前記第２の金属酸化物半導体を挟んだ
   構成であり、 前記第１の金属酸化物半導体、及び前記第２の金属酸化
   物半導体が水又は水酸基を含み、前記第２の金属酸化物
   半導体が水又は水酸基を実質的に含んでおらず、 前記第１の金属膜、前記第２の金属膜及び前記第２の金
   属酸化物半導体を端子とする構造を具備することを特徴
   とする３端子非線形素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の３端子非線形素子におい
   て、 前記金属酸化物は、金属の陽極酸化物であることを特徴
   とする３端子非線形素子。
3. 【請求項３】請求項２に記載の３端子非線形素子におい
   て、タンタルを含むことを特徴とする３端子非線形素
   子。
4. 【請求項４】３端子非線形素子の製造方法において、 第１の金属膜を形成する工程と、 前記第１の金属膜の一部を酸化して金属酸化物半導体を
   形成する工程と、 前記金属酸化物半導体を、水分を含んだ雰囲気中で熱処
   理し、水または水酸基を含む第１の金属酸化物半導体
   と、前記第１の金属酸化物半導体上に形成され水及び水
   酸基を実質的に含まない第２の金属酸化物半導体と、前
   記第２の金属酸化物上に形成され水または水酸基を含む
   第３の金属酸化物半導体にする工程と、 前記第３の金属酸化物半導体上に第２の金属膜を形成す
   る工程と、 前記第３の金属酸化物半導体に穴を開口する工程と、 前記穴を通じて前記第２の金属酸化物半導体と接続され
   る第３の金属膜を形成する工程と、 を含むことを特徴とする３端子型非線形素子の製造方
   法。
5. 【請求項５】基板上に第１の金属膜を形成する工程と、 該第１の金属膜の上面を酸化して金属酸化物半導体を形
   成する工程と、 該金属酸化物半導体上の少なくとも一部に前記第２の金
   属膜を形成する工程と、 前記金属酸化物半導体及び前記第２の金属膜の上面を酸
   化して金属酸化物半導体を形成する工程と、 水分を含んだ雰囲気中で熱処理する工程と、 前記第２の金属膜上の前記金属酸化物半導体に穴を開口
   する工程と、 前記金属酸化物半導体上の少なくとも一部並びに前記穴
   を通じて前記第２の金属膜と接続されるように第３の金
   属膜を形成する工程と を含むことを特徴とする３端子型非線形素子の製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項４乃至請求項５のいずれかにおい
   て、前記熱処理は少なくとも２５０度以上の雰囲気下で
   行われることを特徴とする３端子型非線形素子の製造方
   法。