JP5371467B2 - 電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
近年、液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）が実用化されている。特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子（以後、「有機ＥＬ素子」と記載する場合がある）は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で、デバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力化等が期待されている。また、これらのＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる電界効果型トランジスタ（以後の説明で、ＴＦＴと記載する場合がある）のアクティブマトリクス回路により駆動されている。
一方、ＦＰＤのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。そこで、低温での成膜が可能な非晶質半導体を用いたＴＦＴの開発が活発に行われている。非晶質酸化物半導体は、室温成膜が可能であり、フイルム上に成膜が可能であるのでＴＦＴの活性層の材料として注目を浴びている。
しかし、この非晶質酸化物半導体からなる活性層は、水分や酸素等の影響によって劣化しやすく、結果としてＴＦＴ動作が不安定となる場合がある。また、非晶質酸化物半導体は化学的に弱く、またプラズマやＵＶによるダメージを受けやすいことから、製造時におけるダメージも懸念される。そこで、非晶質酸化物半導体からなる活性層を保護するための保護膜を設けることで、ＴＦＴの信頼性向上を目指す試みがなされている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
特許文献１には、活性層としての酸化物半導体チャネル層を保護層で覆う技術が提案されている。この特許文献１によれば、少なくとも１種の金属元素を含む金属酸化物膜が、保護層として用いられている。
特許文献２には、活性層としての非晶質酸化物半導体層のゲート電極側のキャリア密度を、保護膜側のキャリア密度より大きくし、且つ、酸化物半導体層の膜厚を３０ｎｍ±１５ｎｍとする技術が提案されている。また、特許文献２では、活性層のキャリア密度を調整するために、保護膜の成膜時におけるスパッタ成膜ガスのＯ２／Ａｒ混合比率を増加させている（具体的には、２０％以上５０％以下）。
特許文献３には、保護層として、昇温脱離分析により酸素として観測される脱離ガスを３．８×１０１９個／ｃｍ３以上含有した保護層を設けることによって、製造時における活性層へのダメージを抑制する技術が開示されている。
しかしながら、保護膜の形成によって活性層への水分や酸素の影響は抑制されるが、保護膜の形成によって閾値シフトが増大する場合があった。
本発明は、非晶質酸化物を含む活性層を有する電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法において、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトの改善された電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
上記目的は、以下に示す本発明により達成される。
すなわち、
＜１＞ 基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、非晶質酸化物を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記活性層を保護し非晶質無機材料からなる保護層と、を備え、
前記保護層は、前記活性層の少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間に対応する領域を覆うように配置され、バンドギャップが前記活性層より大きく、
前記活性層のバンドギャップが２．５ｅＶ以上４．０ｅＶ未満であり、
前記保護層のバンドギャップが４．０ｅＶ以上８．０ｅＶ未満であり、
前記活性層が、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む非晶質酸化物を含んで構成され、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成され、
前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下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。
すなわち、
＜１＞ 基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、非晶質酸化物を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記活性層を保護し非晶質無機材料からなる保護層と、を備え、
前記保護層は、前記活性層の少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間に対応する領域を覆うように配置され、バンドギャップが前記活性層より大きく、
前記活性層のバンドギャップが２．５ｅＶ以上４．０ｅＶ未満であり、
前記保護層のバンドギャップが４．０ｅＶ以上８．０ｅＶ未満であり、
前記活性層が、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む非晶質酸化物を含んで構成され、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成され、
前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下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。
＜２＞ 基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、非晶質酸化物を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記活性層を保護し非晶質無機材料からなる保護層と、を備えた電界効果型トランジスタの製造方法であって、
少なくとも前記保護層の形成が、酸素とアルゴンとの混合ガスにおけるアルゴンに対する酸素の体積比率０％以上２０％未満の雰囲気中において、スパッタ法によってなされ、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜３＞ 前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする＜２＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
少なくとも前記保護層の形成が、酸素とアルゴンとの混合ガスにおけるアルゴンに対する酸素の体積比率０％以上２０％未満の雰囲気中において、スパッタ法によってなされ、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜３＞ 前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする＜２＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
本発明者らは、鋭意、開発探索を進めた結果、活性層の少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間に対応する領域を覆うように保護層を設け、且つこの保護層のバンドギャップを活性層より大きくすることによって、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に、全く予想外に閾値シフトが大幅に改善されることを見出し、本発明に到達した。
本発明によれば、非晶質酸化物を含む活性層を有する電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法において、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトの改善された電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法が提供される。
本発明の電界効果型トランジスタ、及び本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の一の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０は、少なくとも基板１２上に、ゲート電極１４、ゲート絶縁膜１６、活性層１８、ソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂ、及び保護層２４を順次積層した構成とされている。活性層１８は、詳細は後述するが、電子またはホールの移動するチャネル層として機能する。
なお、本実施の形態では、電界効果型トランジスタ１０は、ボトムゲート型である場合を説明する。また、本実施の形態では、活性層１８が該活性層１８の上面側（活性層１８の基板１２とは反対側の面）でソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに接するトップコンタクト型である場合を説明するが、該活性層１８の下面側（活性層１８の基板１２に近い側の面）でソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに接するボトムコンタクト型（詳細後述）であってもよい。
なお、本実施の形態では、電界効果型トランジスタ１０は、ボトムゲート型である場合を説明する。また、本実施の形態では、活性層１８が該活性層１８の上面側（活性層１８の基板１２とは反対側の面）でソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに接するトップコンタクト型である場合を説明するが、該活性層１８の下面側（活性層１８の基板１２に近い側の面）でソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに接するボトムコンタクト型（詳細後述）であってもよい。
この電界効果型トランジスタ１０は、ゲート電極１４に電圧を印加することで活性層１８に流れる電流を制御して、ソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。
本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０によれば、保護層２４は、活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように配置され、バンドギャップが活性層１８より大きいことを特徴としている。
本発明者らは、電界効果型トランジスタ１０において保護層２４を設けると共に保護層２４のバンドギャップを活性層１８より大きくすることにより、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトが改善されることを見いだした。
本発明者らは、電界効果型トランジスタ１０において保護層２４を設けると共に保護層２４のバンドギャップを活性層１８より大きくすることにより、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトが改善されることを見いだした。
以下、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０の各構成及び製造方法について具体的に説明する。
電界効果型トランジスタ１０の基板１２を構成する材料としては、例えば、ＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられる。基板１２を構成する材料として、上記有機材料を用いる場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れた材料を選択することが好ましい。
この基板１２としては、可撓性を有することが好ましく、この可撓性を有する観点から、上記有機材料をフィルム状とした有機プラスチックフィルムを用いることが好ましい。また、この基板１２の絶縁性が不十分の場合には絶縁層を設けたり、基板１２に更に、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスティック基板の平坦性や電極や活性層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を積層した構成としてもよい。
基板１２の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。基板１２の厚みが５０μｍ未満であると、基板１２自体が十分な平坦性を保持することが難しい場合がある。基板１２の厚みが５００μｍよりも厚いと、基板１２自体を自由に曲げることが困難になり、すなわち基板１２自体の可撓性が乏しくなる。
ゲート電極１４を構成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が挙げられる。
このゲート電極１４の厚みは、配線抵抗が確保され、かつ、絶縁層で十分覆うことができるという観点から、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましく、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが更に好ましく、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが特に好ましい。
ゲート絶縁膜１６としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜１６として用いられる。
ゲート絶縁膜１６の膜厚としては１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が更に好ましく、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が特に好ましい。
ゲート絶縁膜１６はリーク電流を減らすため、また電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁膜１６の膜厚を厚くすると、電界効果型トランジスタ１０の駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁膜１６の膜厚は、上記範囲内とすることが好ましい。
ゲート絶縁膜１６はリーク電流を減らすため、また電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁膜１６の膜厚を厚くすると、電界効果型トランジスタ１０の駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁膜１６の膜厚は、上記範囲内とすることが好ましい。
ゲート絶縁膜１６の成膜方法としては、スパッタ法、パルスレーザ蒸着法、及び電子ビーム蒸着法などの気相法等が好適に用いられるが、これらの方法に限られない。
活性層１８は、非晶質酸化物半導体を含んだ構成とされている。この非晶質酸化物半導体は、低温で成膜可能であるために、可撓性のある基板１２上に好適に形成される。
活性層１８に用いられる非晶質酸化物半導体としては、好ましくはＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、又はＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む非晶質酸化物であり、より好ましくは、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む非晶質酸化物、さらに好ましくは、Ｉｎ、Ｚｎよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む非晶質酸化物である。
活性層１８に用いられる非晶質酸化物半導体としては、好ましくはＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、又はＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む非晶質酸化物であり、より好ましくは、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む非晶質酸化物、さらに好ましくは、Ｉｎ、Ｚｎよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む非晶質酸化物である。
活性層１８に用いられる非晶質酸化物としては、具体的には、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ，ＳｎＯ２、ＣｄＯ，Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）が挙げられる。
この本実施の形態の活性層１８のバンドギャップは、詳細を後述する保護層２４のバンドギャップより小さいことが必須である。
なお、バンドギャップとは、電子が占める最も高いエネルギーバンドである価電子帯と、電子のない最も低いバンドである伝導帯とのエネルギー差と定義され、光学的方法（光吸収スペクトル）により決定される値である。光吸収スペクトルは可視・紫外分光光度計に積分球を取り付け、拡散反射スペクトルを測定して行う。バンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると吸収されるので、本実施の形態においては、吸収の始まる吸収端の光のエネルギーをバンドギャップとして測定した。
活性層１８のバンドギャップは、上述のように、保護層２４のバンドギャップより小さければよいが、具体的には、２．５ｅＶ以上４．０ｅＶ未満であることが好ましく、更に好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、特に好ましくは３．０ｅＶ以上３．５ｅＶ以下である。
この活性層１８のバンドギャップは、活性層１８を構成する材料の選択により調整される。例えば、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）であれば、Ｉｎ２Ｏ３（２．５ｅＶ）とＺｎＯ（３．３ｅＶ）とＧａ２Ｏ３（４．６ｅＶ）による共スパッタにより可能となる。バンドギャップの大きいＧａ２Ｏ３（４．６ｅＶ）の比率を大きくすれば、それに伴って活性層のバンドギャップも大きくなり、Ｉｎ２Ｏ３（２．５ｅＶ）の比率を大きくすると、それに伴って活性層のバンドギャップも小さくなる。
活性層１８のキャリア濃度は、電界効果型トランジスタ１０が構成されたときに必要となるオン電流を十分出せることや閾値シフト制御の理由から、保護層２４のキャリア濃度以上であることが好ましい。この活性層１８のキャリア濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以上の高い領域である。より好ましくは、１×１０１５／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下である。
活性層１８のキャリア濃度の調整方法としては、（１）酸素欠陥による調整、（２）組成比による調整、（３）不純物による調整、（４）非晶質酸化物半導体材料による調整等が挙げられる。
（１）酸素欠陥による調整
非晶質酸化物半導体においては、酸素欠陥によりキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、活性層１８の酸素欠陥量を調整することで、活性層１８のキャリア濃度が調整される。活性層１８の酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、活性層１８の成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等が挙げられる。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から活性層１８の成膜中の酸素分圧を調整する方法が好ましい。
非晶質酸化物半導体においては、酸素欠陥によりキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、活性層１８の酸素欠陥量を調整することで、活性層１８のキャリア濃度が調整される。活性層１８の酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、活性層１８の成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等が挙げられる。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から活性層１８の成膜中の酸素分圧を調整する方法が好ましい。
（２）組成比による調整
活性層１８における非晶質酸化物半導体の金属組成比を変えることによって、活性層１８のキャリア濃度は変化する。例えば、例えば、活性層１８としてＩｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）を用いる場合には、Ｉｎの比率が大きくなるほどキャリア濃度が高くなり、Ｇａの比率が大きくなるほど、キャリア濃度は小さくなる。
活性層１８における非晶質酸化物半導体の金属組成比を変えることによって、活性層１８のキャリア濃度は変化する。例えば、例えば、活性層１８としてＩｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）を用いる場合には、Ｉｎの比率が大きくなるほどキャリア濃度が高くなり、Ｇａの比率が大きくなるほど、キャリア濃度は小さくなる。
活性層１８の組成比を変える具体的な方法として、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比の異なるターゲットを用いることで活性層１８の組成比を調整する方法や、多元のターゲットにより共スパッタして、そのスパッタレートを個別に調整することにより、活性層１８の組成比を調整する方法が挙げられる。
（３）不純物による調整
活性層１８における非晶質酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，又はＰ等の元素を不純物として添加すると、キャリア濃度は減少する。不純物を添加する方法としては、非晶質酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着する方法や、成膜された非晶質酸化物半導体から構成される活性層１８に不純物元素のイオンをイオンドープする方法が挙げられる。
活性層１８における非晶質酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，又はＰ等の元素を不純物として添加すると、キャリア濃度は減少する。不純物を添加する方法としては、非晶質酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着する方法や、成膜された非晶質酸化物半導体から構成される活性層１８に不純物元素のイオンをイオンドープする方法が挙げられる。
（４）酸化物半導体材料による調整
活性層１８のキャリア濃度の調整は、活性層１８を構成する非晶質酸化物半導体材料を適宜選択することによって行なっても良い。
活性層１８のキャリア濃度の調整は、活性層１８を構成する非晶質酸化物半導体材料を適宜選択することによって行なっても良い。
なお、活性層１８のキャリア濃度の調整方法としては、上記（１）〜（４）の方法を単独に用いても良いし、組み合わせて用いても良い。
活性層１８の成膜方法としては、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。
成膜された活性層１８は、周知のＸ線回折法によりアモルファス膜であることが確認される。活性層１８の組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析法により求められる。
また、この活性層１８の電気伝導度は、好ましくは１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満であり、より好ましくは１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。この活性層１８の電気伝導度の調整方法としては、公知の酸素欠陥による調整方法や、組成比による調整方法、不純物による調整方法、酸化物半導体材料による調整方法が挙げられる。
活性層１８の厚みは、動作が十分可能で層が形成できることと極端に厚いと閾値シフトが大きくなるなどの理由から、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、1ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが更に好ましく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
ソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂを構成する材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が好適に挙げられる。
形成されるソース電極２０Ａ、及びドレイン電極２０Ｂの層厚は、十分に低い抵抗を確保するためにある程度の厚さが必要であることと、極端に厚いとＴＦＴ素子上にさらにデバイスを形成することが困難であるという理由から、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが更に好ましく、４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることが特に好ましい。
これらのソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂの成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜される。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等が用いられる。
図２は、保護層２４の上方（基板１２と反対側）から積層方向、すなわち図１中の矢印Ａ方向から電界効果型トランジスタ１０を見たときの概略図である。
保護層２４は、非晶質無機材料から構成され、活性層１８を水分や酸素から保護する機能を少なくとも備え、電界効果型トランジスタ１０が形成されたときに、活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように設けられている（図２参照）。
保護層２４は、非晶質無機材料から構成され、活性層１８を水分や酸素から保護する機能を少なくとも備え、電界効果型トランジスタ１０が形成されたときに、活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように設けられている（図２参照）。
また、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０においては、保護層２４のバンドギャップが活性層１８より大きいことが必須である。
このように、電界効果型トランジスタ１０においては、非晶質無機材料からなる保護層２４が活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように設けられている。このため、ソース電極２０Ａから保護層２４に電子が注入されて該保護層２４からドレイン電極２０Ｂへ流れることが抑制される。このため、ドレイン電流が立ち上がるときのゲート印加電圧であるＶｏｎが極端に小さくなることが抑制される。従って、電界効果型トランジスタ１０においては、ソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂの電極間では活性層１８側に電流が流れ易い状態となり、閾値シフトが抑制され、動作安定性が向上すると考えられる。
なお、この保護層２４のバンドギャップは活性層１８より大きければよいが、保護層２４のバンドギャップは、好ましくは、活性層１８のバンドギャップとの差が０．１ｅＶ以上であることが好ましく、１．０ｅＶ以上であることが更に好ましい。
なお、この保護層２４のバンドギャップは活性層１８より大きければよいが、保護層２４のバンドギャップは、好ましくは、活性層１８のバンドギャップとの差が０．１ｅＶ以上であることが好ましく、１．０ｅＶ以上であることが更に好ましい。
なお、上記「活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域」とは、活性層１８上に直接接するようにソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂが設けられている場合には、活性層１８のソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの間の外部に露出する領域を示している。また、活性層１８上に他の層を介してソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂが設けられている場合には、積層方向（図１中の矢印Ａ方向）から見て他の層がソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂの電極間で炉注する領域と合致する活性層１８の領域を示している。
また、保護層２４は、上述のように、活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように設けられていることが必須であるが、好ましくは、ソース電極とドレイン電極の間のチャネル部を十分に覆う事ができるという理由から、該領域を含み且つソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに少なくとも一部が接触するように設けられていることが好ましい。
また、この保護層２４は、該保護層２４の少なくとも一部が活性層１８に直接接触するように配置されていてもよく、他の層を介して設けられていても良い。
保護層２４を構成する材料としては、非晶質無機材料からなり、上述のように水分や酸素等の活性層１８劣化を促進するものが活性層１８に到ることを抑制する機能を有すると共に、上記バンドギャップの関係を満たすものであればよい。
具体的には、保護層２４を構成する材料としては、Ｇａ、Ｍｇ、Ｃａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成され、より好ましくは、Ｇａ及びＭｇの少なくとも一方を含む酸化物または又はＡｌを含む酸化物が用いられる。
この保護層２４を構成する材料としては、具体的には、Ｇａ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、
ＣａＯ等が挙げられ、これらの中でも、活性層と同じ酸素ガスで作成できるという理由から、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯを用いることが好ましい。
ＣａＯ等が挙げられ、これらの中でも、活性層と同じ酸素ガスで作成できるという理由から、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯを用いることが好ましい。
この保護層２４のバンドギャップは、上述のように、活性層１８のバンドギャップより大きいことが必須である。
なお、保護層２４のバンドギャップは、上述のように、活性層１８のバンドギャップより大きければよいが、具体的には、４．０ｅＶ以上８．０ｅＶ未満であることが好ましく、さらに好ましくは４．２ｅＶ以上６．０ｅＶ以下、特に好ましくは４．５ｅＶ以上５．０ｅＶ以下である。
この保護層２４のバンドギャップは、保護層２４を構成する材料選択によって調整すればよい。
また、上述のように、保護層２４のキャリア濃度は、活性層１８のキャリア濃度未満に調整されることが好ましい。この保護層２４のキャリア濃度は、該条件を満たせば特に限定されないが、好ましくは１×１０１４／ｃｍ３以下より好ましくは、１×１０１３／ｃｍ３以下、特に好ましくは、１×１０１２／ｃｍ３以下である。
保護層２４のキャリア濃度の調整方法としては、スパッタやＣＶＤによる膜形成時の酸素や窒素流量による調整等が挙げられる。
保護層２４の形成方法については、特に限定はなく、一般的な方法が用いられる。例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、または転写法が適用される。これらの中でも、成膜速度や膜質の観点からスパッタリング法を用いることが好ましい。また、保護層の安定化のために、保護膜形成後アニール処理を行っても良い。
なお、保護層２４の形成方法においてスパッタリング法を用いる場合には、スパッタ成膜ガスとして用いる酸素とアルゴンとの混合ガスにおけるＡｒに対するＯ２の体積比率は、具体的には、０％以上２０％未満の範囲内で行なわれ、成膜速度向上の観点から、１５％未満が更に好ましく、１０％未満が特に好ましい。
なお、保護層２４としては、水分や酸素を遮断する機能を有する材料としてＳｉＯ２を用いることが一般的に行なわれているが、保護層２４としてＳｉＯ２を用いた場合には、上記混合比率でスパッタ成膜を行なうと、活性層１８にダメージを与えることから、上記混合比率で成膜を行なうことは困難であり、スパッタ速度を極端に遅くする工夫をする等の様々な調整が必要である。
一方、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０で用いる上記条件を満たす保護層２４の成膜は、このような特別な工夫は必要無く、一般的な成膜方法を用いて活性層１８にダメージを与える事無く容易に成膜することが可能である。具体的には、上述のように、スパッタリング法を用いる場合においても、一般的な酸素とアルゴンとの混合比で、活性層１８へダメージを与えず好適に成膜することが可能である。
一方、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０で用いる上記条件を満たす保護層２４の成膜は、このような特別な工夫は必要無く、一般的な成膜方法を用いて活性層１８にダメージを与える事無く容易に成膜することが可能である。具体的には、上述のように、スパッタリング法を用いる場合においても、一般的な酸素とアルゴンとの混合比で、活性層１８へダメージを与えず好適に成膜することが可能である。
なお、上記スパッタ成膜ガス以外のスパッタ条件（投入ＲＦパワーや圧力）については、ターゲットに応じて一般的な条件を採用すればよい。
保護層２４の厚み（層厚）は、水や酸素の浸入をある程度防ぐための被覆性を十分に持てる厚さ以上で、上部に配線を取り出すための縦穴のあけやすい程度の厚さ以下であることの観点から、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が更に好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が特に好ましい。
以上説明したように、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０においては、保護層２４を、活性層１８の少なくともソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂとの電極間に対応する領域を覆うように配置し、且つ該保護層２４のバンドギャップが活性層１８より大きい。このため、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトの改善された電界効果型トランジスタ１０が提供される。
なお、本実施の形態では、図１に示すように、電界効果型トランジスタ１０は、活性層１８上に、ソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂ、保護層２４が順に積層された構成である場合を説明したが、この活性層１８のソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂに接する界面を含む領域を抵抗層（詳細後述）や中間層（詳細後述）として機能させてもよい。
具体的には、図３に示すように、上記に説明した活性層１８とソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂとの間に、更に活性層１８の一部としての機能も有する抵抗層１９を設けた構成であってもよいし、またこの抵抗層１９と活性層１８との間に更に活性層１８の一部としての機能も有する中間層（図示省略）を設けた構成であってもよい。
この抵抗層１９は、活性層１８より低い電気伝導度を有する層である。
具体的には、この抵抗層１９の電気伝導度に対する活性層１８の電気伝導度の比率（活性層１８の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）は、１０１以上１０１０以下であり、より好ましくは、１０２以上１０１０以下であり、さらに好ましくは、１０２以上１０８以下である。好ましくは、活性層１８の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。より好ましくは１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。抵抗層１９の電気伝導度は、具体的には、好ましくは１０−２Ｓｃｍ−１以下、より好ましくは１０−９Ｓｃｍ−１以上１０−３Ｓｃｍ−１以下である。
具体的には、この抵抗層１９の電気伝導度に対する活性層１８の電気伝導度の比率（活性層１８の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）は、１０１以上１０１０以下であり、より好ましくは、１０２以上１０１０以下であり、さらに好ましくは、１０２以上１０８以下である。好ましくは、活性層１８の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。より好ましくは１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。抵抗層１９の電気伝導度は、具体的には、好ましくは１０−２Ｓｃｍ−１以下、より好ましくは１０−９Ｓｃｍ−１以上１０−３Ｓｃｍ−１以下である。
抵抗層１９を設けた構成とする場合には、活性層１８の膜厚は、抵抗層１９の膜厚より厚いことが好ましい。具体的には、活性層１８の膜厚／抵抗層１９の膜厚比が１を越え１００以下、さらに好ましくは１を越え１０以下である。活性層１８の膜厚／抵抗層１９の膜厚比が１以下では、電流を流す活性層１８が抵抗層１９に比べて小さいため通電時の耐久性の点で好ましくなく、１００を越えると抵抗層１９の効果が不十分になりＯＮ／ＯＦＦ比が小さくなるので好ましくない。
また、上記中間層は、活性層１８の非晶質酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する層であればよい。金属元素と酸素との結合力は、「透明導電膜の技術」（日本学術振興会編）、１００頁、「透明酸化物」（光・電子材料−第１６６委員会編、オーム社）や「透明酸化物機能材料とその応用」（細野秀雄監修，平野正浩著、シーエムシー出版）、１０４頁に、酸素との結合エネルギーとして定義されている明確な物理値である。
なお、中間層は、上述のように、活性層１８と上記抵抗層１９との間に配置される。この酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層は、その酸素との強い結合力によってスパッタ工程の影響を受けず、安定にその酸素との結合状態を維持するので、下層に位置する活性層に対する影響を防止することができ、活性層１８の半導体特性を安定に保つ効果を有する。
活性層１８の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物は、好ましくは、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇｅ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物であり、より好ましくは、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物であり、更に好ましくはＧａ又はＭｇを含む酸化物である。
活性層１８の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物の具体例として、下記に列挙される酸化物あるが、これらの酸化物に限定される訳ではない。
ＢａＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＧｅＯ、ＳｉＯ
ＢａＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＧｅＯ、ＳｉＯ
活性層１８の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物としては、その他にも「透明導電膜の技術」（日本学術振興会編）、「透明酸化物」（光・電子材料−第１６６委員会編、オーム社）や「透明酸化物機能材料とその応用」（細野秀雄監修，平野正浩著、シーエムシー出版）に記載の酸化物を用いることができる。
上記抵抗層や中間層の形成方法としては、上記活性層１８の形成方法として挙げた方法を用いればよい。
また、上記実施の形態では、保護層２４が１層である場合を説明したが、保護層２４を複数層から構成してもよい。具体的には、図４に示すように、保護層２４を、保護層２４Ａ上に保護層２４Ｂを積層した複数層からなる構成とした電界効果型トランジスタ１０Ｂとしてもよい。
この場合には、閾値および閾値シフト制御の理由から、活性層１８に近い方に設けられた保護層２４Ａのバンドギャップが、活性層１８から遠い方に設けられた保護層２４Ｂよりも小さくなるように調整されていることが好ましい。
また、閾値シフト制御やオフ電流を減らすことが可能であることから、活性層１８に近い方に設けられた保護層２４Ａのキャリア濃度が、活性層１８から遠い方に設けられた保護層２４Ｂのキャリア濃度より大きくなるように調整されていることが好ましい。
また、閾値シフト制御やオフ電流を減らすことが可能であることから、活性層１８に近い方に設けられた保護層２４Ａのキャリア濃度が、活性層１８から遠い方に設けられた保護層２４Ｂのキャリア濃度より大きくなるように調整されていることが好ましい。
なお、上記実施の形態では、電界効果型トランジスタ１０が、基板１２上に、ゲート電極１４、ゲート絶縁膜１６、活性層１８、ソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂ、及び保護層２４を順次積層した構成（トップコンタクト型）とされている場合を説明したが、このような構成に限られず、ソース電極２０Ａ及びドレイン電極２０Ｂ上に活性層１８及び保護層２４が順に積層された構成（ボトムコンタクト型）であってもよい。
具体的には、図５に示すように、基板１２上に、ゲート電極１４、ゲート絶縁膜１６、ソース電極２０Ａとドレイン電極２０Ｂ、活性層１８、及び保護層２４を順次積層した構成の電界効果型トランジスタ１０Ｃとしてもよい。
なお、本実施の形態の電界効果型トランジスタ１０は、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）のスイッチング素子、駆動素子として用いられる。
特に、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として好適に用いられる。さらに電界効果型トランジスタ１０を用いた表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。また、電界効果型トランジスタ１０は、表示装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上に電界効果型トランジスタ１０を形成することで、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用される。
以下に、本発明の電界効果型トランジスタについて、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
なお、以下に示す実施例及び比較例で用いた活性層及び保護層を構成する材料として用いた下記材料の光学エネルギーギャップは、以下の表１に示す通りであった。
この光学エネルギーギャップの測定は、下記実施例及び各比較例の各々において下記表１に示す材料の各々によって形成された保護層、及び活性層について、日立製作所（株）製分光光度計Ｕ３０１０型を用いて照射する光の波長を変化させたときの吸光度を測定し、図６に示すように、吸光度と波長との関係を示す線図５０を求めた。表１に示す材料における照射光の波長と吸光度との関係は、線図５０に示されるように、波長が長波長側にシフトするにつれて吸光度が急激に低下（線図５０Ａ）した後に、吸光度の低下率が緩やかとなる（線図５０Ｂ）線図によって示される。この吸光度が急激に低下する線図５０Ａを延長した線Ａと、吸光度０％を示す線Ｃとの交点における波長Ｂ（ｎｍ）を求めた。そして、この波長Ｂ（ｎｍ）に対応する光学エネルギーギャップ（ｅＶ）を、各材料の光学エネルギーギャップとして求めた。
（実施例１）
―電界効果型トランジスタ１の作製−
図１に示す構成の電界効果型トランジスタを作製した。
基板としては、厚さ０．５ｍｍのＮ型Ｓｉ基板（（株）ジェムコ製，抵抗率１Ωｃｍ〜３．５Ωｃｍ）を用意した。この基板上にアルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱蒸着（成膜温度２５℃）により４００ｎｍの厚みに蒸着し、ゲート電極を形成した。
―電界効果型トランジスタ１の作製−
図１に示す構成の電界効果型トランジスタを作製した。
基板としては、厚さ０．５ｍｍのＮ型Ｓｉ基板（（株）ジェムコ製，抵抗率１Ωｃｍ〜３．５Ωｃｍ）を用意した。この基板上にアルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱蒸着（成膜温度２５℃）により４００ｎｍの厚みに蒸着し、ゲート電極を形成した。
次に、上記ゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
ゲート絶縁膜：ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて１００ｎｍの厚みに形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
ゲート絶縁膜：ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて１００ｎｍの厚みに形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
上記ゲート絶縁層上に、活性層を形成した。活性層の形成は、ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９７ｓｃｃｍ、Ｏ２流量２．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．３８Ｐａの条件で行った。活性層の厚みは、５０ｎｍであった。
上記活性層上に、ソース電極及びドレイン電極としてアルミニウム（Ａｌ）を４００ｎｍの厚みに抵抗加熱蒸着（成膜温度２５℃）することによって形成した。なお、ソース電極及びドレイン電極のパターニングは、フォトレジスト法により行なった。形成されたソース電極及びドレイン電極の電極間の距離は、２００μｍであった。
次に、上記形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うように酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。
なお、保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
なお、保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
保護層形成におけるスパッタ条件（混合ガスの混合比率Ｏ２／Ａｒが５％）：ＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｇａ２Ｏ３の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａ
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、電界効果型トランジスタ１を作製した。
（実施例２）
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本実施例２では、酸化ガリウムに代えて、ＭｇＯから構成される保護層を形成して電界効果型トランジスタ２を作製した。
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本実施例２では、酸化ガリウムに代えて、ＭｇＯから構成される保護層を形成して電界効果型トランジスタ２を作製した。
なお、実施例２では、保護層の形成を下記の方法により行なった以外は、実施例１と同じ方法により電界効果型トランジスタ２を作製した。
具体的には、実施例１と同じ方法により、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層１８、及びソース電極とドレイン電極を形成した。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＭｇＯから構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＭｇＯから構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
保護層形成におけるスパッタ条件（混合ガスの混合比率Ｏ２／Ａｒが５％）：ＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｇａ２Ｏ３の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａ
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、電界効果型トランジスタ２を作製した。
（実施例３）
実施例３では、活性層の一部を中間層及び抵抗層として機能させた電界効果型トランジスタ３を作製した。具体的には、上記実施例１で形成した活性層とソース電極及びドレイン電極との間に、中間層及び抵抗層を設けることによって、電界効果型トランジスタ３を作製した。
実施例３では、活性層の一部を中間層及び抵抗層として機能させた電界効果型トランジスタ３を作製した。具体的には、上記実施例１で形成した活性層とソース電極及びドレイン電極との間に、中間層及び抵抗層を設けることによって、電界効果型トランジスタ３を作製した。
なお、実施例３では、活性層と活性層とソース電極及びドレイン電極との間に、中間層及び抵抗層を設けた以外は、実施例１と同じ方法により電界効果型トランジスタ３を作製した。
具体的には、実施例１と同じ方法により、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及び活性層を形成した。
この活性層上に、ＩｎＧａＺｎＯ４とＧａ２Ｏ３の比率が容積比で１５：２となるように厚み１０ｎｍでスパッタ法を用いて成膜した（中間層）。厚みは１０ｎｍであった。さらに、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍにスパッタ法を用いて蒸着した（抵抗層）。各スパッタ条件は以下の条件とした。
上記中間層におけるスパッタ条件は、ＩｎＧａＺｎＯ４については、該ＩｎＧａＺｎＯ４の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．４Ｐａとし、Ｇａ２Ｏ３については、該Ｇａ２Ｏ３の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａとした。
また、上記抵抗層におけるスパッタ条件は、Ｇａ２Ｏ３の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａとした。
次に、上記抵抗層上に、実施例１と同じ方法により、ソース電極及びドレイン電極としてアルミニウム（Ａｌ）を４００ｎｍの厚みに抵抗加熱蒸着（成膜温度２５℃）することによって形成した。
次に、上記形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うように酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。
なお、保護層形成におけるスパッタ条件は、実施例１の保護層形成時のスパッタ条件と同じ条件とした。
なお、保護層形成におけるスパッタ条件は、実施例１の保護層形成時のスパッタ条件と同じ条件とした。
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、電界効果型トランジスタ３を作製した。
(実施例４)
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を１層形成したが、本実施例４では、２層構成の保護層を形成して電界効果型トランジスタ４を作製した。
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を１層形成したが、本実施例４では、２層構成の保護層を形成して電界効果型トランジスタ４を作製した。
なお、実施例４では、保護層の形成を下記の方法により行なった以外は、実施例１と同じ方法により電界効果型トランジスタ４を作製した。
具体的には、実施例１と同じ方法により、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層１８、及びソース電極とドレイン電極を形成した。
次に、上記形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うように酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される１層目の保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。
なお、この１層目の保護層形成におけるスパッタ条件は、実施例１の保護層形成時のスパッタ条件と同じ条件とした。
なお、この１層目の保護層形成におけるスパッタ条件は、実施例１の保護層形成時のスパッタ条件と同じ条件とした。
この酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される１層目の保護層上に、更に保護層として、ＳｉＯ２から構成される２層目の保護層をスパッタ法により形成した。形成された２層目の保護層の厚みは１ｎｍであった。
なお、この２層目の保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
なお、この２層目の保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
２層目の保護層形成におけるスパッタ条件（混合ガスの混合比率Ｏ２／Ａｒが５％）：ＲＦマグネトロンスパッタ法により、ＳｉＯ２の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａ
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、電界効果型トランジスタ４を作製した。
（比較例１）
本比較例１では、実施例１で作製した電界効果型トランジスタ１において、保護層を設けない構成の比較電界効果型トランジスタ１を作製した。
本比較例１では、実施例１で作製した電界効果型トランジスタ１において、保護層を設けない構成の比較電界効果型トランジスタ１を作製した。
なお、本比較例１で作製した比較電界効果型トランジスタ１は、実施例１において保護層を設けなかった以外は実施例１と同じ作製方法を用いて比較電界効果型トランジスタ１を作製した。
（比較例２）
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本比較例２では、酸化ガリウムに代えて、Ｉｎ２Ｏ３から構成される保護層を形成して比較電界効果型トランジスタ２を作製した。
実施例１では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本比較例２では、酸化ガリウムに代えて、Ｉｎ２Ｏ３から構成される保護層を形成して比較電界効果型トランジスタ２を作製した。
なお、比較例２では、保護層の形成を下記の方法により行なった以外は、実施例１と同じ方法により比較電界効果型トランジスタ２を作製した。
具体的には、実施例１と同じ方法により、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層１８、及びソース電極とドレイン電極を形成した。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＩｎ２Ｏ３から構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＩｎ２Ｏ３から構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
保護層形成におけるスパッタ条件（混合ガスの混合比率Ｏ２／Ａｒが５％）：ＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｇａ２Ｏ３の組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗ、全圧０．４Ｐａ
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、比較電界効果型トランジスタ２を作製した。
（比較例３）
実施例３では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本比較例３では、酸化ガリウムに代えて、ＩＧＺＯから構成される保護層を形成して比較電界効果型トランジスタ３を作製した。
実施例３では、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から構成される保護層を形成したが、本比較例３では、酸化ガリウムに代えて、ＩＧＺＯから構成される保護層を形成して比較電界効果型トランジスタ３を作製した。
なお、比較例３では、保護層の形成を下記の方法により行なった以外は、実施例３と同じ方法により比較電界効果型トランジスタ３を作製した。
具体的には、実施例１と同じ方法により、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層１８、中間層、抵抗層、及びソース電極とドレイン電極を形成した。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＩＧＺＯから構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
次に、形成したソース電極及びドレイン電極の双方に接触し、且つ該電極間における活性層の露出した領域を覆うようにＩＧＺＯから構成される保護層をスパッタ法により形成した。形成された保護層の厚みは１０ｎｍであった。保護層形成におけるスパッタ条件は、下記条件とした。
保護層形成におけるスパッタ条件（混合ガスの混合比率Ｏ２／Ａｒが５％）：ＲＦマグネトロンスパッタ法により、ＩＧＺＯの組成をターゲットとして、Ａｒ流量９７．０ｓｃｃｍ、Ｏ２流量２．０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、全圧０．３８Ｐａ
これによって、アニール１８０℃処理を行った後、比較電界効果型トランジスタ３を作製した。
＜評価＞
上記実施例１〜４、及び上記比較例１〜３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、最小電流値を発生する電圧（Ｖｏｎ）、及び閾値シフト量を測定した。
上記実施例１〜４、及び上記比較例１〜３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、最小電流値を発生する電圧（Ｖｏｎ）、及び閾値シフト量を測定した。
―最小電流値を発生する電圧（Ｖｏｎ）―
図７は、これらの電界効果型トランジスタ及び比較電界効果型トランジスタの伝達特性を示す電流−電圧特性曲線（曲線６０〜６２）である。横軸はゲート電圧（Ｖｇ）、縦軸はドレイン電流（Ｉｄ）である。Ｖｏｎとは、最小電流値を発生する電圧を示している。
本実施例及び比較例の評価においては、上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝１５Ｖ（ゲート電圧−１０Ｖ≦Ｖｇ≦１５Ｖ）での伝達特性の測定を行なうことによって電流−電圧特性曲線を求め、求めた電流−電圧特性曲線から、最小電流値を発生する電圧を求めた。
図７は、これらの電界効果型トランジスタ及び比較電界効果型トランジスタの伝達特性を示す電流−電圧特性曲線（曲線６０〜６２）である。横軸はゲート電圧（Ｖｇ）、縦軸はドレイン電流（Ｉｄ）である。Ｖｏｎとは、最小電流値を発生する電圧を示している。
本実施例及び比較例の評価においては、上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝１５Ｖ（ゲート電圧−１０Ｖ≦Ｖｇ≦１５Ｖ）での伝達特性の測定を行なうことによって電流−電圧特性曲線を求め、求めた電流−電圧特性曲線から、最小電流値を発生する電圧を求めた。
なお、この伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。
―閾値シフト量ΔＶｔｈの測定―
――閾値シフト量Ａ−―
上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、Ｖｓｄ（ソース・ドレイン間電圧）＝＋１０Ｖ，Ｖｇ＝−１０〜＋１５Ｖで、４回連続して駆動し、それぞれについて閾値シフトＶｔｈを測定し、４回間でのＶｔｈの変動量を閾値シフト量Ａとして求めた。
――閾値シフト量Ａ−―
上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、Ｖｓｄ（ソース・ドレイン間電圧）＝＋１０Ｖ，Ｖｇ＝−１０〜＋１５Ｖで、４回連続して駆動し、それぞれについて閾値シフトＶｔｈを測定し、４回間でのＶｔｈの変動量を閾値シフト量Ａとして求めた。
―閾値シフト量Ｂ―
上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、ソース電極とドレイン電極を短絡し、ストレス電流ＩＤＳ＝３μＡとなるようにダイオード接続でストレスを１４時間印加した。そのストレス前後での閾値の変化量を閾値シフト量Ｂと定義し、評価を行った。
上記実施例１〜実施例４、及び比較例１〜比較例３の各々で調整した電界効果型トランジスタ１〜４、及び比較電界効果型トランジスタ１〜３の各々について、ソース電極とドレイン電極を短絡し、ストレス電流ＩＤＳ＝３μＡとなるようにダイオード接続でストレスを１４時間印加した。そのストレス前後での閾値の変化量を閾値シフト量Ｂと定義し、評価を行った。
得られた結果を表２に示した。
表２に示されるように、実施例１〜実施例４により製造した電界効果型トランジスタ１〜４は、比較例２〜比較例３により製造した比較電界効果型トランジスタ２〜３に比べて、最小電流値の発生する電圧の低下が抑制されていた。
また、実施例実施例１〜実施例４により製造した電界効果型トランジスタ１〜４は、比較例１〜比較例３により製造した比較電界効果型トランジスタ１〜３に比べて、閾値シフト量Ａが抑制され、閾値シフト量Ｂについては大幅に抑制された。
このため、実施例で作製した電界効果型トランジスタによれば、比較例で作製した電界効果型トランジスタに比べて、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトが改善されていた。
また、実施例実施例１〜実施例４により製造した電界効果型トランジスタ１〜４は、比較例１〜比較例３により製造した比較電界効果型トランジスタ１〜３に比べて、閾値シフト量Ａが抑制され、閾値シフト量Ｂについては大幅に抑制された。
このため、実施例で作製した電界効果型トランジスタによれば、比較例で作製した電界効果型トランジスタに比べて、活性層への水分や酸素の影響が抑制されると共に閾値シフトが改善されていた。
１０ 電界効果型トランジスタ
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１８ 活性層
２０Ａ ソース電極
２０Ｂ ドレイン電極
２４ 保護層
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１８ 活性層
２０Ａ ソース電極
２０Ｂ ドレイン電極
２４ 保護層
Claims (3)
- 基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、非晶質酸化物を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記活性層を保護し非晶質無機材料からなる保護層と、を備え、
前記保護層は、前記活性層の少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との電極間に対応する領域を覆うように配置され、バンドギャップが前記活性層より大きく、
前記活性層のバンドギャップが２．５ｅＶ以上４．０ｅＶ未満であり、
前記保護層のバンドギャップが４．０ｅＶ以上８．０ｅＶ未満であり、
前記活性層が、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む非晶質酸化物を含んで構成され、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成され、
前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 - 基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、非晶質酸化物を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも前記活性層を保護し非晶質無機材料からなる保護層と、を備えた電界効果型トランジスタの製造方法であって、
少なくとも前記保護層の形成が、酸素とアルゴンとの混合ガスにおけるアルゴンに対する酸素の体積比率０％以上２０％未満の雰囲気中において、スパッタ法によってなされ、
前記保護層が、Ｇａ、Ｍｇ、及びＣａよりなる群より選ばれる少なくとも１種の酸化物、またはＡｌの窒化物から構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。 - 前記活性層の厚みが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
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