JP5503667B2 - 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
始めに、実施例1において、本発明のデバイス構造の概略を示す。図1に示した半導体装置の製造方法は、基板SU上にゲート電極GEを形成し、そのゲート電極GEに対しゲート絶縁膜GIを挟んでインジウム酸化物を主成分とする第1の半導体層CH1を膜厚(tc1)5nm以上で形成し、その第1の半導体層CH1上に亜鉛および錫酸化物を主成分とする第2の半導体層CH2を膜厚(tc2)5〜50nmで形成し、第2の半導体層CH2上にソース電極SEとドレイン電極DEを形成する工程とを含むことを特徴とするものである。図1に示したVS、VD、VGはそれぞれソース電圧、ドレイン電圧、ゲート電圧である。このように第1の半導体層CH1と第2の半導体層CH2を組み合わせることで、TFTのしきい電位と電界効果移動度の半導体層膜厚の依存性の少ない半導体装置を提供する。また、代表的な実施の形態による半導体装置は、上記製造方法によって製造される半導体装置である。
図2は、本実施例2における半導体装置の構成および製造方法を示す図である。半導体装置としていわゆるボトムゲート/トップコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうボトムゲートとは、半導体層CHよりも下層にゲート電極GEが形成されている構造のことであり、トップコンタクトとは、半導体層CHよりも上層にソース・ドレイン電極SDが形成されている構造のことを示している。
実施例2との違いは第2の半導体層CH2がInを含む酸化物材料からなる点であり、それ以外の点は実施例2と同一である。
実施例2との違いは2種類の半導体層を用いず、単層の半導体層のみ用いる点であり、それ以外の点は実施例1と同一である。
実施例2との違いは第1の半導体層CH1と第2の半導体層CH2を同時に加工するプロセスを含み、かつソース・ドレイン電極配線層SDが両方の半導体層CHに接続する点である。それ以外の点は実施例2と同一である。
図8は、本実施例4における半導体装置の構成および製造方法を示す図である。半導体装置としていわゆるボトムゲート/トップコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうボトムゲートとは、半導体層CHよりも下層にゲート電極GEが形成されている構造のことであり、トップコンタクトとは、半導体層CHよりも上層にソース・ドレイン電極SDが形成されている構造のことを示している。製造方法以外は、実施例2と同様な材料、プロセスを用いた。
図9は、本実施例5における半導体装置の構成および製造方法を示す図である。半導体装置としていわゆるボトムゲート/ボトムコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうボトムゲートとは、半導体層CHよりも下層にゲート電極GEが形成されている構造のことであり、ボトムコンタクトとは、半導体層CHよりも下層にソース・ドレイン電極SDが形成されている構造のことを示している。製造方法以外は、実施例2と同様な材料、プロセスを用いた。
図10は、本実施例6における半導体装置の構成および製造方法を示す図である。半導体装置としていわゆるトップゲート/トップコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうトップゲートとは、半導体層CHよりも上層にゲート電極GEが形成されている構造のことであり、トップコンタクトとは、半導体層CHよりも上層にソース・ドレイン電極SDが形成されている構造のことを示している。製造方法以外は、実施例2と同様な材料、プロセスを用いた。
図11は、本実施例7における半導体装置の構成および製造方法を示す図である。半導体装置としていわゆるトップゲート/ボトムコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうトップゲートとは、半導体層CHよりも上層にゲート電極GEが形成されている構造のことであり、ボトムコンタクトとは、半導体層CHよりも下層にソース・ドレイン電極SDが形成されている構造のことを示している。製造方法以外は、実施例2と同様な材料、プロセスを用いた。
実施例1〜7との違いは、第1の半導体層における酸素以外の構成元素においてIn元素の組成比が50%未満である点であり、それ以外の点は実施例1〜7と同一である。
図12は本実施例8における半導体装置の構成を示す図である。実施例2〜7に示す構造のTFTを用いてアンテナ共振回路11、整流器12、変調器13、デジタル回路14などを構成し、無線タグを形成している。無線タグはリーダ15またはライタ16と無線で通信を行うことができるようになっている。また、酸化物半導体は透明材料であるため、ほとんど透明な回路が形成できる。例えば、電極および配線部分をITOなどの透明導電膜を用い、TFT部分には本発明の構造を用いることで実現可能となり、13.56MHzでの送受信が確認できた。従来のRFIDタグのように、Siのチップや金属によるアンテナ等の構造が見える形態ではないため、フィルムやカード上に記載されている意匠を損なうことなく後付することが可能である。
図13は本実施例9における半導体装置の構成を示す図である。本実施例9では、前記実施例2〜7の構造を有するTFTを構成要素とする素子が基板SU上にアレイ状に配置されている。前記実施例2〜7に示すTFTを、アレイ内の各素子のスイッチングや駆動用のトランジスタに用いることはもちろん、このTFTのゲート電極GEと接続されるゲート配線17に信号を送るゲート線駆動回路18や、このTFTのソース電極・ドレイン電極SDと接続されるデータ配線19に信号を送るデータ線駆動回路20を構成するトランジスタに用いてもよい。この場合、各素子のTFTとゲート線駆動回路18あるいはデータ線駆動回路20内のTFTを並行して形成することができる。
Claims (15)
- ゲート電極と、
前記ゲート電極に対しゲート絶縁膜を介して設けられた第1の半導体層と、
前記第1の半導体層と接続された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層と接続されたソース電極と、
前記第2の半導体層と接続されたドレイン電極とを有し、
前記第1の半導体層は、In元素及びO元素を有し、
前記第2の半導体層は、Zn元素及びO元素を有し、In元素を含まず、
前記第1の半導体層と前記ソース電極および前記ドレイン電極とは、前記第2の半導体層を介して電気的に接続されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極に対しゲート絶縁膜を介して設けられた第1の半導体層と、
前記第1の半導体層と接続された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層と接続されたソース電極と、
前記第2の半導体層と接続されたドレイン電極とを有し、
前記第1の半導体層は、In元素及びO元素を有し、
前記第2の半導体層は、Zn元素及びO元素を有し、In元素を含まず、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層と直接接続され、
前記第1の半導体層のチャネル層と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間の抵抗のうち前記第1の半導体層を介する部分の抵抗をR1とし、前記チャネル層と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間の抵抗のうち前記第2の半導体層を介する部分の抵抗をR2としたとき、R1はR2より大きいことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項1または2記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記第1の半導体層は、Zn元素、Sn元素、Ge元素、又はSi元素をさらに有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項1または2記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記第2の半導体層は、Sn元素をさらに有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項1または2記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記第1の半導体層は、全体に占める酸素以外の構成元素においてIn組成比が50%以上であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 請求項1記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記ゲート電極は、前記電界効果トランジスタの基板上に設けられ、
前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極上に設けられ、
前記第1の半導体層は、前記ゲート絶縁膜上に設けられ、
前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層上に設けられることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極に対しゲート絶縁膜を介して設けられた第1の半導体層と、
前記第1の半導体層と接続された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層と接続されたソース電極と、
前記第2の半導体層と接続されたドレイン電極とを有し、
前記第1の半導体層は、In元素及びO元素を有し、
前記第2の半導体層は、Zn元素及びO元素を有し、In元素を含まず、
前記第1の半導体層と前記ソース電極および前記ドレイン電極とは、前記第2の半導体層を介して電気的に接続されている電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1の半導体膜上に、前記第2の半導体層を形成する第2の工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極に対しゲート絶縁膜を介して設けられた第1の半導体層と、
前記第1の半導体層と接続された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層と接続されたソース電極と、
前記第2の半導体層と接続されたドレイン電極とを有し、
前記第1の半導体層は、In元素及びO元素を有し、
前記第2の半導体層は、Zn元素及びO元素を有し、In元素を含まず、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層と直接接続され、
前記第1の半導体層のチャネル層と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間の抵抗のうち前記第1の半導体層を介する部分の抵抗をR1とし、前記チャネル層と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間の抵抗のうち前記第2の半導体層を介する部分の抵抗をR2としたとき、R1はR2より大きい電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に、前記第1の半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1の半導体膜上に、前記第2の半導体層を形成する第2の工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項7記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第1の工程を行った後に、前記第1の半導体層を所定の部分を除いて除去する第3の工程をさらに行い、その後前記第2の工程を行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項9記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第2の工程を行った後に、前記第2の半導体層を所定の部分を除いて除去する第4の工程をさらに行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項10記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第4の工程を行った後に、前記第2の半導体層に接続される前記ソース電極、及び前記第2の半導体層に接続される前記ドレイン電極を形成する第5の工程をさらに行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項8記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第1の工程を行った後に、前記第2の工程を行い、
前記第2の工程を行った後に、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層を所定の部分を除いて除去する第6の工程をさらに行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項12記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第6の工程を行った後に、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に接続される前記ソース電極、並びに、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に接続される前記ドレイン電極を形成する第7の工程をさらに行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項7または8記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第1の半導体層は、Zn元素、Sn元素、Ge元素、又はSi元素をさらに有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - 請求項7または8記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記第2の半導体層は、Sn元素をさらに有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
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