JP6338361B2 - 半導体物質とそれを含む薄膜トランジスタ及び該薄膜トランジスタを含む電子素子 - Google Patents
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Description
また、本発明の目的は、上記半導体物質をチャネル物質として適用した薄膜トランジスタを提供することにある。
また、本発明の目的は、高移動度特性及び優秀なスイッチング特性を有する薄膜トランジスタを提供することにある。
また、本発明の目的は、サブスレショルド・スイング(subthreshold swing)値が低い薄膜トランジスタを提供することにある。
また、本発明の目的は、オフカレント(OFF current)レベルが低い薄膜トランジスタを提供することにある。
また、本発明の目的は、上記薄膜トランジスタを含む電子素子(例えば、ディスプレイ)を提供することにある。
前記半導体物質は、フッ素が含有された亜鉛オキシナイトライド(zinc oxynitride)を含み得る。
前記半導体物質は、化合物半導体を含み得る。
前記半導体物質は、四元(quaternary)化合物を含み得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約3at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約5at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、5〜35at%であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約50at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約60at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、60〜90at%であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、約40at%以下であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、約30at%以下であり得る。
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、5〜30at%であり得る。
前記半導体物質は、約10cm2/Vs以上のホール移動度(hall mobility)を有し得る。
前記半導体物質は、約20cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記半導体物質は、非晶質相(amorphous phase)を含み得る。
前記半導体物質は、ナノ結晶相(nanocrystalline phase)を含み得る。
前記半導体物質は、I族元素、II族元素、III族元素、IV族元素、V族元素、遷移金属元素、及びランタン(Ln)系元素の中の少なくとも一つを更に含むことができる。
前記半導体物質は、Li、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ga、Al、In、B、Si、Sn、Ge、Sb、Y、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sc、Hf、Mo、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuのうちの少なくとも一つを更に含むことができる。
前記半導体物質は、化合物半導体を含み得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約3at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約5at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、5〜45at%であり得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約55at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約65at%以上であり得る。
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、65〜95at%であり得る。
前記半導体物質は、約10cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記半導体物質は、約20cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記半導体物質は、非晶質相を含み得る。
前記半導体物質は、ナノ結晶相を含み得る。
前記半導体物質は、I族元素、II族元素、III族元素、IV族元素、V族元素、遷移金属元素、及びランタン(Ln)系元素のうちの少なくとも一つを更に含むことができる。
前記半導体物質は、Li、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ga、Al、In、B、Si、Sn、Ge、Sb、Y、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Sc、Hf、Mo、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuのうちの少なくとも一つを更に含むことができる。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、フッ素が含有された亜鉛オキシナイトライドを含み得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、化合物半導体を含み得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約3at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約5at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、5〜35at%であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約50at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約60at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、60〜90at%であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、約40at%以下であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、約30at%以下であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、5〜30at%であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、約10cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、約20cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約10cm2/Vs以上の電界効果移動度(field effect mobility)を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約20cm2/Vs以上の電界効果移動度を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約0.95V/dec以下のサブスレショルド・スイング(S.S.)値を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約0.75V/dec以下のサブスレショルド・スイング(S.S.)値を有し得る。
前記ゲート電極は、前記チャネル要素の下に備えられ、前記チャネル要素上に具備されたエッチング停止層を更に含み得る。
前記ゲート電極は、前記チャネル要素上に具備され得る。
前記チャネル要素は、活性層の第1領域に対応し、前記ソース及びドレインは、前記チャネル要素の両側の前記活性層内に具備され、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極は、前記活性層の第1領域上に順に積層され得る。その場合、前記薄膜トランジスタは、自己整列(self−aligned)トップゲート構造を有することができる。
前記ゲート絶縁層は、第1層及び第2層を含み、前記第1層は、前記ゲート電極と前記第2層との間に具備され、前記第2層は、前記第1層と前記チャネル要素との間に具備され、前記第1層は、シリコン窒化物を含み、前記第2層は、シリコン酸化物を含み得る。
前記薄膜トランジスタは、前記薄膜トランジスタを覆う保護層(passivation layer)を更に含むことができ。前記保護層は、順に積層されたシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層を含み得る。
前記ゲート電極、前記ソース、及び前記ドレインのうちの少なくとも一つは、三重層電極構造を含み得る。
前記三重層電極構造は、順に積層された第1層、第2層、及び第3層を含み、前記第1層及び第3層の少なくともいずれかは、Ti、Mo、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含み、前記第2層は、Al、AlNd、Cu、及びそれらの組み合わせののうちの一つを含み得る。
前記表示装置は、有機発光表示装置又は液晶表示装置であり得る。
前記薄膜トランジスタは、スイッチング素子又は駆動素子として使用され得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、化合物半導体を含み得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約3at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、約5at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、5〜45at%であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約55at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、約65at%以上であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、65〜95at%であり得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、約10cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記チャネル要素の前記半導体物質は、約20cm2/Vs以上のホール移動度を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約10cm2/Vs以上の電界効果移動度を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約20cm2/Vs以上の電界効果移動度を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約0.95V/dec以下のサブスレショルド・スイング(S.S.)値を有し得る。
前記薄膜トランジスタは、約0.75V/dec以下のサブスレショルド・スイング(S.S.)値を有し得る。
前記ゲート電極は、前記チャネル要素の下に備えられ、前記チャネル要素上に具備されたエッチング停止層を更に含み得る。
前記ゲート電極は、前記チャネル要素上に具備され得る。
前記チャネル要素は、活性層の第1領域に対応し、前記ソース及びドレインは、前記チャネル要素の両側の前記活性層内に具備され、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極は、前記活性層の第1領域上に順に積層され得る。その場合、前記薄膜トランジスタは、自己整列トップゲート構造を有することができる。
前記ゲート絶縁層は、第1層及び第2層を含み、前記第1層は、前記ゲート電極と前記第2層との間に具備され、前記第2層は、前記第1層と前記チャネル要素との間に具備され、前記第1層は、シリコン窒化物を含み、前記第2層は、シリコン酸化物を含み得る。
前記薄膜トランジスタは、前記薄膜トランジスタを覆う保護層を更に含むことができ、前記保護層は、順に積層されたシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層を含み得る。
前記ゲート電極、前記ソース、及び前記ドレインのうちの少なくとも一つは、三重層電極構造を含み得る。
前記三重層電極構造は、順に積層された第1層、第2層、及び第3層を含み、前記第1層及び第3層の少なくともいずれかは、Ti、Mo、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含み、前記第2層は、Al、AlNd、Cu、及びそれらの組み合わせののうちの一つを含み得る。
前記表示装置は、有機発光表示装置又は液晶表示装置であり得る。
前記薄膜トランジスタは、スイッチング素子又は駆動素子として使用され得る。
このような薄膜トランジスタを電子素子(例えば、表示装置)に適用することで、電子素子の性能を向上させることができる。
1000 第1基板
1500 中間要素層
2000 第2基板
A20 活性層
C10、C30 チャネル層
C20 チャネル領域
C100 チャネル用半導体層
d1 第1導電領域
d2 第2導電領域
D10、D10’、D20、D20’、D30 ドレイン電極
E21 第1電極
E22 第2電極
EM20 電極物質層
ES10 エッチング停止層
G10、G20、G30 ゲート電極
GI1 シリコン窒化物層
GI2 シリコン酸化物層
GI10、GI11、GI20、GI30 ゲート絶縁層
H21 第1コンタクトホール
H22 第2コンタクトホール
ILD20 層間絶縁層
IM20 絶縁物質層
L1〜L3 第1層〜第3層
ME10 多層電極
P1、P1’ 第1保護層
P2、P2’ 第2保護層
P3’ 第3保護層
P10、P11、P12、P30 保護層
PG21 第1導電性プラグ
PG22 第2導電性プラグ
S10、S10’、S20、S20’、S30 ソース電極
SP20 絶縁スペーサ
SS20 積層構造物
SUB10、SUB20、SUB30 基板
Claims (30)
- 薄膜トランジスタのチャネル要素として適用される半導体物質であって、
亜鉛、フッ素、酸素、及び窒素を有し、
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、3at%以上であり、
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、50at%以上であり、
前記半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、40at%以下であり、
前記半導体物質のホール移動度(Hall mobility)は、10cm 2 /Vs以上であり、
前記半導体物質の比抵抗(ρ)は、0.01〜10 6 Ωcmであることを特徴とする半導体物質。 - 前記半導体物質は、亜鉛フルオロオキシナイトライドを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体物質。
- 前記半導体物質は、フッ素が含有された亜鉛オキシナイトライドを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体物質。
- 前記半導体物質は、非晶質相を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体物質。
- 薄膜トランジスタのチャネル要素として適用される半導体物質であって、
亜鉛、窒素、及びフッ素を有し、
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、3at%以上であり、
前記半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、55at%以上であり、
前記半導体物質のホール移動度(Hall mobility)は、10cm 2 /Vs以上であり、
前記半導体物質の比抵抗(ρ)は、0.01〜10 6 Ωcmであることを特徴とする半導体物質。 - 前記半導体物質は、亜鉛フルオロナイトライドを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体物質。
- 前記半導体物質は、非晶質相を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体物質。
- 亜鉛、フッ素、酸素、及び窒素を含む半導体物質に形成されたチャネル要素と、
前記チャネル要素に対応するように具備されたゲート電極と、
前記チャネル要素と前記ゲート電極との間に具備されたゲート絶縁層と、
前記チャネル要素の第1領域及び第2領域にそれぞれ接触するソース及びドレインと、を備え、
前記チャネル要素の半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、3at%以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、50at%以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質で、窒素、酸素、及びフッ素の総含有量に対する酸素の含有比は、40at%以下であり、
前記チャネル要素の半導体物質のホール移動度(Hall mobility)は、10cm 2 /Vs以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質の比抵抗(ρ)は、0.01〜10 6 Ωcmであることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル要素の前記半導体物質は、亜鉛フルオロオキシナイトライドを含むことを特徴とする請求項8に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記チャネル要素の前記半導体物質は、フッ素が含有された亜鉛オキシナイトライドを含むことを特徴とする請求項8又は9に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート電極は、前記チャネル要素の下に備えられ、
前記チャネル要素上に具備されたエッチング停止層を更に含むことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル要素は、活性層の第1領域に対応し、
前記ソース及びドレインは、前記チャネル要素の両側の前記活性層内に具備され、
前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極は、前記活性層の第1領域上に順に積層されることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート絶縁層は、第1層及び第2層を含み、
前記第1層は、前記ゲート電極と前記第2層との間に具備され、
前記第2層は、前記第1層と前記チャネル要素との間に具備され、
前記第1層は、シリコン窒化物を含み、
前記第2層は、シリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記薄膜トランジスタを覆う保護層を更に含み、
前記保護層は、順に積層されたシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層を含むことを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート電極、前記ソース、及び前記ドレインのうちの少なくとも一つは、三重層電極構造を含むことを特徴とする請求項8乃至14のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 前記三重層電極構造は、順に積層された第1層、第2層、及び第3層を含み、
前記第1層及び第3層の少なくともいずれかは、Ti、Mo、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含み、
前記第2層は、Al、AlNd、Cu、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含むことを特徴とする請求項15に記載の薄膜トランジスタ。 - 電子素子であって、
請求項8乃至16のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを有することを特徴とする電子素子。 - 前記電子素子は、表示装置であることを特徴とする請求項17に記載の電子素子。
- 前記表示装置は、有機発光表示装置又は液晶表示装置であることを特徴とする請求項18に記載の電子素子。
- 亜鉛、窒素、及びフッ素を含む半導体物質に形成されたチャネル要素と、
前記チャネル要素に対応するように具備されたゲート電極と、
前記チャネル要素と前記ゲート電極との間に具備されたゲート絶縁層と、
前記チャネル要素の第1領域及び第2領域にそれぞれ接触するソース及びドレインと、を備え、
前記チャネル要素の半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対するフッ素の含有比は、3at%以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質で、窒素及びフッ素の総含有量に対する窒素の含有比は、55at%以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質のホール移動度(Hall mobility)は、10cm 2 /Vs以上であり、
前記チャネル要素の半導体物質の比抵抗(ρ)は、0.01〜10 6 Ωcmであることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル要素の前記半導体物質は、亜鉛フルオロナイトライドを含むことを特徴とする請求項20に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート電極は、前記チャネル要素の下に備えられ、
前記チャネル要素上に具備されたエッチング停止層を更に含むことを特徴とする請求項20又は21に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記チャネル要素は、活性層の第1領域に対応し、
前記ソース及びドレインは、前記チャネル要素の両側の前記活性層内に具備され、
前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極は、前記活性層の第1領域上に順に積層されることを特徴とする請求項20又は21に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート絶縁層は、第1層及び第2層を含み、
前記第1層は、前記ゲート電極と前記第2層との間に具備され、
前記第2層は、前記第1層と前記チャネル要素との間に具備され、
前記第1層は、シリコン窒化物を含み、
前記第2層は、シリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項20乃至23のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記薄膜トランジスタを覆う保護層を更に含み、
前記保護層は、順に積層されたシリコン酸化物層及びシリコン窒化物層を含むことを特徴とする請求項20乃至24のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート電極、前記ソース、及び前記ドレインのうちの少なくとも一つは、三重層電極構造を含むことを特徴とする請求項20乃至25のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記三重層電極構造は、順に積層された第1層、第2層、及び第3層を含み、
前記第1層及び第3層の少なくともいずれかは、Ti、Mo、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含み、
前記第2層は、Al、AlNd、Cu、及びそれらの組み合わせのうちの一つを含むことを特徴とする請求項26に記載の薄膜トランジスタ。 - 電子素子であって、
請求項20乃至27のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを有することを特徴とする電子素子。 - 前記電子素子は、表示装置であることを特徴とする請求項28に記載の電子素子。
- 前記表示装置は、有機発光表示装置又は液晶表示装置であることを特徴とする請求項29に記載の電子素子。
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