JPS6092663A

JPS6092663A - 電界効果トランジスタ−

Info

Publication number: JPS6092663A
Application number: JP20032583A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamazoe; 山添　博司
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1985-05-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、液晶マトリクス表示等において、谷絵素のス
イッチングに用いることか出来る電界効果トランジスタ
ーに関するものである。

従来例の構成とその問題点近年、情報処理技術が大Ｉ１７に進歩し、ξれに関連し
て、情報端末として大秤量の液晶マトリクス表示の開発
が盛んである。これにつれて、液晶マトリクス表示にお
いて、各絵素の液晶への電圧をスイッチングするのに必
要な、各絵素に付属した電界効果トランジスターの開発
が急がれている。

まず、第１図、第２図に電界効果トランジスターの構成
断面図を示す。第１図、第２図において、１は溶融石英
ガラスや硅酸系ガラス等の絶縁性基板、２はゲート電極
、３は絶縁層、４は半導体層、６．６はン゛−ス電極又
はドレイン電極である。

第１図は逆スタツガ−型、第２図はスタノガー型と称さ
れる。電界効果トランジスターの動作原理は以下の如く
である。１ず、ゲート電極２に電圧が印加され、その電
位により、半導体層の内に′電流の通路となるチャンネ
ルが生成され、これによりソースとドレイン（６と６）
が導通することに由来する。ｔなわち、ゲ〜）２Ｉｄ：
、−、ｔ！Ｉｉの弁のような作用をする〇従来、この種の電界効果トランジスターとしては、半導
体層として、多結晶硅素（Ｓｉ）を用いたもの、セレン
ｆヒカドミウム（ＣｄＳｅ）を用いたもの、硅素−水素
合金の非晶質半導体を用いたものがある。

上記のうち、前記半導体層として多ｍ晶硅票（Ｓｔ　）
を用い／ヒものは、製作過程において、約１０００℃強
の熱処即が必要であり、従って、基板ＫＶｉ高価な溶融
石英板を１吏う必要がある。従って、・企業化の土でこ
れは大きな障害となると思われる。

また、前記半導体層を構成する半導体として、セレン化
カドミウム（ＣｄＳｅ）や非晶質硅素−水素合金を用い
゛た電界効果トランジスターにおいては、常温での１ｏ
ｏｏ時間の連続動作において、ドレイン電流は約１６％
程度、あるいはそれ以上の減少を示す。

発明の目的本発明は、１’２０Ｐ’の１０００時間の連続動作にお
いて、ドレイン電θ）Ｃの変化が１０Ｌｉｂ以下である
ような、電界効果トランジスターを提供するものである
。

発明の構成本発明の電界効果トランジスターは、絶縁性基板上に、
望化アルミニウム（ハＩＮ）からなる半導体層またはア
ルミニウム（Ａｔ）とガリウム（Ｇａ）の合金の窒化物
からなる半導体層と、絶縁層と、ソース電極と、ゲート
電極と、ドレイン電極とを、具備してなるものであって
、これにより前記電界゛　効果トランジスターの連続動
作時のドレイン４流の経時変化Ｃ特に減少）を少なくし
得るも、のである。

−本発明では、半導体層の構成物質として望化アルミー
ウム（ＡｔＮ）を１吏うか、“又は、アルミニウム（Ａ
ｔ　）とガリウム（＋；−）の合金の窒化物（これ１偶
丁・６°・Ｎ　′！″１ｉｅｆ６　）’＆Ｉｔ　５　、
：　、！：ｔ％ｇとする。前記半導体層を析出させる方
法としては、スパッター蒸着法又は、イオン・グレーテ
ィング法が望ましい。スハノターー着において叫、ター
ゲットとして、アルミニウム（Ａｔ）板、寸たけアルミ
ニウムＣＡｔ）板の上に窒化カリウム（＋ｊａＮ）粉末
を部分的に積載したものをＪ４Ｊい、アルゴン（Ａｒ）
と窒素（Ｎ２）の混合雰囲気中で反応性スパッター蒸着
するのが望ましい。電界効果トランジスターにおいて、
前記半導体ノーの比抵抗が約１０９９−（７）以上であ
ることを要求する場合、前記スパッター蒸着における望
ましいターゲットは、アルミニウムＣＡＬ）板、又は、
アルミニウム（１’ｔ）板の表面の約６０％以下を望化
ガリウム（にａＮ）粉末で被覆したターゲットであ−・
た０基板は約３００℃以上に保って、スパッター蒸着す
る方が、生成膜の透明性がよく、好ましいものであった
。また、イオンφブレーティング法のうちでも、クラス
ター・イオンビーム蒸着法が望ましい。

前記の方法で形成した半導体層、すなわち窒化アルミニ
ウム層（ＡｔＮ層と称す）、又はアルミニウム（Ａｔ　
）とガリウム（にａ）の合金の菫化物の層（ｇｔｌ−ｘ
ＧａｘＮ層と表記する）をＸ線回折実験で解析すると多
結晶であることがわかった。また、比抵抗は、ＡｔＮ層
て１ｏ９〜１ｏ１０Ｑ−（７）、Ａｔ１□Ｇ　ａ　ｘＮ
層の翳合Ｉ′、ＩＸ　＆こ依存するが、はぼ１０’〜１
０１０Ω・ａｒｌ　程度であった。

絶縁性基板として＆、Ｊ：　、絶１イ性がりり、化学的
、熱的に安定であり、表面の平滑性に曖れていれば、特
に１間約はない。しかし、表示に使われ、光の透過性が
必須の場合は、石英板や、硅酸系ガラスが望ましい。

絶縁層としては、スパッターで形成した、二酸化硅素（
Ｓ　ｉ０２　）、窒化硅素（Ｓｉ３Ｎ４）、望化硼素（
ＢＮ）や、４００℃の基板温度での化学蒸着法（ＣＶＤ
法）で形成した二酸化硅素が望ましい。

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極は、金（Ａｕ）
やアルミニウム、モリブテン、クロム等使用し得る。

実施例の説明まず、最初に本発明による電界効果トランジスターと比
較すべき、従来から明らかな電界効果トランジスター、
すなわち、半導体層として、セレン化カドミウム（Ｃｄ
Ｓｅ）を使ったもの、非晶質硅素−水素合金を使ったも
のの製法ｅ（ついて＋ｉｉ］略に述べる。ここでは、前
記２種の電界効果トランジスターとも、第１図のような
構成を採用した。

ＣｄＳｅを１更った電昇効果トランジスターでは、第１
図の基板１としてはコーニング社製ガラス＃７ｏ６９を
使用し、ゲート２０′ｉアルミニウムを常Ｔｊ＋Ａで蒸
着し、絶縁層３は二酸化硅素（ｊ：＋　１０２）を１０
０℃の下地加熱で高周波スパッター法で形成し、半導体
層４は９９．９９％純度の市販のＣｄＳｅ粉末をソース
として部幅蒸着し、さらにソースとドレイン′電極５　
、６ｉ・まクロムを蒸着して形成した。

各層のパターニングは、フォト・リソグラフィー法−や
エツチングによった。このあと、純化された窒素気流中
で３７０℃９０分熱処理した０このあと、二酸化硅素（
Ｓ　１０２　）の保獲膜を、スパッター法で形成した。

非晶質硅素−水素合金を藺った電界効果トランジスタで
は、第１図の基板１はコーニング社製硼硅酸ガラス＃７
０５９を使用し、ゲート２としてはクロム−金〜クロム
を順次蒸着して形成し、絶縁層３としてはプラズマ化学
蒸着法（プラズマＣＶＤ法）で水素を含有する璧化硅素
層を形成し、半導体層４としては同じく、プラズマ化学
蒸着法で非晶質硅素−水素合金から形成し、さらにソー
ス電極とドレイン電極６，６はアルミニウムを蒸着して
形成した。各層のパターニングは、フォト・リングラフ
イー法やリフトオフ及びエツチングによった０さて、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第３図は本発明の実施例における電界効果トランジスタ
ーの構成断面図を示すものである。第３図において、１
１はガラス等の基板、１２はゲート電極、１３は絶縁層
、１４はＡｔＮ層又はＡｔ１．−ｘＧａｘＮ層、１５．
１６はノース電極及びドレイン電極、１７は二酸化硅素
（５ｉ０２）等からなる保護層である。

まず、コーニング社製硼硅酸ガラス＃７’０５９を脱脂
し、弗酸緩衝液に約６秒浸漬し、そのあと、純水で洗浄
、乾燥させる。つき゛に１０００八膜厚のクロム（Ｃｒ
　）を電子ビーム蒸着し、そのあと、フォト・リソグラ
フィー法及びエツチングでもって、ゲート電極を形成す
る（第３１図１２）。このときのエツチング液としては
、３３重、ｆｔ％の苛性ソーダ水溶液と、ヘキサ・ンア
ノ鉄（Ｉｌｌ）酸カリウム（Ｋ　ｓ　Ｆ　ｅ　（ＣＮ　
）　ｅ　）　）の２６重量係水溶液を容１１゛比１：３
に混じた液を使用した。

つぎに、下地温度を約３６０℃にして、５ｍＴｏｒｒの
アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で高周波スパッター法により
、膜厚約４０００への二酸化硅素（Ｓ　ｉ０２　）層を
形成して、絶縁層１３を形成した。

使用した装置は、高周波マグネトロン・スパッター装置
であった〇その１まの状態で、基板偏度を約３５０’Ｃに保ち、雰
囲気を真空度７ｍＴｏｒｒの窒素（Ｎ２）とアルゴン（
Ａｒ）の混合雰囲気（八ｒ　／Ｎ　２の容量比を３０／
７０　とした）に切換えて、約１６０ｏ八膜厚のＡｔＮ
層（サンプル１に対応）とＡ１４−、％ｊａｘＮ層（サ
ンプル２に対応）を析出させた。サンプル１、すなわち
ＡｔＮ析出時のターゲットとしては、９９、９９９　％
のアルミニウムＣＡｔ）板を使った。

サンプル２に対応するターゲットとしては、第４図のよ
うな構成を有するターゲットを使用した。

第４図において、ａはターゲットの溝成平面図、ｂは構
成断面図である。２１　＆；Ｉ、９９．９９９　％のア
ルミニウム（Ａｔ　）板から、作られる。２３６−ｉ、
前記アルミニウムＣＡＬ）板の−＼こみに充てんされた
９９．９９％の市販の窒化ガリウム（（ｊａＮ）粉末で
ある。なお、サンプル２におけるターゲットでは、前記
のへこみは、第４図ａの如く、平面図において、約５０
チの面積を占めるようになっている。

また、ブリ・スパッターば、約４０分なされた。

さらに、同一チャンバーで、ターゲ７）及び雰囲気を前
述の絶縁層１３の形成の状態に切換え、膜厚約１５００
へのＡＩＮ層、又はＡｔ１．−ｘＧａｘＮ層エツチング
のマスクのための二酸化硅素（Ｓ　ｉ０２　）を形成す
る。

次に、フォト・リソグラフィー法で、レジスト・パター
ンを形成し、弗酸緩衝液でもって、前記マスクのための
二酸化硅素（Ｓ　１０２　）をパターニングする。この
弗酸緩衝液は、ＡｔＮ層や、Ａｔ、−、ｌ；ａＸＮ層を
全く浸さなかった。つきに、１３０℃の熱リン酸をエツ
チング液として、ＡｔＮ層やＡｔ４．−ｘＧａｘＮ層を
パターニングして、第３図１４の半導体層を得る。前記
熱リン酸は、基板のガラスや二酸化硅素（ｂ　１０２　
）を侵さなかった。

つぎに、減圧化学蒸着装置（ＬＰＣＶＤ装置６）で、膜
厚約１０００への二酸化硅素（、ｂ　ｚ　０２　）を析
出させる。フォト・リソグラフィー法及び弗酸緩衝液の
エツチングにより、この二ｒｖ１．１ヒ硅素（Ｓ　１０
２　）を微細加工して、ソース電極窓及びドレイン電極
ぜをあける。さらにアルミニウム（Ａｔ）を約膜厚７０
０ｏ人析出させ、更に、フ］ト・リソグラフィー法及び
エツチングにより、ソース電極及びドレイン電極を得る
（第３図１５．１６）。かくして、電界効果トランジス
ターを「仔る。かくして侍られたサンプル１に対応する
Ａ７Ｎ層の比抵抗は約４×１０　Ω・ｔｙｒｒであり、
サンプル２に対応するＡｔ１．、ｘＧａｘＮ層の比抵抗
は約８×１０８０・口であった。また、Ｘ線回折実験の
結果、前記ＡｔＮ層や前記Ａｔ１−ｘ”ｚＮ　）ｆｌｉ
は多結晶からなっていた０本実施例の電界効果トランジスターのチャネル長は１０
　ｐｍ　、チャネルＩＩＪ　ｉＪ：　２５０μｍであっ
た。

サンプル１ではドレイン電圧４０ｖ１ゲート電圧−４０
Ｖとしたとき、飽和ドレイン電流は約１μ八であり、こ
のときの相４Ｌコンダクタンスは約ｕ、　０１５ｍＳで
あった。また、サンプル２では、ドレイン電圧３６ｖ、
ゲート電圧は一４０Ｖとしたとき、飽和ドレイン電流は
約２μＡであり、このときの相互コンダクタンスは約０
．　Ｏｉ　４ｍ　Ｓであった。ただし、前記すべての電
圧はソース電位を基準としたものである。

つぎに、第６図にドレイン電流の相対的時間変化すなわ
ち劣化を示す。サンプル１はａに、サンプル２はｂに対
応する。この図は、周囲温度を１２０℃とし、連続動作
させた場合の変化を示す。

比較例として、従来より知られている、セレン化カドミ
ウム（ＣｄＳｅ）電界効果トランジスター（Ｃに対応）
や、非晶質硅素−水素合金・電界効果トランジスターの
結果（ｄ［対応）も示す。

本実ｍｍＪにおける電界効果トランジスターは非常に優
れているのがよく判る。現実には、１２０℃の環境で使
われることは極めて稀であるけれども、第４図の条件は
一種の加速試験であり、信頼性に対する評価を与えるも
のである。

以上、本実施例では、逆スタツガ−型電界効果トランジ
スターについて述べてきたが、スタノガ型についても本
発明の効果は発揮される。

発明の効果本発明の電界効果トランジスターは絶縁性基板上に窒化
アルミニウム（Ａ４１１Ｊ）からなる半導体層または、
アルミニウムＣＡＬ）とガリウム（＋−４ａ）の合金の
窒化物（Ａｔ１−ｘ（ｊａｘＮ）　からなる半導体層と
、絶縁層と、ノース電極と、ゲート電極と、ドレイン電
極とを具備してなるように構成したものであって、これ
により、安定な信頼性の高いものとなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の逆スタツガ−型電界効果トランジスター
の構成断面図、第２図は従来のスタノガー型１扛界効果
トランジスターの構成断面図、第３図１は本発明の実施
例における電界効果トランジスターの構成断面図、第４
図ａ　＆、ｌ、本発明の実施例に係るスパッター・ター
ゲットの構成平面図、第４図すはその構成断面図、第６
図は本発明の実施例および従来例の電界効果トランジス
タのドレイン電流の経時変化を示す特性図である。１・・・・・・基板、２・・・・・・ゲート電極、３・
・・・・絶縁層、４・・・・・・半導体層、６，６・・
・・・・ン〜ス電極とドレイン電極、１１・・・・・・
基板、１２・・・・・ゲート電極、１３・・・・・・絶
縁層、１４・・・・・・半導体層、１５．１６・・・・
・ソース電極とドレイン電極、１７・・・・・・保護層
、２１・・・・・・アルミニウム、２２窒化ガリウム（
１−ｉａＮ）粉末。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名品　
１　図？第　２１！！１７４　／？第　４　＠（ａ）ｔｂノ２

Claims

【特許請求の範囲】

絶縁性基板上に、窒化アルミニウムからなる半導体層ま
たはアルミニウムとガリウムの合金の窒化物からなる半
導体層と、絶縁層と、ソース電極と、ゲート電極と、ド
レイン電極とを形成した電界効果トランジスター。