JPWO2013187486A1 - 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 - Google Patents
薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2013187486A1 JPWO2013187486A1 JP2014521410A JP2014521410A JPWO2013187486A1 JP WO2013187486 A1 JPWO2013187486 A1 JP WO2013187486A1 JP 2014521410 A JP2014521410 A JP 2014521410A JP 2014521410 A JP2014521410 A JP 2014521410A JP WO2013187486 A1 JPWO2013187486 A1 JP WO2013187486A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film transistor
- thin film
- semiconductor layer
- oxide
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 128
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 45
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 35
- 229910052751 metal Chemical group 0.000 claims abstract description 30
- 239000002184 metal Chemical group 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical group [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 61
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 43
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 13
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical group O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 10
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 229910007541 Zn O Inorganic materials 0.000 description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 6
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229920001748 polybutylene Polymers 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
この薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接して設けられた半導体層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間のチャネルに対応させて設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁体層と、を備え、前記半導体層の形成材料が、インジウムと、原子番号が７３以上の金属原子と、を含む複合金属酸化物である。
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置に関するものである。
本願は、２０１２年６月１４日に、日本に出願された特願２０１２−１３４９４０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１２年６月１４日に、日本に出願された特願２０１２−１３４９４０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor（ＴＦＴ））は、アクティブマトリクス駆動方式を採用する液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescence（ＥＬ））ディスプレイのスイッチング素子として数多く利用されている。
ＴＦＴとしては、半導体層（チャネル層）にアモルファスシリコンやポリシリコンを用いたものが知られている。近年では、種々の特性向上を図るため、半導体層にＩｎ（インジウム）−Ｚｎ（亜鉛）−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ（ガリウム）−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物を用いたＴＦＴが検討されている（例えば、特許文献１参照）。以下の説明においては、半導体層の形成材料に金属酸化物を用いた薄膜トランジスタを「酸化膜トランジスタ」と称することがある。
このような酸化膜トランジスタはｎ型伝導であり、アモルファスシリコンやポリシリコンよりも高いチャネル移動度を示すことから、高精細なディスプレイや大画面のディスプレイのスイッチング素子として好適に用いることができる。また、金属酸化物を形成材料とする半導体層には、原理上ｐ型伝導を示さないためにｏｆｆ電流が極めて小さくなることから、酸化膜トランジスタを用いると消費電力を低減できるという利点を有する。
しかしながら、上記特許文献に記載された金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物は、含有するＺｎが空気中の水分と反応しやすいため、酸化膜トランジスタの作製後に特性変化が起こりやすい。このような特性変化を防止するためには、酸化膜トランジスタの半導体層を保護する必要が生じ、工程負荷が大きくなる。
そのため、従来知られた酸化膜トランジスタの特長を有しながら、特性変化を抑制可能とする、新規な半導体材料が求められていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、新規な半導体材料を用い、特性変化が抑制された薄膜トランジスタを提供することを目的とする。また、新規な半導体材料を用い、特性変化が抑制された薄膜トランジスタの製造方法を提供することをあわせて目的とする。また、このような薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することをあわせて目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接して設けられた半導体層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間のチャネルに対応させて設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁体層と、を備え、前記半導体層の形成材料が、インジウムと、原子番号が７３以上の金属原子と、を含む複合金属酸化物である。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいては、前記半導体層の表面は、原子間力顕微鏡で測定した二乗平均平方根粗さが１．０ｎｍ以下であることとしてもよい。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいては、前記半導体層の厚さは、２０ｎｍ以下であることとしてもよい。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいては、前記原子番号が７３以上の金属原子が、タングステンであることとしてもよい。
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ターゲットと、プロセスガスと、を用いた物理蒸着法により、インジウムと前記原子番号が７３以上の金属原子とを含む複合金属酸化物からなる半導体層を形成する工程を有し、前記ターゲットは、酸化インジウムの粉末と、原子番号が７３以上の金属原子の酸化物の粉末と、を含む焼結体であり、前記プロセスガスは、希ガスと酸素との混合ガスであり水素原子を有する化合物を含まない。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、前記原子番号が７３以上の金属原子の酸化物が、酸化タングステンであることとしてもよい。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、前記焼結体に含まれる前記酸化タングステンの含有量が、１０質量％以下であることとしてもよい。
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、前記半導体層を形成する工程を、１０℃以上１００℃以下で行うこととしてもよい。
本発明の他の態様に係る薄膜トランジスタは、上述の薄膜トランジスタの製造方法により製造されている。
また、本発明の一態様に係る半導体装置は、基板と、上述の薄膜トランジスタと、を有する。
本発明の態様によれば、新規な半導体材料を用い、特性変化が抑制された薄膜トランジスタを提供することができる。また、新規な半導体材料を用い、特性変化が抑制された薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。また、このような薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することができる。
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは、実際の製品とは適宜異ならせて示している。
本実施形態の薄膜トランジスタは、ソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極に接して設けられた半導体層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間のチャネルに対応させて設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁体層と、を備える。前記半導体層の形成材料は、インジウムと、原子番号が７３以上の金属原子と、を含む複合金属酸化物である。
また、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法は、ターゲットと、プロセスガスと、を用いた物理蒸着法により、インジウムと前記原子番号が７３以上の金属原子とを含む複合金属酸化物からなる半導体層を形成する工程を有する。前記ターゲットは、酸化インジウムの粉末と、原子番号が７３以上の金属原子の酸化物の粉末と、を含む焼結体である。前記プロセスガスは、希ガスと酸素との混合ガスであり水素原子を有する化合物を含まない。
また、本実施形態の薄膜トランジスタは、上述の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたものである。
また、本実施形態の半導体装置は、基板と、前記基板に設けられた薄膜トランジスタと、を有する。前記薄膜トランジスタは、上述の薄膜トランジスタまたは上述の薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタである。
以下、順に説明する。
以下、順に説明する。
（薄膜トランジスタ、半導体装置）
図１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１および半導体装置１００の概略断面図である。
図に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、基板２と、基板２上に形成された本実施形態の薄膜トランジスタ１とを備えている。半導体装置１００は、その他に薄膜トランジスタ１と電気的に接続する不図示の配線や素子を有していてもよい。
図１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１および半導体装置１００の概略断面図である。
図に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、基板２と、基板２上に形成された本実施形態の薄膜トランジスタ１とを備えている。半導体装置１００は、その他に薄膜トランジスタ１と電気的に接続する不図示の配線や素子を有していてもよい。
基板２としては、公知の形成材料で形成されたものを用いることができ、光透過性を有するもの及び光透過性を有しないもののいずれも用いることができる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、石英ガラス、窒化ケイ素などを形成材料とする無機基板；シリコン基板；表面が絶縁処理された金属基板；アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などのポリエステル樹脂などを形成材料とする樹脂基板；紙性の基板などの種々のものを用いることができる。また、これらの材料を複数組み合わせた複合材料を形成材料とする基板であっても構わない。
基板２の厚さは、設計に応じて適宜設定することができる。
基板２の厚さは、設計に応じて適宜設定することができる。
薄膜トランジスタ１は、いわゆるボトムゲート型のトランジスタである。薄膜トランジスタ１は、基板２上に設けられたゲート電極３と、ゲート電極３を覆って設けられた絶縁体層４と、絶縁体層４の上面に設けられた半導体層５と、半導体層５の上面において半導体層５に接して設けられたソース電極６およびドレイン電極７を有している。ゲート電極３は、半導体層５のチャネル領域Ａに対応させて（チャネル領域Ａと平面的に重なる位置に）設けられている。
ゲート電極３、ソース電極６、ドレイン電極７としては、通常知られた材料で形成されたものを用いることができる。これらの電極の形成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの金属材料やこれらの合金；インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide、ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの導電性酸化物を挙げることができる。また、これらの電極は、２層以上の積層構造を有してもよく、この積層構造は、例えば表面を金属材料でめっきすることにより形成されてもよい。
ゲート電極３、ソース電極６、ドレイン電極７は、同じ形成材料で形成されたものであってもよく、異なる形成材料で形成されたものであってもよい。製造が容易となることから、ソース電極６とドレイン電極７とは同じ形成材料であることが好ましい。
絶縁体層４は、絶縁性を有しゲート電極３と、ソース電極６およびドレイン電極７と、を電気的に絶縁することが可能であれば、無機材料および有機材料のいずれを用いて形成してもよい。無機材料としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどの通常知られた絶縁性の酸化物、窒化物、酸窒化物を挙げることができる。有機材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂などを挙げることができる。有機材料は、製造や加工が容易であるため光硬化型の樹脂材料であることが好ましい。
半導体層５は、インジウムと、原子番号が７３以上の金属原子と、を含む複合金属酸化物を形成材料としている。すなわち、半導体層５は、前記複合金属酸化物を含有する。半導体層５に含まれる原子番号が７３以上の金属原子としては、周期律表で第６周期に属する金属原子が好ましい。このような金属原子として、具体的には、タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），レニウム（Ｒｅ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），水銀（Ｈｇ），タリウム（Ｔｌ），鉛（Ｐｂ）が挙げられる。中でも、タングステンがより好ましい。
複合金属酸化物において、原子番号が７３以上の金属原子とインジウムの合計量（原子数）に対する原子番号が７３以上の金属原子の含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％である。原子番号が７３以上の金属原子以外の残部は、インジウム、酸素原子、及び不可避不純物である。
原子番号が７３以上の金属原子がタングステンである場合、複合金属酸化物において、タングステンとインジウムの合計量（原子数）に対するタングステンの含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％であり、更に好ましくは０．５〜２原子％である。
複合金属酸化物において、原子番号が７３以上の金属原子とインジウムの合計量（原子数）に対する原子番号が７３以上の金属原子の含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％である。原子番号が７３以上の金属原子以外の残部は、インジウム、酸素原子、及び不可避不純物である。
原子番号が７３以上の金属原子がタングステンである場合、複合金属酸化物において、タングステンとインジウムの合計量（原子数）に対するタングステンの含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％であり、更に好ましくは０．５〜２原子％である。
本実施形態の半導体層５においては、原子番号が７３以上の金属原子が、半導体層の形成時における酸化インジウムの局所的な結晶化を抑制し、酸化インジウムはアモルファス状態になりやすい。この結果として、膜表面の平坦度も高くなる。そのため、半導体層５は均質なアモルファス状態となる。
また、通常知られた酸化物半導体であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物は、大量に含まれる酸化亜鉛が水で変質しやすい。そのため、これらの酸化物半導体を用いて半導体層を形成した薄膜トランジスタは、半導体層を適切に保護し、劣化を抑制する必要がある。
これに対して、本実施形態の薄膜トランジスタ１の半導体層５は、水で変質しやすい酸化亜鉛を主成分としないため、保護が不要となる。また、半導体層５の形成において、エッチングが必要である場合には、ドライエッチングとウェットエッチングとの両方を採用することができるため、プロセスの自由度が高くなる。
また、本実施形態の薄膜トランジスタ１の半導体層５は、原料単価の高いＧａを含まないため、製造時のターゲットに係るコストを低減でき、薄膜トランジスタの製造コストも低減できる。
半導体層５の表面は、原子間力顕微鏡で測定した二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が１．０ｎｍ以下である。Ｒｑは、理想的には０ｎｍであるため、Ｒｑの下限値は０ｎｍである。
Ｒｑの上限は、好ましくは０．７ｎｍ以下であり、より好ましくは０．５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｎｍ以下である。
Ｒｑの上限は、好ましくは０．７ｎｍ以下であり、より好ましくは０．５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｎｍ以下である。
ここで、本明細書において二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）は、原子間力顕微鏡（ＳＩＩ社製、型番ＳＰＩ５０００、タッピングモード観察）を用い、５μｍ×５μｍの測定領域を測定して得られる観察像を用いて算出される値を指す。
また、半導体層５の厚さは、２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、半導体層５の厚さは、半導体層５を形成するスパッタチャンバー内に、膜厚校正を主目的として配置された水晶発振式膜厚計を用いて測定される。
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物では、半導体層の形成時に多結晶状になりやすい。そのため、通常知られた酸化膜トランジスタでは、半導体層に含まれる結晶粒に起因して、半導体層の表面が、上述した二乗平均平方根粗さを示すほど平坦にはならない。また、通常知られた酸化膜トランジスタの半導体層は、このような結晶粒に起因して、面方向の電気伝導度が低下してしまう。
そのため、通常知られた酸化物半導体を用いて半導体層を形成する場合には、面方向に連続した層とするため（不連続な領域を形成しないため）、及び導電性担保のために、膜厚を３０〜８０ｎｍとしている。
これに対して、本実施形態の半導体層５においては、表面が上述のような二乗平均平方根粗さを示し、非常に平坦な表面となる。そのため、半導体層５を薄く形成しても不連続にはなりにくい。また、上述の通常知られた酸化物半導体からなる半導体層とは異なり、形成した半導体層５の内部に局所的に結晶粒が成長するという現象も生じにくく、結晶粒に起因した電気伝導度の低下も見られない。
したがって、本実施形態の薄膜トランジスタ１においては、半導体層５の厚さを上述のように薄くすることができる。これにより、半導体層５を形成する材料コストを抑制することができる。さらに、通常知られた酸化膜トランジスタと比べ、半導体層の成膜時間が短くてすむために、製造時間を短縮することができる。
本実施形態の薄膜トランジスタ１および半導体装置１００は、以上のような構成となっている。
本実施形態の薄膜トランジスタ１および半導体装置１００は、以上のような構成となっている。
（薄膜トランジスタの製造方法）
次に、本実施形態の薄膜トランジスタ１の製造方法について説明する。本実施形態の薄膜トランジスタの半導体層は、物理蒸着法（または物理気相成長法）を用いることにより形成することも可能である。
次に、本実施形態の薄膜トランジスタ１の製造方法について説明する。本実施形態の薄膜トランジスタの半導体層は、物理蒸着法（または物理気相成長法）を用いることにより形成することも可能である。
ここで、物理蒸着法としては、蒸着法やスパッタ法が挙げられる。蒸着法としては、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＡ）、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法などを例示することができる。また、スパッタ法としては、コンベンショナル・スパッタリング、マグネトロン・スパッタリング、イオンビーム・スパッタリング、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）・スパッタリング、反応性スパッタリングなどを例示することができる。スパッタ法においてプラズマを用いた場合は、反応性スパッタ法、ＤＣ（直流）スパッタ法、高周波（ＲＦ）スパッタ法等の成膜法を用いることができる。
さらには、下記の製造方法を用いて薄膜トランジスタを製造することが好ましい。下記の製造方法を用いると、より高品質な薄膜トランジスタを製造することができる。
本実施形態の薄膜トランジスタ１の製造方法においては、基板２の上に通常知られた方法でゲート電極３および絶縁体層４を形成し、次いで半導体層５を形成する。本実施形態の製造方法では、ターゲットと、プロセスガスと、を用いた物理蒸着法により、半導体層５は製造される。前記ターゲットは、酸化インジウムの粉末と、原子番号が７３以上の金属原子の酸化物の粉末と、を含む焼結体である。前記プロセスガスは、希ガスと酸素との混合ガスであり水素原子を有する化合物を含まない。ここでは、物理蒸着法としてスパッタ法を用いることとして説明する。
焼結体において、原子番号が７３以上の金属原子とインジウムの合計量（原子数）に対する原子番号が７３以上の金属原子の含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％である。原子番号が７３以上の金属原子以外の残部は、インジウム、酸素原子、及び不可避不純物である。
形成される半導体層５の組成（酸素原子以外の元素の組成）と、ターゲットの組成（酸素原子以外の元素の組成）とは、同一又はほぼ同一となる。このため、目的とする半導体層５の組成（酸素原子以外の元素の組成）とほぼ同一の組成（酸素原子以外の元素の組成）を有するターゲットを用意することが好ましい。
例えば、半導体層５としてＩｎ−Ｗ−Ｏ系の金属酸化物を採用する場合には、ターゲットとしては、酸化インジウムの粉末と、酸化タングステンの粉末との焼結体を採用するとよい。なお、酸化タングステンには、Ｗ２Ｏ３、ＷＯ２、ＷＯ３が存在する。このうち、ＷＯ３が最も安定であり、かつ安価に製造される。ＷＯ３の製造過程では、Ｗ２Ｏ３及びＷＯ２が微量に混入する場合があるが、酸化タングステンの組成は変化せずＷＯ３である。本実施形態では、酸化タングステンとは、ＷＯ３、又はＷ２Ｏ３及びＷＯ２が微量に混入したＷＯ３を意味する。
また、ターゲットには、酸化タングステンの含有量（質量％）以下の量で添加物（金属酸化物など）等の不純物が混入していてもよい。例えば、ターゲットに、意図しない不可避不純物として、酸化インジウムおよび酸化タングステン以外の金属酸化物（酸化亜鉛など）が、ターゲット全体における酸化タングステンの含有量以下の割合で混入することがあっても構わない。
形成される半導体層５の組成（酸素原子以外の元素の組成）と、ターゲットの組成（酸素原子以外の元素の組成）とは、同一又はほぼ同一となる。このため、目的とする半導体層５の組成（酸素原子以外の元素の組成）とほぼ同一の組成（酸素原子以外の元素の組成）を有するターゲットを用意することが好ましい。
例えば、半導体層５としてＩｎ−Ｗ−Ｏ系の金属酸化物を採用する場合には、ターゲットとしては、酸化インジウムの粉末と、酸化タングステンの粉末との焼結体を採用するとよい。なお、酸化タングステンには、Ｗ２Ｏ３、ＷＯ２、ＷＯ３が存在する。このうち、ＷＯ３が最も安定であり、かつ安価に製造される。ＷＯ３の製造過程では、Ｗ２Ｏ３及びＷＯ２が微量に混入する場合があるが、酸化タングステンの組成は変化せずＷＯ３である。本実施形態では、酸化タングステンとは、ＷＯ３、又はＷ２Ｏ３及びＷＯ２が微量に混入したＷＯ３を意味する。
また、ターゲットには、酸化タングステンの含有量（質量％）以下の量で添加物（金属酸化物など）等の不純物が混入していてもよい。例えば、ターゲットに、意図しない不可避不純物として、酸化インジウムおよび酸化タングステン以外の金属酸化物（酸化亜鉛など）が、ターゲット全体における酸化タングステンの含有量以下の割合で混入することがあっても構わない。
その場合、焼結体において、タングステンとインジウムの合計量（原子数）に対するタングステンの含有量（原子数）の比（百分率）は、好ましくは０．５〜１０原子％であり、更に好ましくは０．５〜２原子％である。
通常知られた酸化物半導体であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物では、酸化インジウムを「ホスト材料」、酸化亜鉛や酸化ガリウムを「ゲスト材料」とすると、ホスト材料（酸化インジウム）の量に対して、２割〜３割（２０〜３０％）の量のゲスト材料（酸化亜鉛や酸化ガリウム）が混入されている。
これに対して、本実施形態の薄膜トランジスタ１の半導体層５は、上述のような焼結体をターゲットとして用いて形成される。そのため、本実施形態の製造方法で製造された薄膜トランジスタ１においては、半導体層５の酸化物半導体は、通常知られた酸化物半導体と比べて、ホスト材料（酸化インジウム）の含有量に対するゲスト材料（酸化タングステン）の含有量の比が、極めて少ないものとなる。
また、薄膜トランジスタ１の製造方法においては、プロセスガスとして希ガスと酸素との混合ガスを用いる。希ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンが挙げられる。
プロセスガス中の酸素ガスの量（体積比率）は、好ましくは８．５〜１２体積％である。
プロセスガス中の酸素ガスの量（体積比率）は、好ましくは８．５〜１２体積％である。
また、プロセスガスは、水素原子を有する化合物を含まない。ここで、「水素原子を有する化合物を含まない」とは、水（Ｈ２Ｏ）や水素ガス（Ｈ２）など水素原子を有する化合物をプロセスガス中に意図的には混合しないことを意味する。この考え方において、用いるガスや作業環境中に微量に存在する水分や水素ガスなどが、意図せずにプロセスガス中に混入してしまうことは排除しない。
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物からなる半導体層の製造工程では、上述した局所的な結晶粒の成長を抑制し、良好な成膜を実現するため、プロセスガス中に少量の水を含有させることがある。また、プロセスガス中に水素を含有させることもある。
このような水素原子を含むガスをプロセスガスとして用いてスパッタを行うと、スパッタで形成される膜の内部に水素原子（プロトン）が混入する。半導体層がこのような水素原子を内包していると、トランジスタの駆動時に通電させた電流により、半導体層内でこの水素原子が移動し、半導体層の性質が安定しない。そのため、水素原子を内包した半導体層を有する薄膜トランジスタでは、２つの電極間（ソース−ドレイン）を電流が流れ始める最小のゲート電圧である閾値電圧が変動し、動作が安定しにくい。
これに対して、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、上述したように、形成される半導体層では、原子番号が７３以上の金属原子が内包され、この金属原子が局所的な結晶成長を抑制する。そのため、上記Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物やＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の金属酸化物のように、プロセスガスに水を含める必要がない。したがって、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、プロセスガスとして、希ガスと酸素とを含み、水や水素などの水素原子を含むガス成分を含まないガスを用いることができる。
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法においては、発明者の検討により、酸化インジウムと酸化タングステンとを含むターゲットを用いて半導体層を形成する場合、半導体層を構成する金属酸化物をアモルファス膜とするために高温を必要としないことが分かっている。そのため、薄膜トランジスタの製造方法においては、半導体層を形成する工程を、１０℃以上１００℃以下で行うことで好適に半導体層を形成することができる。さらには、半導体層を形成する工程を、室温で実施するとよい。ここで、「室温で実施」とは、半導体層を形成する工程のために非加熱であり、作業環境の温度調整が不要であることを意味する。
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法において採用されるスパッタ法としては、ＲＦスパッタ、ＡＣスパッタ、ＤＣスパッタなど公知のものを用いることができる。
また、ターゲットは、酸化インジウムの粉末と、原子番号が７３以上の金属原子の酸化物の粉末と、を用いていれば、これら粉末の混合物の焼結体であってもよく、それぞれの粉末の焼結体であってもよい。それぞれの金属酸化物の粉末毎に焼結体を形成する場合には、複数の焼結体を用いた共スパッタにより半導体層を形成することができる。
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法は、以上のようになっている。
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法は、以上のようになっている。
以上のような構成の薄膜トランジスタによれば、新規な半導体材料を用いることで、特性変化が抑制される。
また、以上のような構成の半導体装置によれば、特性変化が抑制された薄膜トランジスタを有し、高い信頼性を有する。
また、以上のような薄膜トランジスタの製造方法によれば、新規な半導体材料を用い、特性変化が抑制された薄膜トランジスタを容易に製造することができる。
なお、本実施形態においては、いわゆるボトムゲート型の薄膜トランジスタについて説明したが、本発明はいわゆるトップゲート型の薄膜トランジスタに適用することもできる。
また、本実施形態においては、いわゆるトップコンタクト型の薄膜トランジスタについて説明したが、本発明はいわゆるボトムコンタクト型の薄膜トランジスタに適用することもできる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の要件から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
以下に本実施形態を実施例により説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例においては、図２に示す薄膜トランジスタ１０を作製し、動作確認を行った。
図２に示す薄膜トランジスタ１０は、図１に示した薄膜トランジスタ１と同様の構造を有し、図１の薄膜トランジスタ１が有するゲート電極３の代わりに、ｐ型不純物を多量にドープしたＳｉ層８が用いられている。
本実施例においては、図２に示す薄膜トランジスタ１０を作製し、動作確認を行った。
図２に示す薄膜トランジスタ１０は、図１に示した薄膜トランジスタ１と同様の構造を有し、図１の薄膜トランジスタ１が有するゲート電極３の代わりに、ｐ型不純物を多量にドープしたＳｉ層８が用いられている。
実施例の薄膜トランジスタ１０は、以下のように製造した。ｐ型不純物をドープしたＳｉ基板を用い、表面を酸化することで絶縁体層４を形成した。次いで絶縁体層４の表面に後述の方法を用いて半導体層５を形成した。ソース電極６およびドレイン電極７は、半導体層５の表面にマスク蒸着することにより形成した。
ソース電極６とドレイン電極７は、金（Ａｕ）を形成材料として用い、厚さは４０ｎｍであった。また、ソース電極６とドレイン電極７との離間距離（ゲート長）は３５０μｍであり、対向している部分の長さが９４０μｍであった。
半導体層５は、スパッタ装置（神港精機社製、ＳＴＶ４３２１型）を用い、ターゲット材として、ＩＷＯターゲット（住友金属鉱山社製）を用いて以下のスパッタ条件でスパッタ法（ＤＣスパッタ）により成膜した。ＩＷＯターゲットとして、１質量％の酸化タングステン（ＷＯ３）が添加されたＩｎ２Ｏ３系のサンプル品を用いた。成膜した半導体層５の厚さは、１０ｎｍであった。
（スパッタ条件）
ＤＣ ｐｏｗｅｒ ：５０Ｗ
真空度 ：０．０６Ｐａ
プロセスガス流量 ：Ａｒ ３ｓｃｃｍ／Ｏ２ ０．５ｓｃｃｍ
（ｓｃｃｍ：Standard Cubic Centimeter per Minute）
基板温度 ：２３℃。加熱なし
ＤＣ ｐｏｗｅｒ ：５０Ｗ
真空度 ：０．０６Ｐａ
プロセスガス流量 ：Ａｒ ３ｓｃｃｍ／Ｏ２ ０．５ｓｃｃｍ
（ｓｃｃｍ：Standard Cubic Centimeter per Minute）
基板温度 ：２３℃。加熱なし
形成された半導体層の表面の二乗平均平方根粗さを原子間力顕微鏡（ＳＩＩ社製、型番ＳＰＩ５０００、タッピングモード観察）で測定した。表面の二乗平均平方根粗さは０．２４ｎｍであった。
このようにして作製された薄膜トランジスタ１０の特性は、評価環境を２３℃、暗所、真空中として測定した。図３は、薄膜トランジスタ１０の特性を測定した結果を示すグラフであり、図３（ａ）は伝達特性を示し、図３（ｂ）は出力特性を示す。
本実施例で作製された薄膜トランジスタ１０では、電界効果移動度が１．１８ｃｍ２／Ｖｓであった。
また、駆動電流（Ｉｏｎ）とリーク電流（Ｉｏｆｆ）との比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）が１０７以上であり、極めてリーク電流が少ないことが分かった。
さらに、閾値電圧は２６Ｖであった。半導体層の成膜条件、膜厚などを変更することにより、半導体層の特性を調整することで、この閾値電圧の調整が可能である。
サブスレッショルド係数（Ｓ値）は０．４４Ｖ／ｄｅｃａｄｅであった。
従って、本実施例の薄膜トランジスタの動作確認ができた。
また、駆動電流（Ｉｏｎ）とリーク電流（Ｉｏｆｆ）との比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）が１０７以上であり、極めてリーク電流が少ないことが分かった。
さらに、閾値電圧は２６Ｖであった。半導体層の成膜条件、膜厚などを変更することにより、半導体層の特性を調整することで、この閾値電圧の調整が可能である。
サブスレッショルド係数（Ｓ値）は０．４４Ｖ／ｄｅｃａｄｅであった。
従って、本実施例の薄膜トランジスタの動作確認ができた。
また、半導体層５を形成する際にプロセスガス中の酸素分圧を種々の値に調節する以外は、上記の方法と同様にして薄膜トランジスタ１０を作製した。そして、半導体層５の導電率を測定した。
図４は、プロセスガス中の酸素分圧と、形成された半導体層５の導電率との関係を示すグラフである。
半導体層５の導電率（σ）と酸素分圧（Ｐ（Ｏ２））とは以下の関係式で表された。
σ＝ｅｘｐ｛−４４９×Ｐ（Ｏ２）−２．４４｝
プロセスガス中の酸素分圧が高くなるほど、半導体層５の導電率が低くなることがわかる。プロセスガス中の酸素分圧が０．０４Ｐａ超の場合、半導体層５の導電率が１０−９Ｓ／ｃｍ未満となった。プロセスガス中の酸素分圧が０．０２８Ｐａ未満の場合、半導体層５の導電率が約１０−６Ｓ／ｃｍ以上となった。プロセスガス中の酸素分圧が０．０３〜０．０３８Ｐａの場合、半導体層５の導電率は、約１０−８Ｓ／ｃｍとなった。
このように、プロセスガス中の酸素分圧を調整することによって、半導体層５を再現性良く形成できることが分かった。
図４は、プロセスガス中の酸素分圧と、形成された半導体層５の導電率との関係を示すグラフである。
半導体層５の導電率（σ）と酸素分圧（Ｐ（Ｏ２））とは以下の関係式で表された。
σ＝ｅｘｐ｛−４４９×Ｐ（Ｏ２）−２．４４｝
プロセスガス中の酸素分圧が高くなるほど、半導体層５の導電率が低くなることがわかる。プロセスガス中の酸素分圧が０．０４Ｐａ超の場合、半導体層５の導電率が１０−９Ｓ／ｃｍ未満となった。プロセスガス中の酸素分圧が０．０２８Ｐａ未満の場合、半導体層５の導電率が約１０−６Ｓ／ｃｍ以上となった。プロセスガス中の酸素分圧が０．０３〜０．０３８Ｐａの場合、半導体層５の導電率は、約１０−８Ｓ／ｃｍとなった。
このように、プロセスガス中の酸素分圧を調整することによって、半導体層５を再現性良く形成できることが分かった。
（実施例２）
ＩＷＯターゲットとして、３質量％又は５質量％の酸化タングステン（ＷＯ３）と、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）とからなるターゲットを用いる以外は、実施例１と同様にして半導体層５を成膜し、薄膜トランジスタ１０を作製した。
薄膜トランジスタ１０の電気特性を測定した結果、電界効果移動度が良好な値であり、かつ極めてリーク電流が少ないことが分かった。従って、本実施例の薄膜トランジスタの動作確認ができた。
ＩＷＯターゲットとして、３質量％又は５質量％の酸化タングステン（ＷＯ３）と、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）とからなるターゲットを用いる以外は、実施例１と同様にして半導体層５を成膜し、薄膜トランジスタ１０を作製した。
薄膜トランジスタ１０の電気特性を測定した結果、電界効果移動度が良好な値であり、かつ極めてリーク電流が少ないことが分かった。従って、本実施例の薄膜トランジスタの動作確認ができた。
以上の結果から、本実施形態の薄膜トランジスタの動作確認ができ、本実施形態の有用性が確かめられた。
本実施形態の薄膜トランジスタは、特性変化が抑制されている。また本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、特性変化を防止するために半導体層を保護する必要が無く、工程負荷が小さい。さらにＧａを含まないため、ターゲットに係るコストを低減できる。このため、本実施形態は、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス（Electro Luminescence（ＥＬ））ディスプレイのスイッチング素子の製造工程に好ましく適用できる。
１，１０：薄膜トランジスタ、２：基板、３：ゲート電極、４：絶縁体層、５：半導体層、６：ソース電極、７：ドレイン電極、８：Ｓｉ層、１００：半導体装置。
Claims (10)
- ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極に接して設けられた半導体層と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の間のチャネルに対応させて設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記半導体層との間に設けられた絶縁体層と、を備え、
前記半導体層の形成材料が、インジウムと、原子番号が７３以上の金属原子と、を含む複合金属酸化物である薄膜トランジスタ。 - 前記半導体層の表面は、原子間力顕微鏡で測定した二乗平均平方根粗さが１．０ｎｍ以下である請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体層の厚さは、２０ｎｍ以下である請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記原子番号が７３以上の金属原子が、タングステンである請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
- ターゲットと、プロセスガスと、を用いた物理蒸着法により、インジウムと前記原子番号が７３以上の金属原子とを含む複合金属酸化物からなる半導体層を形成する工程を有し、
前記ターゲットは、酸化インジウムの粉末と、原子番号が７３以上の金属原子の酸化物の粉末と、を含む焼結体であり、
前記プロセスガスは、希ガスと酸素との混合ガスであり水素原子を有する化合物を含まない薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記原子番号が７３以上の金属原子の酸化物が、酸化タングステンである請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記焼結体に含まれる前記酸化タングステンの含有量が、１０質量％以下である請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記半導体層を形成する工程を、１０℃以上１００℃以下で行う請求項５から７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項５から８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造された薄膜トランジスタ。
- 基板と、前記基板に設けられた請求項１から４および請求項９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタと、を有する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014521410A JP5846563B2 (ja) | 2012-06-14 | 2013-06-13 | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012134940 | 2012-06-14 | ||
| JP2012134940 | 2012-06-14 | ||
| PCT/JP2013/066384 WO2013187486A1 (ja) | 2012-06-14 | 2013-06-13 | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 |
| JP2014521410A JP5846563B2 (ja) | 2012-06-14 | 2013-06-13 | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP5846563B2 JP5846563B2 (ja) | 2016-01-20 |
| JPWO2013187486A1 true JPWO2013187486A1 (ja) | 2016-02-08 |
Family
ID=49758304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014521410A Active JP5846563B2 (ja) | 2012-06-14 | 2013-06-13 | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5846563B2 (ja) |
| KR (1) | KR20140071491A (ja) |
| WO (1) | WO2013187486A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6547273B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2019-07-24 | 株式会社リコー | ｐ型酸化物半導体、ｐ型酸化物半導体製造用組成物、ｐ型酸化物半導体の製造方法、半導体素子、表示素子、画像表示装置、及びシステム |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005292768A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Ｔｆｔ基板及びスパッタリングターゲット及び液晶表示装置及び画素電極及び透明電極及びｔｆｔ基板の製造方法 |
| JP2008192721A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Bridgestone Corp | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2010080936A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-04-08 | Canon Inc | アモルファス酸化物半導体及び該アモルファス酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ |
| JP2011254003A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2012068597A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | アクティブマトリクス型有機ｅｌ表示装置およびその駆動方法 |
| JP2012074622A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Bridgestone Corp | アモルファス酸化物半導体の成膜方法および薄膜トランジスタ |
-
2013
- 2013-06-13 WO PCT/JP2013/066384 patent/WO2013187486A1/ja active Application Filing
- 2013-06-13 JP JP2014521410A patent/JP5846563B2/ja active Active
- 2013-06-13 KR KR1020147012459A patent/KR20140071491A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005292768A (ja) * | 2004-03-09 | 2005-10-20 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Ｔｆｔ基板及びスパッタリングターゲット及び液晶表示装置及び画素電極及び透明電極及びｔｆｔ基板の製造方法 |
| JP2008192721A (ja) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Bridgestone Corp | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2010080936A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-04-08 | Canon Inc | アモルファス酸化物半導体及び該アモルファス酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ |
| JP2011254003A (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-15 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2012068597A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Toshiba Corp | アクティブマトリクス型有機ｅｌ表示装置およびその駆動方法 |
| JP2012074622A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Bridgestone Corp | アモルファス酸化物半導体の成膜方法および薄膜トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140071491A (ko) | 2014-06-11 |
| WO2013187486A1 (ja) | 2013-12-19 |
| JP5846563B2 (ja) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6296463B2 (ja) | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 | |
| KR101035357B1 (ko) | 산화물 반도체 박막 트랜지스터, 그 제조방법 및 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 구비한 유기전계 발광소자 | |
| KR101097322B1 (ko) | 산화물 반도체 박막 트랜지스터, 그 제조방법 및 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 구비한 유기전계 발광소자 | |
| TWI453915B (zh) | Thin film transistor | |
| EP2273540B1 (en) | Method for fabricating field-effect transistor | |
| US20090134389A1 (en) | Thin film field effect transistor and electroluminescence display using the same | |
| US20150111340A1 (en) | Method for forming wiring, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2009253204A (ja) | 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法 | |
| KR20080074889A (ko) | 반도체 박막, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터 | |
| JP2009231664A (ja) | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
| TW201336086A (zh) | 薄膜電晶體 | |
| US9601633B2 (en) | Semiconductor device | |
| TWI640098B (zh) | 半導體裝置及半導體裝置之製造方法 | |
| JP5168599B2 (ja) | 薄膜トランジスタの製造方法 | |
| JP5846563B2 (ja) | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 | |
| WO2015115330A1 (ja) | 薄膜トランジスタ、酸化物半導体、およびその製造方法 | |
| JP6308583B2 (ja) | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法および半導体装置 | |
| JP2013207100A (ja) | 薄膜トランジスタ | |
| JP6252903B2 (ja) | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 | |
| JP2011258804A (ja) | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 | |
| JP6252904B2 (ja) | 酸化物半導体およびその製法 | |
| KR20130029272A (ko) | 박막 트랜지스터 | |
| JP6261125B2 (ja) | 酸化物薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151027 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151116 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5846563 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |