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JP2014078586A - Zinc oxide semiconductor transistor - Google Patents

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JP2014078586A JP2012224927A JP2012224927A JP2014078586A JP 2014078586 A JP2014078586 A JP 2014078586A JP 2012224927 A JP2012224927 A JP 2012224927A JP 2012224927 A JP2012224927 A JP 2012224927A JP 2014078586 A JP2014078586 A JP 2014078586A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zinc oxide semiconductor transistor which increases controllability of a threshold value.SOLUTION: A zinc oxide semiconductor transistor comprises: a substrate having a flat surface; an insulation film formed on the substrate; an island-like channel formation layer which is formed on the insulation film and composed of a zinc oxide semiconductor; and a source electrode and a drain electrode which are formed on the channel formation layer, in which a residual stress of an intrinsic channel region between the source electrode and the drain electrode is made larger than a residual stress in a peripheral part outside the intrinsic channel region.

Description

本発明は、酸化亜鉛系半導体トランジスタに関する。   The present invention relates to a zinc oxide based semiconductor transistor.

酸化亜鉛系の半導体は多結晶であっても高いキャリアの移動度を示すため、それを用いた光学及び電子デバイスの研究開発が行われている。例えば、酸化亜鉛系半導体は可視光を透過する性質を有するため、フラットパネルディスプレイの駆動用トランジスタとして注目されている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。   Since zinc oxide-based semiconductors exhibit high carrier mobility even if they are polycrystalline, research and development of optical and electronic devices using them are being conducted. For example, a zinc oxide-based semiconductor has a property of transmitting visible light, and thus has attracted attention as a driving transistor for a flat panel display (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).

また、酸化亜鉛系半導体は価電子帯と伝導帯との間のエネルギーギャップが約3eVであり、優れた絶縁破壊電圧特性を示すことが期待されている。   In addition, a zinc oxide based semiconductor has an energy gap between a valence band and a conduction band of about 3 eV, and is expected to exhibit excellent dielectric breakdown voltage characteristics.

ここで、図10を参照して、従来のZnOトランジスタの一例を説明する。図10は、従来のZnOトランジスタの構成説明図であり、図10(a)は要部平面図であり、図10(b)は図10(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。   Here, an example of a conventional ZnO transistor will be described with reference to FIG. 10A and 10B are explanatory views of the structure of a conventional ZnO transistor. FIG. 10A is a plan view of the main part, and FIG. 10B is along the alternate long and short dash line connecting AA 'in FIG. FIG.

このZnOトランジスタは、ゲート電極31となる基板上にゲート絶縁膜32を形成し、その上にZnO多結晶膜を形成したのち、パターン二ングしてZnOチャネル領域33として電気的にアイソレーションを行う。次いで、ZnOチャネル領域33の両端部にかかるようにソース電極34及びドレイン電極35を形成してトランジスタを作製している。   In this ZnO transistor, a gate insulating film 32 is formed on a substrate to be a gate electrode 31, a ZnO polycrystalline film is formed thereon, and then patterned to be electrically isolated as a ZnO channel region 33. . Next, a source electrode 34 and a drain electrode 35 are formed so as to cover both ends of the ZnO channel region 33, thereby manufacturing a transistor.

特開2012−019682号公報JP 2012-019682 A 特開2008−537631号公報JP 2008-537631 A

スイッチング電源用トランジスタやディスプレイ駆動用トランジスタにおいては、しきい値の制御をおこない、ゲート電圧を0Vとした時に電流を流さない特性が要求される。ZnO系トランジスタのしきい値は、キャリア濃度を変化させることで制御している。   The switching power supply transistor and the display driving transistor are required to have a characteristic that current is not passed when the threshold voltage is controlled and the gate voltage is set to 0V. The threshold value of the ZnO-based transistor is controlled by changing the carrier concentration.

しかし、このキャリア濃度はZnO系半導体の酸素欠損に起因しており、酸素欠損を制御することが難しく、したがって、しきい値制御が困難であるという問題がある。   However, this carrier concentration is caused by oxygen vacancies in the ZnO-based semiconductor, and it is difficult to control the oxygen vacancies, and therefore there is a problem that threshold control is difficult.

したがって、酸化亜鉛系半導体トランジスタのしきい値の制御性を高めることを目的とする。   Therefore, it aims at improving the controllability of the threshold value of a zinc oxide semiconductor transistor.

開示する一観点からは、表面が平坦な基板と、前記基板上に形成された絶縁膜と前記絶縁膜上に形成された酸化亜鉛系半導体からなる島状のチャネル形成層と、前記チャネル形成層上に形成されたソース電極とドレイン電極とを有し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の真性チャネル領域の残留応力が、前記真性チャネル領域より外側の周辺部の残留応力よりも大きいことを特徴とする酸化亜鉛系半導体トランジスタが提供される。   From one disclosed aspect, a substrate having a flat surface, an insulating film formed on the substrate, an island-shaped channel forming layer made of a zinc oxide-based semiconductor formed on the insulating film, and the channel forming layer A source electrode and a drain electrode formed thereon, and a residual stress in an intrinsic channel region between the source electrode and the drain electrode is greater than a residual stress in a peripheral portion outside the intrinsic channel region A zinc oxide based semiconductor transistor is provided.

開示の酸化亜鉛系半導体トランジスタによれば、酸化亜鉛系半導体トランジスタのしきい値の制御性を高めることが可能になる。   According to the disclosed zinc oxide based semiconductor transistor, the controllability of the threshold value of the zinc oxide based semiconductor transistor can be improved.

本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタの構成説明図である。1 is a configuration explanatory diagram of a zinc oxide based semiconductor transistor according to an embodiment of the present invention. 測定における距離の定義の説明図である。It is explanatory drawing of the definition of the distance in a measurement. 本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタの伝達特性図である。It is a transfer characteristic figure of the zinc oxide system semiconductor transistor of an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタのオン電圧の距離依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the distance dependence of the ON voltage of the zinc oxide type semiconductor transistor of embodiment of this invention. 本発明の実施例1のZnOトランジスタの構成説明図である。It is a structure explanatory drawing of the ZnO transistor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のZnOトランジスタの製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the ZnO transistor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のZnOトランジスタの製造工程の図6以降の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle after FIG. 6 of the manufacturing process of the ZnO transistor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のZnOトランジスタの製造工程の図7以降の説明図である。It is explanatory drawing after FIG. 7 of the manufacturing process of the ZnO transistor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2のZnOトランジスタの構成説明図である。It is a structure explanatory drawing of the ZnO transistor of Example 2 of this invention. 従来のZnOトランジスタの構成説明図である。It is structure explanatory drawing of the conventional ZnO transistor.

ここで、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタを説明する。図1は、本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタの構成説明図であり、基板1上に絶縁膜2を介して酸化亜鉛系半導体からなるチャネル形成層3を設け、その上に、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。ここでは、破線で囲まれたソース電極4及びドレイン電極5の外枠を結ぶ領域を真性チャネル領域6とする。   Here, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the zinc oxide type semiconductor transistor of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a zinc oxide based semiconductor transistor according to an embodiment of the present invention, in which a channel forming layer 3 made of a zinc oxide based semiconductor is provided on a substrate 1 with an insulating film 2 interposed therebetween. A source electrode 4 and a drain electrode 5 are formed. Here, a region connecting the outer frames of the source electrode 4 and the drain electrode 5 surrounded by a broken line is defined as an intrinsic channel region 6.

基板1は、逆スタガ的な構成にする場合には、導電性シリコン基板等の導電性半導体基板或いは、アルミ基板等の金属基板を用いて基板1をゲート電極として用いる。一方、順スタガ的な構成にする場合には、基板は導電性基板でも絶縁性基板でも良く、例えば、ポリイミド系フィルムを用いても良い。   When the substrate 1 has an inverted staggered configuration, a conductive semiconductor substrate such as a conductive silicon substrate or a metal substrate such as an aluminum substrate is used and the substrate 1 is used as a gate electrode. On the other hand, in the case of a forward staggered configuration, the substrate may be a conductive substrate or an insulating substrate. For example, a polyimide film may be used.

酸化亜鉛系半導体としては、ZnOを最大成分とする酸化物半導体を用いるものであり、典型的にZnO或いはZnMgOであるが、In−Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体、In−Sn−Zn−O系酸化物半導体、In−Al−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Al−Ga−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Al−Zn−O系酸化物半導体や、In−Hf−Zn−O系酸化物半導体、In−La−Zn−O系酸化物半導体、In−Ce−Zn−O系酸化物半導体、In−Pr−Zn−O系酸化物半導体、In−Nd−Zn−O系酸化物半導体、In−Pm−Zn−O系酸化物半導体、In−Sm−Zn−O系酸化物半導体、In−Eu−Zn−O系酸化物半導体、In−Gd−Zn−O系酸化物半導体、In−Tb−Zn−O系酸化物半導体、In−Dy−Zn−O系酸化物半導体、In−Ho−Zn−O系酸化物半導体、In−Er−Zn−O系酸化物半導体、In−Tm−Zn−O系酸化物半導体、In−Yb−Zn−O系酸化物半導体、In−Lu−Zn−O系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn−O系酸化物半導体、Sn−Zn−O系酸化物半導体、Al−Zn−O系酸化物半導体を用いても良い。   As the zinc oxide-based semiconductor, an oxide semiconductor containing ZnO as a maximum component is used, which is typically ZnO or ZnMgO, but an In—Sn—Ga—Zn—O-based oxide semiconductor, In—Ga— Zn-O-based oxide semiconductor, In-Sn-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Al-Zn-O-based oxide semiconductor, Sn-Ga-Zn-O-based oxide semiconductor, Al-Ga-Zn- O-based oxide semiconductor, Sn-Al-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Hf-Zn-O-based oxide semiconductor, In-La-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Ce-Zn-O Oxide semiconductor, In—Pr—Zn—O oxide semiconductor, In—Nd—Zn—O oxide semiconductor, In—Pm—Zn—O oxide semiconductor, In—Sm—Zn—O oxide Semiconductor, In-Eu-Zn-O-based oxide semiconductor In-Gd-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Tb-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Dy-Zn-O-based oxide semiconductor, In-Ho-Zn-O-based oxide semiconductor, In- Er-Zn-O-based oxide semiconductors, In-Tm-Zn-O-based oxide semiconductors, In-Yb-Zn-O-based oxide semiconductors, In-Lu-Zn-O-based oxide semiconductors, binary systems An In—Zn—O-based oxide semiconductor, a Sn—Zn—O-based oxide semiconductor, or an Al—Zn—O-based oxide semiconductor that is a metal oxide may be used.

このような、酸化亜鉛系半導体は、配向性を持ち、大きな圧電効果を発現する。なお、酸化亜鉛系半導体膜の形成方法としては、例えば、高周波スパッタリング法や原子層堆積法、パルスレーザ堆積法を用いることができ、このように成膜した酸化亜鉛系半導体膜は図において縦方向に配向したc軸配向膜となる。   Such a zinc oxide based semiconductor has orientation and exhibits a large piezoelectric effect. As a method for forming the zinc oxide-based semiconductor film, for example, a high-frequency sputtering method, an atomic layer deposition method, or a pulse laser deposition method can be used. The c-axis alignment film is oriented in the direction.

また、絶縁膜2をゲート絶縁膜として用いる場合には、酸化シリコン(SiO)やアルミナ(Al)、窒化シリコン(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、ポリイミド、酸化ハフニウム(HfO)を用いれば良い。 When the insulating film 2 is used as a gate insulating film, silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), polyimide, hafnium oxide ( HfO 2 ) may be used.

また、ソース電極4及びドレイン電極5としては、チタン(Ti)や金(Au)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、ZnO、InZnO或いはInGaZnOを用いれば良い。また、順スタガ的な構成の場合のゲート電極としても同様の材料を用いれば良い。なお、ソース電極4及びドレイン電極5の形成方法としては、各種の蒸着方法を用いることができ、例えば、電子線蒸着法や熱抵抗加熱蒸着法を用いることができる。   As the source electrode 4 and the drain electrode 5, titanium (Ti), gold (Au), aluminum (Al), molybdenum (Mo), ZnO, InZnO, or InGaZnO may be used. A similar material may be used for the gate electrode in the case of a forward staggered configuration. In addition, as a formation method of the source electrode 4 and the drain electrode 5, various vapor deposition methods can be used, for example, an electron beam vapor deposition method and a thermal resistance heating vapor deposition method can be used.

酸化亜鉛系半導体は大きな圧電効果を有する物質であり、応力を加えることにより表面または界面に電荷が誘起される。酸化亜鉛系半導体には基板との熱膨張係数の違いにより応力が印加されるが、酸化亜鉛系半導体を島状にした場合には、その端部では変形により応力が緩和されて中央部に応力がかかった状態になる。したがって、従来の島状領域全体がチャネル領域になるような幅細の島状領域の場合には、応力が緩和されてほとんど印加されなくなる。   A zinc oxide-based semiconductor is a substance having a large piezoelectric effect, and an electric charge is induced on a surface or an interface by applying a stress. Stress is applied to the zinc oxide-based semiconductor due to the difference in thermal expansion coefficient from the substrate, but when the zinc oxide-based semiconductor is made into an island shape, the stress is relieved by deformation at the end, and the stress is applied to the central portion. It will be in the state where it took. Therefore, in the case of a narrow island-shaped region in which the entire conventional island-shaped region becomes a channel region, the stress is relaxed and hardly applied.

一方、図1に示すように、トランジスタの真性チャネル領域6よりも広くデバイスアイソレーションすることにより、真性チャネル領域6に残留応力を発生させることができ、それによって、真性チャネル領域6に負の電荷を誘起させてしきい値Vth(Von)を正方向へシフトさせることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 1, by performing device isolation wider than the intrinsic channel region 6 of the transistor, residual stress can be generated in the intrinsic channel region 6, thereby causing negative charges in the intrinsic channel region 6. Can be induced to shift the threshold value V th (V on ) in the positive direction.

図2は、酸化亜鉛系半導体トランジスタの伝達特性を測定する際の距離(d)の定義の説明図であり、真性チャネル領域6のチャネル長方向の中心線からの距離をd〔μm〕として定義する。なお、図2(a)は要部平面図であり、図2(b)は図2(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the definition of the distance (d) when measuring the transfer characteristic of the zinc oxide based semiconductor transistor, and the distance from the center line in the channel length direction of the intrinsic channel region 6 is defined as d [μm]. To do. 2A is a plan view of the main part, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG.

図3は、酸化亜鉛系半導体トランジスタの伝達特性図であり、ここでは、基板をシリコン基板とし、酸化亜鉛系半導体を20nmの膜厚のZnOとして測定を行った。図に示すように、距離dが大きくなるほどしきい値Vthは正の方向にシフトし、d=53.6μmでほぼ飽和する。なお、d=64.5μmの特性も測定したが、d=101.6μmと重なり区別がつかないので図示は省略している。 FIG. 3 is a transfer characteristic diagram of a zinc oxide based semiconductor transistor. Here, the measurement was performed with the substrate being a silicon substrate and the zinc oxide based semiconductor being ZnO having a thickness of 20 nm. As shown in the figure, the threshold value Vth shifts in the positive direction as the distance d increases, and is almost saturated at d = 53.6 μm. The characteristic of d = 64.5 μm was also measured, but the illustration is omitted because it is indistinguishable from d = 101.6 μm.

図4は、本発明の実施の形態の酸化亜鉛系半導体トランジスタのオン電圧Vonの距離依存性の説明図であり、図3を別の観点から表わしたものである。図に示すように、d≒50μmから飽和する傾向がみられる。したがって、真性チャネル領域6のチャネル長方向の中心線からチャネル形成層3の端部までの距離d〔μm〕を50μm以上とすることで安定した改善効果が得られる。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the distance dependence of the on-voltage V on of the zinc oxide based semiconductor transistor according to the embodiment of the present invention, and represents FIG. 3 from another viewpoint. As shown in the figure, there is a tendency to saturate from d≈50 μm. Therefore, a stable improvement effect can be obtained by setting the distance d [μm] from the center line of the intrinsic channel region 6 in the channel length direction to the end of the channel formation layer 3 to 50 μm or more.

なお、酸化亜鉛系半導体膜にかかる応力はその膜厚に依存し、膜厚に反比例する。したがって、チャネル形成層の厚さをt〔nm〕とした場合、
d≧50×(20/t)
にすれば良い。また、チャネル幅方向の距離d′〔μm〕としても、
d′≧50×(20/t)
とすることが望ましく、それによって、チャネル幅方向に沿って均一な特性を得ることができる。
Note that the stress applied to the zinc oxide based semiconductor film depends on the film thickness and is inversely proportional to the film thickness. Therefore, when the thickness of the channel formation layer is t [nm],
d ≧ 50 × (20 / t)
You can do it. Also, the distance d ′ [μm] in the channel width direction is
d ′ ≧ 50 × (20 / t)
This makes it possible to obtain uniform characteristics along the channel width direction.

なお、このような関係は、シリコン基板とZnO膜との組み合わせ以外でも同様であるが、熱膨張係数の関係が異なるので、それぞれ伝達特性の距離d依存性を実測して、経験的に伝達特性における飽和と見做すことのできる距離を採用すれば良い。   This relationship is the same except for the combination of the silicon substrate and the ZnO film. However, since the relationship of the thermal expansion coefficient is different, the distance d dependence of the transfer characteristic is measured and empirically determined. A distance that can be regarded as saturation in is sufficient.

このような、酸化亜鉛系半導体トランジスタは可視光に対して透明であり、且つ、高耐圧であるので、1画素の大きな大型のフラットパネルディスプレイの駆動用トランジスタとして好適である。   Since such a zinc oxide based semiconductor transistor is transparent to visible light and has a high breakdown voltage, it is suitable as a driving transistor for a large flat panel display having one pixel.

次に、図5及び図8を参照して、本発明の実施例1のZnOトランジスタを説明する。図5は、本発明の実施例1のZnOトランジスタの構成説明図であり、図5(a)は要部平面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。   Next, a ZnO transistor according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a configuration explanatory view of a ZnO transistor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5 (a) is a plan view of a main part, and FIG. 5 (b) is an AA ′ in FIG. 5 (a). It is sectional drawing along the dashed-dotted line which connects.

図5に示すように、ゲート電極となるシリコン基板11上に厚さが100nmのSiOゲート絶縁膜12を介して厚さが20nmのZnOからなる島状領域14を設けてチャネル形成層とする。なお、この島状領域のサイズは200μm×143μmとする。次いで、厚さが10nmと100nmで100μm×20μmのサイズのTiとAuからなるソース電極16及びドレイン電極17を形成する。このソース電極16とドレイン領域17の外枠を結ぶ破線で示す矩形の領域が真性チャネル領域15となる。ここでは、チャネル長方向の真性チャネル領域15の端部と島状領域14の端部の距離を50μmとし、チャネル幅方向の真性チャネル領域15の端部と島状領域14の端部の距離を50μmとする。 As shown in FIG. 5, an island-like region 14 made of ZnO having a thickness of 20 nm is provided on a silicon substrate 11 serving as a gate electrode through a SiO 2 gate insulating film 12 having a thickness of 100 nm to form a channel formation layer. . The size of this island-shaped region is 200 μm × 143 μm. Next, a source electrode 16 and a drain electrode 17 made of Ti and Au having a thickness of 10 nm and 100 nm and a size of 100 μm × 20 μm are formed. A rectangular region indicated by a broken line connecting the outer frame of the source electrode 16 and the drain region 17 is an intrinsic channel region 15. Here, the distance between the end of the intrinsic channel region 15 in the channel length direction and the end of the island region 14 is 50 μm, and the distance between the end of the intrinsic channel region 15 and the end of the island region 14 in the channel width direction is 50 μm.

次に、図6乃至図8を参照して、本発明の実施例1のZnOトランジスタの製造工程を説明する。なお、各図において、図(a)は要部平面図であり、図(b)は図(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。まず、図6に示すように、シリコン基板11上に、シリコン基板11を熱酸化して厚さが100nmのSiOゲート絶縁膜12を成膜する。次いで、原子層堆積方法(ALD法)を用いて厚さが20nmのZnO多結晶膜13を成膜する。なお、このZnO多結晶膜13は自然にc軸配向した膜となる。 Next, with reference to FIGS. 6 to 8, a manufacturing process of the ZnO transistor according to the first embodiment of the present invention will be described. In addition, in each figure, figure (a) is a principal part top view, and figure (b) is sectional drawing along the dashed-dotted line which connects AA 'in figure (a). First, as shown in FIG. 6, the silicon substrate 11 is thermally oxidized on the silicon substrate 11 to form a SiO 2 gate insulating film 12 having a thickness of 100 nm. Next, a ZnO polycrystalline film 13 having a thickness of 20 nm is formed using an atomic layer deposition method (ALD method). The ZnO polycrystalline film 13 is a film naturally c-axis oriented.

次いで、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてZnO多結晶膜13を200μm×143μmのサイズの矩形形状にパターニングしてチャネル形成層となる島状領域14を形成する。   Next, as shown in FIG. 7, the ZnO polycrystalline film 13 is patterned into a rectangular shape with a size of 200 μm × 143 μm by using a photolithography technique and an etching technique to form an island-like region 14 that becomes a channel formation layer.

次いで、図8に示すように、フォトリソグラフィ技術及びリフトオフ技術を用いて厚さが10nmと100nmで100μm×20μmのサイズのTiとAuからなるソース電極16及びドレイン電極17を形成することによって実施例1のZnOトランジスタの基本構成が完成する。なお、TiとAu膜の成膜方法としては、電子線蒸着法を用いる。   Next, as shown in FIG. 8, the source electrode 16 and the drain electrode 17 made of Ti and Au having a thickness of 10 μm and 100 nm and a size of 100 μm × 20 μm are formed by using a photolithography technique and a lift-off technique. The basic structure of one ZnO transistor is completed. Note that an electron beam evaporation method is used as a method for forming the Ti and Au films.

このように、本発明の実施例1においては、島状領域14を真性チャネル領域15より大きく、即ち、真性チャネル領域15よりも広くデバイスアイソレーションしているので、真性チャネル領域15に電荷が再現性良く有意に残留し、しきい値が正にシフトする。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the island-shaped region 14 is larger than the intrinsic channel region 15, that is, wider than the intrinsic channel region 15, so that the charge is reproduced in the intrinsic channel region 15. It remains significantly in good character and the threshold value shifts positively.

次に、図9を参照して、本発明の実施例2のZnOトランジスタを説明するが、この実施例2は順スタガ型の構造にしたものである。図9は、本発明の実施例1のZnOトランジスタの構成説明図であり、図9(a)は要部平面図であり、図9(b)は、図9(a)におけるA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。   Next, a ZnO transistor according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 9. This Example 2 has a forward stagger type structure. FIG. 9 is a configuration explanatory view of the ZnO transistor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 9A is a plan view of a main part, and FIG. 9B is an AA ′ in FIG. 9A. It is sectional drawing along the dashed-dotted line which connects.

図9に示すように、シリコン基板21の表面に熱酸化によりSiO膜22を形成し、その上に、高周波スパッタリング法によって厚さが20nmのZnO多結晶膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてZnO多結晶膜を200μm×143μmのサイズの矩形形状にパターニングしてチャネル形成層となる島状領域23を形成する。 As shown in FIG. 9, a SiO 2 film 22 is formed on the surface of a silicon substrate 21 by thermal oxidation, and a ZnO polycrystalline film having a thickness of 20 nm is deposited thereon by high frequency sputtering. Next, the ZnO polycrystalline film is patterned into a rectangular shape having a size of 200 μm × 143 μm by using a photolithography technique and an etching technique to form island-like regions 23 that become channel forming layers.

次いで、フォトリソグラフィ技術及びリフトオフ技術を用いて厚さが10nmと100nmで100μm×20μmのサイズのTiとAuからなるソース電極26及びドレイン電極27を形成する。次いで、プラズマCVD法を用いて厚さが30nmのSiN(Si)ゲート絶縁膜24を形成する。なお、ここでは、ソース電極26とドレイン電極27を覆うSiN膜は図示を省略している。 Next, a source electrode 26 and a drain electrode 27 made of Ti and Au having a thickness of 10 nm and 100 nm and a size of 100 μm × 20 μm are formed by using a photolithography technique and a lift-off technique. Next, a SiN (Si 3 N 4 ) gate insulating film 24 having a thickness of 30 nm is formed by plasma CVD. Here, the SiN film covering the source electrode 26 and the drain electrode 27 is not shown.

次いで、再び、フォトリソグラフィ技術及びリフトオフ技術を用いて100μm×1μmのサイズのTi(厚さが50nm)とAu(厚さが100nm)を積層したゲート電極25を形成することで、本発明の実施例2のZnOトランジスタの基本構成が完成する。   Next, the gate electrode 25 in which Ti (thickness is 50 nm) and Au (thickness is 100 nm) having a size of 100 μm × 1 μm is formed again by using the photolithography technique and the lift-off technique, thereby implementing the present invention. The basic configuration of the ZnO transistor of Example 2 is completed.

本発明の実施例2においては、順スタガ型の構造としているが、ここでも真性チャネル領域28よりも広くデバイスアイソレーションしているので、真性チャネル領域28に電荷が再現性良く有意に残留し、しきい値が正にシフトする。   In Example 2 of the present invention, the structure is a forward stagger type structure. However, since the device isolation is larger than that in the intrinsic channel region 28, the charge remains in the intrinsic channel region 28 with good reproducibility. The threshold shifts positive.

ここで、実施例1及び実施例2を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)表面が平坦な基板と、前記基板上に形成された絶縁膜と前記絶縁膜上に形成された酸化亜鉛系半導体からなる島状のチャネル形成層と、前記チャネル形成層上に形成されたソース電極とドレイン電極とを有し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の真性チャネル領域の残留応力が、前記真性チャネル領域より外側の周辺部の残留応力よりも大きいことを特徴とする酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記2)前記基板がゲート電極であり、且つ、前記絶縁膜がゲート絶縁膜であることを特徴とする付記1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記3)前記基板が、導電性半導体基板或いは金属基板のいずれかであり、前記絶縁膜がSiO、Al、Si、AlN、HfO或いはポリイミドのいずれかであることを特徴とする付記2に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記4)前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記チャネル形成層上にゲート絶縁膜を設けるとともに、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を設けたことを特徴とする付記1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記5)前記基板がシリコン基板であり、前記真性チャネル領域のチャネル長方向の中心線から前記チャネル形成層の端部までの距離d〔μm〕が、前記チャネル形成層の厚さをt〔nm〕とした場合、
d≧50×(20/t)
であることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記6)前記真性チャネル領域のチャネル幅方向の端部から、前記チャネル形成層の端部までの距離d′〔μm〕が
d′≧50×(20/t)
であることを特徴とする付記5に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記7)前記酸化亜鉛系半導体は、ZnOを最大成分とする酸化物半導体であることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
(付記8)付記1乃至付記3のいずれか1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタを画素スイッチングトランジスタとして用いたことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Example 1 and Example 2.
(Appendix 1) A substrate having a flat surface, an insulating film formed on the substrate, an island-shaped channel forming layer made of a zinc oxide-based semiconductor formed on the insulating film, and formed on the channel forming layer A residual stress in an intrinsic channel region between the source electrode and the drain electrode is greater than a residual stress in a peripheral portion outside the intrinsic channel region. Zinc oxide based semiconductor transistor.
(Supplementary note 2) The zinc oxide based semiconductor transistor according to supplementary note 1, wherein the substrate is a gate electrode and the insulating film is a gate insulating film.
(Appendix 3) The substrate is either a conductive semiconductor substrate or a metal substrate, and the insulating film is any one of SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , AlN, HfO 2 or polyimide. The zinc oxide-based semiconductor transistor according to appendix 2, characterized by:
(Supplementary note 4) The oxidation according to supplementary note 1, wherein a gate insulating film is provided on the channel formation layer between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode is provided on the gate insulating film. Zinc-based semiconductor transistor.
(Supplementary Note 5) The substrate is a silicon substrate, and the distance d [μm] from the center line in the channel length direction of the intrinsic channel region to the end of the channel formation layer indicates the thickness of the channel formation layer t [ nm]
d ≧ 50 × (20 / t)
The zinc oxide-based semiconductor transistor according to any one of appendix 1 to appendix 3, wherein
(Supplementary Note 6) The distance d ′ [μm] from the end of the intrinsic channel region in the channel width direction to the end of the channel forming layer is d ′ ≧ 50 × (20 / t)
The zinc oxide-based semiconductor transistor according to appendix 5, wherein
(Supplementary note 7) The zinc oxide-based semiconductor transistor according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the zinc oxide-based semiconductor is an oxide semiconductor containing ZnO as a maximum component.
(Supplementary note 8) A flat panel display using the zinc oxide semiconductor transistor according to any one of supplementary notes 1 to 3 as a pixel switching transistor.

1 基板
2 絶縁膜
3 チャネル形成層
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6 真性チャネル領域
11 シリコン基板
12 SiOゲート絶縁膜
13 ZnO多結晶膜
14 島状領域
15 真性チャネル領域
16 ソース電極
17 ドレイン電極
21 シリコン基板
22 SiO
23 島状領域
24 SiNゲート絶縁膜
25 ゲート電極
26 ソース電極
27 ドレイン電極
28 真性チャネル領域
31 ゲート電極
32 ゲート絶縁膜
33 ZnOチャネル領域
34 ソース電極
35 ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Insulating film 3 Channel formation layer 4 Source electrode 5 Drain electrode 6 Intrinsic channel region 11 Silicon substrate 12 SiO 2 Gate insulating film 13 ZnO polycrystalline film 14 Island-like region 15 Intrinsic channel region 16 Source electrode 17 Drain electrode 21 Silicon substrate 22 SiO 2 film 23 Island-like region 24 SiN gate insulating film 25 Gate electrode 26 Source electrode 27 Drain electrode 28 Intrinsic channel region 31 Gate electrode 32 Gate insulating film 33 ZnO channel region 34 Source electrode 35 Drain electrode

Claims (7)

表面が平坦な基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と
前記絶縁膜上に形成された酸化亜鉛系半導体からなる島状のチャネル形成層と、
前記チャネル形成層上に形成されたソース電極とドレイン電極と
を有し、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の真性チャネル領域の残留応力が、前記真性チャネル領域より外側の周辺部の残留応力よりも大きいこと
を特徴とする酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
A substrate with a flat surface;
An insulating film formed on the substrate; and an island-shaped channel forming layer made of a zinc oxide-based semiconductor formed on the insulating film;
A source electrode and a drain electrode formed on the channel formation layer;
A zinc oxide based semiconductor transistor, wherein a residual stress in an intrinsic channel region between the source electrode and the drain electrode is larger than a residual stress in a peripheral portion outside the intrinsic channel region.
前記基板がゲート電極であり、且つ、
前記絶縁膜がゲート絶縁膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
The substrate is a gate electrode, and
The zinc oxide based semiconductor transistor according to claim 1, wherein the insulating film is a gate insulating film.
前記基板が、導電性半導体基板、金属基板或いはポリイミド系フィルムのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。   The zinc oxide semiconductor transistor according to claim 1, wherein the substrate is any one of a conductive semiconductor substrate, a metal substrate, and a polyimide film. 前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記チャネル形成層上にゲート絶縁膜を設けるとともに、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を設けた
ことを特徴とする請求項1に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
Providing a gate insulating film on the channel formation layer between the source electrode and the drain electrode;
2. The zinc oxide based semiconductor transistor according to claim 1, wherein a gate electrode is provided on the gate insulating film.
前記基板がシリコン基板であり、
前記真性チャネル領域のチャネル長方向の中心線から前記チャネル形成層の端部までの距離d〔μm〕が、前記チャネル形成層の厚さをt〔nm〕とした場合、
d≧50×(20/t)
であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。
The substrate is a silicon substrate;
When the distance d [μm] from the center line in the channel length direction of the intrinsic channel region to the end of the channel formation layer is the thickness of the channel formation layer t [nm],
d ≧ 50 × (20 / t)
The zinc oxide based semiconductor transistor according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記絶縁膜がSiO、Al、Si、AlN、HfO或いはポリイミドのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。 6. The zinc oxide according to claim 1, wherein the insulating film is one of SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , AlN, HfO 2, or polyimide. Semiconductor transistor. 前記酸化亜鉛系半導体が、c軸配向性を有する多結晶膜であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の酸化亜鉛系半導体トランジスタ。   The zinc oxide based semiconductor transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the zinc oxide based semiconductor is a polycrystalline film having c-axis orientation.
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