Полевой транзистор

Полевой транзистор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к полевому транзистору, использующему аморфный оксид.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы плоскопанельный дисплей (ППД) получил широкое распространение в результате технологического прогресса в области жидких кристаллов и электролюминесценции (EL). ППД приводится в действие посредством схемы активной матрицы, состоящей из тонкопленочного полевого транзистора (ТПТ), использующего в качестве активного слоя тонкую аморфную кремниевую пленку или тонкую пленку из поликристаллического кремния, расположенную на стеклянной подложке.

С другой стороны, была сделана попытка вместо стеклянной подложки использовать легкую и гибкую полимерную подложку, чтобы еще больше уменьшить толщину ППД, сделать его более тонким и стойким к разрушению. Однако поскольку для производства транзистора с использованием вышеописанной тонкой кремниевой пленки требуется термический процесс со сравнительно высокой температурой, трудно сформировать тонкую кремниевую пленку непосредственно на полимерной подложке с низкой термостойкостью.

В связи с этим активно разрабатывался (выложенная заявка на патент Японии №2003-298062) ТПТ, использующий тонкую полупроводниковую оксидную пленку, такую как ZnO тонкую пленку, который может быть сформирован в виде пленки при низкой температуре.

Однако не был получен транзистор, который одновременно обладал бы всеми требуемыми свойствами: прозрачностью, электрическими свойствам ТПТ, свойствами пленки, изолирующей затвор, предотвращение тока утечки и адгезивностью между активным слоем и подложкой.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к новому полевому транзистору, использующему аморфный оксид.

Дополнительно настоящее изобретение относится к получению транзистора, который имеет хорошие характеристики в отношении, по меньшей мере, одного из свойств: прозрачность, электрические свойства ТПТ, свойства пленки, изолирующей затвора, предотвращение тока утечки и адгезивность между активным слоем и подложкой.

Согласно первому варианту осуществления предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, изолятор затвора, электрод затвора и активный слой, причем активный слой содержит аморфный оксид, в котором концентрация электронных носителей ниже 10¹⁸/см³, или аморфный оксид, в котором подвижность электронов увеличивается с увеличением концентрации электронных носителей; и

по меньшей мере, один из электрода истока, электрода стока и электрода затвора является прозрачным для видимого света.

Полевой транзистор предпочтительно имеет металлическую проводку, соединенную, по меньшей мере, с одним из электрода истока, электрода стока и электрода затвора.

Аморфный оксид предпочтительно представляет собой оксид, содержащий, по меньше мере, одно из In, Zn или Sn или оксид, содержащий In, Zn и Ga.

Согласно второму варианту осуществления предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, изолятор затвора, электрод затвора и активный слой:

причем активный слой содержит аморфный оксид, в котором концентрация электронных носителей ниже 10¹⁸/см³, или аморфный оксид, в котором подвижность электронов увеличивается с увеличением концентрации электронных носителей; и

имеющий слоистую структуру, состоящую из первого слоя, в котором, по меньшей мере, один из электрода истока, электрода стока и электрода затвора является прозрачным для видимого света, и второй слой, состоящий из металла, или

имеющий слоистую структуру, состоящую из первого слоя, в котором проводное соединение, по меньшей мере, одного из электрода истока, электрода стока и электрода затвора является прозрачным для видимого света, и второй слой, состоящий из металла.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, пленку, изолирующую затвор, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой состоит из аморфного оксида, прозрачного для видимого света, и, по меньшей мере, один из электрода истока, электрода стока и электрода затвора является прозрачным для видимого света.

Транзистор предпочтительно представляет собой транзистор нормально выключенного типа, использующий активный слой.

Металлическая проводка предпочтительно соединена с электродом, прозрачным для видимого света, который принадлежит электроду истока, электроду стока или электроду затвора.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, пленку, изолирующую затвор, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой состоит из аморфного оксида, в котором концентрация электронных носителей ниже 10¹⁸/см³, и пленка, изолирующая затвор, состоит из первого слоя, который находится в контакте с аморфным оксидом, и второй слой, отличающийся от первого слоя, наслоен на первый слой.

Первый слой предпочтительно представляет собой изолирующий слой, содержащий HfO₂, Y₂O₃, или смешанное кристаллическое соединение, содержащее HfO₂, Y₂О₃.

Аморфный оксид предпочтительно представляет собой оксид, содержащий, по меньшей мере, один из In, Zn и Sn, или оксид, содержащий In, Zn и Ga.

Первый слой предпочтительно представляет собой слой для улучшения границы раздела для улучшения свойств границы раздела с активным слоем, и второй слой представляет собой слой, предотвращающий утечку тока для предотвращения утечки электрического тока.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, изолятор затвора, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой состоит из аморфного оксида, а изолятор затвора состоит из первого слоя, находящегося в контакте с аморфным оксидом, и второго слоя, отличающегося от первого слоя и наслоенного на первый слой.

Аморфный оксид предпочтительно является любым одним, выбранным из группы, состоящей из оксида, состоящего из In, Zn и Sn; оксида, состоящего из In и Zn; оксида, состоящего из In и Sn; и оксида, состоящего из In.

Транзистор предпочтительно представляет собой транзистор нормально выключенного типа.

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, пленку, изолирующую затвор, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой состоит из аморфного оксида, в котором концентрация электронных носителей ниже 10¹⁸/см³, или аморфного оксида, в котором подвижность электронов увеличивается с увеличением концентрации электронных носителей; и

между активным слоем и слоем, изолирующим затвор, предусмотрен пассивирующий слой.

Аморфный оксид предпочтительно представляет собой оксид, содержащий, по меньшей мере, один из In, Zn и Sn; или оксид, содержащий In, Zn и Ga.

Пассивирующий слой предпочтительно представляет собой слой, предотвращающий утечку тока, для предотвращения утечки электрического тока.

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, изолятор затвора, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой содержит аморфный оксид; и

между активным слоем и изолятором затвора предусмотрен пассивирующий слой.

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, пленку, изолирующую затвор, электрод затвора и активный слой на подложке:

причем активный слой содержит аморфный оксид, в котором концентрация электронных носителей ниже 10¹⁸/см³, или аморфный оксид, в котором подвижность электронов увеличивается с увеличением концентрации электронных носителей; и

между активным слоем и подложкой предусмотрен слой, покрывающий поверхность.

Аморфный оксид предпочтительно представляет собой оксид, содержащий, по меньшей мере, один из In, Zn и Sn; или оксид, содержащий In, Zn и Ga.

Слой, покрывающий поверхность, предпочтительно представляет собой слой, улучшающий адгезию, для улучшения адгезивности между подложкой и активным слоем.

Согласно девятому аспекту настоящего изобретения предоставляется полевой транзистор, содержащий электрод истока, электрод стока, изолятор затвора, электрод затвора и активный слой,

причем активный слой содержит аморфный оксид; и

между активным слоем и подложкой предусмотрен слой, покрывающий поверхность.

В результате исследования авторами настоящего изобретения оксидных полупроводников было обнаружено, что вышеупомянутый ZnO сформирован в состоянии поликристаллической фазы, вызывая рассеяние носителей на поверхности раздела между поликристаллическими зернами и уменьшение тем самым подвижности электронов. Более того, было обнаружено, что ZnO подвержен возникновению в нем кислородных дефектов, создавая электроны-носители, которые затрудняют снижение электропроводности. Таким образом, даже если напряжение затвора не приложено к транзистору между терминалом истока и терминалом стока, возникает сильный электрический ток, что делает невозможным создание ТПТ нормально выключенного типа и получение высокого отношения ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО для транзистора.

Авторы настоящего изобретения исследовали оксидную пленку

Zn_xM_yIn_zO_{(x+3y/2+3z/2)} (М, по меньшей мере, один элемент из Al и Ga), описанную в выложенной японской заявке на патент №2000-044236. Этот материал содержит электронные носители с концентрацией не ниже 1×10¹⁸/см³ и является подходящим в качестве простого прозрачного электрода. Однако оксид, содержащий электронный носитель с концентрацией не ниже 1×10¹⁸/см³, используемый в канальном слое ТПТ, не может обеспечить эффективное отношение ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО и не является подходящим для ТПТ нормально выключенного типа. Таким образом, обычный аморфный оксид не может обеспечить пленку с концентрацией носителя ниже

1×10¹⁸/см³.

Авторы настоящего изобретения изготовили ТПТ, используя в качестве активного слоя полевого транзистора аморфный оксид с концентрацией носителей ниже

1×10¹⁸/см³. Было обнаружено, что ТПТ имеет желаемые свойства и может использоваться в устройстве отображения изображения, подобного светоизлучающему устройству.

Более того, авторы настоящего изобретения исследовали материал InGaO₃(ZnO)_m и условия формирования пленки для такого материала и обнаружили, что концентрацию носителей такого материала можно регулировать таким образом, чтобы она была ниже 1×10¹⁸/см³ путем управления параметрами кислородной атмосферы при формировании пленки.

Согласно настоящему изобретению предоставляется новый полевой транзистор с использованием аморфного оксида в качестве активного слоя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой диаграмму, показывающую связь между концентрацией электронных носителей в аморфном оксиде In-Ga-Zn-O типа, сформированном в процессе осаждения импульсным лазерным осаждением при парциальном давлении кислорода во время формирования пленки.

Фиг.2 представляет собой диаграмму, показывающую зависимость подвижности электронов от концентрации носителей аморфного оксида In-Ga-Zn-O типа, сформированного в процессе осаждения импульсным лазерным осаждением из паровой фазы.

Фиг.3 представляет собой диаграмму, показывающую зависимость от электропроводности аморфного оксида In-Ga-Zn-O типа, сформированного способом высокочастотного напыления, использующим газообразный аргон при парциальном давлении кислорода во время формирования пленки.

Фиг.4А, 4В и 4С представляют собой диаграммы, показывающие изменение электропроводности, концентрации носителей и подвижности электронов в зависимости от значения х для пленки InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)₄, сформированной способом импульсного лазерного осаждения в атмосфере при парциальном давлении кислорода, равном 0,8 Па;

Фиг.5 представляет схематичную структуру МДП-транзистора с верхним затвором, полученного в примерах 6-10.

Фиг.6 представляет собой диаграмму, показывающую вольтамперную характеристику МДП-транзистора с верхним затвором, использующим Y₂О₃ в качестве пленки, изолирующей затвор, полученный в примере 6.

Фиг.7А, 7В, 7С, 7D, 7Е и 7F показывает первый пример процесса изготовления ТПТ настоящего изобретения.

Фиг.8А, 8В, 8С, 8D, 8Е и 8F показывает второй пример процесса изготовления ТПТ настоящего изобретения.

Фиг.9G, 9Н, 9I, 9J, 9K и 9L показывает первый пример процесса изготовления ТПТ настоящего изобретения.

На фиг.10 схематично показана структура МДП-транзистора с верхним затвором, полученным в примере 1.

На фиг.11 схематично показано устройство для формирования пленки процессом PLD.

На фиг.12 схематично показано устройство для формирования пленки процессом напыления.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описано строение активного слоя полевого транзистора согласно настоящему изобретению.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что некоторые виды тонких аморфных пленок из полуизолирующего оксида имеют характеристики, при которых подвижность электронов в них увеличивается с увеличением количества электронов проводимости, и более того обнаружили, что ТПТ, изготовленный путем использования такой пленки, имеет улучшенные характеристики транзистора, такие как отношение ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, ток насыщения в состоянии отсечки и скорость переключения.

Путем использования прозрачной полуизолирующей тонкой пленки в качестве канального слоя пленочного транзистора можно регулировать ток между терминалом стока и терминалом истока (без приложения напряжения затвора) таким образом, чтобы он был ниже 10 микроампер, предпочтительно ниже 0,1 микроампер, при подвижности электронов выше 1 см²/B*сек, предпочтительно выше 5 см²/В*сек, и при концентрации электронных носителей ниже 1×10¹⁸/см³, предпочтительно ниже 1×10¹⁶/см³. Более того, путем использования тонкой пленки может быть увеличен ток насыщения до 10 микроампер или более после отсечки, и отношение ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО может быть увеличено более чем 1×10³ при подвижности электронов выше 1 см²/В*сек, предпочтительно 5 см²/В*сек.

В состоянии отсечки ТПТ к терминалу затвора прикладывается высокое напряжение и электроны в канале имеют высокую плотность. Следовательно, согласно настоящему изобретению ток насыщения может увеличиваться согласно увеличению подвижности электронов. Таким образом, почти все характеристики транзистора улучшаются, такие как отношение ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО, увеличен ток насыщения, увеличена скорость переключения. Напротив, в обычном соединении увеличение количества электронов снижает подвижность электронов из-за столкновений между электронами.

Структура вышеупомянутого ТПТ может представлять собой шахматную структуру (верхний затвор), в которой пленка, изолирующая затвор, и затвор терминала последовательно формируют на полупроводниковом канальном слое, или обратную шахматную структуру (нижний затвор), в которой пленка, изолирующая затвор, и слой полупроводящего канала последовательно формируют на терминале затвора.

Специфический пример аморфного оксида, состоящий из активного слоя, представляет собой оксид в кристаллическом состоянии, содержащий In-Ga-Zn-O, в виде InGaO₃(ZnO)_m (m - натуральное число меньше 6). Другой пример представляет собой оксид, содержащий In-Ga-Zn-Mg-O, в виде InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m (m - натуральное число меньше 6, 0<х≤1), содержащий электронные носители с концентрацией ниже

1×10¹⁸/см³.

Аморфные оксидные пленки предпочтительно показывают подвижность электронов выше 1 см²/В*сек.

Обнаружено, что путем использования вышеуказанной пленки в качестве канального слоя может быть изготовлен ТПТ, который является нормально выключенным с током затвора ниже 0,1 микроампера в транзисторе в состоянии ВЫКЛЮЧЕНО, имеющем отношение ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО выше 1×10³ и являющимся прозрачным для видимого света и гибким.

В вышеуказанной прозрачной пленке подвижность электронов увеличивается с увеличением количества проводящих электронов. Подложка для формирования прозрачной пленки включает в себя стеклянные пластины, пластмассовые пластины и пластмассовые пленки.

В предпочтительном варианте осуществления, использующем вышеуказанную оксидную пленку в качестве канального слоя, транзистор получают путем формирования электродного слоя из, по меньшей мере, слоя, состоящего из SnO₂, In₂O₃, ITO, Tl₂О₃, TlOF, SrTiO₃, EuO, TiO или VO в качестве прозрачного электрода.

В другом предпочтительном варианте осуществления, использующем вышеуказанную прозрачную оксидную пленку в качестве канального слоя, транзистор получают путем формирования электродного слоя из, по меньшей мере, одного из слоев, состоящих из Au, Ag, Al или Cu в качестве электрода.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления, использующем вышеуказанную прозрачную оксидную пленку в качестве канального слоя, транзистор получают путем формирования изолятора затвора из, по меньшей мере, одного из слоев, состоящих из Y₂О₃ или HfO₂, или смешанного кристаллического соединения, или SiO₂, Si₃N₄, TiO₂, Та₂O₅, PbTiO₃, ВаТа₂O₆, SrTiO₃, MgO или AlN, или их аморфного состава.

Еще в одном варианте осуществления пленку формируют в атмосфере, содержащей газообразный кислород без намеренного добавления примеси для увеличения электрического сопротивления.

Процесс изготовления аморфной оксидной пленки и процесс изготовления ТПТ, использующий аморфный оксид, более подробно объяснены после описания первого-третьего вариантов осуществления.

Структурные требования, отличающиеся от требований к активному слою полевого транзистора, описаны в пятом-девятом аспектах настоящего изобретения на примере первого-третьего вариантов осуществления.

Для нижеследующих первого-третьего вариантов осуществления предпочтительным является использование такого активного слоя, электрода, материала для изолятора затвора и т.п., как описано выше. Однако изобретение в соответствии с нижеприведенными вариантами осуществления не ограничено вышеуказанным активным слоем и т.п.

Первый вариант осуществления: прозрачные S, D, G электроды или слоистые электроды

Полевой транзистор настоящего изобретения принадлежит к категории вышеуказанных первому, второму и третьему аспектам настоящего изобретения.

Описание "прозрачный для видимого света" означает состояние, при котором материал является прозрачным, по меньшей мере, для части спектра с длиной волны видимого света. Прозрачность означает состояние не только поглощения света, а также проницаемости части видимого света. В настоящем изобретении коэффициент пропускания видимого света не является ниже 40%, более предпочтительно не ниже 60%, более предпочтительно не ниже 80%.

Таким образом, высокопрозрачное устройство реализуется путем получения прозрачности, по меньшей мере, части электрода или другого элемента, составляющего транзистор.

Желательно, все из электрода истока, электрода стока, электрода затвора и пленки, изолирующей затвор, являются прозрачными для видимого света.

Примеры электродов, прозрачных для видимого света, представляют собой электроды, сформированные из SnO₂, In₂O₃, ITO, Tl₂О₃, TlOF, SrTiO₃, EuO, TiO или VO.

Обычно, материал электрода, прозрачный для видимого света, имеет низкую электропроводность или высокую электрическую сопротивляемость. Следовательно, устройство отображения, которое имеет проводку, сформированную полностью из такого электродного материала, будет иметь высокое паразитное сопротивление. Следовательно, проводка составлена наслоением первого слоя, сформированного из материала, прозрачного для видимого света, и второго слоя, сформированного из золота, меди, алюминия или подобного металла или сплава, содержащего металл. По существу, например, первый прозрачный слой используется вокруг транзистора, другую часть формируют путем наслаивания первого слоя и второго слоя, и проволочный вывод формируют вторым слоем, имеющим высокую электропроводность, таким образом может быть уменьшено паразитное сопротивление. Конечно, сам вышеуказанный электрод истока, электрод стока или электрод затвора может быть сформирован при помощи слоистой структуры.

Активный слой полевого транзистора согласно третьему аспекту настоящего изобретения состоит, как указывалось выше, из аморфного оксида прозрачного для видимого света. Такой активный слой предпочтительно составляет транзистор нормально выключенного типа.

С точки зрения первого аспекта настоящего изобретения активный слой согласно третьему аспекту настоящего изобретения формируют из аморфного оксида, который содержит носители с концентрацией ниже 1×10¹⁸/см³, при этом подвижность электронов не увеличивается с увеличением концентрации носителей, и он является прозрачным для видимого света, и, по меньшей мере, один из электрода истока, электрода стока и электрода затвора является прозрачным для видимого света.

Таким образом, может быть получено устройство, имеющее большую площадь прозрачной области путем изготовления прозрачными, по меньшей мере, части электродов или других элементов, составляющих транзистор.

Второй вариант: Многослойный изолятор затвора

Полевой транзистор настоящего изобретения относится к указанным выше четвертому и пятому аспектам настоящего изобретения. Активный слой такого варианта осуществления предпочтительно состоит из прозрачного аморфного оксида, состоящего, по меньшей мере, из In-Ga-Zn-O, представленного в кристаллическом состоянии формулой вида InGaO₃(ZnO)_m (m - натуральное число меньше 6), содержащем концентрацию носителей ниже 1×10¹⁸/см³; или прозрачный аморфный оксид, содержащий In-Ga-Zn-Mg-O, представленный в кристаллическом состоянии в виде InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m (m - натуральное число меньше 6; 0<х≤1).

Первый слой, состоящий из пленки, изолирующей затвор, состоит, например, из HfO₂ или Y₂О₃, или смешанного из них кристаллического соединения. Второй слой состоит, например, из SiO₂, Si₃N₄, TiO₂, Ta₂O₅, PbTiO₃, ВаТа₂О₆, SrTiO₃, MgO или AlN, или аморфной структуры, состоящей из вышеуказанного вещества.

Вышеуказанные материалы первого слоя и второго слоя и материалы первого и второго слоев можно соответственно использовать для первого и второго слоев.

HfO₂ и Y₂О₃ являются хорошим материалом, имеющим высокую способность возбуждения тока благодаря их высокой диэлектрической постоянной. Согласно исследованиям авторов изобретения использование HfO₂ или Y₂О₃ в качестве пленки, изолирующей затвор в комбинации с канальным слоем, состоящим из InGaO₃(ZnO)_m или InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m, позволяет создать ТПТ, показывающий исключительно высокую подвижность и низкое пороговое значение. Механизм этого неизвестен, но предположительно HfO₂ или Y₂О₃ формируют хорошую границу раздела с

InGaO₃(ZnO)_m или InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m, которая улучшает свойства границы раздела.

К тому же требуется пленка, изолирующая затвор, чтобы предотвратить утечку затвора. Утечка затвора может происходить в части с различающимися слоями, на конце электрода 6 истока и электрода 5 стока, как показано на фиг.5. Следовательно, толщина слоя 3, изолирующего затвор, предпочтительно равна толщине электрода 6 истока и электрода 5 стока или в два раза больше их толщины.

Однако, поскольку Hf и Y являются дорогостоящими, толщина пленки, изолирующей затвор, из HfO₂ или Y₂О₃ становится серьезным фактором увеличения стоимости при изготовлении пластины ТПТ большой площади.

С другой стороны, HfO₂ или Y₂O₃ способны к формированию удовлетворительной границы раздела с аморфным оксидом, таким как InGaO₃(ZnO)_m или

InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m. Следовательно, такая пленка, изолирующая затвор, используется только вокруг границы раздела с канальным слоем, и на нем формируют второй слой, изолирующий затвор, из недорогостоящего материала, такого как SiO₂ и Al₂O₃ с заданной толщиной. То есть, второй электрод затвора служит в качестве слоя, предотвращающего утечку.

Таким образом, утечку затвора можно эффективно предотвратить, используя при этом хорошие свойства границы раздела с HfO₂ или Y₂O₃. Следовательно, согласно настоящему изобретению даже с небольшим количеством Hf или Y может быть получен ТПТ, который демонстрирует большую подвижность, низкое пороговое значение и имеет высокую надежность без утечки затвора. Таким образом, вышеуказанная конструкция, в частности, является подходящей для пластины ТПТ большой площади с точки зрения высокой производительности и низкой стоимости продукта.

Согласно исследованиям авторов изобретения может возникнуть проблема, если электропроводящий слой или т.п., сформированный или вытравленный, расположен на поверхности канального слоя, состоящего из InGaO₃(ZnO)_m или InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m, до формирования слоя, изолирующего затвор, на канальном слое: ток в сформированном ТПТ может изменяться со временем, или может происходить замыкание затвора. Хотя подробный механизм этого не известен, возможно, это явление может быть вызвано нежелательной диффузией примеси в канальный слой, сильной неровностью поверхности или формированием частиц.

На фиг.7А-7F показано строение ТПТ и процесс его изготовления так, чтобы избежать вышеуказанные проблемы:

(7А) Канальный слой (2701) формируют на подложке 2700.

(7В) Поверхность покрывают маской 2702 и формируют электрод 2703 стока и электрод 2704 истока. Маску 2702 немного поднимают над канальным слоем 2701 для предотвращения контакта с поверхностью канального слоя 2701. После удаления маски 2702 остаются электрод 2703 стока и электрод 2704 истока.

(7С) Формируют первую пленку 2705, изолирующую затвор, и вторую пленку 2706, изолирующую затвор. На этапах 7А-7С операции прикрепления и открепления маски предпочтительно выполняют без подачи внешнего воздуха, например, в вакууме.

(7D) Через отверстие 2707 формируют соединение с электродом стока, а через отверстие 2708 формируют соединение с электродом истока посредством пленок 2705, 2706, изолирующих затвор.

(7Е) Формируют проводящий слой 2709.

(7F) Проводящую пленку 2709 изготавливают по паттерну для формирования проводного соединения 2710, выводя его из электрода стока, проводного соединения 2711, выводя его из электрода истока и электрода 2712 затвора.

В вышеуказанных этапах поверхность канального слоя 2701 не нарушается формированием проводящего слоя и других пленок и вытравливанием, так что ТПТ получают с высокой производительностью и высокой надежностью.

На фиг.8А-8F и 9G-9L показано более эффективное строение ТПТ и его изготовление для предотвращения утечки затвора и увеличения эффективности возбуждения электрода затвора.

(8А) На подложке 2800 формируют канальный слой.

(8В) Формируют первую пленку 2802, изолирующую затвор. На этапах 8А и 8В операции предпочтительно выполняют без подачи внешнего воздуха, например, в вакууме.

(8С) Наносят фоторезист 2803.

(8D) Фоторезист 2803 формируют по паттерну.

(8Е) Вытравливают первую пленку 2802, изолирующую затвор, для формирования окна 2804 для электрода стока и окна 2805 для электрода 2805 истока.

(8F) Формируют первый проводящий слой 2806.

(9G) Неиспользуемую часть проводящего слоя 2806 удаляют в направлении стрелки А.

(9Н) Формируют электрод 2807 стока и электрод 2808 истока.

(9I) Формируют вторую пленку 2809, изолирующую затвор.

(9J) Изготавливают по паттерну вторую пленку, изолирующую затвор, для формирования соединения с электродом истока через отверстие 2810 и для формирования соединения с электродом стока через отверстие 2811.

(9K) Формируют второй проводящий слой 2812.

(9L) Изготавливают по паттерну вторую проводящую пленку 2812 для формирования проводного соединения 2813, чтобы вывести его из электрода стока, проводного соединения 2814, чтобы вывести его из электрода истока, и электрод 2815 затвора.

В вышеуказанном процессе первый слой 2802, изолирующий затвор, полностью покрывает канальный слой 2801, но не покрывает электрод 2808 стока и электрод 2809 истока. Следовательно, высота поверхностей первой пленки 2802, изолирующей затвор, электрода 2808 стока и электрода 2809 истока являются одинаковой. Соответственно, разница в уровне второй пленки 2809, изолирующей затвор, является небольшой так, что это не приводит к возникновению утечки затвора, и вторая пленка 2809, изолирующая затвор, может быть изготовлена достаточно тонкой для увеличения емкости электрода затвора и увеличения эффективности возбуждения.

Предполагается, что строения и процессы, показанные на фиг.7А-7F, фиг.8А-8F и фиг.9G-9L, эффективны для пленки, изолирующей затвор, состоящей из обычного изолирующего материала. Однако вышеуказанные строения и процессы особенно эффективны для канального слоя, использующего вышеуказанный аморфный оксид, содержащий, по меньшей мере, In-Ga-Zn-O, представленный в кристаллическом состоянии виде InGaO₃(ZnO)_m (m - натуральное число меньше 6), содержащий носители с концентрацией ниже 1×10¹⁸/см³, или прозрачный аморфный оксид, содержащий In-Ga-Zn-Mg-O, представленный в кристаллическом состоянии в виде InGaO₃(Zn_1-xMg_xO)_m (m - натуральное число меньше 6; 0<х≤1); и использующий пленку, изолирующую затвор, состоящую из HfO₂ или Y₂O₃.

Таким образом, согласно настоящему изобретению можно получить ТПТ, который демонстрирует высокую подвижность и низкое пороговое значение, вызывая небольшую утечку затвора, и имеющий стабильные характеристики. В частности, пластина ТПТ большой площади, изготовленная согласно настоящему изобретению, имеет сбалансированные характеристики с высокой надежностью.

Третий вариант осуществления: Пассивирование, слой, покрывающий поверхность

Настоящий вариант осуществления полевого транзистора относится к вышеуказанным седьмому, восьмому и девятому аспектам изобретения.

Слой пассивирования в первом аспекте включает в себя две концепции. Слой пассивирования первой концепции представляет собой отдельный слой, расположенный между активным слоем и слоем, изолирующим затвор, и состоит из материала, отличающегося от материала активного слоя или слоя, изолирующего затвор. Такой слой пассивирования первой концепции в настоящем описании называется "пассивированным слоем". Пассивированный слой состоит, например, из аморфного оксида кремния, оксида титана, оксида алюминия, оксида магния и т.п.

Пассивированный слой второй концепции представляет собой самую большую часть поверхности активного слоя, обработанную кислородной плазмой. Обработка для формирования слоя пассивирования второй концепции в настоящем описании называется "обработкой пассивирования". В этой концепции не предоставляется другой слой, состоящий из материала, отличающегося от материала активного слоя, и слоя, изолирующего затвор. По существу, после обработки пассивирования может быть сформирован Пассивированный слой первой концепции, состоящий из аморфного оксида кремния.

Пассивированный слой или обработка пассивирования предотвращает ухудшение свойств пленки, изолирующей затвор: слой пассивирования служит в качестве слоя, предотвращающего ток утечки.

Слой, покрывающий поверхность, в полевом транзисторе шестого аспекта настоящего изобретения формируют из аморфного нитрида кремния, аморфного оксида кремния, аморфного нитрида кремния, оксида титана, оксида алюминия, оксида магния или подобного материала. Слой, покрывающий поверхность, может состоять из такого же материала, что и вышеуказанный пассивированный слой, или другого материала.

Слой, покрывающий поверхность, улучшает адгезивность между подложкой и активным слоем, служащим в качестве слоя, улучшающего адгезивность, для предотвращения отслаивания пленки, уменьшения утечки тока и т.п. Более того, слой, покрывающий поверхность, может ослабить выступы и впадины на подложке для уменьшения утечки тока и улучшить отношение транзистора ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО.

В вышеуказанном тонкопленочном транзисторе, использующем прозрачную пленку, пленка, изолирующая затвор, предпочтительно состоит из Al₂O₃, Y₂О₃, HfO₂ или смешанного кристаллического соединения, состоящего из двух или нескольких оксидов. Любой дефект на границе раздела между тонкой пленкой, изолирующей затвор, и тонким канальным слоем увеличивает подвижность электронов и вызывает гистерезис в характеристиках транзистора. Утечка тока в основном зависит от типа пленки, изолирующей затвор. Следовательно, пленку, изолирующую затвор, следует выбирать так, чтобы она подходила для канального слоя.

Вышеуказанные проблемы уменьшаются путем введения слоя пассивирования на границе раздела, что позволяет использовать изолирующий слой с высокой диэлектрической постоянной и для увеличения подвижности электронов. Таким образом, слой пассивирования границы раздела, который является аспектом настоящего изобретения, способного формировать ТПТ, в котором уменьшены утечка тока и гистерезис и увеличена подвижность электронов. ТПТ может быть сформирован либо в виде шахматной структуры, либо в виде обратной шахматной структуры, поскольку слой, изолирующий затвор, и канальный слой могут быть сформированы при комнатной температуре.

Тонкопленочный транзистор (ТПТ) представляет собой трехтерминальный элемент, имеющий терминал затвора, терминал истока и терминал стока. ТПТ представляет собой активный элемент, который использует полупроводниковую пленку, сформированную на изолирующей подложке, сделанной из керамического материала, стеклянного материала или пластмассового материала, в качестве канального слоя для перемещения электронов или дырок; и регулирует ток, протекающий через канальный слой путем приложения напряжения к затвору для переключения тока между терминалом истока и терминалом стока.

Концентрацию электронных носителей можно регулировать путем регулирования количеством кислородных дефектов, по желанию.

В вышеуказанных первом-третьем вариантах осуществления количество кислорода (количество кислородных дефектов) в прозрачной оксидной пленке регулируется путем формирования пленки в атмосфере, содержащей кислород, с заданной концентрацией. В противном случае, количество кислородных дефектов может регулироваться (уменьшаться или увеличиваться) после формирования пленки путем последующей обработки кислородной пленки в атмосфере, содержащей кислород.

Для эффективного управления количеством кислородных дефектов температура атмосферы, содержащей кислород, поддерживается в диапазоне от 0 до 300°С, предпочтительно от 25 до 250°С, более предпочтительно от 100 до 200°С.

По существу, пленка может быть сформирована в атмосфере, содержащей кислород, и затем при помощи последующей обработки в атмосфере, содержащей кислород. В противном случае, пленку можно формировать, не управляя парциальным давлением кислорода и без последующей обработки в атмосфере, содержащей кислород, в такой мере, чтобы можно было получить требуемую концентрацию электронных носителей (ниже 1×10¹⁸/см³).

Нижний предел концентрации электронных носителей настоящего изобретения составляет, например, 1×10¹⁴/см³, в зависимости от типа элемента, схемы или устройства, использующего полученную оксидную пленку.

АМОРФНЫЙ ОКСИД

Ниже более подробно описан активный слой, использованный выше в 1-3 вариантах осуществления.

Концентрация электронных носителей в аморфном оксиде в настоящем изобретении равна значению, измеренному при комнатной темпер