電界効果トランジスタ及び電界効果トランジスタの製造方法
【課題】ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を活性層とし、かつ良好な電界効果移動度を示す電界効果トランジスタを提供すること。
【解決手段】ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５と、ドレイン電極５及びソース電極４が接合された活性層２と、活性層２及びゲート電極３の間にゲート絶縁膜６と、備え、活性層２がＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、ゲート絶縁膜６がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタ１を使用する。
【解決手段】ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５と、ドレイン電極５及びソース電極４が接合された活性層２と、活性層２及びゲート電極３の間にゲート絶縁膜６と、備え、活性層２がＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、ゲート絶縁膜６がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタ１を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタ及び電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００４年に野村らによって報告されたアモルファスＩｎＧａＺｎＯ４薄膜を活性層とする電界効果トランジスタは、可視光領域全域で透明あり、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタの約１０倍の電界効果移動度を示し、さらに低温で形成させることが可能であるという特長を有する（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。このため、上記電界効果トランジスタは、大型液晶ディスプレイ、３Ｄ表示可能な液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパー等への実用化研究が進められている。
【０００３】
ここで、活性層であるＩｎＧａＺｎＯ４薄膜を構成する元素のクラーク数（地球表面上における元素の重量パーセント）を見てみると、Ｉｎ（インジウム）は０．００００１％、Ｇａ（ガリウム）は０．００１％、Ｚｎ（亜鉛）は０．００４％であり、いずれも希少金属であることがわかる。これらの元素のうち、Ｉｎは電気伝導性を担うため必須の元素となるが、ＧａやＺｎは薄膜のアモルファス構造を安定化させる役割を担っているに過ぎないため、例えば、ＧａをＨｆ（ハフニウム）やＺｒ（ジルコニウム）に置き換えることも提案されている（非特許文献２、３を参照）。しかし、ＨｆやＺｒも希少金属であることに変わりはなく、地球環境負荷の低減のためにはクラーク数の大きな金属元素が利用された新しい活性層の研究開発が急務とされている。
【０００４】
また、ＩｎとＭｇ（マグネシウム）とを含むアモルファス酸化物材料から構成された活性層を有する電界効果トランジスタも提案されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０８８７２６
【特許文献２】特開２００９−１４７０６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ４３２，４８８（２００４）
【非特許文献２】Ｗｏｏｎｇ Ｈｅｅ Ｊｅｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ９６，０９３５０３（２０１０）
【非特許文献３】Ｊｉｎ−Ｓｅｏｎｇ Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２１，３２９（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｍｇはクラーク数が大きい（１．９３％）ので、特許文献２に記載された酸化物材料は、電界効果トランジスタの活性層の形成においてＩｎＧａＺｎＯ４に代わる材料として期待が持てる。しかし、ＩｎとＭｇとを含むアモルファス酸化物材料を電界効果トランジスタの活性層として使用した場合、その電界効果トランジスタの電界効果移動度がＩｎＧａＺｎＯ４に比べて小さくなるので、実用化のためにはさらなる改良が必要である。
【０００８】
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を活性層とし、かつ良好な電界効果移動度を示す電界効果トランジスタを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ＩｎとＭｇとを主成分とする複合酸化物を活性層とした電界効果トランジスタにおいて、意外にも、活性層とゲート電極との間に設けられるゲート絶縁膜をＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）で構成することによって、その電界効果トランジスタが良好な電界効果移動度を示すこと見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の第１の態様は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備え、前記活性層がＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタである。
【００１１】
本発明の第２の態様は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、前記活性層を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を活性層とし、かつ良好な電界効果移動度を示す電界効果トランジスタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す断面図である。
【図２】実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを模式的に示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】形成させたＩＴＯ膜、Ｙ２Ｏ３膜及びＩｎ２ＭｇＯ４膜のそれぞれにおける薄膜Ｘ線回折パターンである。
【図５】実施例１の電界効果トランジスタにおける、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を示すプロットである。
【図６】比較例１の電界効果トランジスタにおける、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を示すプロットである。
【図７】実施例１及び比較例１のそれぞれの電界効果トランジスタにおける電界効果移動度μＦＥを示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の電界効果トランジスタの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す断面図である。なお、図１では、理解を容易にするために、各部材の寸法の比を実際のものとは異なるように記載している。
【００１５】
本実施形態の電界効果トランジスタ１は、基板７の表面に、ゲート電極３、ゲート絶縁膜６、活性層２が順次形成され、さらに、ゲート絶縁膜６の表面には、活性層２の両側から挟みこむようにソース電極４及びドレイン電極５が形成されてなる。ソース電極４及びドレイン電極５は、互いに離間して設けられ、それぞれ活性層２に接合されている。
【００１６】
ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５は、導体で形成され、導電性を有する膜である。このような導体としては、特に限定されないが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）等の金属の蒸着膜、Ｓｎ（スズ）ドープＩｎ２Ｏ３であるＩＴＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３とＺｎＯとの複合酸化物であるＩＺＯ膜、ＡｌドープＺｎＯであるＡＺＯ膜、Ｇａ（ガリウム）ドープＺｎＯであるＧＺＯ膜、Ｓｂ（アンチモン）ドープＳｎＯ２膜、Ｆ（フッ素）ドープＳｎＯ２膜等が例示される。これらの導体を形成する方法としては、特に限定されず、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等が例示される。
【００１７】
ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。一例として、ゲート電極３の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられ、ソース電極４の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられ、ドレイン電極５の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられるが、特に限定されない。
【００１８】
ゲート電極３は、ゲート絶縁膜６及び活性層２を介して対向配置されたソース電極４及びドレイン電極５間の通電方向に対して垂直方向に電界を印加することができる。電界効果トランジスタ１は、ゲート電極３に電荷を印加されることにより、ソース電極４及びドレイン電極５の間が導通状態となり、電界効果トランジスタの特性であるスイッチング特性を発現する。
【００１９】
活性層２は、Ｍｇ（マグネシウム）とＩｎ（インジウム）とを主成分とする複合酸化物で構成される。活性層２は、ゲート電極３及びソース電極４間に電界が印加されていない場合、すなわちゲート電極３に電荷が印加されていない場合には不導体であるが、ゲート電極３及びソース電極４間に電界が印加された場合、すなわちゲート電極３に電荷が印加された場合には導体となる。つまり、活性層２は、半導体特性を示す。ソース電極４とドレイン電極５との間を導通させるために必要なゲート電圧は、−５〜２０Ｖ程度である。
【００２０】
活性層２に含まれるＭｇとＩｎとの元素比率は、０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１の範囲であることが好ましい。この範囲であれば、活性層２は、良好な半導体特性を示す。なお、活性層２において、電子伝導を担っているのはＩｎになる。このため、活性層２に含まれるＩｎの比率が増えると、電子の移動度を大きくすることができるが、電界効果トランジスタ１のオフ電流が大きくなる。逆に、活性層２に含まれるＭｇの比率が増えると、電子の移動度が小さくなる。このような観点からは、活性層２に含まれるＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎは、０．４〜０．６であることがより好ましい。活性層２に含まれるＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎがこの範囲であれば、電界効果トランジスタ１における電子の移動度及びＯｎ／Ｏｆｆ比をともに優れたものとすることができる。さらに好ましくは、活性層２がＩｎ２ＭｇＯ４で構成されることである。この場合、ＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎは、０．５となる。
【００２１】
活性層２は、ゲート絶縁膜６の表面に形成される。活性層２を形成する方法としては、特に限定されないが、一例として、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等により、ゲート絶縁膜６の表面に膜形成することが挙げられる。活性層２は、アモルファスであることが電気特性の長期安定性の観点から好ましい。
【００２２】
活性層２の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。活性層２の厚さとしては、０．３〜５００ｎｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２３】
ゲート絶縁膜６は、Ｙ２Ｏ３からなる膜であり、基板７の表面に形成される。活性層２を形成する方法としては、特に限定されないが、一例として、Ｙ２Ｏ３を、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等により、基板７の表面に膜形成することが挙げられる。
【００２４】
ゲート絶縁膜６の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。ゲート絶縁膜６の厚さとしては、１〜１０００ｎｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２５】
ゲート絶縁膜６は、ゲート電極３とソース電極４及びドレイン電極５との間を絶縁するために設けられる。従来、ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ２等といった一般的な不導体材料が採用されるか、又はゲート容量を意図的に大きくしたり小さくしたりするとの観点から特定の複合酸化物が採用されるに留まるものだった。しかし、本発明者らは、活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、その特性を向上させることを目的として鋭意試作を繰り返した結果、意外にも、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用すると、その他の絶縁体をゲート絶縁膜６として採用した場合に比べて、電界効果移動度等といった電界効果トランジスタ１の特性を向上できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用することを特徴とする。
【００２６】
活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用したときに電界効果トランジスタ１の特性が向上する理由は、必ずしも明らかではないが、Ｙ２Ｏ３とＩｎ２ＭｇＯ４のＩｎ２Ｏ３とが同じ結晶構造であることから、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物である活性層２とＹ２Ｏ３との間の結晶学的な親和性が高いためと推察される。このような観点からは、例えば、ゲート電極上にＳｉＯ２等のようなＹ２Ｏ３以外の絶縁膜を形成しておき、この絶縁膜の表面にＹ２Ｏ３の膜をごく薄く形成させたゲート絶縁膜もまた、電界効果トランジスタの特性を向上させると考えられる。このようなゲート絶縁膜もまた、ゲート絶縁膜としてＹ２Ｏ３を有するものであるので、本発明に含まれる。
【００２７】
基板７は、その表面に電界効果トランジスタ１を形成させるために使用される。基板７を構成する材質及び厚さは特に限定されず、電界効果トランジスタ１の用途等を考慮して適宜決定すればよい。例えば、電界効果トランジスタ１を液晶ディスプレイ等の表示デバイスにおける駆動素子として形成させる場合には、基板７が透明な材料で構成されることが好ましい。
【００２８】
基板７としては、ガラス基板、シリコン基板、プラスティック基板、各種金属基板、セラミックス基板、紙等が例示される。基板７の厚さの一例としては、０．１〜３ｍｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２９】
次に、電界効果トランジスタ１の製造方法について、一実施態様を説明する。このような電界効果トランジスタの製造方法もまた、本発明の一部である。なお、以下の説明において、電界効果トランジスタ１についての上記説明と重複する箇所については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
本実施態様の製造方法は、ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５と、ドレイン電極５及びソース電極４が接合された活性層２と、活性層２及びゲート電極３の間にゲート絶縁膜６と、を備えた電界効果トランジスタ１の製造方法であって、活性層２を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする。
【００３１】
既に説明したように、活性層２は、ゲート絶縁膜６の表面に形成される。パルスレーザー堆積法により活性層２を形成させるには、定法に従い、減圧としたチャンバーの内部で、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットにパルスレーザーを照射し、発生させたプルームをゲート絶縁膜６の表面に接触させればよい。このとき、プルームがゲート絶縁膜６の所望の位置（すなわち、活性層２を形成しようとする箇所）に接触するように、適当なマスクを使用することが好ましい。チャンバーの内部のベース圧力は、１０−７〜１００Ｐａの範囲であることが好ましい。また、チャンバー内部には、１０−４〜１０２Ｐａ程度の酸素ガスを導入することが好ましい。
【００３２】
パルスレーザー堆積法で使用するレーザー光としては、一例としてＫｒＦエキシマレーザーが挙げられる。発生させたレーザー光は、レンズにより集光され、チャンバー内に導入される。上記のように減圧されたチャンバーの内部で、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットは、レーザー光の焦点付近に４５°に傾けて設置され、活性層２が形成されるゲート絶縁膜６は、発生するプルームに対して垂直に、かつターゲットに対して平行になるように固定される。ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットにパルスレーザーが照射されると、ターゲットの表面からこの複合酸化物が気化してプルームとなり、このプルームがゲート絶縁膜６の表面に接触することにより、ゲート絶縁膜６の表面にＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物からなる活性層２が堆積する。このとき、複合酸化物は、パルスレーザーの照射により高温のプルームとなった直後に、ゲート絶縁膜６の表面で急冷される。このため、複合酸化物は、結晶化することができず、アモルファス状態でゲート絶縁膜６の表面に堆積して活性層２となる。なお、パルスレーザー堆積法で使用するレーザー光としては、上記のＫｒＦエキシマレーザーの他にも、Ｎｄ：ＹＡＧの第４高調波のレーザーやＡｒＦエキシマレーザー等も例示することができる。
【００３３】
パルスレーザーを発生させる条件は、特に限定されないが、ＫｒＦエキシマレーザーを使用する場合、波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ、繰り返し周波数１０Ｈｚとすることが例示される。
【００３４】
本実施態様の製造方法では、複合酸化物の膜である活性層２を形成させる際に上記のようなパルスレーザー堆積法を使用する。複合酸化物の膜を形成させる方法として、パルスレーザー堆積法の他にもスパッタリング法が知られている。しかしながら、スパッタリング法では、膜を堆積させる際に導入されたＡｒガスが、形成される薄膜（活性層２）中にＡｒ＋の状態で打ち込まれる。そしてこのＡｒ＋は、電子伝導に無関係であるので、活性層２の電子移動度が低下するという問題を生じさせる。また、スパッタリング法では、複合酸化物に含まれるＭｇとＩｎとの間でスパッタイールドが異なれば、形成される薄膜に含まれるＭｇとＩｎの組成が変化してしまい、所望とする組成で活性層２を形成させることができないという問題も生じる。
【００３５】
パルスレーザー堆積法により活性層２を形成させる本実施態様によれば、上記のような問題が生じないので、Ａｒ等の不純物が活性層２中に導入されることが防止され、ターゲットとした複合酸化物の組成のままで活性層２を形成させることができる。これにより、本実施態様では、電子移動度の大きな電界効果トランジスタ１を形成させることができる。
【００３６】
本実施態様の製造方法では、ゲート絶縁膜６がＹ２Ｏ３で構成されることが好ましい。また、活性層２を形成させるために使用される複合酸化物におけるＭｇとＩｎとの元素比率は、０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１であることが好ましい。それらの理由については既に説明した通りであるので、ここでの説明を省略する。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３８】
［電界効果トランジスタの作製］
下記の手順にて、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを作製した。作製した実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタの模式図を図２及び３に示す。図２は、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを模式的に示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【００３９】
図３に示すように、無アルカリガラス基板（コーニング社製、商品名：ＥＡＧＬＥ２０００、サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ厚、表面粗さＲｒｍｓ＝０．２ｍｍ）上に、ゲート電極としてＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９：１（質量比）、膜厚１００ｎｍ）、ゲート絶縁膜としてＹ２Ｏ３膜（膜厚３００ｎｍ）、活性層としてＩｎ２ＭｇＯ４膜（膜厚４０ｎｍ）、ソース電極及びドレイン電極としてＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９：１（質量比）、膜厚１００ｎｍ）を、金属マスク（株式会社ピーワン製）を介して、ＫｒＦパルスレーザー堆積法により順次堆積させた。パルスレーザー堆積の際のチャンバー内ベース圧力は、３Ｐａとした。各膜を堆積させた際の条件は表１に示す通りとし、活性層（Ｉｎ２ＭｇＯ４膜）、ソース電極（ＩＴＯ膜）及びドレイン電極（ＩＴＯ膜）の寸法は図２に示す通りとした。なお、表１においてＩＴＯと表示した作製条件は、ＩＴＯ膜からなるゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の各電極共通の作製条件である。次いで、各膜を堆積させた際のダメージ（主として酸素欠陥）を除去するため、作製した電界効果トランジスタを大気中で４００℃に加熱してその温度で５分間保持した後、室温まで冷却した。作製した電界効果トランジスタのチャネル長Ｌ（ソース電極とドレイン電極との離間幅）及びチャネル幅Ｗ（ソース−ドレイン電流の生じる部分のうち、チャネル長Ｌと平面内で直行する幅の大きさ）はともに４００ｎｍとした。得られた電界効果トランジスタを実施例１の電界効果トランジスタとした。
【００４０】
なお、ＩＣＰ発光分析の結果、形成された活性層におけるＩｎとＭｇのモル比率は、パルスレーザー堆積法でターゲットとして使用したＩｎ２ＭｇＯ４と同じ２：１であることがわかった。また、ＩＴＯ膜、Ｙ２Ｏ３膜及びＩｎ２ＭｇＯ４膜の各膜を作製した後に、それぞれ薄膜Ｘ線回折分析（株式会社リガク製、ＡＴＸ−Ｇ型測定器、入射角０．５°固定、２θスキャン）を行ったところ、図４に示すように、回折角２θ＝２２°付近のガラスのハローに加え、それぞれの結晶相における結晶構造因子が最大となる回折ピーク位置（図４中の矢印で示す位置）にブロードな回折線が観察された。このことから、各膜はアモルファス又は微結晶の集合体として形成されていることがわかった。
【００４１】
ゲート絶縁膜として、Ｙ２Ｏ３膜の代わりに、ＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ、熱酸化膜、株式会社フジミファインテクノロジー製）を用いたこと以外は上記実施例１と同様の手順にて、比較例１の電界効果トランジスタを作製した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
［電界効果トランジスタの特性測定］
上記手順にて作製した実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタのそれぞれについて、特性を測定した。測定には、半導体デバイスアナライザ（アジレント・テクノロジー株式会社製、Ｂ１５００Ａ型測定器）を用い、大気中（シールドボックス内）、室温にて、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を計測した。その結果を、実施例１の電界効果トランジスタについては図５に、比較例１の電界効果トランジスタについては図６に、それぞれ示す。
【００４４】
図５を参照すると、実施例１の電界効果トランジスタでは、ｐＡ（ピコアンペア）オーダーのオフ電流と数１０μＡのオン電流が観察され、ＯＮ／ＯＦＦ比が１０７以上であることがわかる。なお、このとき、（ドレイン電流）０．５−ゲート電圧のプロットから求めた閾値ゲート電圧は約−０．８Ｖであった。また、サブスレッショルドスイングファクター値（Ｓ．Ｓ．）は、約１９０ｍＶであり、ヒステリシスも殆ど観察されなかったことから、実施例１の電界効果トランジスタにおける活性層／ゲート絶縁膜界面近傍における界面準位濃度が極めて低いことがわかった。
【００４５】
これに対して、図６を参照すると、比較例１の電界効果トランジスタでは、ＯＮ／ＯＦＦ比は実施例１の電界効果トランジスタと同様であったものの、サブスレッショルドスイングファクター値（Ｓ．Ｓ．）が約１０００ｍＶであり、実施例１の電界効果トランジスタよりもＴＦＴ性能が劣ることがわかった。ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜のゲート容量がＹ２Ｏ３からなるゲート絶縁膜の約１／５しかなく、単位ゲート電圧あたりの蓄積キャリア濃度がＹ２Ｏ３からなるゲート絶縁膜を用いた場合に比べ小さいことがひとつの原因と考えられる。
【００４６】
次に、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタのそれぞれについて、トランジスタ性能の指標の一つである電界効果移動度μＦＥを以下の式により算出した。その結果を図７に示す。図７において、横軸の数値は、実効ゲート電圧であり、Ｖｇ−Ｖｇｔｈ（ここで、Ｖｇｔｈは閾値ゲート電圧で、Ｉｄ０．５−ＶｇプロットのＶｇ切片）で求めた値である。
μＦＥ＝ｇｍＷ／（ＬＣｏｘＶｄ）
上記式において、ｇｍはトランスコンダクタンス（＝ｄＩｄ／ｄＶｇ）、Ｃｏｘはゲート絶縁膜の容量（実施例１：５９ｎＦ／ｃｍ２、比較例１：１１．５ｎＦ／ｃｍ２）、Ｖｄはドレイン電流、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長である。
【００４７】
図７に示すように、電界効果移動度μＦＥは、実効ゲート電圧１６Ｖで比較すると、実施例１の電界効果トランジスタでは約９ｃｍ２／Ｖｓであり、既報のＩｎＧａＺｎＯ４電界効果トランジスタと同等の値だったのに対して、比較例１の電界効果トランジスタでは約４ｃｍ２／Ｖｓであり、実施例１よりも小さな値となった。また、比較例１の電界効果トランジスタでは、電界効果移動度μＦＥの飽和値が６．４ｃｍ２／Ｖｓだったのに対して、実施例１の電界効果トランジスタでは、電界効果移動度μＦＥの飽和値が１３ｃｍ２／Ｖｓ程度の大きな値が見積もられた。このことから、実施例１の電界効果トランジスタは、比較例１の電界効果トランジスタに比べて、良好な特性を有することが理解される。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電界効果トランジスタ
２ 活性層
３ ゲート電極
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート絶縁膜
７ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタ及び電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００４年に野村らによって報告されたアモルファスＩｎＧａＺｎＯ４薄膜を活性層とする電界効果トランジスタは、可視光領域全域で透明あり、従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタの約１０倍の電界効果移動度を示し、さらに低温で形成させることが可能であるという特長を有する（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。このため、上記電界効果トランジスタは、大型液晶ディスプレイ、３Ｄ表示可能な液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパー等への実用化研究が進められている。
【０００３】
ここで、活性層であるＩｎＧａＺｎＯ４薄膜を構成する元素のクラーク数（地球表面上における元素の重量パーセント）を見てみると、Ｉｎ（インジウム）は０．００００１％、Ｇａ（ガリウム）は０．００１％、Ｚｎ（亜鉛）は０．００４％であり、いずれも希少金属であることがわかる。これらの元素のうち、Ｉｎは電気伝導性を担うため必須の元素となるが、ＧａやＺｎは薄膜のアモルファス構造を安定化させる役割を担っているに過ぎないため、例えば、ＧａをＨｆ（ハフニウム）やＺｒ（ジルコニウム）に置き換えることも提案されている（非特許文献２、３を参照）。しかし、ＨｆやＺｒも希少金属であることに変わりはなく、地球環境負荷の低減のためにはクラーク数の大きな金属元素が利用された新しい活性層の研究開発が急務とされている。
【０００４】
また、ＩｎとＭｇ（マグネシウム）とを含むアモルファス酸化物材料から構成された活性層を有する電界効果トランジスタも提案されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０８８７２６
【特許文献２】特開２００９−１４７０６９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ４３２，４８８（２００４）
【非特許文献２】Ｗｏｏｎｇ Ｈｅｅ Ｊｅｏｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ９６，０９３５０３（２０１０）
【非特許文献３】Ｊｉｎ−Ｓｅｏｎｇ Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２１，３２９（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｍｇはクラーク数が大きい（１．９３％）ので、特許文献２に記載された酸化物材料は、電界効果トランジスタの活性層の形成においてＩｎＧａＺｎＯ４に代わる材料として期待が持てる。しかし、ＩｎとＭｇとを含むアモルファス酸化物材料を電界効果トランジスタの活性層として使用した場合、その電界効果トランジスタの電界効果移動度がＩｎＧａＺｎＯ４に比べて小さくなるので、実用化のためにはさらなる改良が必要である。
【０００８】
本発明は、以上の状況に鑑みてなされたものであり、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を活性層とし、かつ良好な電界効果移動度を示す電界効果トランジスタを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ＩｎとＭｇとを主成分とする複合酸化物を活性層とした電界効果トランジスタにおいて、意外にも、活性層とゲート電極との間に設けられるゲート絶縁膜をＹ２Ｏ３（酸化イットリウム）で構成することによって、その電界効果トランジスタが良好な電界効果移動度を示すこと見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の第１の態様は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備え、前記活性層がＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタである。
【００１１】
本発明の第２の態様は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、前記活性層を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を活性層とし、かつ良好な電界効果移動度を示す電界効果トランジスタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す断面図である。
【図２】実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを模式的に示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】形成させたＩＴＯ膜、Ｙ２Ｏ３膜及びＩｎ２ＭｇＯ４膜のそれぞれにおける薄膜Ｘ線回折パターンである。
【図５】実施例１の電界効果トランジスタにおける、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を示すプロットである。
【図６】比較例１の電界効果トランジスタにおける、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を示すプロットである。
【図７】実施例１及び比較例１のそれぞれの電界効果トランジスタにおける電界効果移動度μＦＥを示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の電界効果トランジスタの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電界効果トランジスタの一実施形態を示す断面図である。なお、図１では、理解を容易にするために、各部材の寸法の比を実際のものとは異なるように記載している。
【００１５】
本実施形態の電界効果トランジスタ１は、基板７の表面に、ゲート電極３、ゲート絶縁膜６、活性層２が順次形成され、さらに、ゲート絶縁膜６の表面には、活性層２の両側から挟みこむようにソース電極４及びドレイン電極５が形成されてなる。ソース電極４及びドレイン電極５は、互いに離間して設けられ、それぞれ活性層２に接合されている。
【００１６】
ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５は、導体で形成され、導電性を有する膜である。このような導体としては、特に限定されないが、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ａｕ（金）等の金属の蒸着膜、Ｓｎ（スズ）ドープＩｎ２Ｏ３であるＩＴＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３とＺｎＯとの複合酸化物であるＩＺＯ膜、ＡｌドープＺｎＯであるＡＺＯ膜、Ｇａ（ガリウム）ドープＺｎＯであるＧＺＯ膜、Ｓｂ（アンチモン）ドープＳｎＯ２膜、Ｆ（フッ素）ドープＳｎＯ２膜等が例示される。これらの導体を形成する方法としては、特に限定されず、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等が例示される。
【００１７】
ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。一例として、ゲート電極３の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられ、ソース電極４の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられ、ドレイン電極５の厚さとして５〜２００ｎｍが挙げられるが、特に限定されない。
【００１８】
ゲート電極３は、ゲート絶縁膜６及び活性層２を介して対向配置されたソース電極４及びドレイン電極５間の通電方向に対して垂直方向に電界を印加することができる。電界効果トランジスタ１は、ゲート電極３に電荷を印加されることにより、ソース電極４及びドレイン電極５の間が導通状態となり、電界効果トランジスタの特性であるスイッチング特性を発現する。
【００１９】
活性層２は、Ｍｇ（マグネシウム）とＩｎ（インジウム）とを主成分とする複合酸化物で構成される。活性層２は、ゲート電極３及びソース電極４間に電界が印加されていない場合、すなわちゲート電極３に電荷が印加されていない場合には不導体であるが、ゲート電極３及びソース電極４間に電界が印加された場合、すなわちゲート電極３に電荷が印加された場合には導体となる。つまり、活性層２は、半導体特性を示す。ソース電極４とドレイン電極５との間を導通させるために必要なゲート電圧は、−５〜２０Ｖ程度である。
【００２０】
活性層２に含まれるＭｇとＩｎとの元素比率は、０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１の範囲であることが好ましい。この範囲であれば、活性層２は、良好な半導体特性を示す。なお、活性層２において、電子伝導を担っているのはＩｎになる。このため、活性層２に含まれるＩｎの比率が増えると、電子の移動度を大きくすることができるが、電界効果トランジスタ１のオフ電流が大きくなる。逆に、活性層２に含まれるＭｇの比率が増えると、電子の移動度が小さくなる。このような観点からは、活性層２に含まれるＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎは、０．４〜０．６であることがより好ましい。活性層２に含まれるＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎがこの範囲であれば、電界効果トランジスタ１における電子の移動度及びＯｎ／Ｏｆｆ比をともに優れたものとすることができる。さらに好ましくは、活性層２がＩｎ２ＭｇＯ４で構成されることである。この場合、ＭｇとＩｎの元素比率Ｍｇ／Ｉｎは、０．５となる。
【００２１】
活性層２は、ゲート絶縁膜６の表面に形成される。活性層２を形成する方法としては、特に限定されないが、一例として、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等により、ゲート絶縁膜６の表面に膜形成することが挙げられる。活性層２は、アモルファスであることが電気特性の長期安定性の観点から好ましい。
【００２２】
活性層２の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。活性層２の厚さとしては、０．３〜５００ｎｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２３】
ゲート絶縁膜６は、Ｙ２Ｏ３からなる膜であり、基板７の表面に形成される。活性層２を形成する方法としては、特に限定されないが、一例として、Ｙ２Ｏ３を、パルスレーザー堆積法、高周波マグネトロンスパッタリング法等の物理蒸着法、ＭＯＣＶＤ法等の化学蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等の液相法等により、基板７の表面に膜形成することが挙げられる。
【００２４】
ゲート絶縁膜６の厚さは、特に限定されず、作製する電界効果トランジスタに求められる特性を考慮して、適宜決定すればよい。ゲート絶縁膜６の厚さとしては、１〜１０００ｎｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２５】
ゲート絶縁膜６は、ゲート電極３とソース電極４及びドレイン電極５との間を絶縁するために設けられる。従来、ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ２等といった一般的な不導体材料が採用されるか、又はゲート容量を意図的に大きくしたり小さくしたりするとの観点から特定の複合酸化物が採用されるに留まるものだった。しかし、本発明者らは、活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、その特性を向上させることを目的として鋭意試作を繰り返した結果、意外にも、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用すると、その他の絶縁体をゲート絶縁膜６として採用した場合に比べて、電界効果移動度等といった電界効果トランジスタ１の特性を向上できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用することを特徴とする。
【００２６】
活性層２としてＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物が使用された電界効果トランジスタ１において、ゲート絶縁膜６としてＹ２Ｏ３を使用したときに電界効果トランジスタ１の特性が向上する理由は、必ずしも明らかではないが、Ｙ２Ｏ３とＩｎ２ＭｇＯ４のＩｎ２Ｏ３とが同じ結晶構造であることから、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物である活性層２とＹ２Ｏ３との間の結晶学的な親和性が高いためと推察される。このような観点からは、例えば、ゲート電極上にＳｉＯ２等のようなＹ２Ｏ３以外の絶縁膜を形成しておき、この絶縁膜の表面にＹ２Ｏ３の膜をごく薄く形成させたゲート絶縁膜もまた、電界効果トランジスタの特性を向上させると考えられる。このようなゲート絶縁膜もまた、ゲート絶縁膜としてＹ２Ｏ３を有するものであるので、本発明に含まれる。
【００２７】
基板７は、その表面に電界効果トランジスタ１を形成させるために使用される。基板７を構成する材質及び厚さは特に限定されず、電界効果トランジスタ１の用途等を考慮して適宜決定すればよい。例えば、電界効果トランジスタ１を液晶ディスプレイ等の表示デバイスにおける駆動素子として形成させる場合には、基板７が透明な材料で構成されることが好ましい。
【００２８】
基板７としては、ガラス基板、シリコン基板、プラスティック基板、各種金属基板、セラミックス基板、紙等が例示される。基板７の厚さの一例としては、０．１〜３ｍｍが例示されるが、特に限定されない。
【００２９】
次に、電界効果トランジスタ１の製造方法について、一実施態様を説明する。このような電界効果トランジスタの製造方法もまた、本発明の一部である。なお、以下の説明において、電界効果トランジスタ１についての上記説明と重複する箇所については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
本実施態様の製造方法は、ゲート電極３、ソース電極４及びドレイン電極５と、ドレイン電極５及びソース電極４が接合された活性層２と、活性層２及びゲート電極３の間にゲート絶縁膜６と、を備えた電界効果トランジスタ１の製造方法であって、活性層２を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする。
【００３１】
既に説明したように、活性層２は、ゲート絶縁膜６の表面に形成される。パルスレーザー堆積法により活性層２を形成させるには、定法に従い、減圧としたチャンバーの内部で、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットにパルスレーザーを照射し、発生させたプルームをゲート絶縁膜６の表面に接触させればよい。このとき、プルームがゲート絶縁膜６の所望の位置（すなわち、活性層２を形成しようとする箇所）に接触するように、適当なマスクを使用することが好ましい。チャンバーの内部のベース圧力は、１０−７〜１００Ｐａの範囲であることが好ましい。また、チャンバー内部には、１０−４〜１０２Ｐａ程度の酸素ガスを導入することが好ましい。
【００３２】
パルスレーザー堆積法で使用するレーザー光としては、一例としてＫｒＦエキシマレーザーが挙げられる。発生させたレーザー光は、レンズにより集光され、チャンバー内に導入される。上記のように減圧されたチャンバーの内部で、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットは、レーザー光の焦点付近に４５°に傾けて設置され、活性層２が形成されるゲート絶縁膜６は、発生するプルームに対して垂直に、かつターゲットに対して平行になるように固定される。ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物で構成されたターゲットにパルスレーザーが照射されると、ターゲットの表面からこの複合酸化物が気化してプルームとなり、このプルームがゲート絶縁膜６の表面に接触することにより、ゲート絶縁膜６の表面にＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物からなる活性層２が堆積する。このとき、複合酸化物は、パルスレーザーの照射により高温のプルームとなった直後に、ゲート絶縁膜６の表面で急冷される。このため、複合酸化物は、結晶化することができず、アモルファス状態でゲート絶縁膜６の表面に堆積して活性層２となる。なお、パルスレーザー堆積法で使用するレーザー光としては、上記のＫｒＦエキシマレーザーの他にも、Ｎｄ：ＹＡＧの第４高調波のレーザーやＡｒＦエキシマレーザー等も例示することができる。
【００３３】
パルスレーザーを発生させる条件は、特に限定されないが、ＫｒＦエキシマレーザーを使用する場合、波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ、繰り返し周波数１０Ｈｚとすることが例示される。
【００３４】
本実施態様の製造方法では、複合酸化物の膜である活性層２を形成させる際に上記のようなパルスレーザー堆積法を使用する。複合酸化物の膜を形成させる方法として、パルスレーザー堆積法の他にもスパッタリング法が知られている。しかしながら、スパッタリング法では、膜を堆積させる際に導入されたＡｒガスが、形成される薄膜（活性層２）中にＡｒ＋の状態で打ち込まれる。そしてこのＡｒ＋は、電子伝導に無関係であるので、活性層２の電子移動度が低下するという問題を生じさせる。また、スパッタリング法では、複合酸化物に含まれるＭｇとＩｎとの間でスパッタイールドが異なれば、形成される薄膜に含まれるＭｇとＩｎの組成が変化してしまい、所望とする組成で活性層２を形成させることができないという問題も生じる。
【００３５】
パルスレーザー堆積法により活性層２を形成させる本実施態様によれば、上記のような問題が生じないので、Ａｒ等の不純物が活性層２中に導入されることが防止され、ターゲットとした複合酸化物の組成のままで活性層２を形成させることができる。これにより、本実施態様では、電子移動度の大きな電界効果トランジスタ１を形成させることができる。
【００３６】
本実施態様の製造方法では、ゲート絶縁膜６がＹ２Ｏ３で構成されることが好ましい。また、活性層２を形成させるために使用される複合酸化物におけるＭｇとＩｎとの元素比率は、０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１であることが好ましい。それらの理由については既に説明した通りであるので、ここでの説明を省略する。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３８】
［電界効果トランジスタの作製］
下記の手順にて、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを作製した。作製した実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタの模式図を図２及び３に示す。図２は、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタを模式的に示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【００３９】
図３に示すように、無アルカリガラス基板（コーニング社製、商品名：ＥＡＧＬＥ２０００、サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ厚、表面粗さＲｒｍｓ＝０．２ｍｍ）上に、ゲート電極としてＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９：１（質量比）、膜厚１００ｎｍ）、ゲート絶縁膜としてＹ２Ｏ３膜（膜厚３００ｎｍ）、活性層としてＩｎ２ＭｇＯ４膜（膜厚４０ｎｍ）、ソース電極及びドレイン電極としてＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９：１（質量比）、膜厚１００ｎｍ）を、金属マスク（株式会社ピーワン製）を介して、ＫｒＦパルスレーザー堆積法により順次堆積させた。パルスレーザー堆積の際のチャンバー内ベース圧力は、３Ｐａとした。各膜を堆積させた際の条件は表１に示す通りとし、活性層（Ｉｎ２ＭｇＯ４膜）、ソース電極（ＩＴＯ膜）及びドレイン電極（ＩＴＯ膜）の寸法は図２に示す通りとした。なお、表１においてＩＴＯと表示した作製条件は、ＩＴＯ膜からなるゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の各電極共通の作製条件である。次いで、各膜を堆積させた際のダメージ（主として酸素欠陥）を除去するため、作製した電界効果トランジスタを大気中で４００℃に加熱してその温度で５分間保持した後、室温まで冷却した。作製した電界効果トランジスタのチャネル長Ｌ（ソース電極とドレイン電極との離間幅）及びチャネル幅Ｗ（ソース−ドレイン電流の生じる部分のうち、チャネル長Ｌと平面内で直行する幅の大きさ）はともに４００ｎｍとした。得られた電界効果トランジスタを実施例１の電界効果トランジスタとした。
【００４０】
なお、ＩＣＰ発光分析の結果、形成された活性層におけるＩｎとＭｇのモル比率は、パルスレーザー堆積法でターゲットとして使用したＩｎ２ＭｇＯ４と同じ２：１であることがわかった。また、ＩＴＯ膜、Ｙ２Ｏ３膜及びＩｎ２ＭｇＯ４膜の各膜を作製した後に、それぞれ薄膜Ｘ線回折分析（株式会社リガク製、ＡＴＸ−Ｇ型測定器、入射角０．５°固定、２θスキャン）を行ったところ、図４に示すように、回折角２θ＝２２°付近のガラスのハローに加え、それぞれの結晶相における結晶構造因子が最大となる回折ピーク位置（図４中の矢印で示す位置）にブロードな回折線が観察された。このことから、各膜はアモルファス又は微結晶の集合体として形成されていることがわかった。
【００４１】
ゲート絶縁膜として、Ｙ２Ｏ３膜の代わりに、ＳｉＯ２膜（膜厚３００ｎｍ、熱酸化膜、株式会社フジミファインテクノロジー製）を用いたこと以外は上記実施例１と同様の手順にて、比較例１の電界効果トランジスタを作製した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
［電界効果トランジスタの特性測定］
上記手順にて作製した実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタのそれぞれについて、特性を測定した。測定には、半導体デバイスアナライザ（アジレント・テクノロジー株式会社製、Ｂ１５００Ａ型測定器）を用い、大気中（シールドボックス内）、室温にて、ドレイン電流Ｉｄのゲート電圧Ｖｇ依存性を計測した。その結果を、実施例１の電界効果トランジスタについては図５に、比較例１の電界効果トランジスタについては図６に、それぞれ示す。
【００４４】
図５を参照すると、実施例１の電界効果トランジスタでは、ｐＡ（ピコアンペア）オーダーのオフ電流と数１０μＡのオン電流が観察され、ＯＮ／ＯＦＦ比が１０７以上であることがわかる。なお、このとき、（ドレイン電流）０．５−ゲート電圧のプロットから求めた閾値ゲート電圧は約−０．８Ｖであった。また、サブスレッショルドスイングファクター値（Ｓ．Ｓ．）は、約１９０ｍＶであり、ヒステリシスも殆ど観察されなかったことから、実施例１の電界効果トランジスタにおける活性層／ゲート絶縁膜界面近傍における界面準位濃度が極めて低いことがわかった。
【００４５】
これに対して、図６を参照すると、比較例１の電界効果トランジスタでは、ＯＮ／ＯＦＦ比は実施例１の電界効果トランジスタと同様であったものの、サブスレッショルドスイングファクター値（Ｓ．Ｓ．）が約１０００ｍＶであり、実施例１の電界効果トランジスタよりもＴＦＴ性能が劣ることがわかった。ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜のゲート容量がＹ２Ｏ３からなるゲート絶縁膜の約１／５しかなく、単位ゲート電圧あたりの蓄積キャリア濃度がＹ２Ｏ３からなるゲート絶縁膜を用いた場合に比べ小さいことがひとつの原因と考えられる。
【００４６】
次に、実施例１及び比較例１の電界効果トランジスタのそれぞれについて、トランジスタ性能の指標の一つである電界効果移動度μＦＥを以下の式により算出した。その結果を図７に示す。図７において、横軸の数値は、実効ゲート電圧であり、Ｖｇ−Ｖｇｔｈ（ここで、Ｖｇｔｈは閾値ゲート電圧で、Ｉｄ０．５−ＶｇプロットのＶｇ切片）で求めた値である。
μＦＥ＝ｇｍＷ／（ＬＣｏｘＶｄ）
上記式において、ｇｍはトランスコンダクタンス（＝ｄＩｄ／ｄＶｇ）、Ｃｏｘはゲート絶縁膜の容量（実施例１：５９ｎＦ／ｃｍ２、比較例１：１１．５ｎＦ／ｃｍ２）、Ｖｄはドレイン電流、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長である。
【００４７】
図７に示すように、電界効果移動度μＦＥは、実効ゲート電圧１６Ｖで比較すると、実施例１の電界効果トランジスタでは約９ｃｍ２／Ｖｓであり、既報のＩｎＧａＺｎＯ４電界効果トランジスタと同等の値だったのに対して、比較例１の電界効果トランジスタでは約４ｃｍ２／Ｖｓであり、実施例１よりも小さな値となった。また、比較例１の電界効果トランジスタでは、電界効果移動度μＦＥの飽和値が６．４ｃｍ２／Ｖｓだったのに対して、実施例１の電界効果トランジスタでは、電界効果移動度μＦＥの飽和値が１３ｃｍ２／Ｖｓ程度の大きな値が見積もられた。このことから、実施例１の電界効果トランジスタは、比較例１の電界効果トランジスタに比べて、良好な特性を有することが理解される。
【符号の説明】
【００４８】
１ 電界効果トランジスタ
２ 活性層
３ ゲート電極
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６ ゲート絶縁膜
７ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備え、
前記活性層が、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記活性層におけるＭｇとＩｎとの元素比率が０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１であることを特徴とする請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記活性層を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である請求項３記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記複合酸化物におけるＭｇとＩｎとの元素比率が０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１である請求項３又は４記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項１】
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備え、
前記活性層が、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物であり、前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記活性層におけるＭｇとＩｎとの元素比率が０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１であることを特徴とする請求項１記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が接合された活性層と、前記活性層及び前記ゲート電極の間にゲート絶縁膜と、を備えた電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記活性層を、ＭｇとＩｎとを主成分とする複合酸化物を使用したパルスレーザー堆積法にて形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜がＹ２Ｏ３である請求項３記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記複合酸化物におけるＭｇとＩｎとの元素比率が０＜Ｍｇ／Ｉｎ＜１である請求項３又は４記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６４６８７（Ｐ２０１２−６４６８７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６３８０（Ｐ２０１０−２０６３８０）
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１５日（２０１０．９．１５）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（０００２２０２３９）東京応化工業株式会社 (1,407)
【Ｆターム（参考）】
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