電極界面の接触抵抗を約3桁も低減したIGZO-TFT：電極にパラジウムを採用

東京工業大学は、水素と触媒反応を利用し、金属と半導体界面の接触抵抗を従来に比べ約3桁も低減させた「アモルファス酸化物半導体（IGZO）トランジスタ」（IGZO-TFT）の開発に成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

キャパシターが不要な次世代2T0Cメモリへの応用に期待

　東京工業大学国際先駆研究機構元素戦略MDX研究センターの辻昌武特任助教とShi Yuhao（施宇豪）大学院生、細野秀雄特命教授らによる研究チームは2024年4月、水素と触媒反応を利用し、金属と半導体界面の接触抵抗を従来に比べ約3桁も低減させた「アモルファス酸化物半導体（IGZO：InGaZnO_x）トランジスタ」（IGZO-TFT）の開発に成功したと発表した。

　IGZO-TFTは、フラットパネルディスプレイ（FPD）用途で広く採用されているIGZO技術をベースとした薄膜トランジスタ（TFT）。移動度が高く高速での読み書きが可能なため、キャパシターが不要な次世代2T0C（2トランジスタ／0キャパシター）メモリなどへの応用が期待されている。ただ、TFTをnmスケールで集積していくと、金属と半導体界面の接触抵抗が大きくなり、移動度や電力消費などに悪影響を及ぼしていた。

　研究チームは今回、高い水素透過能を備え、水素分子を解離する触媒金属でもあるパラジウム（Pd）を電極として用いた。保護膜としてはアモルファスZnSiO_x（ZSO_x）を採用した。

　デバイスの外部から内部界面へ、高活性の原子状水素を輸送して界面を効率的に還元し、金属中間層を生成する手法を用い、接触抵抗が6.1Ω・cmのIGZO-TFTを実現した。この手法は、界面近傍のみを選択的に反応させることが可能である。このため、チャネル層へのダメージを防ぐことができ、デバイスの安定性を維持したまま、高移動度を実現した。

内部接触界面における課題解決に向けた取り組み［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　研究チームは、チャネル長が30μmのボトムコンタクト型IGZO-TFTを作製し、接触抵抗と実効チャネル長の偏差に対する水素アニール処理依存性を評価した。開発した手法を用いることで、埋もれている電極−半導体界面に対しても、効果的な処理を行うことが可能となった。

　これにより、未処理の場合に3kΩ・cmであった接触抵抗が、後処理を行うことで6Ω・cmに改善されたという。また、150℃の温度で10分間の水素処理を行うことで、パターニングされたチャネル長に対する実効チャネル長の偏差は44nmに抑えることができたという。

作製したIGZO-TFTの構造と接触特性［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学

　また、TFTがオン時（V_G＝20V）に抵抗成分中の接触抵抗は約80％あったが、水素処理を行うと極めて小さくなった。この結果、TFTの電界効果移動度は20cm²/Vsまで向上した。デバイスの安定性については、水素処理の前後において大きな変化は見られなかった。さらに、トップコンタクト型TFTでも同等性能が得られることを確認した。

作製したIGZO-TFTの特性評価。左上は全抵抗のうち接触抵抗の寄与率。左下と右下はボトムコンタクト、トップコンタクト構造における水素処理前後のTFT特性。右上はTFTの電圧、温度に対する閾値電圧の安定性［クリックで拡大］ 出所：東京工業大学