(57)【要約】【課題】高性能及び高信頼性を有する、ｎ型及びｐ型の両極動作が可能なバイポーラ型薄膜トランジスタを構築する。【解決手段】ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３電極、チャネル層及びゲート絶縁膜の各要素を具備してなる薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル層は、有機物膜と、タングステン、錫、チタンの少なくとも１つをドープしたインジウムを含み、電気抵抗率が予め制御された金属酸化物膜との積層であることを特徴とするバイポーラ型薄膜トランジスタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３電極、チャネル層及びゲート絶縁膜の各要素を具備してなる薄膜トランジスタにおいて、
前記チャネル層は、
有機物膜と、
タングステン、錫、チタンの少なくとも１つをドープしたインジウムを含み、電気抵抗率が予め制御された金属酸化物膜と
の積層であることを特徴とするバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記有機物膜は、Ｆ８Ｔ２、Ｐ３ＨＴ、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンであることを特徴とする、請求項１に記載のバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記チャネル層は、前記ゲート電極側から、前記金属酸化物膜、前記有機物膜の順で積層されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記有機物膜に接触して載置されることを特徴とする、請求項３に記載のバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記金属酸化物膜に含まれるタングステンは、０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記金属酸化物膜の前記電気抵抗率は、１０−１〜１０４Ωｃｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイポーラ型薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３電極、チャネル層及びゲート絶縁膜の各要素を具備してなる薄膜トランジスタにおいて、チャネル層を有機物膜及び金属酸化物膜の積層で形成した薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、液晶ディスプレイや電子ペーパーなどの背面板へ適用する場合には、ｎ型の駆動を行えば充分である。しかしながら、薄膜トランジスタを、液晶ディスプレイや電子ペーパーのディスプレイ駆動、ＣＭＯＳ等の論理回路や太陽電池等へ適用する場合には、ｎ型だけでなく、ｐ型としての両極性の動作が要求される。
この両極性動作に関し、非特許文献１には、有機−無機半導体構造によるｎ型及びｐ型のバイポーラ型トランジスタが開示されており、ここでは、ｐ型特性を示す有機半導体材料としてＰｅｎｔａｓｅｎｅが、ｎ型特性を示す酸化物半導体としてＩＺＯが用いられている。
【０００３】
一方、特許文献１は、チャネル層を、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ：Tin doped Indium Oxide）、更にチタンやタングステンをドープした酸化インジウム（ＩｎＴｉＯｘ、ＩｎＷＯｘ）などのインジウムを含む金属酸化物膜で形成することにより、膜の導電性を制御することが可能な薄膜トランジスタについて開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９２７２１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Applied Physics Letters 90, 262104 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そして今回、出願人は、非特許文献１のｎ型及びｐ型のバイポーラ型トランジスタにおいて、ｐ型特性を示す有機半導体材料としてＰｅｎｔａｓｅｎｅを、ｎ型特性を示す酸化物半導体としてＩＺＯを用いた場合、成膜時にＰｅｎｔａｃｅｎｅがＩＺＯに不純物としてコンタミするため、ＩＺＯの導電性が高くなり、ＴＦＴ特性が悪化するという見地を得た。
この問題を回避するために、酸化物半導体としてのＩＺＯの導電性を制御することが考えられるが、ＩＺＯは導電性を制御することが比較的困難であって、たとえＩＺＯの導電性を制御しても、十分なＴＦＴ特性は得られない。
【０００７】
そこでさらに、非特許文献１に記載の有機−無機半導体構造のバイポーラ型トランジスタの無機半導体材料を、ＩＺＯではなく、特許文献１に記載の材料で形成することが考えられる。
しかしながら、この場合であってもなお、無機半導体である金属酸化物膜を、単に特許文献１に記載の材料で形成するだけでは、金属酸化物膜上に有機半導体を載置した際に、金属酸化物膜の特性が変化してしまうことが分かった。
【０００８】
このように、非特許文献１に記載のバイポーラ型トランジスタの無機半導体を、単に特許文献１に記載の金属酸化物膜とするだけでは、充分に性能の良い、高信頼性のあるｎ型及びｐ型の両極性の半導体として駆動させることができない。
そして、このように酸化物半導体と有機半導体とを積層して形成した場合に、酸化物半導体の特性が良好な半導体特性を維持したまま、充分に高性能且つ高信頼性を有する有機−無機半導体構造のバイポーラ型トランジスタについては、特許文献１又は非特許文献１のどちらにも一切開示されていない。
【０００９】
従って本発明は、チャネル層を酸化物半導体と有機半導体とを積層して形成した場合に、酸化物半導体の良好な半導体特性を維持したまま、高性能且つ高信頼性を有する、ｎ型及びｐ型の良好な両極動作が可能なバイポーラ型薄膜トランジスタを構築することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の３電極、チャネル層及びゲート絶縁膜の各要素を具備してなるバイポーラ型薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル層を、有機物膜と、タングステン、錫、チタンの少なくとも１つをドープしたインジウムを含み、電気抵抗率が予め制御された金属酸化物膜との積層とすることにより達成される。
ここで、「電気抵抗率が予め制御された金属酸化物膜」とは、チャネル層を酸化物半導体と有機半導体とを積層して形成した場合に、酸化物半導体の特性が良好な半導体特性を維持するよう、酸化物膜の特性を考慮して、積層前に予め導電性をコントロールした酸化物膜のことを言う。
【００１１】
また、本発明のバイポーラ型薄膜トランジスタにおいて、前記有機物膜は、Ｆ８Ｔ２、Ｐ３ＨＴ、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンであることが好ましい。
【００１２】
前記チャネル層は、前記ゲート電極側から、前記金属酸化物、前記有機物膜の順で積層されるのが好ましく、また、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記有機物膜に接触して載置されるのが好ましい。なお、有機物膜に接触するとは、チャネルが金属酸化物層と有機物層とを積層して形成される際に、ソース電極及びドレイン電極が、有機物層上に設けられることを意味する。
【００１３】
また、前記金属酸化物膜に含まれるタングステンは、０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満であり、また、前記金属酸化物膜の前記電気抵抗率は１０−１〜１０４Ωｃｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、チャネル層を有機物膜及び金属酸化物膜で積層する薄膜トランジスタにおいて、当該金属酸化物膜が、タングステン、錫、チタンの少なくとも一つをドープしたインジウムを含み、且つ、電気抵抗率が予め制御されている。かかる構成により、金属酸化物膜に有機物膜を積層した場合であっても、金属酸化物膜の特性が良好な半導体特性を維持し、高性能且つ高信頼性を有する、ｎ型及びｐ型の両極動作が可能なバイポーラ型薄膜トランジスタを提供することができる。
また本発明によれば、低コストで且つ熱的安定性の高い、ｎ型及びｐ型の両極動作が可能なバイポーラ型薄膜トランジスタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるＴＦＴ素子の概略図である。
【図２】本発明によるＴＦＴ素子の特性評価の結果の一例を示す図である。
【図３】本発明によるＴＦＴ素子の特性評価の結果の他の例を示す図である。
【図４】本発明によるＴＦＴ素子の特性評価の結果の他の例を示す図である。
【図５】本発明によるＴＦＴ素子の特性評価の結果の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。本発明の薄膜トランジスタは、例えば図１に示すようなＴＦＴ素子であって、チャネル層が、有機物膜と、タングステン、錫、チタンの少なくとも１つをドープしたインジウムを含む金属酸化物との積層で形成される。
【００１７】
図１に示されるように、本発明の薄膜トランジスタでは、Ｓｉ基板（ゲート電極）１の表面上に、ゲート絶縁膜２としてＳｉＯ２熱酸化膜が形成される。当該ゲート絶縁膜２の上にはチャネル層１０が形成され、更に当該チャネル層１０上には、ソース電極５及びドレイン電極６が形成される。また、チャネル層１０は、有機物膜４と、金属酸化物膜３との積層構造によって形成されている。なお、図１中の７は、Ｓｉ（ゲート電極）１と導通をとるための銀ペーストである。
【００１８】
そして、チャネル層が有機物膜及び金属酸化物膜（無機物膜）で積層される本発明の薄膜トランジスタにおいて、当該金属酸化物膜は、タングステン、錫、チタンの少なくとも一つをドープしたインジウム（ＩｎＷＯｘ、ＩｎＳｎＯｘ、ＩｎＴｉＯｘ）を含むように形成される。
【００１９】
さらに好適には、金属酸化物膜は、タングステンと、錫、チタン、亜鉛の少なくとも一つとをドープしたインジウム（ＩｎＷＳｎＯ、ＩｎＷＴｉＯ、ＩｎＷＺｎＯ）を含むように形成されている。
【００２０】
このような材料を用いれば、金属酸化物膜を成膜する際に、酸素欠損の度合い及びタングステンのドープ量を調整することによって、比較的容易に電気抵抗率を調整することが可能となる。
つまり、例えば従来のように金属酸化物膜としてＩＺＯを用いると、導電性が高くなり過ぎてしまうので、金属酸化物膜ＩＺＯの上に有機物膜を積層する際に、下側に位置する金属酸化物膜の特性が大きく変化してしまう。そうすると、ｎ型としての金属酸化物膜及びｐ型としての有機物膜をそれぞれ積層させても、ｎ型及びｐ型の両極を、ＴＦＴ特性が大きく変化することが無い状態で充分に駆動させることはできない。これに対し、本発明のように金属酸化物膜が上記材料のいずれかを含むようにすれば、金属酸化物膜の抵抗率を調整して導電性を制御することができる。従って、有機物膜を積層した際の金属酸化物の特性変化を考慮して、積層前に、予め金属酸化物膜の導電性が所望の抵抗値を有するように、コントロールすることができるのである。このように、酸素導入量及びタングステンのドープ量を調整して抵抗率を高めに設定しておくことによって、金属酸化物膜の上に有機物膜を形成した後に、金属酸化物膜の特性が良好な半導体特性を維持したまま、すなわち、ＴＦＴ特性を良好な状態のままにすることができるので、高性能かつ高信頼性を有した、両極動作が可能なバイポーラ型薄膜トランジスタを構築することが可能となる。
また、上記のような材料を用いれば、透明な導電膜を得ることができるで、透明な薄膜トランジスタを作製することが可能である。
【００２１】
また特に、金属酸化物膜が、タングステンをドープしたインジウムを必ず含むようにすれば、金属酸化物膜の導電性をより効果的に制御することができる。
ここで、ＴＦＴの様な半導体素子では、製品化の過程で後工程として、パネルとの接着や封止工程等の加熱工程が必ず必要となるが、この加熱工程である後述するポストアニールを行った後には、金属酸化物膜の導電性は、タングステンのドープ量にのみ依存することになる。すなわち、ＩＷＯの導電性は、アニール前は酸素導入量とタングステンのドープ量の両方に依存しているが、ポストアニールを行うと、金属酸化物膜中の酸素含有量が熱力学的に安定な状態に落ち着くことになるので、成膜時の酸素導入量には依存しなくなるのである。このように、タングステンをドープしたインジウムを必ず含むようにすれば、ポストアニールのような加熱処理を行う場合でも、タングステンのドープ量を変化させることで、導電性を操作することができるのである。
なお、非特許文献１に開示されている、無機半導体材料にＩＺＯを用いた有機−無機半導体構造のバイポーラ型トランジスタでは、ポストアニールを行った場合に、導電性が強くなり過ぎてしまうため、半導体として機能することができないのに対し、無機半導体材料に上記材料を用いる本発明の有機−無機半導体構造のバイポーラ型トランジスタによれば、ポストアニールを行った場合であっても、導電性が高くなり過ぎることなく、半導体として機能させることができる。ＴＦＴの様な半導体素子では、上述の通り、製品化の過程で後工程として、パネルとの接着や封止工程等の加熱工程が必ず必要となる。従って、無機半導体材料に上記材料を用いれば、ポストアニールのような加熱処理を行った場合であっても、半導体としての機能を保つことが可能な、熱的安定性の高いトランジスタとすることができるのである。
以上の通り、金属酸化物膜が、タングステンをドープしたインジウムを必ず含むようにすれば、金属酸化物膜の抵抗率をより容易に且つより正確に制御することができるので、金属酸化物膜をチャネル層として積層する前に、良好なＴＦＴ特性を与えるための所望の抵抗値を有する金属酸化物膜を形成することが可能である。
また特に、タングステンを含むＩｎＷＯｘ、ＩｎＷＳｎＯ、ＩｎＷＴｉＯ、ＩｎＷＺｎＯは、アモルファス性を保持する傾向があるので、熱安定性や膜平坦性に優れている。
【００２２】
ここで、チャネル層の一部を形成する金属酸化物膜、すなわち上記のようなＩｎＷＯｘ膜、ＩｎＳｎＯｘ膜、ＩｎＴｉＯｘ膜、さらに好適にはＩｎＷＳｎＯ膜、ＩｎＷＴｉＯ膜、ＩｎＷＺｎＯ膜の成膜方法は、ＤＣ反応性スパッタ法やＲＦスパッタ法、パルスレーザー蒸着法などの物理的気相成長法を用いることができるが、特に、酸化ガスを含む雰囲気下で、インジウムを含むターゲットを用いてスパッタする方法を採用するのが好ましい。この場合、酸素ガスの流量を調整することによって、金属酸化物膜（ＩｎＷＯｘ膜、ＩｎＳｎＯｘ膜、ＩｎＴｉＯｘ膜、ＩｎＷＳｎＯ膜、ＩｎＷＴｉＯ膜、ＩｎＷＺｎＯ膜）の酸素欠損量を調整することができるので、チャネル層として金属酸化物膜の上に有機物膜を積層する場合であっても、金属酸化物膜の特性が大きく変化するのを防ぐことができる。すなわち、金属酸化物膜の上に更に有機物膜を積層した場合であっても、金属酸化物膜の電気抵抗率を、チャネル層に適した抵抗率に調整することができるので、良好な状態で、ｎ型及びｐ型の両極を駆動させることができるようになる。
【００２３】
スパッタ法による金属酸化物膜の成膜を行う際に用いられるターゲットとしては、ＩｎＷＯｘを成膜する場合にはＩｎＷ金属ターゲットやＩｎＷＯｘセラミクスターゲットを、ＩｎＴｉＯｘを成膜する場合にはＩｎＴｉ金属ターゲットやＩｎＴｉＯｘセラミクスターゲットを、ＩｎＳｎＯｘを成膜する場合にはＩｎＳｎ金属ターゲットやＩｎＳｎＯｘセラミクスターゲットを、それぞれ用いることができる。
【００２４】
なお、従来のＤＣ反応性スパッタ法やＲＦスパッタ法などの成膜法は、成膜速度が比較的遅いために十分な生産性が得られない場合があると共に、ＩｎＷＯｘ膜、ＩｎＳｎＯｘ膜、ＩｎＴｉＯｘ膜、ＩｎＷＳｎＯ膜、ＩｎＷＴｉＯ膜、ＩｎＷＺｎＯ膜の安定な組成制御も容易ではなく特性の維持が困難となる場合がある。そこで、特に制限されるものではないが、複数のカソードにパルス状の電圧を交互に印加することにより、高速でこれらの膜を作成するデュアルカソードスパッタ法を適用して生産性を向上させることができる。更に、プラズマ中のイオン濃度を測定することによって、導入酸素量をリアルタイムで制御するＰＥＭ（Plasma Emission Monitor）コントロールによるフィードバックシステムを用いることも好ましく、これによりターゲットの状態に依存することなく、薄膜の安定な組成制御及び酸素含有量制御を行うことができる。
【００２５】
一方、図１で示される、チャネル層１０の一部を形成する有機物膜４は、Ｆ８Ｔ２、Ｐ３ＨＴ、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンによって形成されるが、必ずしもこれらに限定されるわけではなく、トランジスタにおいて有機物半導体として用いられる一般的な材料によって形成されれば良い。なお、チャネル層の一部を形成する上記有機物膜の成膜方法には、スピンコート法を用いるのが好ましいが、特にこの方法に限定されるわけではない。
【００２６】
そして、これらの金属酸化物膜及び有機物膜の積層で構成されるチャネル層は、図１に示されるように、ゲート電極１側（図１の下側）から、金属酸化物膜３、有機物膜４の順で積層されるのが好ましい。
上述の通り、金属酸化物膜は特にスパッタ法で成膜されるのに対し、有機物膜は蒸着も可能だが、低コスト化のために特にスピンコート法で成膜される。従って、ゲート電極の上に先に有機物膜を成膜すると、金属酸化物膜を成膜する載のスパッタリングによって、有機物膜がプラズマにさらされて変質する。また、金属酸化物膜の中に有機物が大量に混入してしまう。
但し、本発明のＴＦＴ素子のチャネル層は、図１に示したように、下層を金属酸化物膜、上層を有機物膜とする積層に限定されるものではなく、積層方法を工夫することによって、下層を有機物膜、上層を金属酸化物膜とする積層にすることもできる。
【００２７】
さらに、ソース電極及びドレイン電極は、有機物膜の上に接触して形成されることが好ましい。このように両電極を有機物膜の上に形成することによって、接触抵抗が大幅に低減し、良好なＴＦＴ特性が得られるという効果がある。
また、ソース電極及びドレイン電極は、一方又は両方の電極を、上記チャネル層の金属酸化物膜と同様に、ＩｎＷＯｘ、ＩｎＳｎＯｘ、ＩｎＴｉＯｘ、ＩｎＺｎＯｘ、ＩｎＷＳｎＯ、ＩｎＷＴｉＯ、ＩｎＷＺｎＯなどのインジウムを含む金属酸化物膜で形成することが好ましい。これにより、チャネル層の金属酸化物膜、ソース電極及びドレイン電極を同じ成膜装置で形成することができるので、製造コストを低減させることができる。ただし、両電極は上記に限定されるものではなく、通常のＩＴＯ、また、透明性を求めなければ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌなどの金属材料、各種導電性高分子材料などの他の材料を用いることもできる。
【００２８】
さらに、金属酸化物膜に含まれるタングステンは、金属酸化物膜全体のｗｔ％の１５ｗｔ％未満であるのが好ましい。これ以上の量を含むと、抵抗率が大きくなり過ぎて絶縁性となり、良好なＴＦＴ特性を維持することができなくなるからである。
【００２９】
またさらに、チャネル層の金属酸化物膜は、特に制限されるものではないが、通常は１０−１〜１０５Ωｃｍ、特に１〜１０４Ωｃｍの電気抵抗率に調整される。この場合、上記ＩｎＷＯｘ、ＩｎＳｎＯｘ、ＩｎＴｉＯｘ、さらに好適にはＩｎＷＳｎＯ、ＩｎＷＴｉＯ、ＩｎＷＺｎＯは、成膜時に酸素欠損の度合いを調節することで、比較的容易に電気抵抗率を調整することができる。
このような電気抵抗率にすることによって、金属酸化物膜に有機物膜を積層した場合であっても、金属酸化物膜の特性が変化すること無く、良好なＴＦＴ特性を維持することができる。これにより、高性能且つ信頼性のある状態で、ｎ型及びｐ型の両極動作を駆動させることができる。
【００３０】
なお、ソース電極やドレイン電極にも良好な導電性が求められ、通常は１０−５〜１０−１Ωｃｍ、特に１０−５〜１０−２Ωｃｍの電気抵抗率に調整される。
上記ソース電極やドレイン電極をＩｎＷＯｘ膜、ＩｎＳｎＯｘ膜、ＩｎＴｉＯｘ膜、ＩｎＺｎＯｘ膜、ＩｎＷＳｎＯ膜、ＩｎＷＴｉＯ膜、ＩｎＷＺｎＯ膜などで形成する場合には、チャネル層の一部を形成する金属酸化物膜を成膜する場合と同様に、スパッタ法により形成することができるが、この際にも、酸素導入量を調整して酸素欠損を導入することによって、低抵抗率を達成することができる。
また、水素や水を添加しながら成膜を行うことも、低抵抗率の実現のためには有効である。さらに、これらソース電極及びドレイン電極を成膜する際にも、チャネル層の金属酸化物膜と同様にデュアルカソードスパッタ法やＰＥＭコントロールを採用することによって、ターゲットの状態に依存することなく、薄膜の安定な組成制御及び酸素含有量制御を行うことができるので、信頼性の高い成膜操作を行うことができる。
【００３１】
なお、上記図１のＴＦＴ素子では、基板としてＳｉＯ２のゲート絶縁膜を有するＳｉ基板を用いたが、基板はこれに限定されるものではない。例えば、上記Ｓｉ基板の他に、白板ガラス、青板ガラス、石英ガラスなどのガラス基板、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を初めとする高分子フィルム基材などの透明基板や、デバイスに対して透明性が求められない場合であれば、各種金属基板やプラスチック基板、ポリイミドなどの非透明高分子基板など、従来からのトランジスタ等の電子デバイスの基板として公知のものを用いることができる。
【００３２】
また、上記図１のＴＦＴ素子では、Ｓｉ基板をゲート電極として銀ペーストでこのゲート電極と導通をとるようになっているが、絶縁性の基板を用いて、別個にゲート電極及びゲート絶縁膜を基板上に形成することもできる。
この場合、ゲート電極を形成する材料には、上述のソース電極やドレイン電極と同じ電極材料を用いることができる。また、チャネル層の金属酸化物膜を成膜する際と同様の成膜装置を用いて、ＩｎＷＯｘ膜、ＩｎＳｎＯｘ膜、ＩｎＴｉＯｘ膜、ＩｎＺｎＯｘ膜で形成することもできる。なお、ゲート電極の電気抵抗率は、１０−５〜１０−１Ωｃｍ、特に、１０−５〜１０−２Ωｃｍとすることができる。
ゲート絶縁膜は、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｈｆ酸化物などの金属酸化物や、ポリイミドを初めとする絶縁性高分子材料どの公知の材料を用いて、公知の方法で形成すればよい。なお、ゲート絶縁膜の電気抵抗率は、１０８Ωｃｍ以上、特に、１０１０Ωｃｍ以上とすればよい。
【実施例】
【００３３】
以下では、上記の構成によって形成される薄膜トランジスタの実施例を示し、本発明についてより詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない点に留意すべきである。
【００３４】
［実施例１］
＜スパッタ条件＞
まず、表面にゲート絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されたシリコンウエハー上に、厚さ３０ｎｍのＩｎＷＯの酸化物半導体を成膜した。成膜は、下記のスパッタ条件で、スパッタ法により行った。
ターゲット：ＩｎＷＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＷＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｗ＝９５／５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
使用基板：熱酸化膜付きシリコンウエハー（厚み３００ｎｍ）
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
＜スピンコート条件＞
続いて、成膜したＩｎＷＯ膜に、ｐ型有機半導体を塗布した。塗布は、下記のスピンコート条件で、スピンコートにより行った。
使用した有機半導体：Ｆ８Ｔ２
溶媒：クロロホルム
溶媒濃度：２ｍｇ／ｍｌ
スピナー回転数：１０００ｒｐｍ
回転時間：１０ｓｅｃ
乾燥条件：６０℃×１０ｍｉｎ
＜ソース・ドレイン電極の作製＞
さらに、上述のようにして作製したＩｎＷＯの酸化物半導体及びｐ型有機半導体で形成されるチャネル層の上に、厚さ３ｎｍのＣｒ及び厚さ４５ｎｍのＡｕを積層したソース・ドレイン電極をスパッタ法によって作製した。パターニングはシャドーマスクを用いて公知の方法によって行った。また、チャネル長は０．１ｍｍ、チャネル幅は６．４ｍｍとした。
＜アニール＞
そしてさらに、このようにして得られた素子を、大気中で１５０℃／１時間という条件でアニールした。
【００３５】
［実施例２］
＜スパッタ条件＞
次に、表面にゲート絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されたシリコンウエハー上に、厚さ３０ｎｍのＩｎＷＯの酸化物半導体を成膜した。成膜は、下記のスパッタ条件で、スパッタ法により行った。
ターゲット：ＩｎＷＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＷＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｗ＝９５／５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
使用基板：熱酸化膜付きシリコンウエハー（厚み３００ｎｍ）
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
＜蒸着条件＞
続いて、成膜したＩｎＷＯ膜に、蒸着法によってｐ型有機半導体を成膜した。蒸着条件は、下記の通りである。
使用した有機半導体：ペンタセン
到達真空度：１×１０−４Ｐａ未満
膜厚：約５０ｎｍ
＜ソース・ドレイン電極の作製・アニール＞
続くソース・ドレイン電極の作製、アニール条件は、実施例１と同様である。
【００３６】
［比較例１］
＜スパッタ条件＞
次に、表面にゲート絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されたシリコンウエハー上に、厚さ３０ｎｍのＩｎＺｎＯの酸化物半導体を成膜した。成膜は、下記のスパッタ条件で、スパッタ法により行った。
ターゲット：ＩｎＺｎＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＺｎＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｚｎ＝９５／５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
使用基板：熱酸化膜付きシリコンウエハー（厚み３００ｎｍ）
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
＜スピンコート条件＞
続いて、成膜したＩｎＺｎＯ膜に、ｐ型有機半導体を塗布した。塗布は、下記のスピンコート条件で、スピンコートにより行った。
使用した有機半導体：Ｆ８Ｔ２
溶媒：クロロホルム
溶媒濃度：２ｍｇ／ｍｌ
スピナー回転数：１０００ｒｐｍ
回転時間：１０ｓｅｃ
乾燥条件：６０℃×１０ｍｉｎ
＜ソース・ドレイン電極の作製・アニール＞
続くソース・ドレイン電極の作製、アニール条件は、実施例１と同様である。
【００３７】
［比較例２］
＜スパッタ条件＞
次に、表面にゲート絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されたシリコンウエハー上に、厚さ３０ｎｍのＩｎＺｎＯの酸化物半導体を成膜した。成膜は、下記のスパッタ条件で、スパッタ法により行った。
ターゲット：ＩｎＺｎＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＺｎＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｚｎ＝９５／５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
使用基板：熱酸化膜付きシリコンウエハー（厚み３００ｎｍ）
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
＜蒸着条件＞
続いて、成膜したＩｎＺｎＯ膜に、蒸着法によってｐ型有機半導体を成膜した。蒸着条件は、下記の通りである。
使用した有機半導体：ペンタセン
到達真空度：１×１０−４Ｐａ未満
膜厚：約５０ｎｍ
＜ソース・ドレイン電極の作製・アニール＞
続くソース・ドレイン電極の作製、アニール条件は、実施例１と同様である。
【００３８】
以上のようにして作製したＴＦＴ素子に関し、アジレント社製半導体パラメーターアナライザー４１５５Ｃを用いて、ドレイン電圧として＋５０Ｖを印加しながらゲート電圧を−２００Ｖ〜＋５０Ｖまで掃印することによって、ＴＦＴ特性の評価実験を行った。図２は、ＴＦＴ特性の評価結果である。
【００３９】
図２からわかるように、ＴＦＴ特性の評価実験の結果、実施例１では、ゲート電圧が−２００Ｖ〜−１１０Ｖの領域では、ｐ型有機半導体層に蓄積されたホール（正孔）がキャリアとして流れ、ｐ型動作を示した。また、ゲート電圧が−９０Ｖ〜５０Ｖの領域では、ＩｎＷＯ膜であるｎ型酸化物半導体層に蓄積された電子がキャリアとして流れ、ｎ型の動作を示した。−１１０Ｖ〜−９０Ｖの領域は、オフの状態である。このように、ｎ型酸化物半導体とｐ型有機半導体であるＦ８Ｔ２との多層膜をチャネルにしたＴＦＴ素子において、ＩｎＷＯ膜をｎ型酸化物半導体として形成することによって、ｎ型及びｐ型両極の動作が可能であることが確認された。
また、実施例２でも、ほぼ同様の結果が示され、ｎ型酸化物半導体とｐ型有機半導体であるペンタセンとの多層膜をチャネルにしたＴＦＴ素子において、ＩｎＷＯ膜をｎ型酸化物半導体として形成することによって、ｎ型及びｐ型両極の動作が可能であることが確認された。
【００４０】
これに対し、比較例１及び比較例２では、図２からわかるように、全く変調がかからないことが明らかになった。これは、ＩｎＺｎＯ膜が、アニールによって完全に導電体になったためである。
【００４１】
［実施例３］
さらに、実施例１のＩｎＷＯの酸化物半導体を成膜する際に、タングステンのドープ量を変化させて、成膜を行った。
実施例１と同様、表面にゲート絶縁膜として熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されたシリコンウエハー上に、厚さ３０ｎｍのＩｎＷＯの酸化物半導体を成膜した。成膜は、タングステンの含有量が異なる以外は実施例１と同様、下記のスパッタ条件で、スパッタ法により行った。
＜スパッタ条件＞
ターゲット：ＩｎＷＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＷＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｗ＝９７．５／２．５ｗｔ％、
Ｉｎ／Ｗ＝９２．５／７．５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
使用基板：熱酸化膜付きシリコンウエハー（厚み３００ｎｍ）
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
＜スピンコート条件・ソース・ドレイン電極の作製・アニール＞
スピンコート条件、ソース・ドレイン電極の作製、アニールは、実施例１と同様である。
【００４２】
以上のようにして作製したＴＦＴ素子に関し、アジレント社製半導体パラメーターアナライザー４１５５Ｃを用いて、ドレイン電圧として＋５０Ｖを印加しながらゲート電圧を−２００Ｖ〜＋５０Ｖまで掃印することによって、ＴＦＴ特性の評価実験を行った。図３は、実施例１及び実施例３のＴＦＴ特性の評価結果である。
【００４３】
図３からわかるように、ＴＦＴ特性の評価実験の結果、タングステンのドープ量を多めにした場合、得られたバイポーラトランジスタの特性が、より良好になっていることがわかる。また、オフの電圧がより０Ｖに近づいて、使用し易い素子になっていることがわかる。また、オフの電流値もより小さくなっており、オンオフ比を大きく確保することができている。すなわち、実施例１に比較して、ＩｎＷＯセラミクスターゲットの組成をＩｎ／Ｗ＝９２．５／７．５ｗｔ％とした場合の方が、バイポーラトランジスタの特性はより良好になっている。
【００４４】
［比較例３］
またさらに、実施例３と同様に、実施例１のＩｎＷＯの酸化物半導体を成膜する際に、タングステンのドープ量を変化させて成膜を行い、タングステンのドープ量と、ＩｎＷＯ薄膜の電気抵抗率や本発明のバイポーラトランジスタ特性との関係を調べた。
まず、図４は、タングステンのドープ量とＩｎＷＯ薄膜の電気抵抗率の関係を示す。ここでは、石英ガラス上に実施例１と同じ下記のスパッタ条件で、タングステンのドープ量を変化させたＩｎＷＯ薄膜を成膜した。
＜スパッタ条件＞
ターゲット：ＩｎＷＯセラミクスターゲット（サイズ７５ｎｍφ）
ＩｎＷＯセラミクスターゲットの組成：Ｉｎ／Ｗ＝１００／０ｗｔ％、
Ｉｎ／Ｗ＝９９．５／０．５ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝９７．５／２．５ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝９５／５ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝９２．５／７．５ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝９０／１０ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝８５／１５ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝８０／２０ｗｔ％
Ｉｎ／Ｗ＝７５／２５ｗｔ％
成膜時の圧力：０．５Ｐａ
ターゲットへの印加電力：１５０Ｗ
成膜時のガス導入量：Ａｒ／Ｏ２＝９５／５ｓｃｃｍ
成膜時間：１５０ｓｅｃ
膜厚：３０ｎｍ
【００４５】
このようにして得られた膜を、大気中で１５０℃のアニールを行い、東陽テクニカ社製ホール測定装置ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００で抵抗率測定を行った。
その結果、図４に示すように、タングステンのドープ量が０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満で良好な半導体的な抵抗率が得られた。タングステンのドープ量が１５ｗｔ％以上の膜では、抵抗率が１０５Ωｍ以上となり、絶縁性が高く、ＴＦＴ用の半導体膜として不適切であることがわかる。また、タングステンが全く含まれていないと、導電性が高すぎることも明らかである。
【００４６】
さらに、これらのＩｎＷＯ膜を、実施例１や実施例３と同様に、熱酸化膜付きのシリコンウエハー上に成膜し、バイポーラ型トランジスタを作製した。なお、スピンコート条件やソース・ドレイン電極の作製、アニールは実施例１と同様である。
【００４７】
作製したＴＦＴ素子に関して、アジレント社製半導体パラメーターアナライザー４１５５Ｃを用いて、ドレイン電圧として＋５０Ｖを印加しながらゲート電圧を−２００Ｖ〜＋５０Ｖまで掃印して、ＴＦＴ特性の評価を行った。
【００４８】
図５は、得られた結果を元に、オフ状態での電流値と、ゲート電圧が＋５０Ｖの時のオン状態での電流値を比較したオンオフ比を、タングステンのドープ量依存性としてプロットした図である。
この結果からわかるように、タングステンのドープ量が０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％未満の場合に、十分なオンオフ比を得ることができる。一方、タングステンのドープ量が０．５ｗｔ％未満では、完全な導体となり、常にオンの状態であるためにオンオフ比が１となった。また逆に、タングステンのドープ量が１５ｗｔ％以上では、ＩｎＷＯの抵抗率が高すぎるために常にオフ状態であり、オンオフ比がほとんど得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明による薄膜トランジスタによれば、高性能且つ高信頼性を有した状態で、ｎ型及びｐ型の両極動作をさせることが可能となる。これは、液晶ディスプレイや電子ペーパーのディスプレイ駆動、ＣＭＯＳ等の論理回路や太陽電池等へ適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  Ｓｉ（ゲート電極）
２  ゲート絶縁膜
３  金属酸化物膜
４  有機物膜
５  ソース電極
６  ドレイン電極
７  銀ペースト
１０  チャネル層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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