(57)【要約】      （修正有）【課題】塗布液を用いて絶縁膜を形成する工程を含む際にも移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタの作製方法を提供する。【解決手段】ゲート電極２６と、ソース電極２３及びドレイン電極２４と、ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層２２と、ゲート電極と活性層との間に設けられたゲート絶縁層２５と、を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、ゲート絶縁層を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を含む。【選択図】図２
2018098222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記ゲート絶縁層を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を含む、
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層形成工程の前に、前記酸化物半導体を形成する活性層形成工程を含む、請求項１に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記酸化物半導体が、前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布して形成される請求項１から２のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記酸化物半導体が、前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が４００度未満で加熱して形成される、請求項１から３のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記ゲート絶縁層が、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含む請求項１から４のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体である請求項１から５のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きい請求項６に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項８】
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記活性層を形成する活性層形成工程を含む、
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電子ペーパー等の平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）は、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いた薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を含む駆動回路により駆動されている。そして、ＦＰＤは、さらなる大型化、高精細化、高速駆動性が求められており、それに伴って、キャリア移動度が高くオン・オフ比が高いといった良好なスイッチング特性を有するトランジスタが求められている。
【０００３】
しかしながら、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（特に低温ポリシリコン：Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ  Ｓｉｌｉｃｏｎ：ＬＴＰＳ）を活性層に用いたＴＦＴは、それぞれに一長一短があり、同時に全ての要求を満たすことは困難であった。
【０００４】
例えば、ａ−Ｓｉ  ＴＦＴは、大画面のＬＣＤを高速駆動するには移動度が不足しており、また連続駆動時の閾値電圧シフトが大きいという欠点を抱えている。ＬＴＰＳ−ＴＦＴは、移動度は大きいが、エキシマレーザーアニーリングによって活性層を結晶化するプロセスのために閾値電圧のバラツキが大きく、量産ラインのマザーガラスサイズを大きくできないという問題が存在する。
【０００５】
そこで、アモルファス状態でａ−Ｓｉ以上の移動度を示すＩｎＧａＺｎＯ４（ａ−ＩＧＺＯ）が提案され（非特許文献１参照）、これをきっかけとして、移動度の高い酸化物半導体を活性層とするトランジスタが精力的に研究されるに至った。
【０００６】
トランジスタは、活性層となる半導体の他に、金属等の導電膜や絶縁膜が積層された構成を持つ。各膜を形成する方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の真空プロセスにより成膜する方法が従来用いられてきた。
【０００７】
一方、近年、基板サイズの大型化に伴う製造装置の大型化による製造コストの増大といった問題等から、トランジスタを塗布プロセスで製造するための技術開発が盛んに行われている。ここで塗布プロセスとは、原料となる塗布液を被塗物に塗布した後、熱処理によって塗布液から目的の膜を生成するプロセスを指す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、塗布液を用いて絶縁膜を形成する工程を含む際にも、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタを作製できる電界効果型トランジスタの作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の電界効果型トランジスタの製造方法は、
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記ゲート絶縁層を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、塗布液を用いた工程で形成された絶縁膜を有し、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型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】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す図である（その１）。
【図１Ｂ】図１Ｂは、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す図である（その２）。
【図１Ｃ】図１Ｃは、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す図である（その３）。
【図１Ｄ】図１Ｄは、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す図である（その４）。
【図２】図２は、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は、ボトムコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図４】図４は、トップコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図５】図５は、ボトムコンタクト・ボトムゲート型の電界効果型トランジスタの一例を示す概略構成図である。
【図６】図６は、実施例１のトランスファー特性（Ｖｄｓ＝２Ｖ）を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１のトランスファー特性（Ｖｄｓ＝１０Ｖ）を示すグラフである。
【図８】図８は、比較例１のトランスファー特性（Ｖｄｓ＝２Ｖ）を示すグラフである。
【図９】図９は、比較例１のトランスファー特性（Ｖｄｓ＝１０Ｖ）を示すグラフである。
【図１０】図１０は、比較例２のトランスファー特性（Ｖｄｓ＝２Ｖ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明に関連する技術について説明する。
トランジスタの作製に塗布プロセスを用いることは、製造装置の簡略化や製造コストの低減といった利点につながるが、一方で塗布プロセス特有の課題も存在する。すなわち、トランジスタを構成するある層を塗布液の焼成によって形成する場合、基板及びそれ以前に基板上に形成された層（以降、下層と表記する）も同時に加熱されるため、焼成の温度や時間によっては下層の特性に影響が生じることがある。例えば、下層に金属層が含まれている場合、焼成工程においてその金属が酸化され高抵抗化することがある。下層に酸化物層が含まれている場合、焼成工程においてその酸化物層と外部（隣接する層や大気）との間での酸素のやり取りが促進され、酸化物層の酸化度が変化することがある。このような金属層や酸化物層の熱による特性変化によって、良好な特性のトランジスタが得られないことが課題となっていた。
【００１３】
特に、酸化物半導体からなる活性層とソース電極及びドレイン電極との間の電気的な接触の悪化は大きな問題となる。例えば、トップゲート構成のトランジスタにおいて、塗布液を用いたプロセスでゲート絶縁層を形成する場合、ゲート絶縁層の焼成工程では下層の活性層とソース電極とドレイン電極も加熱工程を経ることになる。一般的に、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の電気的な接触は、高い温度や長時間の加熱によって悪化する傾向があり、接触抵抗が増大したりショットキー障壁ができたりすることが知られている。そのような電気的な接触の悪化はトランジスタの特性の悪化につながる。特に、活性層とソース電極及びドレイン電極との間にショットキー障壁ができてしまうと、障壁を越えられるような電圧を印加しないとソース電極とドレイン電極間に電流が流れないことから、高い電圧では正常動作するトランジスタが電圧を下げていくと極端に特性が悪化する現象が起こり、問題となっていた。
【００１４】
従って、塗布プロセスを用いながらも、高性能なトランジスタが得られる作製方法が求められていた。
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。そして、上記の課題を達成するためには、ゲート絶縁層を形成する材料として、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物を用い、更にこの常誘電体アモルファス酸化物を塗布プロセスで形成し、該塗布液を焼成する温度を３５０度以上４００度未満とすることが有効であることを見出した。焼成温度を３５０度以上とすることにより、ゲート絶縁層の絶縁性を高めてリーク電流を小さく抑えることができ、オフ電流低減の効果が得られる。また、焼成温度を４００度未満とすることにより、下層が加熱されることによる特性劣化を抑制できる。すなわち、下層の金属が酸化されて高抵抗化したり、活性層とソース電極及びドレイン電極との間にショットキー障壁が生じたりすることを防ぎ、良好な電流・電圧特性を有するトランジスタが得られる。
以上により、本発明の完成に至った。
【００１６】
（電界効果型トランジスタの製造方法）
本発明の電界効果型トランジスタの製造方法は、ゲート絶縁層形成工程を少なくとも含み、更に必要に応じて、活性層形成工程、ゲート電極形成工程、ソース電極及びドレイン電極形成工程などのその他の工程を含む。
本発明に関する電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、活性層と、ゲート絶縁層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、基材などのその他の部材を有し、例えば、前記電界効果型トランジスタの製造方法により製造される。
【００１７】
＜ゲート絶縁層形成工程＞
前記ゲート絶縁層形成工程は、前記ゲート絶縁層を形成するための塗布液（ゲート絶縁層形成用塗布液）を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記ゲート絶縁層を形成する工程である。
【００１８】
前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層である。
前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物である。
前記ゲート絶縁層に含まれる前記アルカリ土類金属は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
【００１９】
本発明において、前記ゲート絶縁層は塗布プロセスによって形成される。すなわち、前記常誘電体アモルファス酸化物の前駆体を含有する塗布液（ゲート絶縁層形成用塗布液）を調合し、それを被塗物上に塗布した後に熱処理を行う。塗布液を被塗物上に塗布する際は、スピンコーティング、ディップコーティング、ノズルプリンティング、ダイコート、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の方法を用いることができる。なお、いわゆる印刷は、塗布の一例である。
【００２０】
前記ゲート絶縁層形成工程においては、加熱温度の最高値が３５０度以上４００度未満である。前記ゲート絶縁層形成工程を、塗布液中の溶媒の乾燥工程（以下、「乾燥処理」と称する。）と、前記常誘電体アモルファス酸化物の生成工程（以下、「生成処理」と称する。）に分けて行う場合は、乾燥処理と生成処理の両方を通して最高温度が３５０度以上４００度未満であれば良い。乾燥処理の後に昇温して生成処理を行うことが好ましく、その場合は生成処理における最高温度が３５０度以上４００度未満となる。乾燥処理と生成処理は連続して実施してもよいし、複数の工程に分割して実施してもよい。
また、加熱温度の最高値が３５０度以上４００度未満であれば、生成処理を多段温度で実施しても良い。例えば、生成処理において、３３０度で１０分間加熱し、次いで３６０度で２０分間加熱してもよい。
なお、本明細書における温度の単位は、「℃」である。
【００２１】
前記乾燥処理の温度は含有する溶媒に応じて適宜選択することができる。前記乾燥においては、低温化のために減圧オーブンなどを使用することが有効である。前記乾燥処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１分間〜１時間が挙げられる。
【００２２】
前記生成処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１時間〜５時間が挙げられる。
【００２３】
加熱の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。加熱における雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、酸素雰囲気が好ましい。前記酸素雰囲気で熱処理を行うことにより、分解生成物を速やかに系外に排出し、前記常誘電体アモルファス酸化物の生成を促進させることができる。
【００２４】
加熱温度の最高値を３５０度以上４００度未満とすることの効果について以下に述べる。
本発明者らの検討の結果、塗布液を３５０度以上の温度で処理した場合に、常誘電体アモルファス酸化物が緻密な膜となって充分な絶縁特性が得られることがわかった。３５０度未満では絶縁特性が充分ではなく、ゲート絶縁層を介した電流リークが発生してしまう。また、塗布液の熱処理温度が４００度を超えないようにすることで、下層の特性劣化が抑制できることがわかった。ボトムゲート構成のトランジスタでは、ゲート絶縁層の下層にゲート電極が存在するため、熱処理温度が４００度を超えると、ゲート電極の金属が酸化されて高抵抗化することがある。トランジスタを駆動する際、高抵抗化した分の電圧降下が生じることで電圧・電流特性は悪化する。トップゲート構成のトランジスタでは、ゲート絶縁層の下層に活性層とソース電極及びドレイン電極が存在するため、熱処理温度が４００度を超えると、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の電気的な接触が悪化し、やはりトランジスタの電圧・電流特性が悪化する。
すなわち、塗布液の焼成温度の最高値が３５０度以上４００度未満であれば、前述の問題は回避できる。ゲート絶縁層の絶縁性が充分高いことにより小さいオフ電流（トランジスタがオフ状態の時のソース・ドレイン電極間の電流）が得られ、オン・オフ比の高いトランジスタが得られる。また、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触抵抗が充分小さいことで、オン電流が大きく電界効果移動度が高いトランジスタが得られる。更に、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触がオーミックであることで、低い電圧に対しても正常動作するトランジスタが得られる。
【００２５】
以下、塗布液（ゲート絶縁層形成用塗布液）の一例について説明する。
【００２６】
＜＜ゲート絶縁層形成用塗布液＞＞
前記ゲート絶縁層形成用塗布液は、例えば、第Ａ元素含有化合物と、第Ｂ元素含有化合物と、溶媒とを少なくとも含有し、好ましくは、第Ｃ元素含有化合物を含有し、更に必要に応じて、その他成分を含有する。
前記第Ａ元素含有化合物は、前記第Ａ元素を含有する。
前記第Ｂ元素含有化合物は、前記第Ｂ元素を含有する。
前記第Ｃ元素含有化合物は、前記第Ｃ元素を含有する。
【００２７】
−第Ａ元素含有化合物−
前記第Ａ元素含有化合物としては、例えば、第Ａ元素の無機化合物、第Ａ元素の有機化合物などが挙げられる。前記第Ａ元素含有化合物における第Ａ元素としては、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｒａ（ラジウム）が挙げられる。
【００２８】
前記第Ａ元素の無機化合物としては、例えば、第Ａ元素の硝酸塩、第Ａ元素の硫酸塩、第Ａ元素の塩化物、第Ａ元素のフッ化物、第Ａ元素の臭化物、第Ａ元素のよう化物などが挙げられる。
【００２９】
前記第Ａ元素の硝酸塩としては、例えば、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の硫酸塩としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の塩化物としては、例えば、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素のフッ化物としては、例えば、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素の臭化物としては、例えば、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化バリウムなどが挙げられる。
前記第Ａ元素のよう化物としては、例えば、よう化マグネシウム、よう化カルシウム、よう化ストロンチウム、よう化バリウムなどが挙げられる。
【００３０】
前記第Ａ元素の有機化合物としては、第Ａ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ａ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００３１】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいスルホン酸基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基、安息香酸のように一部がベンゼン環に置換されたアシルオキシ基、乳酸のように一部がヒドロキシ基に置換されたアシルオキシ基、シュウ酸、及びクエン酸のようにカルボニル基を２つ以上有するアシルオキシ基などが挙げられる。
【００３２】
前記第Ａ元素の有機化合物としては、例えば、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド、ジエチルマグネシウム、酢酸マグネシウム、ギ酸マグネシウム、アセチルアセトンマグネシウム、２−エチルヘキサン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ナフテン酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウム、カルシウムメトキシド、カルシウムエトキシド、酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム、アセチルアセトンカルシウム、カルシウムジピバロイルメタナート、２−エチルヘキサン酸カルシウム、乳酸カルシウム、ナフテン酸カルシウム、クエン酸カルシウム、サリチル酸カルシウム、ネオデカン酸カルシウム、安息香酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、ストロンチウムイソプロポキシド、酢酸ストロンチウム、ギ酸ストロンチウム、アセチルアセトンストロンチウム、２−エチルヘキサン酸ストロンチウム、乳酸ストロンチウム、ナフテン酸ストロンチウム、サリチル酸ストロンチウム、シュウ酸ストロンチウム、バリウムエトキシド、バリウムイソプロポキシド、酢酸バリウム、ギ酸バリウム、アセチルアセトンバリウム、２−エチルヘキサン酸バリウム、乳酸バリウム、ナフテン酸バリウム、ネオデカン酸バリウム、シュウ酸バリウム、安息香酸バリウム、トリフルオロメタンスルホン酸バリウムなどが挙げられる。
【００３３】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ａ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
−第Ｂ元素含有化合物−
前記第Ｂ元素としては、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）が挙げられる。
【００３５】
前記第Ｂ元素含有化合物としては、例えば、第Ｂ元素の無機化合物、第Ｂ元素の有機化合物などが挙げられる。
【００３６】
前記第Ｂ元素の無機化合物としては、例えば、第Ｂ元素の硝酸塩、第Ｂ元素の硫酸塩、第Ｂ元素のフッ化物、第Ｂ元素の塩化物、第Ｂ元素の臭化物、第Ｂ元素のヨウ化物などが挙げられる。
【００３７】
前記第Ｂ元素の硝酸塩としては、例えば、硝酸ガリウム、硝酸スカンジウム、硝酸イットリウム、硝酸ランタン、硝酸セリウム、硝酸プラセオジム、硝酸ネオジム、硝酸サマリウム、硝酸ユウロピウム、硝酸ガドリニウム、硝酸テルビウム、硝酸ジスプロシウム、硝酸ホルミウム、硝酸エルビウム、硝酸ツリウム、硝酸イッテルビウム、硝酸ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の硫酸塩としては、例えば、硫酸ガリウム、硫酸スカンジウム、硫酸イットリウム、硫酸ランタン、硫酸セリウム、硫酸プラセオジム、硫酸ネオジム、硫酸サマリウム、硫酸ユウロピウム、硫酸ガドリニウム、硫酸テルビウム、硫酸ジスプロシウム、硫酸ホルミウム、硫酸エルビウム、硫酸ツリウム、硫酸イッテルビウム、硫酸ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素のフッ化物としては、例えば、フッ化ガリウム、フッ化スカンジウム、フッ化イットリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フッ化ネオジム、フッ化サマリウム、フッ化ユウロピウム、フッ化ガドリニウム、フッ化テルビウム、フッ化ジスプロシウム、フッ化ホルミウム、フッ化エルビウム、フッ化ツリウム、フッ化イッテルビウム、フッ化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の塩化物としては、例えば、塩化ガリウム、塩化スカンジウム、塩化イットリウム、塩化ランタン、塩化セリウム、塩化プラセオジム、塩化ネオジム、塩化サマリウム、塩化ユウロピウム、塩化ガドリニウム、塩化テルビウム、塩化ジスプロシウム、塩化ホルミウム、塩化エルビウム、塩化ツリウム、塩化イッテルビウム、塩化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素の臭化物としては、例えば、臭化ガリウム、臭化スカンジウム、臭化イットリウム、臭化ランタン、臭化プラセオジム、臭化ネオジム、臭化サマリウム、臭化ユウロピウム、臭化ガドリニウム、臭化テルビウム、臭化ジスプロシウム、臭化ホルミウム、臭化エルビウム、臭化ツリウム、臭化イッテルビウム、臭化ルテチウムなどが挙げられる。
前記第Ｂ元素のヨウ化物としては、例えば、ヨウ化ガリウム、ヨウ化スカンジウム、ヨウ化イットリウム、ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオジム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユウロピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化テルビウム、ヨウ化ジスプロシウム、ヨウ化ホルミウム、ヨウ化エルビウム、ヨウ化ツリウム、ヨウ化イッテルビウム、ヨウ化ルテチウムなどが挙げられる。
【００３８】
前記第Ｂ元素の有機化合物としては、第Ｂ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ｂ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００３９】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいシクロペンタジエニル基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基などが挙げられる。
【００４０】
前記第Ｂ元素の有機化合物としては、例えば、ガリウムアセチルアセトナート、スカンジウムイソプロポキシド、酢酸スカンジウム、トリス（シクロペンタジエニル）スカンジウム、イットリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸イットリウム、トリス（アセチルアセトナート）イットリウム、トリス（シクロペンタジエニル）イットリウム、ランタンイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ランタン、トリス（アセチルアセトナート）ランタン、トリス（シクロペンタジエニル）ランタン、２−エチルヘキサン酸セリウム、トリス（アセチルアセトナート）セリウム、トリス（シクロペンタジエニル）セリウム、プラセオジムイソプロポキシド、シュウ酸プラセオジム、トリス（アセチルアセトナート）プラセオジム、トリス（シクロペンタジエニル）プラセオジム、ネオジムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ネオジム、トリフルオロアセチルアセトナートネオジム、トリス（イソプロピルシクロペンタジエニル）ネオジム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）プロメチウム、サマリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸サマリウム、トリス（アセチルアセトナート）サマリウム、トリス（シクロペンタジエニル）サマリウム、２−エチルヘキサン酸ユウロピウム、トリス（アセチルアセトナート）ユウロピウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ユウロピウム、ガドリニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸ガドリニウム、トリス（アセチルアセトナート）ガドリニウム、トリス（シクロペンタジエニル）ガドリニウム、酢酸テルビウム、トリス（アセチルアセトナート）テルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）テルビウム、ジスプロシウムイソプロポキシド、酢酸ジスプロシウム、トリス（アセチルアセトナート）ジスプロシウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ジスプロシウム、ホルミウムイソプロポキシド、酢酸ホルミウム、トリス（シクロペンタジエニル）ホルミウム、エルビウムイソプロポキシド、酢酸エルビウム、トリス（アセチルアセトナート）エルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）エルビウム、酢酸ツリウム、トリス（アセチルアセトナート）ツリウム、トリス（シクロペンタジエニル）ツリウム、イッテルビウムイソプロポキシド、酢酸イッテルビウム、トリス（アセチルアセトナート）イッテルビウム、トリス（シクロペンタジエニル）イッテルビウム、シュウ酸ルテチウム、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ルテチウムなどが挙げられる。
【００４１】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ｂ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４２】
−第Ｃ元素含有化合物−
前記第Ｃ元素としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。
【００４３】
前記第Ｃ元素含有化合物としては、例えば、第Ｃ元素の無機化合物、第Ｃ元素の有機化合物などが挙げられる。
【００４４】
前記第Ｃ元素の無機化合物としては、例えば、第Ｃ元素の硝酸塩、第Ｃ元素の硫酸塩、第Ｃ元素のフッ化物、第Ｃ元素の塩化物、第Ｃ元素の臭化物、第Ｃ元素のヨウ化物などが挙げられる。
【００４５】
前記第Ｃ元素の有機化合物としては、第Ｃ元素と、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記第Ｃ元素と前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【００４６】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記第Ｃ元素含有化合物の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４７】
−溶媒−
前記溶媒としては、前記各種化合物を安定に溶解又は分散する溶媒であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、シメン、ペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、ビシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、テトラリン、デカリン、安息香酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、炭酸プロピレン、２−エチルヘキサン酸、ミネラルスピリッツ、ジメチルプロピレンウレア、４−ブチロラクトン、２−メトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソプロピルアルコール、メタノール、水などが挙げられる。
【００４８】
前記ゲート絶縁層形成用塗布液における前記溶媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４９】
＜＜ゲート絶縁層＞＞
前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層である。
前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ）である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物である。
前記ゲート絶縁層に含まれる前記アルカリ土類金属は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。
【００５０】
前記ゲート絶縁層がアモルファス材料で形成されていることは、トランジスタの特性を向上させる点で好ましい形態である。前記ゲート絶縁層が結晶性の材料で形成されていると結晶粒界に起因するリーク電流を低く抑えることができず、トランジスタ特性の悪化につながるためである。
【００５１】
また、前記ゲート絶縁層が常誘電体であることは、トランジスタのトランスファー特性におけるヒステリシスを低減させる点で必要となる。トランジスタをメモリ等の用途で使用する特殊な場合は例外であるが、通常トランジスタのスイッチング特性を利用するデバイスにおいてはヒステリシスが存在することは好ましくない。
常誘電体とは、圧電体、焦電体、強誘電体以外の誘電体であり、すなわち圧力によって分極が発生したり、外部電界のない状態で自発分極を有したりすることがない誘電体を指す。また、圧電体、焦電体及び強誘電体は、その特性を発現させるために結晶である必要がある。すなわち、ゲート絶縁層をアモルファス材料で形成すると、必然的にこのゲート絶縁層は常誘電体となる。
【００５２】
アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む酸化物は、大気中において安定で且つ広範な組成領域で常誘電性のアモルファス膜を形成でき、ゲート絶縁層に適している。ただしＣｅはランタノイドの中で特異的に４価になりアルカリ土類金属との間でペロブスカイト構造の結晶を形成するため、アモルファス相を得るためには第Ｂ元素がＣｅではないことが好ましい。
【００５３】
アルカリ土類金属酸化物とＧａ酸化物の間にはスピネル構造などの結晶相が存在するが、これらの結晶はペロブスカイト構造結晶と比較して、非常に高温でないと析出しない（一般には１０００℃以上）。また、アルカリ土類金属酸化物とＳｃ、Ｙ、及びランタノイドからなる酸化物との間には安定な結晶相の存在が報告されておらず、高温の後工程を経てもアモルファス相からの結晶析出は希である。更に、アルカリ土類金属と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドとを含む酸化物を３種類以上の金属元素で構成すると、アモルファス相は更に安定する。
【００５４】
前記ゲート絶縁層は、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含むことが好ましい。これによってアモルファス相が更に安定化し、また熱安定性及び緻密性をより向上させることができる。
【００５５】
前記ゲート絶縁層の比誘電率は、７．０より大きいことが好ましく、８．０より大きいことがより好ましく、９．０より大きいことが更に好ましい。前記比誘電率の上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記比誘電率は、５０．０以下が好ましく、３０．０以下がより好ましい。
前記比誘電率の値は、絶縁層の上下を電極膜で挟んでコンデンサを形成し、測定した容量の値から算出することができる。
【００５６】
前記ゲート絶縁層において、第Ａ元素と第Ｂ元素の比率に応じて比誘電率は変化することから、好ましい比誘電率を実現するためにゲート絶縁層の組成を最適化することが好ましい方法である。
【００５７】
前記常誘電体アモルファス酸化物における前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ＝（３〜５０）ａｔ％：（５０〜９７）ａｔ％
ただし、ＮＡ＋ＮＢ＝１００ａｔ％
【００５８】
前記常誘電体アモルファス酸化物における前記第Ａ元素の原子数の合計（ＮＡ）と、前記第Ｂ元素の原子数の合計（ＮＢ）と、前記第Ｃ元素の原子数の合計（ＮＣ）との原子比（ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の範囲であることが好ましい。
ＮＡ：ＮＢ：ＮＣ＝（３〜４７）ａｔ％：（５０〜９４）ａｔ％：（３〜４７）ａｔ％
ただし、ＮＡ＋ＮＢ＋ＮＣ＝１００ａｔ％
【００５９】
前記常誘電体アモルファス酸化物におけるＮＡ、ＮＢ、ＮＣの比率は、例えば、蛍光Ｘ線分析、電子線マイクロ分析（ＥＰＭＡ）、誘電結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）等により酸化物の陽イオン元素を分析することにより算出できる。
【００６０】
前記ゲート絶縁層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００６１】
＜活性層形成工程＞
前記活性層形成工程としては、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間のチャネル領域に、酸化物半導体からなる活性層を形成する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法などを用いることができる。或いは、前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布した後に加熱して形成してもよい。即ち、塗布プロセスによって活性層を形成することができ、これは製造装置やプロセスの簡略化の観点から好ましい形態である。インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって所望の位置にのみ塗布液を塗布した場合は、その塗布液を熱処理することで所望の形状の活性層が形成できる。スピンコーティング法やディップコーティング法等によって被塗物の全面に塗布液を塗布した場合は、熱処理で酸化物膜を形成した後、フォトリソグラフィー等によって所望のパターンに加工すると良い。
【００６２】
前記活性層を塗布プロセスで形成する場合は、塗布液を焼成する工程での温度の最高値が４００度未満であることが好ましい。理由は前述のゲート絶縁層の塗布プロセスと同様で、熱による下層の特性劣化を防ぐことができるからである。
【００６３】
＜＜活性層＞＞
前記活性層は、ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられた層である。
前記活性層は、酸化物半導体からなり、所望のキャリア密度を持つことが好ましい。活性層のキャリア密度を調整する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化物の組成の調整や、成膜プロセスにおける加熱温度や雰囲気の条件の調整などが挙げられる。
【００６４】
前記活性層が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体であることは好ましい形態である。
【００６５】
また、前記ｎ型酸化物半導体は、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きいことが好ましい。なお、前記置換ドーピングは、ｎ型ドーピングともいう。
【００６６】
前記置換ドーピングは、前記活性層を形成する際の母層の原料にドーパントの原料を添加しておくことで容易に達成される。
【００６７】
置換ドーピングされたｎ型酸化物半導体においては、母相であるｎ型酸化物半導体を構成する金属イオンの一部が、価数がより大きいドーパントによって置換され、価数に差があることで過剰となり放出された電子がｎ型電導のキャリアとして寄与する。ドーパント元素の種類とドープ量の選択によってキャリア密度を容易かつ精密にコントロールすることができることから、所望のキャリア密度を持つ活性層を形成する材料として適している。
【００６８】
ドーパントの種類は、イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮して選択することが好ましい。ドーパント濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のトランジスタ特性等に応じて、適切に選択することができる。
【００６９】
本発明者らの検討では、ｎ型酸化物半導体の母相として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有する酸化物を選択した場合に、置換ドーピングがより有効に機能し、より良好なトランジスタ特性が得られた。
【００７０】
また、組成や成膜プロセス条件の調整によって活性層中の酸素欠損を極力少なく抑え、キャリアが主に置換ドーピングによって生成されている状態とするのが好ましい。活性層中の酸素欠損を減らすには、成膜工程においてより多くの酸素を膜中に導入することが有効である。例えば、スパッタ法で活性層を形成する場合、スパッタ雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。或いは、塗布プロセスによって活性層を形成する場合、焼成時の雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。また、ｎ型酸化物半導体の組成によって、酸素欠損量を減少させることもできる。例えば、酸素との親和性の高い金属元素（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｎ、及びアルカリ土類金属等）を一定量導入することで、酸素欠損の発生を抑制できる。
【００７１】
前記活性層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００７２】
＜ゲート電極形成工程＞
前記ゲート電極形成工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（ｉ）スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、（ｉｉ）インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
【００７３】
＜＜ゲート電極＞＞
前記ゲート電極としては、ゲート電圧を印加するための電極であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００７４】
前記ゲート電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属乃至合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが挙げられる。
【００７５】
前記ゲート電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００７６】
＜ソース電極及びドレイン電極形成工程＞
前記ソース電極及びドレイン電極形成工程としては、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を離間して形成する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、（ｉ）スパッタ法、真空蒸着法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、（ｉｉ）インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
【００７７】
＜＜ソース電極、及びドレイン電極＞＞
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ等の金属や合金、ＩＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体などが利用できる。
【００７８】
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００７９】
＜基材＞
基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス基材、プラスチック基材などが挙げられる。
【００８０】
前記ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無アルカリガラス、シリカガラスなどが挙げられる。
【００８１】
前記プラスチック基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられる。
なお、前記基材は、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。
【００８２】
前記電界効果型トランジスタは、例えば表示素子に好適に使用できるが、これに限られるものではなく、ＩＣカード、ＩＤタグなどにも使用することができる。
【００８３】
ここで、本発明の電界効果型トランジスタ（トップコンタクト・トップゲート型）の製造方法の一例を図を用いて説明する。
図１Ａ〜図１Ｄは、トップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
始めに、ガラス基板等からなる基材２１上に、活性層２２を形成する（図１Ａ）。活性層２２は、例えば、ｎ型酸化物半導体である。ｎ型酸化物半導体は、例えば、ｎ型酸化物半導体膜形成用塗布液を基材２１上に塗布し、焼成することによって得られる。
次いで、活性層２２上に、スパッタ法等によりＩＴＯ等からなる導電体膜を形成し、形成した導電体膜をエッチングによりパターニングすることによりソース電極２３及びドレイン電極２４を形成する（図１Ｂ）。
次いで、活性層２２上の領域であって、かつソース電極２３及びドレイン電極２４の間に形成される領域を覆うように、ゲート絶縁層を形成するための塗布液（ゲート絶縁層形成用塗布液）を塗布する。そして、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、ゲート絶縁層２５を形成する（図１Ｃ）。
次いで、ゲート絶縁層２５上に、スパッタ法等によりアルミニウム等からなる導電体膜を形成し、ゲート電極２６を形成する（図１Ｄ）。
以上により、電界効果型トランジスタが製造される。
【００８４】
（電界効果型トランジスタの製造方法＜他の態様＞）
ここまで、塗布液を用いて絶縁膜を形成する工程を含む際にも、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタを作製できる電界効果型トランジスタの製造方法について説明した。
係る発明の技術的思想は、活性層の形成にも当てはまる。
本発明の他の態様の目的は、塗布液を用いて活性層を形成する工程を含む際にも、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタを作製できる電界効果型トランジスタの製造方法を提供することである。
本発明の他の態様によると、塗布液を用いた工程で形成された活性層を有し、移動度が大きく、ソース・ドレイン間電流のオン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタを提供することができる
【００８５】
本発明の他の態様の電界効果型トランジスタの製造方法は、活性層形成工程を少なくとも含み、更に必要に応じて、ゲート電極形成工程、ソース電極及びドレイン電極形成工程などのその他の工程を含む。
本発明の他の態様に関する電界効果型トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、活性層と、ゲート絶縁層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、基材などのその他の部材を有し、例えば、前記電界効果型トランジスタの製造方法により製造される。
【００８６】
＜活性層形成工程＞
前記活性層形成工程は、前記酸化物半導体を形成するための塗布液（酸化物半導体形成用塗布液）を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記活性層を形成する工程である。
【００８７】
本発明の他の態様において、前記活性層は塗布プロセスによって形成される。すなわち、前記酸化物半導体の前駆体を含有する塗布液（酸化物半導体形成用塗布液）を調合し、それを被塗物上に塗布した後に熱処理を行う。塗布液を被塗物上に塗布する際は、スピンコーティング、ディップコーティング、ノズルプリンティング、ダイコート、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の方法を用いることができる。
【００８８】
前記活性層形成工程においては、加熱温度の最高値が３５０度以上４００度未満である。前記活性層形成工程を、塗布液中の溶媒の乾燥工程（以下、「乾燥処理」と称する。）と、前記酸化物半導体の生成工程（以下、「生成処理」と称する。）に分けて行う場合は、乾燥処理と生成処理の両方を通して最高温度が３５０度以上４００度未満であれば良い。乾燥処理の後に昇温して生成処理を行うことが好ましく、その場合は生成処理における最高温度が３５０度以上４００度未満となる。乾燥処理と生成処理は連続して実施してもよいし、複数の工程に分割して実施してもよい。
また、加熱温度の最高値が３５０度以上４００度未満であれば、生成処理を多段温度で実施しても良い。例えば、生成処理において、３３０度で１０分間加熱し、次いで３６０度で２０分間加熱してもよい。
【００８９】
前記乾燥処理の温度は含有する溶媒に応じて適宜選択することができる。前記乾燥においては、低温化のために減圧オーブンなどを使用することが有効である。前記乾燥処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１分間〜１時間が挙げられる。
【００９０】
前記生成処理の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１時間〜５時間が挙げられる。
【００９１】
加熱の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、被塗物を加熱する方法などが挙げられる。加熱における雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９２】
加熱温度の最高値を３５０度以上４００度未満とすることの効果について以下に述べる。
本発明者らの検討の結果、塗布液を３５０度以上の温度で処理した場合に、酸化物半導体が緻密な膜となって充分な半導体特性が得られることがわかった。３５０度未満では半導体特性が充分ではなく、移動度が低下してしまう。また、塗布液の熱処理温度が４００度を超えないようにすることで、下層の特性劣化が抑制できることがわかった。ボトムゲート構成のトランジスタでは、活性層の下層にゲート電極が存在するため、熱処理温度が４００度を超えると、ゲート電極の金属が酸化されて高抵抗化することがある。トランジスタを駆動する際、高抵抗化した分の電圧降下が生じることで電圧・電流特性は悪化する。ボトムコンタクト構成のトランジスタでは、活性層の下層にソース電極及びドレイン電極が存在するため、熱処理温度が４００度を超えると、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の電気的な接触が悪化し、やはりトランジスタの電圧・電流特性が悪化する。
すなわち、塗布液の焼成温度の最高値が３５０度以上４００度未満であれば、前述の問題は回避できる。活性層の半導体特性が充分優れ、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触抵抗が充分小さいことで、オン電流が大きく電界効果移動度が高いトランジスタが得られる。更に、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触がオーミックであることで、低い電圧に対しても正常動作するトランジスタが得られる。
【００９３】
＜＜酸化物半導体＞＞
前記酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体であることが好ましい。
【００９４】
また、前記ｎ型酸化物半導体は、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きいことが好ましい。なお、前記置換ドーピングは、ｎ型ドーピングともいう。
【００９５】
前記置換ドーピングは、前記活性層を形成する際の母層の原料にドーパントの原料を添加しておくことで容易に達成される。
【００９６】
置換ドーピングされたｎ型酸化物半導体においては、母相であるｎ型酸化物半導体を構成する金属イオンの一部が、価数がより大きいドーパントによって置換され、価数に差があることで過剰となり放出された電子がｎ型電導のキャリアとして寄与する。ドーパント元素の種類とドープ量の選択によってキャリア密度を容易かつ精密にコントロールすることができることから、所望のキャリア密度を持つ活性層を形成する材料として適している。
【００９７】
ドーパントの種類は、イオン半径、配位数、軌道エネルギー等を考慮して選択することが好ましい。ドーパント濃度は、母相の材料、ドーパントの種類や置換するサイト、成膜プロセス、所望のトランジスタ特性等に応じて、適切に選択することができる。
【００９８】
本発明者らの検討では、ｎ型酸化物半導体の母相として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有する酸化物を選択した場合に、置換ドーピングがより有効に機能し、より良好なトランジスタ特性が得られた。
【００９９】
また、組成や成膜プロセス条件の調整によって活性層中の酸素欠損を極力少なく抑え、キャリアが主に置換ドーピングによって生成されている状態とするのが好ましい。活性層中の酸素欠損を減らすには、成膜工程においてより多くの酸素を膜中に導入することが有効である。例えば、スパッタ法で活性層を形成する場合、スパッタ雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。或いは、塗布プロセスによって活性層を形成する場合、焼成時の雰囲気中の酸素濃度を高めることで酸素欠損の少ない膜を形成できる。また、ｎ型酸化物半導体の組成によって、酸素欠損量を減少させることもできる。例えば、酸素との親和性の高い金属元素（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｎ、及びアルカリ土類金属等）を一定量導入することで、酸素欠損の発生を抑制できる。
【０１００】
−酸化物半導体形成用塗布液−
前記酸化物半導体形成用塗布液は、例えば、Ｉｎを含有する化合物、Ｚｎを含有する化合物、Ｓｎを含有する化合物、及びＴｉを含有する化合物の少なくともいずれかと、溶媒とを含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
【０１０１】
前記Ｉｎを含有する化合物としては、例えば、Ｉｎの無機化合物、Ｉｎの有機化合物などが挙げられる。
前記Ｚｎを含有する化合物としては、例えば、Ｚｎの無機化合物、Ｚｎの有機化合物などが挙げられる。
前記Ｓｎを含有する化合物としては、例えば、Ｓｎの無機化合物、Ｓｎの有機化合物などが挙げられる。
前記Ｔｉを含有する化合物としては、例えば、Ｔｉの無機化合物、Ｔｉの有機化合物などが挙げられる。
【０１０２】
前記Ｉｎの無機化合物としては、例えば、Ｉｎの硝酸塩、Ｉｎの硫酸塩、Ｉｎの塩化物、Ｉｎのフッ化物、Ｉｎの臭化物、Ｉｎのよう化物などが挙げられる。
前記Ｚｎの無機化合物としては、例えば、Ｚｎの硝酸塩、Ｚｎの硫酸塩、Ｚｎの塩化物、Ｚｎのフッ化物、Ｚｎの臭化物、Ｚｎのよう化物などが挙げられる。
前記Ｓｎの無機化合物としては、例えば、Ｓｎの硝酸塩、Ｓｎの硫酸塩、Ｓｎの塩化物、Ｓｎのフッ化物、Ｓｎの臭化物、Ｓｎのよう化物などが挙げられる。
前記Ｔｉの無機化合物としては、例えば、Ｔｉの硝酸塩、Ｔｉの硫酸塩、Ｔｉの塩化物、Ｔｉのフッ化物、Ｔｉの臭化物、Ｔｉのよう化物などが挙げられる。
【０１０３】
前記Ｉｎの有機化合物としては、Ｉｎと、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記Ｉｎと前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
前記Ｚｎの有機化合物としては、Ｚｎと、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記Ｚｎと前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
前記Ｓｎの有機化合物としては、Ｓｎと、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記Ｓｎと前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
前記Ｔｉの有機化合物としては、Ｔｉと、有機基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記Ｔｉと前記有機基とは、例えば、イオン結合、共有結合、又は配位結合で結合している。
【０１０４】
前記有機基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいアセチルアセトナート基、置換基を有していてもよいスルホン酸基などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基などが挙げられる。前記アルコキシ基としては、例えば、炭素数１〜６のアルコキシ基などが挙げられる。前記アシルオキシ基としては、例えば、炭素数１〜１０のアシルオキシ基、安息香酸のように一部がベンゼン環に置換されたアシルオキシ基、乳酸のように一部がヒドロキシ基に置換されたアシルオキシ基、シュウ酸、及びクエン酸のようにカルボニル基を２つ以上有するアシルオキシ基などが挙げられる。
【０１０５】
前記溶媒としては、前記各種化合物を安定に溶解又は分散する溶媒であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、シメン、ペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、ビシクロヘキシル、シクロヘキシルベンゼン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、テトラリン、デカリン、安息香酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、炭酸プロピレン、２−エチルヘキサン酸、ミネラルスピリッツ、ジメチルプロピレンウレア、４−ブチロラクトン、２−メトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、イソプロピルアルコール、メタノール、水などが挙げられる。
【０１０６】
前記活性層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【０１０７】
＜ゲート絶縁層＞
前記ゲート絶縁層としては、前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられた絶縁層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【０１０８】
前記ゲート絶縁層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ等の既に広く量産に利用されている材料や、Ｌａ２Ｏ３、ＨｆＯ２等の高誘電率材料、ポリイミド（ＰＩ）やフッ素系樹脂等の有機材料などが挙げられる。
前記ゲート絶縁層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）等の真空成膜法、スピンコート、ダイコート、インクジェット等の印刷法などが挙げられる。
【０１０９】
また、前記ゲート絶縁層は、前述の前記ゲート絶縁層、即ち、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であるゲート絶縁層であってもよい。そのため、前記ゲート絶縁層は、前述の前記ゲート絶縁層形成工程により形成された前記ゲート絶縁層であってもよい。即ち、本発明の他の態様においても、前記ゲート絶縁層を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記ゲート絶縁層を形成してもよい。
【０１１０】
前記ゲート絶縁層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【０１１１】
＜ゲート電極形成工程及びゲート電極＞
前記ゲート電極形成工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述の前記ゲート電極形成工程などが挙げられる。
前記ゲート電極としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述の前記ゲート電極などが挙げられる。
【０１１２】
＜ソース電極及びドレイン電極形成工程、及びソース電極及びドレイン電極＞
前記ソース電極及びドレイン電極形成工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述の前記ソース電極及びドレイン電極形成工程などが挙げられる。
前記ソース電極としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述の前記ソース電極などが挙げられる。
前記ドレイン電極としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述の前記ドレイン電極などが挙げられる。
【０１１３】
前記電界効果型トランジスタの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トップコンタクト・トップゲート型（図２）、ボトムコンタクト・トップゲート型（図３）、トップコンタクト・ボトムゲート型（図４）、ボトムコンタクト・ボトムゲート型（図５）などが挙げられる。
【実施例】
【０１１４】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【０１１５】
（実施例１）
＜電界効果型トランジスタの作製＞
−活性層の形成−
３５．４８８ｇ（０．１ｍｏｌ）の硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・３Ｈ２Ｏ）を秤量し、プロピレングリコール１００ｍＬに溶解し、Ａ液とした。
０．３９６５ｇ（０．００１ｍｏｌ）の塩化タングステン（ＷＣｌ６）を秤量し、プロピレングリコール１００ｍＬに溶解し、Ｂ液とした。
２．３３０ｇ（０．０１ｍｏｌ）の塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）を秤量し、プロピレングリコール１００ｍＬに溶解し、Ｃ液とした。
Ａ液９９．９ｍＬ、Ｂ液１０ｍＬ、及びＣ液５０ｍＬと、メタノール８０ｍＬと２−メトキシエタノール８０ｍＬとを室温で混合撹拌し、ｎ型酸化物半導体形成用塗布液を作製した。
次に、ガラス基材上に上記ｎ型酸化物半導体形成用塗布液をスピンコート法により塗布し、３６０℃で１時間大気中で焼成しｎ型酸化物半導体膜を形成した。次に、フォトリソグラフィー法を用いて所望の形状にエッチングした。
これによって得られる活性層の酸素以外の元素の比率はＩｎ：Ｗ：Ｚｒ＝９９．９：０．１：５である。Ｉｎ（＋３価）に対してＷ（＋６価）が０．１ｍｏｌ％の濃度で置換ドープされており、これによってキャリアが発生する。Ｚｒは酸素欠損の発生を抑制する目的で加えている。
【０１１６】
−ソース電極及びドレイン電極の形成−
前記活性層を含むガラス基材上に、真空蒸着法を用いて厚み１００ｎｍのソース電極及びドレイン電極を形成した。蒸着源にはＡｕを用いた。次に、フォトリソグラフィー法を用いてＡｕ膜を所望の形状にエッチングし、チャネル幅が３０μｍ、チャネル長が１０μｍとなるチャネル領域を形成した。
【０１１７】
−ゲート絶縁層の形成−
トルエン１０ｍＬにネオデカン酸ストロンチウム（Ｓｒ含量２０ｗｔ％）０．４３ｇを溶解し、これに２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７ｗｔ％）４ｍＬと、２−エチルヘキサン酸ニオブ（ＩＶ）２−エチルヘキサン酸溶液（Ｎｂ含量１１ｗｔ％）０．８３ｍＬとを室温で混合撹拌し、絶縁膜形成用塗布液を得た。塗布液中の原子数の比率はＳｒ：Ｌａ：Ｎｂ＝１：２：１である。
【０１１８】
前記活性層と前記ソース電極と前記ドレイン電極とを含むガラス基材上に前記絶縁膜形成用塗布液をスピンコートし、オーブンを用いて１２０℃大気中１時間で乾燥させた後、酸素雰囲気下で３６０℃３時間の焼成を行い、Ｓｒ−Ｌａ−Ｎｂ酸化物膜を形成した。平均厚みは１３２ｎｍであった。次に、フォトリソグラフィー法を用いてこのＳｒ−Ｌａ−Ｎｂ膜を所望の形状にエッチングした。
【０１１９】
また、別の基板上に、上述のゲート絶縁層の形成条件と同じ条件で形成したＳｒ−Ｌａ−Ｎｂ酸化物膜をＡｌ電極で挟んだコンデンサ構造を作製し、この酸化物膜の比誘電率を計測したところ１１．７であった。
【０１２０】
−ゲート電極の形成−
前記活性層と前記ソース電極と前記ドレイン電極と前記ゲート絶縁層とを含むガラス基材上に、１００ｎｍの厚さのＡｌ合金膜をスパッタで形成した。次に、Ａｌ合金膜をフォトリソグラフィー法によって所望の形状にエッチングし、ゲート電極とした。
【０１２１】
以上のプロセスにより、図２に類似のトップコンタクト・トップゲート型の電界効果型トランジスタを得た。
【０１２２】
＜トランジスタ性能評価＞
得られた電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザ４１５６Ｃ）を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓを２Ｖ或いは１０Ｖの２条件とし、ゲート電圧Ｖｇを−１５Ｖから＋１５Ｖに変化させてソース・ドレイン間電流Ｉｄｓを計測し、トランスファー特性（Ｖｇ−Ｉｄｓ特性）を評価した。Ｖｄｓ＝２Ｖの結果を図６に、Ｖｄｓ＝１０Ｖの結果を図７に示した。ゲート絶縁層を介したリーク電流を見積もるため、ゲート電流Ｉｇの絶対値も同図に示した。
飽和領域において電界効果移動度μを算出した。また、ゲート電流Ｉｇの絶対値の平均値を算出し、結果を表１に示した。
ゲート絶縁膜の焼成温度を３６０度とした実施例１の電界効果型トランジスタでは、Ｖｄｓが２Ｖの時と１０Ｖの時の両方で、μが１０ｃｍ２／Ｖｓを超える良好な特性が得られている。また、｜Ｉｇ｜は充分小さく、ゲート絶縁膜が充分な絶縁性を有していることがわかる。すなわち、低い電圧で駆動しても特性が変わらず正常に動作するトランジスタが得られた。
【０１２３】
（比較例１）
＜電界効果型トランジスタの作製＞
ゲート絶縁層であるＳｒ−Ｌａ−Ｎｂ酸化物膜を焼成する時の条件を酸素雰囲気下４００度３時間に変えた他は、実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。実施例１と同様に、このＳｒ−Ｌａ−Ｎｂ膜の比誘電率を計測したところ１２．１であった。厚さは１２０ｎｍであった。
【０１２４】
＜トランジスタ性能評価＞
実施例１と同様にトランスファー特性を計測した。Ｖｄｓ＝２Ｖの結果を図８に、Ｖｄｓ＝１０Ｖの結果を図９に示した。実施例１と同様に電界効果移動度μとゲート電流Ｉｇの絶対値の平均値を算出した結果を表１に示した。
ゲート絶縁膜の焼成温度を４００度とした比較例１の電界効果型トランジスタでは、Ｖｄｓ＝２Ｖのトランスファー特性（図８）において、オン電流の値が極端に小さい。μも３．４ｃｍ２／Ｖｓと小さい。図８のトランスファー特性では、オフ状態からオン状態への立ち上がりは良好であるものの、オン状態でＶｇを増加させた時にＶｇに追従してＩｄｓの値が増えていかない傾向が見て取れる。これは、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触抵抗が、チャネル部の活性層の抵抗と比べて無視できない程度に大きいことに起因する。一方、Ｖｄｓ＝１０Ｖとすると（図９）、μが１０ｃｍ２／Ｖｓを超える特性が得られることから、活性層とソース電極及びドレイン電極との電気的な接触においては障壁が形成されており、これを超える電圧を印加すれば、活性層の本来の特性が反映された正常なトランジスタ特性が発現されることがわかる。すなわち、比較例１のトランジスタにおいては、ゲート絶縁膜を４００度で焼成した際に、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の接触状態が悪化したため、低い電圧ではトランジスタが正常に動作しなかった。
【０１２５】
【表１】
2018098222.tif 000003
【０１２６】
（実施例２〜５、比較例２）
＜電界効果型トランジスタの作製＞
ゲート絶縁層であるＳｒ−Ｌａ−Ｎｂ酸化物膜を焼成する時の条件を表２に示した温度に変えた他は、実施例１と同様にして電界効果型トランジスタを作製した。
【０１２７】
＜トランジスタ性能評価＞
実施例１と同様にＶｄｓ＝２Ｖでトランスファー特性を計測し、電界効果移動度μとゲート電流の平均値 ｜Ｉｇ｜を算出した結果を表２に示した。また、比較例２の電界効果型トランジスタのトランスファー特性と｜Ｉｇ｜を図１０に示した。
【０１２８】
表２の実施例２〜５より、ゲート絶縁層の焼成温度が３５０度から３９０度までの場合は、高い電界効果移動度と小さいゲート電流が保たれていることがわかる。すなわち、活性層とソース電極及びドレイン電極との間の電気的な接触は良好で、ゲート絶縁層の絶縁性も充分高い。一方、比較例２では、ゲート電流の値が実施例よりも１桁以上大きい。図１０を見ると、Ｖｇの変化に追従してゲート電流が変化していることがわかり、すなわちゲート絶縁層の絶縁性が充分でないために電圧に応じて絶縁層を介したリーク電流が発生している。
【０１２９】
以上の結果より、ゲート絶縁層の焼成温度は、充分な絶縁性を確保するために３５０度以上である必要があり、加熱による下層の特性劣化を防ぐために４００度未満とすることが有効であることがわかった。
【０１３０】
【表２】
2018098222.tif 000004
【０１３１】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁層が、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくともいずれかである第Ｂ元素とを含む常誘電体アモルファス酸化物であり、
前記ゲート絶縁層を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記ゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を含む、
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜２＞  前記ゲート絶縁層形成工程の前に、前記酸化物半導体を形成する活性層形成工程を含む、前記＜１＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜３＞  前記酸化物半導体が、前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布して形成される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜４＞  前記酸化物半導体が、前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が４００度未満で加熱して形成される、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜５＞  前記ゲート絶縁層が、更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、及びＴａの少なくともいずれかである第Ｃ元素を含む前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜６＞  前記酸化物半導体が、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＴｉの少なくともいずれかを含有するｎ型酸化物半導体である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜７＞  前記ｎ型酸化物半導体が、２価のカチオン、３価のカチオン、４価のカチオン、５価のカチオン、６価のカチオン、７価のカチオン、及び８価のカチオンの少なくともいずれかのドーパントで置換ドーピングされており、
前記ドーパントの価数が、前記ｎ型酸化物半導体を構成する金属イオン（ただし、前記ドーパントを除く）の価数よりも大きい前記＜６＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
＜８＞  ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられ、酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記酸化物半導体を形成するための塗布液を塗布した後に、最高温度が３５０度以上４００度未満で加熱し、前記活性層を形成する活性層形成工程を含む、
ことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
【符号の説明】
【０１３２】
２１    基材
２２    活性層
２３    ソース電極
２４    ドレイン電極
２５    ゲート絶縁層
２６    ゲート電極
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０１３３】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ，他５名、「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＮＡＴＵＲＥ、ＶＯＬ４３２、Ｎｏ．２５、ＮＯＶＥＭＢＥＲ、２００４、ｐ．４８８−４９２
【図１Ａ】
2018098222.tif 000005
【図１Ｂ】
2018098222.tif 000006
【図１Ｃ】
2018098222.tif 000007
【図１Ｄ】
2018098222.tif 000008
【図２】
2018098222.tif 000009
【図３】
2018098222.tif 000010
【図４】
2018098222.tif 000011
【図５】
2018098222.tif 000012
【図６】
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【図７】
2018098222.tif 000014
【図８】
2018098222.tif 000015
【図９】
2018098222.tif 000016
【図１０】
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