(57)【要約】  例示的な実施形態には半導体デバイスが含まれる。当該半導体デバイスは、亜鉛−ゲルマニウム、亜鉛−鉛、カドミウム−ゲルマニウム、カドミウム−スズ、カドミウム−鉛を含む金属酸化物のうちの１つ又は複数を含むチャネルを具備し得る。【選択図】図２
2007529118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレイン電極（１１２、２１２）；
ソース電極（１１０、２１０）；
前記ドレイン電極（１１２、２１２）及び前記ソース電極（１１０、２１０）と接触しているチャネル（１０８、２０８）であって、亜鉛−ゲルマニウム、亜鉛−鉛、カドミウム−ゲルマニウム、カドミウム−スズ及びカドミウム−鉛を含む金属酸化物のうちの１つ又は複数を含む、チャネル（１０８、２０８）；
ゲート電極（１０４、２０４）；
前記ゲート電極（１０４、２０４）と前記チャネル（１０８、２０８）との間に配置されたゲート誘電体（１０６、２０６）、
を含んで成る、半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項２】
前記金属酸化物が、亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物及びカドミウム−鉛酸化物のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項３】
前記金属酸化物が、金属（Ａ）：金属（Ｂ）の原子組成比（Ａ：Ｂ）を有し、Ａ及びＢがそれぞれ約０．０５〜約０．９５の範囲内にある、請求項１又は２に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項４】
前記チャネルが化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物を含み、各ＡがＺｎ、Ｃｄから成るグループから選択され、各ＢがＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択され、各ＣがＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択され、各Ｏが酸素原子であり、各ｘが個々独立して０以外の整数をとり、Ａ、Ｂ及びＣがそれぞれ異なる、請求項１に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項５】
前記化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物がＤｘを含み、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する化合物を形成し、ＤがＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択され、各Ｏが酸素原子であり、各ｘが個々独立して０以外の整数をとり、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤがそれぞれ異なる、請求項４に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項６】
前記化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物が、Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄの原子組成比を有し、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤが、それぞれ約０．０１７〜約０．９５の範囲内にある、請求項５に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項７】
前記化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物がＥｘを含み、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＥｘＯｘを有する化合物を形成し、ＥがＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択され、各Ｏが酸素原子であり、各ｘが個別に０以外の整数をとり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥがそれぞれ異なる、請求項６に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【請求項８】
前記化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＥｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物が、Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅの原子組成比を有し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥが、それぞれ約０．０１３〜約０．９５の範囲内にある、請求項７に記載の半導体デバイス（１００、２００、４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、種々の電子デバイスにおいて用いられている。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面には、薄膜トランジスタ技術を用いることができる。幾つかの種類の薄膜トランジスタは、キャリア移動度が低いために、スイッチング速度が比較的遅い。ＬＣＤ画面などの幾つかの用途では、スイッチング速度が比較的遅い薄膜トランジスタを用いる結果、動きの正確な描画が困難となり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本開示の例示的な実施形態には、トランジスタのような、複合酸化物半導体を含む半導体デバイスが含まれる。さらに、本開示の例示的な実施形態では、複合酸化物半導体を含むトランジスタが備えている特性、例えば光学透過性、及び電気的性能を説明する。例示的な実施形態には、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオン及び第１４族からの少なくとも１つの金属陽イオンを含んで成り、３成分酸化物、４成分酸化物、５成分酸化物、及び亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物及びカドミウム−鉛酸化物から形成される２成分酸化物のうちの少なくとも１つを形成しているところの複合物チャネルを有する半導体デバイスが包含される。幾つかの例示的な実施形態では、チャネルには、アモルファス形態、単相結晶状態、又は混相結晶状態をとり得る複合酸化物から成るチャネルが包含される。本明細書において用いるとき、用語「複合酸化物」及び「複合酸化物材料」は、元素周期表の第１２族（ＣＡＳのＩＩＢ族）及び第１４族（ＣＡＳのＩＶＡ族）の金属陽イオンから形成された２成分、３成分、４成分及び５成分の酸化物材料が包含される酸化物材料系を意味する。
【０００６】
別途記載のない限り、本明細書及び特許請求の範囲において用いられる、成分の量、反応条件等を表す全ての数値は、全ての事例において、用語「約」によって修飾されるものと理解されたい。従って、別途指示のない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲において述べる数値パラメータは近似値であり、本開示が達成しようとしている所望の特性に応じて変化し得る。少なくとも、そして特許請求の範囲への均等論の適用を制限しようとする意図ではなく、各数値パラメータは、開示する有効数字の数を考慮して、且つ通常の丸め方法を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。
【０００７】
本開示の種々の実施形態と共に、種々の半導体デバイス、即ち、薄膜トランジスタを含む電界効果トランジスタ、アクティブマトリックスディスプレイ、ロジックインバータ及び増幅器を用い得ることを理解されたい。図１Ａ〜図１Ｆは、例示的な薄膜トランジスタの実施形態を示している。薄膜トランジスタは、限定はしないが、幾つか例を挙げると、水平電極、垂直電極、共面電極、互い違いの電極、トップゲート、ボトムゲート、シングルゲート及びダブルゲートをはじめとする、任意のタイプのものとし得る。
【０００８】
本明細書において用いるとき、共面電極構成とは、ソース電極及びドレイン電極が、チャネルから見て、ゲート電極と同じ側に配置されているトランジスタ構造を意味する。互い違いの電極構成とは、ソース電極及びドレイン電極が、チャネルから見て、ゲート電極と反対側に配置されているトランジスタ構造を意味する。
【０００９】
図１Ａ及び図１Ｂはボトムゲート型トランジスタの実施形態を示しており、図１Ｃ及び図１Ｄはトップゲート型トランジスタの実施形態を示しており、図１Ｅ及び図１Ｆはダブルゲート型トランジスタの実施形態を示している。図１Ａ〜図１Ｄの各々において、トランジスタは、基材１０２、ゲート電極１０４、ゲート誘電体１０６、チャネル１０８、ソース電極１１０、及びドレイン電極１１２を備える。図１Ａ〜図１Ｄの各々において、ゲート誘電体１０６は、ゲート電極１０４と、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２との間に配置されており、それによってゲート誘電体１０６は、ゲート電極１０４をソース電極１１０及びドレイン電極１１２から物理的に分離させることができる。さらに、図１Ａ〜図１Ｄの各々において、ソース電極１１０とドレイン電極１１２とは離れて配置されており、それによって、チャネル１０８を配置（interpose）するための領域をソース電極１１０とドレイン電極１１２との間に形成することができる。こうして、図１Ａ〜図１Ｄの各々において、ゲート誘電体１０６は、チャネル１０８に隣接して配置されており、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２をゲート電極１０４から物理的に分離させている。さらに、図１Ａ〜図１Ｄの各々において、チャネル１０８は、ゲート誘電体１０６に隣接して配置されており、ソース電極１１０とドレイン電極１１２との間に配置されている。
【００１０】
図１Ｅ及び図１Ｆに示すダブルゲート型の実施形態などの、種々の実施形態では、２つのゲート電極１０４−１、１０４−２と、２つのゲート誘電体１０６−１、１０６−２を示す。このような実施形態では、チャネル１０８とソース電極１１０及びドレイン電極１１２に対するゲート誘電体１０６−１、１０６−２の配置、並びにゲート誘電体１０６−１、１０６−２に対するゲート電極１０４−１、１０４−２の配置は、１つのゲート誘電体と１つのゲート電極を示す先述の配置と同じ取り決めに従う。即ち、ゲート誘電体１０６−１、１０６−２は、ゲート電極１０４−１、１０４−２と、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２との間に配置され、それによってゲート誘電体１０６−１、１０６−２は、ゲート電極１０４−１、１０４−２をソース電極１１０及びドレイン電極１１２から物理的に分離させることができる。
【００１１】
図１Ａ〜図１Ｆの各々において、ソース電極１１０とドレイン電極１１２との間に配置されるチャネル１０８は、ソース電極１１０とドレイン電極１１２との間に制御可能な電気経路をもたらし、ゲート電極１０４に電圧が印加されるときに、チャネル１０８を介して、ソース電極１１０とドレイン電極１１２との間で電荷が移動できるようにする。ゲート電極１０４に印加する電圧によってチャネル１０８の電荷伝導能を変更することができるため、チャネル１０８の電気的特性は、ゲート電極１０４に電圧を印加することによって、少なくとも或る程度制御することができる。
【００１２】
薄膜トランジスタの一実施形態のさらに詳細を図２に示す。図２は、例示的なボトムゲート型薄膜トランジスタ２００の断面図を示している。図２に示す薄膜トランジスタの種々の部分、それらの部分を構成する材料、並びにそれらの部分を形成する方法は、図１Ａ〜図１Ｆに関連して説明した実施形態をはじめとする、本明細書に記載するトランジスタのどの実施形態に対しても同様に適用し得ることは理解されよう。また、種々の実施形態において、薄膜トランジスタ２００は、アクティブマトリックスディスプレイ画面デバイス、ロジックインバータ及び増幅器をはじめとする、多数のデバイスに組み込むことができる。薄膜トランジスタ２００はまた、赤外線デバイスに組み込むこともでき、その場合、透明な構成要素も用いられる。
【００１３】
図２に示すように、薄膜トランジスタ２００は、基材２０２、基材２０２に隣接して配置されるゲート電極２０４、ゲート電極２０４に隣接して配置されるゲート誘電体２０６、並びに前記ゲート誘電体２０６、前記ソース電極２１０及び前記ドレイン電極２１２と接触しているチャネル２０８を備えることができる。図２に示す実施形態では、基材２０２はガラスを含む。しかしながら、基材２０２は、種々の実施形態を実施するのに適する任意の基材材料又は組成物を含むことができる。
【００１４】
図２に示す基材２０２は、ゲート電極２０４の層を形成すべく、ＩＴＯ、即ち酸化インジウムスズの全面コーティング（blanket coating）を備えることができる。しかしながら、ゲート電極２０４には、多数の材料を用いることができる。このような材料としては、ｎ型ドープＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２又はＺｎＯ等の透明な材料を挙げることができる。他の適切な材料には、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属が含まれる。図２に示す実施形態では、ゲート電極２０４の厚さは、約２００ｎｍである。ゲート電極層の厚さは、用いる材料、デバイスの種類及び他の因子に応じて変えることができる。
【００１５】
図２に示すゲート誘電体２０６もまた、全面コーティングされる。図２では、ゲート電極２０４及びゲート誘電体２０６を、全面コーティングされた、パターニングされていない層として示しているが、それらの層はパターニングすることもできる。種々の実施形態では、ゲート誘電体２０６は、ゲート誘電体となる絶縁性の種々の材料を含むことができる。そのような材料としては、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、チタン酸ビスマスジルコニウム（ＢＺＴ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＩＶ）（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＩＶ）（ＺｒＯ２）、及び種々の有機誘電体材料等を挙げることができる。
【００１６】
種々の実施形態において、ゲート誘電体２０６は、約４３０℃にて、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５及びＯ２を用いて、低圧ＣＶＤ法によって堆積することができ、その後、漏れ電流特性を低減するためにアニールすることができる。ゲート誘電体層を導入するための他の方法としては、本明細書においてさらに詳細に説明するように、種々のＣＶＤ法及びスパッタリング法、並びに原子層堆積、蒸着等を挙げることができる。
【００１７】
種々の実施形態では、ソース電極２１０とドレイン電極２１２は、ゲート誘電体２０６に隣接しており、且つ互いに離れて配置される。図２に示す実施形態では、ソース電極２１０とドレイン電極２１２は、ゲート電極２０４に関して説明したものと同じ材料から形成することができる。図２では、ソース電極２１０及びドレイン電極２１２は、約２００ｎｍの厚さを有する。しかしながら、その厚さは、用いる材料の組成、その材料が用いられることになる用途、並びに他の因子に応じて変化させ得る。ソース電極及びドレイン電極の材料の選択は、それらが用いられることになる用途、デバイス、システム等に応じて変えることができる。デバイスの全体性能は、ソース材料及びドレイン材料に応じて変化し得る。例えば、概ね透明な薄膜トランジスタが望ましいデバイスでは、その効果が得られるように、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極の材料を選択することができる。
【００１８】
種々の実施形態において、チャネル２０８は、元素周期表の第１２族及び第１４族からの金属陽イオンを含む２成分、３成分、４成分及び５成分酸化物を含む複合酸化物材料から形成することができる。本明細書において用いるとき、複合酸化物とは、２成分、３成分、４成分及び５成分酸化物を意味するものであり、各成分は異なり、各複合酸化物は、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオン及び第１４族からの少なくとも１つの金属陽イオンを有する。従って、２成分酸化物は、第１２族からの１つと、第１４族からの１つとから成る２つの金属陽イオンを含むことができ、４成分酸化物は４つの金属陽イオンを含むことができ、ここで、各金属陽イオンは異なり、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオンと第１４族からの１つの金属陽イオンとを含む。
【００１９】
種々の実施形態では、チャネルは、本明細書に記載の化学式を有する１つ又は複数の化合物を含むものとして記載することができる。種々の実施形態において、その化学式は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（本明細書に記載の陽イオンを表す）及びＯ（酸素原子）を含む一連の記号によって表すことができる。当該化学式は、一連の記号の下付き文字ｘ、例えばＡｘによって特徴付けることもできる。その化学式では、Ｏ以外の記号は、所定の族から選択された金属陽イオンの素性を表すものであり、下付き文字は、その所定の族から選択された金属陽イオンの数を表すものである。例えば、Ａが金属陽イオンＺｎを表し、ｘが数２を表す場合には、ＡｘはＺｎ２、即ち、Ｚｎ２原子となる。
【００２０】
さらに、記号Ｏは、元素周期表上の記号Ｏによって特徴付けられるような酸素原子を表す。従って、化学式から導出される化合物の化学量論に基づくと、式中のＯの下付き文字、即ちＯｘは、任意の所与の化学式に含まれる金属陽イオンの原子の数に応じて異なり得る。例えば、化学式ＡｘＢｘＯｘは２成分金属酸化物を包含し、例えば、亜鉛−鉛酸化物はＺｎ２ＰｂＯ４の化学量論的配列を有し、式中、Ｏ４はＺｎＯ及びＰｂＯ２の組み合わせに関連付けられる酸素原子の数を表す。
【００２１】
本明細書に記載する化学式においては、第１２族及び第１４族のそれぞれからの少なくとも１つの金属陽イオンが複合酸化物材料に含まれる。例えば、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘは、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオン及び第１４族からの少なくとも１つの金属陽イオンを選択することで形成された種々の３成分酸化物を包含することができる。従って、２成分、３成分、４成分又は５成分を有する複合酸化物では、第１２族及び第１４族のそれぞれからの少なくとも１つの金属陽イオンが含まれる。さらに、実施形態が３成分、４成分及び５成分酸化物のための化学式を有する場合は、所与の化学式によって定義される金属陽イオンは、他の化学式の中でさらに定義することができる。即ち、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘを有する３成分酸化物が特定の金属陽イオンによって定義される場合、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する４成分酸化物は、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘにおいて定義されたものと同じ金属陽イオンによって定義することができ、他の金属陽イオンによってさらに定義することもできる。例えば、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する４成分酸化物において、Ａｘ、Ｂｘ及びＣｘは、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘにおいて定義されたものと同じ金属陽イオンによって定義することができるが、説明する実施形態によっては、Ｂｘは他の金属陽イオンによってさらに定義することができる。さらに、任意の所与の化学式において選択された金属陽イオンは一度だけ含まれる。即ち、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘにおいて、Ａを亜鉛と選択した場合には、Ｂ及びＣはいすれも亜鉛とすることはできない。
【００２２】
種々の実施形態において、チャネル２０８は、亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物、カドミウム−鉛酸化物をはじめとする三元金属酸化物のうちの１つを含んで成る複合酸化物材料から形成することができる。これらの実施形態では、三元金属酸化物は、金属（Ａ）：金属（Ｂ）の原子組成比（Ａ：Ｂ）を有する組成物を含むことができ、ここで、Ａ及びＢは個別に、約０．０５〜約０．９５の値をとることができる。従って、亜鉛−ゲルマニウム酸化物は、亜鉛０．０５及びゲルマニウム０．９５又は亜鉛０．９５及びゲルマニウム０．０５の相対濃度を有する原子組成を有することができる。即ち、この実施形態によるチャネルは、各成分の原子組成が約０．０５〜約０．９５の範囲内に入る、種々の２成分酸化物半導体膜を含むことができる。
【００２３】
種々の実施形態において、チャネル２０８は、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物を含む複合酸化物材料から形成することができる。そのような実施形態では、各ＡはＺｎ、Ｃｄから成るグループから選択することができ、各ＢはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各Ｏは酸素原子とすることができ、各ｘは個々独立して０以外の整数とすることができ、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ異なる。即ち、各成分元素の「ｘ」の値は異なる場合があり、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘの実施形態では、Ｂが亜鉛である場合には、Ａ又はＣは亜鉛を含まないであろう。これらの実施形態では、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘに従って、９つの３成分酸化物を形成することができる。その９つの３成分酸化物には、亜鉛−ゲルマニウム−スズ酸化物、亜鉛−スズ−鉛酸化物、亜鉛−ゲルマニウム−鉛酸化物、亜鉛−カドミウム−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−カドミウム−スズ酸化物、亜鉛−カドミウム−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム−スズ酸化物、カドミウム−スズ−鉛酸化物及びカドミウム−ゲルマニウム−鉛酸化物が含まれ得る。さらに、これらの実施形態では、化学式ＡｘＢｘＣｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物は、Ａ：Ｂ：Ｃの原子組成比を有し得、ここで、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ約０．０２５〜約０．９５の範囲内にある。従って、例えば、亜鉛−ゲルマニウム−スズ酸化物は、亜鉛約０．０２５、ゲルマニウム０．０２５及びスズ０．９５、又は亜鉛約０．９５、ゲルマニウム０．０２５及びスズ０．０２５、又は亜鉛約０．０２５、ゲルマニウム０．９５及びスズ０．０２５といった、その範囲の限界付近の比、或いはその範囲の限界付近の比の間にある亜鉛／ゲルマニウム／スズの比を有する原子組成を有することができる。即ち、この実施形態によるチャネルには、各成分の相対濃度が約０．０２５〜約０．９５の範囲内に入る原子組成比を有する種々の３成分酸化物半導体膜が包含され得る。
【００２４】
種々の実施形態において、チャネル２０８は、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物を含む複合酸化物材料から形成することができる。これらの実施形態では、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ、本明細書に記載の材料を含むことができ、各ＤはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各Ｏは酸素原子とすることができ、各ｘは個々独立して０以外の整数をとることができ、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ異なる。従って、これらの実施形態では、５つの４成分酸化物を形成することができる。それら５つの４成分酸化物には、亜鉛−ゲルマニウム−スズ−鉛酸化物、亜鉛−カドミウム−ゲルマニウム−スズ酸化物、亜鉛−カドミウム−ゲルマニウム−鉛酸化物、亜鉛−カドミウム−スズ−鉛酸化物及びカドミウム−ゲルマニウム−スズ−鉛酸化物が含まれ得る。これらの実施形態では、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物は、Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄの原子組成比を有することができ、ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ約０．０１７〜約０．９５の範囲内にある。従って、例えば、亜鉛−ゲルマニウム−スズ−鉛酸化物は、亜鉛約０．０１７、ゲルマニウム０．０１７、スズ０．０１７及び鉛０．９５といった、その範囲の限界付近の比、又はその範囲の限界付近の比の間にある亜鉛／ゲルマニウム／スズ／鉛の比を有することができる。即ち、この実施形態によるチャネルには、各成分の相対濃度が約０．０１７〜約０．９５の範囲内に入る原子組成比を有する種々の４成分酸化物半導体膜が包含され得る。
【００２５】
一実施形態では、チャネル２０８は、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＥｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物を含む複合酸化物材料から形成することができる。この実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ本明細書に記載の材料を含むことができ、各ＥはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各Ｏは酸素原子とすることができ、各ｘは個々独立して０以外の整数をとることができ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥはそれぞれ異なる。即ち、各成分元素の「ｘ」の値は異なる場合がある。従って、この実施形態では、５成分酸化物は、亜鉛−カドミウム−ゲルマニウム−スズ−鉛酸化物を含むことができる。この実施形態では、化学式ＡｘＢｘＣｘＤｘＥｘＯｘを有する１つ又は複数の化合物は、Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅの比を有し、ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥはそれぞれ、約０．０１３〜約０．９５の範囲内にある。従って、例えば、亜鉛−カドミウム−ゲルマニウム−スズ−鉛酸化物は、亜鉛約０．９５、カドミウム０．０１３、ゲルマニウム０．０１３、スズ０．０１３、鉛０．０１３といった、その範囲の限界付近の比、又はその範囲の限界付近の比の間にある亜鉛／カドミウム／ゲルマニウム／スズ／鉛の比を有することができる。即ち、この実施形態によるチャネルには、各成分の相対濃度が約０．０１３〜約０．９５の範囲内に入る原子組成比を有する５成分酸化物が包含され得る。
【００２６】
任意の所与の２成分、３成分、４成分及び５成分酸化物のための金属陽イオンの原子組成比は、以上の実施形態の比に限定されるものではないことは当業者には理解されよう。種々の実施形態において、２成分、３成分、４成分及び５成分酸化物はそれぞれ、種々の原子組成比で形成することができる。例えば、３成分酸化物は、亜鉛０．０２５、ゲルマニウム０．４８５及び鉛０．４９の比を有する原子組成を有することができる。
【００２７】
種々の実施形態において、複合酸化物には、組成、処理条件及び他の因子に応じて、種々の形態が含まれ得る。種々の形態学的状態としては、アモルファス状態及び多結晶形態を挙げることができる。多結晶形態には、単相結晶形態又は混相結晶形態が含まれ得る。さらに、種々の実施形態では、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、概ね透明な材料から構成することができる。ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に概ね透明な材料を用いることによって、薄膜トランジスタのエリアを、ヒトの目で視認できる電磁スペクトル領域に対し透過性とし得る。トランジスタの技術分野では、ＴＦＴがピクセルをオン又はオフするように選択、即ちアドレス指定するために、概ね透明な材料を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と接続されたディスプレイ素子（ピクセル）を備えるアクティブマトリックス液晶ディスプレイのようなデバイスが、当該デバイス中により多くの光を透過させ得るため、ディスプレイ性能に利益をもたらすことは、当業者には理解されよう。
【００２８】
再び、図２を参照すると、チャネル２０８は、約５０ｎｍのチャネル厚を有する複合酸化物として形成されるが、種々の実施形態において、チャネルの厚さは、チャネル材料がアモルファスであるか又は多結晶であるか、並びにチャネルが組み込まれることになるデバイスをはじめとした種々の因子に応じて、変えることができる。
【００２９】
この実施形態では、チャネル２０８は、ゲート誘電体２０６に隣接し且つソース電極２１０とドレイン電極２１２との間に配置される。ゲート電極２０４に電圧を印加することによって、チャネル２０８内において容易に電子を蓄積又は空乏化することができる。さらに、電圧を印加することにより、ソース電極２１０からチャネル２０８への電子注入、及びドレイン電極２１２によるチャネルからの電子抽出を促進することができる。本開示の実施形態では、チャネル２０８は、ゲート電極２０４に印加される電圧を用いてドレイン電極２１２とソース電極２１０との間に流れる電流を制御することによって、オン／オフ動作を実行できるようにする。
【００３０】
種々の実施形態において、チャネル２０８は、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオンと、第１４族からの少なくとも１つの金属陽イオンとから選択された複合酸化物材料を含むことができ、ここで、第１２族金属陽イオンとしてはＺｎ及びＣｄを挙げることができ、第１４族金属陽イオンとしてはＧｅ、Ｓｎ及びＰｂを挙げることができ、３成分酸化物、４成分酸化物、５成分酸化物、及び亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物、カドミウム−鉛酸化物を含む２成分酸化物のうちの少なくとも１つを形成することができる。さらに、種々の実施形態において、複合酸化物材料内の各成分は異なる。例えば、複合酸化物が３つの金属陽イオンを含む場合、即ち３成分酸化物である場合は、その３成分酸化物には同じ２つの陽イオンは含まれないことになり、従って、その３成分酸化物に亜鉛が含まれる場合には、亜鉛は、その３成分酸化物の第２又は第３の成分として含まれないであろう。他の例では、カドミウムが４成分酸化物の１つの成分である場合には、その４成分酸化物の他の３つの成分はカドミウムを含まないであろう。
【００３１】
これらの原子組成は、酸素及び他の元素の存在を考慮に入れていない。それらの組成は、薄膜トランジスタのチャネルに用いられる複合酸化物材料のために選択した陽イオンを表しているにすぎない。本明細書に記載の複合酸化物は、特にチャネル移動度の点において、非常に満足のいく電気的性能を示す。最大作動周波数、最高作動速度及び最大駆動電流はチャネル移動度に比例して高くなるため、移動度が薄膜トランジスタの性能決定に寄与する特性であることは当業者には理解されよう。さらに、チャネルは、可視スペクトル及び赤外スペクトルの両方において透過性を有することができ、それによって、薄膜トランジスタ全体を、電磁スペクトルの可視領域全体にわたって光学透過性とすることができる。
【００３２】
本開示の実施形態において例示する複合酸化物は、集積回路構造における多様な薄膜用途にとって有益である。例えば、そのような用途として幾つか例を挙げると、薄膜トランジスタ、水平電極、垂直電極、共面電極、互い違いの電極、トップゲート、ボトムゲート、シングルゲート及びダブルゲートのような、本明細書に記載したようなトランジスタがある。種々の実施形態では、本開示のトランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ）は、スイッチ若しくは増幅器として配設することができ、その場合、トランジスタのゲート電極に印加される電圧が、チャネルを通る電子の流れに影響を及ぼすことができる。トランジスタが種々の方法で作動し得ることは当業者には理解されよう。例えば、トランジスタをスイッチとして用いる場合、そのトランジスタは飽和状態領域にて作動することができ、トランジスタを増幅器として用いる場合、そのトランジスタは線型領域において作動することができる。さらに、集積回路及び集積構造における、複合酸化物から成るチャネルを組み込んだトランジスタの用途としては、以下の図４に関連して例示、説明するような視覚ディスプレイパネル（例えば、アクティブマトリックスＬＣＤディスプレイ）のような集積回路が挙げられる。ディスプレイ用途及び他の用途において、多くの場合、薄膜トランジスタの残りの部分、例えばソース電極、ドレイン電極及びゲート電極のうちの１つ又は複数を、少なくとも部分的に透過性となるように製造することが望ましいであろう。
【００３３】
図２では、ソース電極２１０及びドレイン電極２１２として、厚さ約２００ｎｍのＩＴＯを含む。しかしながら、種々の実施形態では、その厚さは、材料の種類、用途及び他の因子をはじめとする、種々の因子に応じて変えることができる。種々の実施形態において、電極２１０、２１２は、ｎ型ドープのワイドバンドギャップ半導体のような透明な導体を含むことができる。それらの例としては、限定はしないが、ｎ型ドープＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はＺｎＯ等が挙げられる。電極１１０、１１２は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ又はＮｉ等の金属を含むこともできる。本開示の種々の実施形態では、全ての電極１０４、１１０及び１１２を透明な材料から構成し、トランジスタの種々の実施形態を概ね透明にすることができる。
【００３４】
本明細書に記載のトランジスタ構造の種々の部分は、種々の方法を用いて形成することができる。例えば、ゲート誘電体２０６は、約４３０℃で、Ｔａ（ＯＣ２Ｈ５）５及びＯ２を用いる低圧ＣＶＤ法によって堆積させることができ、その後、漏れ電流特性を低減するためにアニールすることができる。蒸着（例えば、熱、電子ビーム）、物理気相成長（ＰＶＤ）（例えばｄｃ反応スパッタリング、ｒｆマグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング）、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）等の薄膜堆積技法を用いることができる。さらに、本開示の実施形態のトランジスタの種々の部分を堆積するために他の方法を用いることもできる。そのような代替の方法としては、金属膜の陽極酸化（電気化学酸化）、スピンコーティング、並びにサーマルインクジェットプリンティング、圧電ドロップオンデマンドプリンティングをはじめとするインクジェットプリンティング等の液状前駆体からの堆積を挙げることができる。膜は、エッチング法又はリフトオフ法と共にフォトリソグラフィを用いるか、又はシャドーマスクのような代替方法を用いることでパターニングすることができる。層のうちの１つ又は複数（例えば、図２に示されるチャネル）は、酸素空孔の導入及び／又は異原子価元素の置換によって、ドーピングすることもできる。
【００３５】
本開示の実施形態には、集積回路、詳細には本明細書に記載のような薄膜トランジスタを形成する際に用いられるシリコンウェーハのような、その上に形成された層や構造体を備えるか又は備えていない基材若しくは基材アセンブリの表面上に、金属含有膜を形成する方法も包含される。本開示の方法は、シリコンウェーハ上に堆積することに限定されず、他のタイプのウェーハ（例えば、ガリウムヒ素、ガラス等）も同様に用い得ることを理解されたい。
【００３６】
さらに、本開示の方法において、他の基材を用いることもできる。これらの基材には、例えば、繊維、線材（wire）等が含まれる。一般的に、膜は基材の最も下側の表面上に直に形成するか、又は膜は、例えば、パターニングされたウェーハの場合のように、任意の種々の層（即ち、表面）の上に形成することができる。
【００３７】
図３は、半導体構造を製造するための方法を示す。本開示の種々の実施形態において、半導体構造を形成する際に、基材又は基材アセンブリを設けることができる。本明細書において用いるとき、用語「基材」は、ベース基材材料層、例えばガラスウェーハ中のガラス材料から成る最下層を指す。用語「基材アセンブリ」は、その上に１つ又は複数の層や構造体が形成された基材を指す。基材タイプの例としては、限定はしないが、ガラス、プラスチック及び金属が挙げられ、特に、シート、フィルム及びコーティングのような物理的な形態を含み、不透明であっても、概ね透明であってもよい。
【００３８】
ブロック３１０において、ドレイン電極及びソース電極の両方を設けることができる。例えば、ドレイン電極及びソース電極はいずれも、基材アセンブリの基材上に設けることができる。
【００３９】
種々の実施形態において、前駆体化合物は、金属、金属酸化物、複合酸化物、並びに記号及び下付き文字を有する化学式として記載する。化学式中、記号、例えばＡは所定のグループから選択される金属陽イオンを表すものであり、下付き文字、例えばｘは、その所定のグループから選択される金属陽イオンの原子の数を表すものである。本明細書に記載の前駆体化合物は、Ｏｘの存在を明示しない。しかしながら、それらの前駆体化合物が、その化合物の酸化物を与えるために、酸素も含み得ることは当業者には理解されよう。以下に記載の方法は、酸素を除外することによって化合物を限定しようとする意図はない。本明細書に記載の種々の堆積法において、前駆体化合物に酸素を含有させ得ることは当業者には理解されよう。
【００４０】
本明細書に記載の前駆体化合物の種々の組み合わせを前駆体組成物に用いることができる。従って、本明細書において用いるとき、「前駆体組成物」は、本明細書に記載のもの以外の１つ又は複数の前駆体化合物と任意に混合された、本明細書に記載の１つ又は複数の前駆体化合物を含んで成る固体又は液体を指す。例えば、亜鉛前駆体化合物及びガリウム前駆体化合物は、１つの前駆体組成物にて又は別個の組成物にてもたらすことができる。それら前駆体化合物が別個の組成物に含まれる場合は、チャネルを堆積する際に、両方の組成物を用いる。
【００４１】
ブロック３２０において、ドレイン電極及びソース電極と接触しており且つ複合酸化物を含んで成るチャネルを堆積させることができる。例えば、チャネルは、ドレイン電極とソース電極を電気的に接続させ得るように、２つの電極間に堆積させることができる。種々の実施形態において、ドレイン電極及びソース電極と接触しているチャネルを堆積させることには、亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物、及びカドミウム−鉛酸化物を供給することをはじめとする、１つ又は複数の前駆体化合物を含む少なくとも１つの前駆体組成物を供給することが包含され得る。例えば、亜鉛前駆体化合物及びゲルマニウム前駆体化合物は、１つの前駆体組成物にて又は別個の組成物にてもたらすことができる。従って、これらの実施形態による前駆体組成物には、二元金属酸化物、即ち酸化亜鉛、並びに他の複合金属酸化物、例えば亜鉛−ゲルマニウム酸化物が含まれ得る。しかしながら、前駆体組成物が二元金属酸化物を含む場合、チャネルを堆積する際に、異なる二元金属酸化物を含む別の前駆体組成物を用いることによって複合金属酸化物を含むチャネルを形成することができる。
【００４２】
さらに、種々の実施形態において、前駆体組成物は、Ａｘを含む１つ又は複数の前駆体化合物、Ｂｘを含む１つ又は複数の前駆体化合物及びＣｘを含む１つ又は複数の前駆体化合物を含むことができる。そのような実施形態では、各ＡはＺｎ、Ｃｄから成るグループから選択することができ、各ＢはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各ＣはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各ｘは個々独立して０以外の整数とすることができ、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ異なる。即ち、各成分元素の「ｘ」の値は異なる場合もある。従って、これらの実施形態では、Ａによって定義されるグループからの少なくとも１つの金属陽イオン、Ｂによって定義されるグループからの少なくとも１つの金属陽イオン及びＣによって定義されるグループからの少なくとも１つの金属陽イオンを与えることで、Ａｘ、Ｂｘ及びＣｘの１つ又は複数の化合物から成る１つ又は複数の前駆体組成物を形成することができる。例えば、これらの実施形態による前駆体組成物は、Ａｘ、Ｂｘ及びＣｘの前駆体化合物を含むことができる。さらに、これらの実施形態による前駆体化合物は、Ａｘ及びＣｘの化合物を含むことができる。そのような場合には、チャネルを堆積する際に、Ｂｘを含むさらに別の前駆体組成物を用いる。
【００４３】
種々の実施形態において、前駆体組成物は、Ｄｘを含む１つ又は複数の前駆体化合物を含むことができる。そのような実施形態では、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ、本明細書に記載するような材料を含むことができ、各ＤはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各ｘは個々独立して０以外の整数とし得。Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ異なる。即ち、各成分元素の「ｘ」の値は異なる場合もある。従って、これらの実施形態では、前駆体組成物は、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ及びＤｘを含む１つ又は複数の化合物を含むことができる。そのような実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤによって定義されるグループからの少なくとも１つの金属陽イオンを与えて、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ及びＤｘの１つ又は複数の化合物から成る１つ又は複数の前駆体組成物を形成することができる。しかしながら、これらの実施形態では、堆積されるチャネルは、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ及びＤｘの前駆体化合物を含むため、４成分酸化物半導体薄膜から成るチャネルが形成される。
【００４４】
別の実施形態では、前駆体組成物は、Ｅｘを含む１つ又は複数の前駆体化合物を含むことができる。そのような実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤはそれぞれ、本明細書に記載するような材料を含むことができ、各ＥはＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂから成るグループから選択することができ、各ｘは個々独立して０以外の整数とし得、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥはそれぞれ異なる。従って、この実施形態では、前駆体組成物は、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ、Ｄｘ及びＥｘを含む１つ又は複数の化合物を含むことができる。そのような実施形態では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥによって定義されるグループからの少なくとも１つの金属陽イオンを与えて、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ、Ｄｘ及びＥｘの１つ又は複数の化合物から成る１つ又は複数の前駆体組成物を形成することができる。しかしながら、これらの実施形態では、堆積されるチャネルは、Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘ、Ｄｘ及びＥｘの前駆体化合物を含むため、５成分酸化物半導体薄膜から成るチャネルが形成される。
【００４５】
本明細書において用いるとき、「液体」は、溶液又は原液（室温において液体であるもの、又は室温では固体であるが、高い温度で溶融するもの）を指す。本明細書において用いるとき、「溶液」は、固体が完全に溶解していることを要求するものではなく、溶液は、或る量の溶解していない物質を含んでいてもよいが、化学気相成長法に際して、有機溶媒によって蒸気相内に搬送し得る十分な量の物質が存在することがより好ましい。本明細書において用いる前駆体化合物は、化学気相成長システムにおいての使用に適する１つ又は複数の有機溶媒、及び、所望の化合物が気化するのを助ける、遊離リガンドのような他の添加剤を含むこともできる。
【００４６】
本開示の実施形態に関して、薄膜堆積法に適する種々のＺｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＰｂ前駆体化合物を用いることができる。前駆体化合物の例としては、限定はしないが、金属、及びＺｎＯ、ＺｎＯ２、ＣｄＯ、ＧｅＯ、Ｇｅ２Ｏ、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ及びＰｂＯ２前駆体化合物をはじめとする、金属の酸化物が挙げられる。本明細書では特定の前駆体化合物を例示するが、堆積工程において用いることができる限り、多種多様な前駆体化合物を用いることができる。本開示の種々の実施形態において、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＰｂ前駆体化合物は中性前駆体化合物を含むことができ、室温において液体、固体のいずれであってもよい。これらの化合物が固体である場合には、それらの化合物は、気化できるようにするために有機溶媒に十分に可溶性であるか、固体状態から気化又は昇華、或いはアブレートする（例えば、レーザアブレーション又はスパッタリングによる）ことができるか、又はその分解温度未満の溶融温度を有する。従って、本明細書に記載の前駆体化合物の多くが、化学気相成長（ＣＶＤ）法のような気相成長法（例えば、フラッシュ蒸発法、バブラー法、及び／又はマイクロドロップレット法）における使用に適している。
【００４７】
本明細書に記載の前駆体化合物は、インクジェット堆積法、スパッタリング法及び気相成長法（例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）又は原子層堆積（ＡＬＤ））のための前駆体組成物に用いることができる。あるいはまた、本明細書に記載の特定の化合物は、スピン・オン・コーティング等の他の堆積法において用いることができる。通常、炭素原子数の少ない有機Ｒ基（例えば、Ｒ基当たり１〜４炭素原子）を含む化合物は、気相成長法と共に用いるのに適している。炭素原子数の多い有機Ｒ基（例えば、Ｒ基当たり５〜１２炭素原子）を含む化合物は、一般的に、スピン・オン・コーティング又はディップコーティングに適している。
【００４８】
本明細書において用いるとき、用語「有機Ｒ基」は、脂肪族基、環式基、又は脂肪族基と環式基との組み合わせ（例えば、アルカリル基及びアラルキル基）として分類される炭化水素基（酸素、窒素、硫黄及びシリコンのような、炭素及び水素以外の任意の元素を有する）を意味する。本開示の文脈では、有機基は、金属含有膜の形成を妨げないものである。それらは、化学気相成長技法を用いて金属含有膜を形成することを妨げない種類及び大きさのものとし得る。用語「脂肪族基」は、飽和若しくは不飽和の直鎖炭化水素基又は分岐炭化水素基を意味する。この用語は、例えば、アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基を包含すべく用いられる。用語「アルキル基」は、例えば、メチル、エチル、イソプロピル、ｔ−ブチル、へプチル、ドデシル、オクタデシル、アミル、２−エチルヘキシル等をはじめとする、飽和直鎖炭化水素基又は飽和分岐炭化水素基を意味する。用語「アルケニル基」は、ビニル基のような、１つ又は複数の炭素−炭素二重結合を有する不飽和直鎖炭化水素基又は不飽和分岐炭化水素基を意味する。用語「アルキニル基」は、１つ又は複数の炭素−炭素三重結合を有する不飽和直鎖炭化水素基又は不飽和分岐炭化水素基を意味する。用語「環式基」は、脂環式基、芳香族基又は複素環式基として分類される閉環炭化水素基を意味する。用語「脂環式基」は、脂肪族基のそれに類似の特性を有する環式炭化水素基を意味する。用語「芳香族基」又は「アリール基」は、単核芳香族炭化水素基又は多核芳香族炭化水素基を意味する。用語「複素環式基」は、環内の原子のうちの１つ又は複数が炭素以外の元素（例えば、窒素、酸素、硫黄等）である閉環炭化水素を意味する。
【００４９】
さらに図３を参照すると、前駆体組成物を含んで成るチャネルを堆積して、前駆体組成物から複合酸化物を形成し、ドレイン電極及びソース電極を電気的に接続させることができる。種々の実施形態では、チャネルは、ｄｃ反応性スパッタリング、ｒｆスパッタリング、マグネトロンスパッタリング、及びイオンビームスパッタリングのような種々の物理気相成長法を用いて形成することができる。チャネルを堆積するための他の方法としては、前駆体組成物が液体形態である場合のインクジェット堆積法の使用が挙げられる。
【００５０】
種々の実施形態において、チャネルに含まれる複合酸化物は、その厚み全体を通して、均一な組成を有することができるが、これは必須条件ではない。例えば、４成分酸化物では、Ａｘを含む前駆体化合物を含む前駆体組成物を最初に堆積させ、その後、Ｂｘ、Ｃｘ及びＤｘを含む前駆体化合物の組み合わせを堆積して、４成分酸化物チャネルを形成することができる。複合酸化物チャネルの厚さは、それが用いられる用途に依ることは理解されよう。例えば、その厚さは、約１ナノメートル〜約１，０００ナノメートルの範囲を有することができる。代替の実施形態では、その厚さは、約１０ナノメートル〜約２００ナノメートルの範囲を有することができる。
【００５１】
本開示の実施形態において、複合酸化物は、第１２族からの少なくとも１つの金属陽イオン及び第１４族からの少なくとも１つの金属陽イオンから成る化合物を含むことができ、ここで、第１２族の陽イオンとしてはＺｎ陽イオン及びＣｄ陽イオンが挙げられ、第１４族の陽イオンとしてはＧｅ、Ｓｎ及びＰｂの陽イオンが挙げられ、３成分酸化物、４成分酸化物、５成分酸化物、及び亜鉛−ゲルマニウム酸化物、亜鉛−鉛酸化物、カドミウム−ゲルマニウム酸化物、カドミウム−スズ酸化物、カドミウム−鉛酸化物をはじめとする２成分酸化物のうちの少なくとも１つを形成している。第１２族金属陽イオン及び第１４族金属陽イオンのための前駆体化合物は、通常、単核（即ち、それらが分子当たり１つの金属を含むという点で単核）であるが、弱く結合したダイマー（即ち、水素結合又は供与結合を介して互いに弱く結合している２つのモノマーから成るダイマー）を用いることもできる。本開示の他の実施形態では、複合酸化物を形成するために用いられる前駆体化合物には、アセチルアセトナト亜鉛［Ｚｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］のような、気相成長に適する有機金属化合物を含むことができる。
【００５２】
本明細書に記載のように、本開示の実施形態では、スパッタリング工程にて複合酸化物チャネルを形成するために用いられる前駆体化合物には、２成分酸化物、３成分酸化物、４成分酸化物及び５成分酸化物が含まれ得る。例えば、亜鉛−鉛酸化物のような２成分酸化物を、チャネルを形成するためのターゲットとして用いることができる。亜鉛−鉛酸化物は、上記のターゲットを用いることによるスパッタリングによって、薄膜状に堆積させることができ、チャネルのための単相結晶状態を得ることができる。種々の実施形態において、単相結晶状態はＡｘ及びＢｘを含む化合物を含むことができ、ここで、以下の化学式のように、ＡはＺｎ、第１２族金属陽イオンを含み、Ｂは鉛、第１４族金属陽イオンを含む。
【００５３】
ＺｎｘＰｂｙＯｘ＋２ｙ
この実施形態では、ｘ及びｙの値は所与の範囲とし得る。例えば、ｘ及びｙは個々独立して、約１〜約１５の範囲、約２〜約１０の範囲、１より大きな整数、及び１５より小さな整数とし得る。ｘ及びｙの値の具体例としては、それぞれ２及び１の場合があり、この場合、亜鉛−鉛酸化物の単相結晶状態は、Ｚｎ２ＰｂＯ４である。
【００５４】
あるいはまた、亜鉛−鉛酸化物の実施形態は、上記のターゲットを用いることによるスパッタリングの結果、混相結晶状態をもたらすことができる。例えば、混相結晶状態は、限定はしないが、或る範囲の相比Ａ：Ｂ：Ｃ（例えばＺｎＯ：Ｚｎ２ＰｂＯ４：ＰｂＯ２）にて、例えばＺｎＯ、Ｚｎ２ＰｂＯ４及びＰｂＯ２を含んで成り、２つ以上の相を含むことができる。ただし、Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ約０．０１〜約０．９９の範囲内にある。
【００５５】
さらに、第１２族陽イオン及び第１４族陽イオンの化合物は、アモルファス状態において優れた電子輸送を示すことができる。その場合、複合酸化物を結晶化させることなく、所望のレベルの性能を達成することができる。従って、種々の実施形態において、亜鉛−鉛酸化物は、概ねアモルファス形態を有することができる。例えば、亜鉛−鉛酸化物は、亜鉛（ｘ）：鉛（１−ｘ）の原子組成を有することができ、ここで、ｘは約０．０１〜約０．９９の範囲内にある。この原子組成は、酸素及び他の元素を考慮に入れていない。それは、亜鉛及び鉛の相対比を表しているにすぎない。さらに別の実施形態では、ｘは約０．１〜約０．９の範囲、さらには約０．０５〜約０．９５の範囲とし得る。
【００５６】
さらに、これらの各複合酸化物材料は、第１２族陽イオン及び第１４族陽イオンの組み合わせをベースとするため、構造的特性及び電気的特性において、さらには処理の際に考慮すべき事柄において、性質が相当程度似ているものと考えられる。さらに、本明細書に開示する２成分酸化物の１つである亜鉛−スズ酸化物は、優れた電子輸送性を示すことがわかっているため、３成分酸化物、４成分酸化物及び５成分酸化物を含む、他の組み合わせの２成分酸化物も特性的に類似の性能を有するものと予想することができる。亜鉛−スズ酸化物の電子輸送特性の例は、例えば、２００３年７月２５日付けの、「SEMICONDUCTOR DEVICE」と題された同時係属中の米国特許出願第６０／４９０，２３９号において見いだすことができる。
【００５７】
スパッタリング又は化学気相成長工程を、不活性ガス及び／又は反応ガスの雰囲気内で実行して、比較的純粋な複合酸化物チャネルを形成することができる。不活性ガスは、通常、窒素、ヘリウム、アルゴン及びそれらの混合物を含むグループから選択される。本開示の文脈では、不活性ガスは、本明細書に記載の前駆体化合物と概ね反応することがなく、且つ複合酸化物チャネルの形成を妨げることのないガスである。
【００５８】
反応ガスは、少なくとも堆積条件下にある表面において、本明細書に開示する前駆体化合物と反応する種々のガスから選択することができる。反応ガスの例としては、水素、及びＯ２のような酸化ガスが挙げられる。本開示の実施形態では、種々の組み合わせのキャリアガス及び／又は反応ガスを用いて、複合酸化物チャネルを形成することができる。
【００５９】
例えば、複合酸化物チャネルのためのスパッタリング工程については、当該工程は、スパッタリングガスとして特定の流量にあるアルゴンと酸素の混合物を用い、スパッタリング堆積チャンバにおける所望の堆積を実現するＲＦ電力を印加することによって実施することができる。しかしながら、本開示によれば、複合酸化物チャネルを形成する任意の方法が考えられるため、それを形成するための特定の工程、例えばスパッタリング、には決して限定されないことは容易に理解されよう。
【００６０】
ブロック３３０において、本開示の薄膜トランジスタの一実施形態を形成する際に、ゲート電極、及びゲート電極とチャネルとの間に配置されるゲート誘電体の両方を設けることができる。
【００６１】
本明細書に記載の実施形態は、チップ、集積回路、モノリシックデバイス、半導体デバイス、ディスプレイデバイスのようなマイクロエレクトロニクスデバイスを製造するために用いることができる。例えば、図４は、アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）４８０のようなディスプレイデバイスの一実施形態を示している。図４では、ＡＭＬＣＤ４８０は、表示エリア４６０のマトリックス内にピクセルデバイス（即ち、液晶素子）４４０を含むことができる。マトリックス内のピクセルデバイス４４０は、同じく表示エリア４６０内に配置される薄膜トランジスタ４００と接続することができる。薄膜トランジスタ４００は、本明細書に開示するような薄膜トランジスタの実施形態から成ることができる。さらに、ＡＭＬＣＤ４８０は、薄膜トランジスタ４００にアドレス指定可能な信号電圧を供給するための直交する制御線４６２及び４６４を含むことができ、それによって、薄膜トランジスタをオン及びオフに切り替えてピクセルデバイス４４０を制御し、例えばＡＭＬＣＤ４８０上に画像をもたらすことができる。
【００６２】
本明細書では、特定の例示的な実施形態を図示し、説明してきたが、図示する特定の例示的な実施形態の代わりに、同じ方法を達成するように意図された構成を用いることができることは当業者には理解されよう。本開示は、本発明の実施形態の応用形態又は変更形態を網羅するよう意図されている。上記の説明は、例示目的でなされたものであり、限定の意はないことを理解されたい。
【００６３】
上記の例示的な実施形態の組み合わせ並びに本明細書に具体的には説明のない他の実施形態は、上記の説明を精査すれば当業者には明らかとなろう。本発明の種々の実施形態の範囲には、上記の構造及び方法が用いられる他の用途も含まれる。それ故、本発明の種々の実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲、並びにそのような特許請求の範囲下にある全ての等価物とを合わせて参照することにより決定すべきである。
【００６４】
以上の詳細な説明では、本開示を合理化するために、種々の特徴を１つの例示的な実施形態の中にまとめている。この開示の方法は、本発明の実施形態が、各請求項に明記されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を表すものと解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が表すように、発明の主題は、開示する１つの例示的な実施形態が有する全ての特徴よりも少ないものの中にある。従って、添付の特許請求の範囲は詳細な説明に援用されており、各請求項は個別の実施形態としてそのままで有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図１Ｂ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図１Ｃ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図１Ｄ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図１Ｅ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図１Ｆ】薄膜トランジスタのような半導体デバイスの実施形態
【図２】薄膜トランジスタの一実施形態の断面図
【図３】薄膜トランジスタの一実施形態を製造するための方法の実施形態
【図４】アクティブマトリックスディスプレイエリアの一実施形態
【図１Ａ】
2007529118.tif 000003
【図１Ｂ】
2007529118.tif 000004
【図１Ｃ】
2007529118.tif 000005
【図１Ｄ】
2007529118.tif 000006
【図１Ｅ】
2007529118.tif 000007
【図１Ｆ】
2007529118.tif 000008
【図２】
2007529118.tif 000009
【図３】
2007529118.tif 000010
【図４】
2007529118.tif 000011
【国際調査報告】
2007529118.tif 000012
2007529118.tif 000013
2007529118.tif 000014