(57)【要約】      （修正有）【課題】塗布液を用いて酸化物膜を形成する際にも、亀裂がない連続した膜が形成でき、これによって有用な導電特性を発現する酸化物膜を得る方法を提供する。【解決手段】塗布液を被塗物上に塗布した後に塗布液を加熱することで、被塗物上に酸化インジウムを含む膜を製造する方法であって、塗布液が、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、加熱を行う際の、被塗物上に塗布された塗布液の表面での気流の風速が、０．４ｍ／ｓ以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布液を被塗物上に塗布した後に前記塗布液を加熱することで、前記被塗物上に酸化インジウムを含む膜を製造する、酸化インジウムを含む膜の製造方法であって、
前記塗布液が、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、
前記加熱を行う際の、前記被塗物上に塗布された前記塗布液の表面での気流の風速が、０．４ｍ／ｓ以上であることを特徴とする酸化インジウムを含む膜の製造方法。
【請求項２】
酸化インジウムを含む膜である酸化物半導体膜を含む活性層を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、
請求項１に記載の酸化インジウムを含む膜の製造方法により、前記酸化インジウムを含む膜を作製する工程を含む、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３】
前記電界効果型トランジスタが、
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
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た前記活性層と、
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、請求項２に記載の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、酸化インジウムを含む膜の製造方法、及び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の開発においては、前記ＴＦＴのチャネル形成領域にキャリア移動度が高く素子間のばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いて前記ＴＦＴを作製し、電子デバイス、光デバイスなどに応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏなどを用いた前記ＦＥＴが提案されている。
【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、塗布液を用いて酸化物膜を形成する際にも、亀裂がない連続した膜が形成でき、これによって有用な導電特性を発現する酸化物膜を得る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、
本発明の酸化インジウムを含む膜の製造方法は、
塗布液を被塗物上に塗布した後に前記塗布液を加熱することで、前記被塗物上に酸化インジウムを含む膜を製造する、酸化インジウムを含む膜の製造方法であって、
前記塗布液が、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、
前記加熱を行う際の、前記被塗物上に塗布された前記塗布液の表面での気流の風速が、０．４ｍ／ｓ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、塗布液を用いた工程で良好な導電特性の酸化物膜を形成できる。また、導電特性が均一でデバイス化した際に有用な特性を持つ酸化物半導体膜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説明するための概略断面図である（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説明するための概略断面図である（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説明するための概略断面図である（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説明するための概略断面図である（その４）。
【図２】図２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３】図３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４】図４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断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、比較例１の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの断面プロファイルである。
【図６Ａ】図６Ａは、比較例２の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの断面プロファイルである。
【図７Ａ】図７Ａは、比較例３の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの断面プロファイルである。
【図８Ａ】図８Ａは、比較例４の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの断面プロファイルである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例１の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの断面プロファイルである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、実施例２の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの断面プロファイルである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、実施例３の酸化物半導体膜の表面を計測した結果である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの断面プロファイルである。
【図１２】図１２は、実施例４の電界効果型トランジスタのトランスファー特性（Ｖｇ−Ｉｄｓ特性）を示す図である。
【図１３】図１３は、比較例５の電界効果型トランジスタのトランスファー特性（Ｖｇ−Ｉｄｓ特性）を示す図である。
【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。
トランジスタを構成する導電膜や半導体膜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。流動性を有する塗布液が加熱によって固体の膜となるまでの過程では、溶媒の蒸発による大幅な体積減少や、塗布液中の金属化合物が最終的に金属酸化物となるまでの状態変化など、大きな変化を伴うことから、膜の形状が加熱の条件に左右される。例えば、塗布液の流動性が減少した後で体積が減る状態変化が起こると、収縮した部分が埋まらず島状の膜になったり、膜が連続していても所々に亀裂が入っていたり、表面の凹凸が顕著な膜となったりする。このような形状の問題は膜の電気特性にも影響を与えるため課題となる。膜が島状で不連続になっていると正常に電流は流れない。また、部分的な亀裂や表面の激しい凹凸も、膜の面内での導電特性の不均一性につながり、デバイス特性を悪化させる。特に、トランジスタの活性層となる酸化物半導体膜を塗布プロセスで形成する場合は、トランジスタの電気特性に酸化物膜の形状の影響が顕著に現れる。例えば、活性層に亀裂があるとその部分は導通しなくなり活性層を流れる電流値が減る。活性層の表面が粗れているとキャリアの移動が妨げられるためトランジスタの移動度が低下する。このような原因により、活性層を塗布プロセスで形成したトランジスタにおいては高いオン電流や高移動度といった良好なトランジスタ特性を実現できないことが課題となっていた。
【００１３】
従って、塗布プロセスを用いながらも、形状が良好で、トランジスタの活性層に適した電気特性を発現できる酸化物膜の製造方法が求められていた。
【００１４】
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、
塗布液を被塗物上に塗布した後に前記塗布液を加熱することで、前記被塗物上に酸化インジウムを含む膜を製造する、酸化インジウムを含む膜の製造方法において、
前記塗布液が、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、
前記加熱を行う際の、前記被塗物上に塗布された前記塗布液の表面での気流の風速を０．４ｍ／ｓ以上とすることが有効であることを見出した。
【００１５】
酸化インジウム及びこれを含む酸化物は、その良好な導電特性から、導電体や半導体として幅広く利用されている。導電体として利用する場合は、酸素欠損量を増やしたりスズをドープするなどしてキャリア密度を高める。半導体の場合は、キャリア密度を制御するために、インジウム以外の様々な元素を添加する場合もある。本発明は、酸化インジウムを含む膜の製造方法であって、より好ましくは酸化インジウムを主成分とする膜の製造方法である。ここで主成分とは、膜中の酸素以外の各元素のモル数を考えた場合にインジウムが最も多いことを意味する。
【００１６】
本発明者らは、酸化インジウムを含む膜を塗布プロセスで形成する際に、少なくとも硝酸インジウムと溶媒を含む塗布液を用い、これを基板に塗布した後の加熱工程において塗布液の表面近傍での気流の風速を０．４ｍ／ｓ以上とすることにより、亀裂のない連続した膜の形成が可能であることを見出し本発明に至った。ここで亀裂とは、深い溝状の穴を指し、その底においては膜厚が半分以下に減少していたり基板面（下地）が露出している場合がある。亀裂の有無は例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）といった走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）によって調べることができる。
【００１７】
（酸化インジウムを含む膜の製造方法）
本発明の酸化インジウムを含む膜の製造方法は、塗布液を被塗物上に塗布する工程と、塗布液を加熱する工程を少なくとも含む。被塗物とは、例えば、基板、基板を含む積層体などである。ここで基板とは、例えばガラス基板といった支持体である。支持体上に機能性薄膜を積層させて電子デバイスを作製する際は、既に基板上に電極層や絶縁層が形成されている場合があり、塗布液はこれらの層を含む基板上に塗布される。塗布液を塗布する際は、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。加熱工程は少なくとも塗布液が所望の温度に加熱されれば良く、レーザーアニール等の局所的な加熱方法でも良いし、塗布液が塗布された被塗物全体をオーブン等に入れて加熱しても良い。
【００１８】
本発明の酸化インジウムを含む膜の製造方法における塗布液は、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
【００１９】
塗布液における硝酸インジウムの含有量としては、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。
【００２０】
インジウム以外に金属元素Ａを含む膜を形成したい場合は、金属元素Ａを含有する化合物を加えて塗布液を構成する。金属元素は一種類に限られるものではなく、複数種類としても良い。
【００２１】
金属元素Ａを含有する化合物としては、例えば、金属元素Ａの無機化合物、金属元素Ａの有機化合物などが挙げられる。
【００２２】
前記金属元素Ａの無機化合物としては、例えば、金属元素Ａの硝酸塩、金属元素Ａの硫酸塩、金属元素Ａの塩化物、金属元素Ａのフッ化物、金属元素Ａの臭化物、金属元素Ａのよう化物などが挙げられる。
前記金属元素Ａの有機化合物としては、金属元素Ａ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。前記金属元素Ａ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。
【００２３】
前記溶媒としては、硝酸インジウム及び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、有機溶媒、水などが挙げられる。前記有機溶媒としては、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、メタノールなどが挙げられる。
【００２４】
塗布液における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。
【００２５】
塗布液を加熱する工程（以下、「加熱工程」と称する。）においては、塗布液中の溶媒が蒸発し、塗布液中の金属元素が酸素と結びついて酸化物が生成される。
加熱工程の温度と時間は、目的に応じて適宜選択することができる。一般的に加熱工程は、塗布液の温度を室温から上昇させる工程と、一定温度で保持する工程と、温度を降下させる工程とを含む。これらの工程を段階的に実施し、複数の温度で保持する工程を設けても良い。
昇温させる工程における昇温速度としては、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。
一定温度で保持する工程における温度としては、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、１００℃以上５５０℃未満が好ましく、２００℃〜５００℃がより好ましい。
なお、前記昇温速度、及び前記温度は、例えば、塗布液が塗布された被塗物における前記塗布液の表面近傍において測定される昇温速度、及び温度である。
一定温度で保持する工程における保持する時間としては、溶媒の蒸発や酸化物の生成に対して充分な時間を設定すればよく、例えば１分間〜５時間が挙げられる。
【００２６】
塗布液中の硝酸インジウムが加熱されると、まず窒素が抜けてＩｎ（ＮＯ３）３がＩｎ（ＯＨ）３に変化する。更に温度が上がると、Ｈ２Ｏが抜けてＩｎＯＯＨとなり、更に高温でＩｎ２Ｏ３が生成されることが知られている。ここで、Ｉｎ（ＯＨ）３からＩｎＯＯＨ、ＩｎＯＯＨからＩｎ２Ｏ３への変化は比較的緩やかに進むが、最初のＩｎ（ＮＯ３）３からＩｎ（ＯＨ）３への変化は１２０℃近傍で急激に進み顕著な発熱を伴う。本発明者ら検討の結果、塗布液が加熱される工程において、Ｉｎ（ＮＯ３）３からＩｎ（ＯＨ）３への急激な変化が起こる温度に塗布液が到達した際に塗布液中に多く溶媒が残っていた場合、最終的に形成される膜が亀裂を有するものとなってしまうことがわかった。亀裂の発生を抑制するためには、塗布液がＩｎ（ＮＯ３）３からＩｎ（ＯＨ）３への変化が起きる温度に到達する前の段階で、溶媒の蒸発を促進させることが効果的である。そこで本発明者らは、塗布液の表面近傍の気流によって溶媒の蒸気を吹き飛ばして蒸発を促進させる方法を検討し、気流の風速が０．４ｍ／ｓ以上であれば亀裂が発生しないことを突き止めた。
【００２７】
このような気流を発生させるためには、ファン等の送風装置を用いることが好ましい。オーブン内で基板上の塗布液を加熱する場合は、オーブン内部へ気体を送り込む機構と、オーブン内の雰囲気を外へ出す排気の機構とを備えていることが好ましい。排気を行うことで、オーブン内で溶媒の蒸気濃度が高まることを防ぎ、溶媒の蒸発を更に促進させることができる。
【００２８】
前記風速の上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記風速は、６ｍ／ｓ以下であってもよいし、３ｍ／ｓ以下であってもよい。
なお、塗布液の表面又は表面近傍での気流の風速は、例えば、オーブンにおいて、塗布液が塗布された被塗物が配される位置において測定すればよく、その際に、塗布液が塗布された被塗物が実際に配されている必要はない。
【００２９】
前記塗布液の表面近傍における気流の方向としては、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。即ち、前記気流は、前記表面に平行であってもよいし、前記表面に対して垂直であってもよいし、それら以外の向きであってもよい。
【００３０】
このようにして形成された酸化インジウムを含む膜は亀裂のない連続した膜となるため、良好な導電特性を持つ膜となる。導電膜としてこれを用いる場合は、より抵抗が低い膜が得られる。半導体膜としてこれを用いる場合は、亀裂によってキャリアの輸送が妨げられることがないため、例えばこれを活性層に用いたトランジスタでは高い移動度が実現できる。
【００３１】
（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、酸化インジウムを含む膜である酸化物半導体膜を含む活性層を備える電界効果型トランジスタの製造方法であって、本発明の前記酸化インジウムを含む膜の製造方法により、前記酸化インジウムを含む膜を作製する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
【００３２】
前記電界効果型トランジスタは、例えば、ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と、前記活性層と、ゲート絶縁層とを備える。
【００３３】
＜ゲート電極＞
前記ゲート電極は、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。
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、白金、パラジウム、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、クロム、タンタル、モリブデン、チタン等の金属、これらの合金、これら金属の混合物などが挙げられる。また、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化ニオブ、スズ（Ｓｎ）が添加されたＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）、ガリウム（Ｇａ）が添加されたＺｎＯ、アルミニウム（Ａｌ）が添加されたＺｎＯ、アンチモン（Ｓｂ）が添加されたＳｎＯ２等の導電性酸化物、これらの複合化合物、これらの混合物、などが挙げられる。
【００３４】
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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００３５】
前記ゲート電極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、（ｉ）スパッタ法、コーティング法（例えば、スピンコーティング、スリットコーティング等）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工程、（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工程などが挙げられる。
【００３６】
＜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。
【００３７】
前記ソース電極及び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、例えば、白金、パラジウム、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、クロム、タンタル、モリブデン、チタン等の金属、これらの合金、これら金属の混合物などが挙げられる。また、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化ニオブ、スズ（Ｓｎ）が添加されたＩｎ２Ｏ３（ＩＴＯ）、ガリウム（Ｇａ）が添加されたＺｎＯ、アルミニウム（Ａｌ）が添加されたＺｎＯ、アンチモン（Ｓｂ）が添加されたＳｎＯ２等の導電性酸化物、これらの複合化合物、これらの混合物、などが挙げられる。
【００３８】
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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。
【００３９】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極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、（ｉ）スパッタ法、コーティング法（例えば、スピンコーティング、スリットコーティング等）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工程、（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工程などが挙げられる。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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、無機絶縁材料、有機絶縁材料などが挙げられる。
前記無機絶縁材料としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、これらの混合物などが挙げられる。
前記有機絶縁材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂などが挙げられる。
【００４２】
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〜１，０００ｎｍが好ましく、１００ｎｍ〜５００ｎｍがより好ましい。
【００４３】
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、（ｉ）スパッタ法、コーティング法（例えば、スピンコーティング、スリットコーティング等）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工程、（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工程などが挙げられる。
【００４４】
＜活性層＞
前記活性層は、酸化物半導体膜を含む。
前記酸化物半導体膜は、酸化インジウムを含む膜である。
前記活性層は、前記ソース電極及びドレイン電極に隣接して設けられる。
前記酸化物インジウムを含む膜は、本発明の前記酸化インジウムを含む膜の製造方法により作製される。
【００４５】
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、２ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００４６】
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、酸化インジウムを含むｎ型酸化物半導体である。ｎ型酸化物半導体は、塗布液（ｎ型酸化物半導体膜形成用塗布液）を基材２１上に塗布し、塗布液を加熱することによって得られる。加熱の際は、塗布液の表面近傍の気流の風速を０．４ｍ／ｓ以上とする。
次いで、活性層２２上に、スパッタ法等によりＩＴＯや金属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、ＣＶＤ法等によりＳｉＯＮ等からなるゲート絶縁層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金属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。
【００４７】
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１Ｄ）、ボトムコンタクト・トップゲート型（図２）、トップコンタクト・ボトムゲート型（図３）、ボトムコンタクト・ボトムゲート型（図４）などが挙げられる。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
（比較例１〜４、実施例１〜３）
＜ｎ型酸化物半導体の形成＞
３５．４８８ｇ（０．１ｍｏｌ）の硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・３Ｈ２Ｏ）と２．３３０ｇ（０．０１ｍｏｌ）の塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）とを秤量し、プロピレングリコール１００ｍＬに溶解し、溶液を得た。続いて、この溶液にメタノール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。
【００５０】
次に、ガラス基材（基板）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た。続いて、この基板をオーブンに入れ、表１に示す条件でオーブン内を加熱した。オーブン内の雰囲気は大気とした。比較例１〜４、実施例１〜３の各々で異なるオーブンを使用した。ここで使用した７種類のオーブンは全て庫内で気流を循環させる仕組みとなっている。表１の風速の数値は、各オーブンに対し事前に風速の測定を行った結果である。風速の測定の際は、基板を置く位置に風速センサのセンサヘッドを設置し、加熱時と同様の気流を庫内に発生させて計測を行った。オーブンの温度設定は以下の通りである。まず、塗布液が塗布された基板をオーブン内の所定の位置に設置し、加熱を開始する。昇温速度は５℃／ｍｉｎとし、温度が３００度に達した後、この温度を１時間保持する。その後、室温まで降温する。
【００５１】
ここで用いているｎ型酸化物半導体形成用塗布液に含まれる溶媒は、メタノール、２−メトキシエタノール、プロピレングリコールの３種類であり、それぞれの溶媒の沸点は６５度、１２４度、１８７度である。室温から３００度までの昇温工程においてこれらの溶媒の蒸発とインジウム化合物及びジルコニウム化合物の状態変化が進み、３００度の温度で１時間保持する焼成工程を経た後は、酸化インジウムと酸化ジルコニウムからなるｎ型酸化物膜が得られる。
【００５２】
形成される酸化物膜の膜厚は、塗布液中の硝酸インジウム及び塩化ジルコニウムの濃度やスピンコート条件等によって調整できる。今回は焼成工程後の膜厚が約３０ｎｍとなるよう条件を設定した。
【００５３】
【表１】
2019165040.tif 000002
【００５４】
＜酸化物半導体の表面粗さの評価＞
焼成工程後の酸化物半導体の表面粗さを走査型プローブ顕微鏡（Ｐａｃｉｆｉｃ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ−Ｉｍ）を用いて計測した。計測範囲は５ミクロンの正方形エリアとした。
【００５５】
図５Ａ、図５Ｂ〜図８Ａ、図８Ｂは比較例１〜４、図９Ａ、図９Ｂ〜図１１Ａ、図９Ｂは実施例１〜３の酸化物半導体の表面を計測した結果である。各図のＡは、５ミクロン角の計測エリア内での高さの情報を色で示しており、各図のＢはＡの白線部分の断面プロファイルである。まず、比較例１〜４においては、膜に亀裂が発生していることがわかる。溝状の亀裂は２０ｎｍ以上の深さがあり、溝の周囲は逆に１０ｎｍ以上の高さで盛り上がっていることが特徴的である。表１に亀裂の有無の欄を設け、この形状の亀裂が発生した条件には亀裂有りと記した。
【００５６】
表１に、表面粗さを評価する際に一般的に用いられる指標である算術平均粗さＳａの値を記した。Ｓａは測定エリア内で高さの絶対値の平均を取った値であり、ごみや傷等で発生した突発的な凹凸の影響を小さくして、表面の全体的な粗さの程度を比較するのに適している。
【００５７】
表１に示した通り、風速が０．４ｍ／ｓ以上の気流中で塗布液を加熱した実施例１〜３では、亀裂のない膜が得られ、Ｓａが０．５ｎｍ以下となる良好な表面性の酸化物半導体を得た。風速が０．４ｍ／ｓ未満の条件であった比較例１〜４では、膜に亀裂が発生してしまった。
【００５８】
（実施例４）
＜電界効果型トランジスタの作製＞
−活性層の形成−
ガラス基板上に、実施例１と同様の手順で酸化物半導体を形成した。続いて、フォトリソグラフィにより所望の形状にパタニングを行った。実施例１と同様にこの酸化物半導体の表面粗さを計測したところ、亀裂のない平滑な表面性を有しており、Ｓａは０．３７０ｎｍであった。また、酸化物半導体の膜厚に相当するパターンの段差を計測したところ、膜厚は２８ｎｍであることがわかった。
【００５９】
−ソース電極及びドレイン電極の形成−
ガラス基板上の活性層を含む領域に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて厚み約１００ｎｍのソース電極及びドレイン電極を形成した。ターゲットにはＭｏを用いた。スパッタガスとしてアルゴンガスを導入し、全圧を１．１Ｐａとした。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行い、ソース電極及びドレイン電極は２本の平行なライン形状とした。電界効果型トランジスタのチャネル長はこれらのラインの間隔として規定され、今回は５０μｍである。
【００６０】
−ゲート絶縁層の形成−
次に、プラズマＣＶＤにより、原料にＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏガスを用い、２００℃の温度で２００ｎｍの厚みのＳｉＯＮを成膜した。これをゲート絶縁層とする。
【００６１】
−ゲート電極の形成−
次に、ＤＣマグネトロンスパッタリング法を用いて厚み約１００ｎｍのゲート電極を形成した。ターゲットにはＭｏを用いた。スパッタガスとしてアルゴンガスを導入し、全圧を１．１Ｐａとした。パターニングはメタルマスクを介して成膜することで行い、ソース電極及びドレイン電極と直行するライン形状とした。電界効果型トランジスタのチャネル幅はゲート電極のライン幅として規定され、今回は４００μｍである。
【００６２】
以上のプロセスにより、図１Ｄ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。
【００６３】
＜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１０Ｖ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。得られた結果を図１２に示した。
飽和領域において電界効果移動度μ及び閾値電圧Ｖｔｈを算出した。また、Ｉｄｓのオン／オフ比を算出した。ここでは、オン状態のＩｄｓをＶｇ＝１５Ｖでの値とし、オフ状態のＩｄｓをＶｇ＝−１５Ｖでの値として計算した。結果を表２に示した。
なお、図１２〜図１３において「ｅ」は、１０のべき乗を表す。即ち、「１ｅ−３」は、「１×１０−３」を表し、「１ｅ−１０」は「１×１０−１０」を表す。
【００６４】
（比較例５）
活性層となる酸化物半導体の形成条件を比較例４と同様にした以外は、実施例４と同じ手順で電界効果型トランジスタを作製した。酸化物半導体の膜厚は２９ｎｍで、無数の亀裂が存在しており表面粗さＳａは１．９３ｎｍであった。トランジスタ性能評価を実施し、トランスファー特性を図１３に、特性値を表２に示した。
【００６５】
【表２】
2019165040.tif 000003
【００６６】
表２において、「Ｅ」は、１０のべき乗を表す。即ち、「１Ｅ＋０５」は、「１×１０５」を表し、「１Ｅ＋０８」は「１×１０８」を表す。
【００６７】
亀裂がなく表面が平滑な酸化物半導体を活性層に用いた実施例４の電界効果型トランジスタは、そのトランスファー特性においてＩｄｓがＶｇ＝０Ｖ近傍で急峻に立ち上がる良好なスイッチング特性を示した。表２に記載した特性値においても２ｃｍ２／Ｖｓ以上の電界効果移動度と１０８以上のオン／オフ比を達成しており、実用的なレベルを達成している。このトランジスタはトップゲート型であるので、活性層の上面（基板と反対側の面）がゲート絶縁膜と接しており、ここがキャリアの輸送に寄与する。表面が平滑な酸化物半導体を活性層としたことで、チャネル部の活性層・ゲート絶縁膜界面も平滑なものとなってキャリアが速やかに移動でき、良好なトランジスタ特性が実現した。
【００６８】
一方、亀裂が多数存在する酸化物半導体を活性層とする比較例５の電界効果型トランジスタでは、電界効果移動度の値が０．０４ｃｍ２／Ｖｓと極端に小さく、オン電流の値も小さい。亀裂部分が活性層として有効に機能せず、トランジスタ特性の極端な劣化につながったと考えられる。
【００６９】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  塗布液を被塗物上に塗布した後に前記塗布液を加熱することで、前記被塗物上に酸化インジウムを含む膜を製造する、酸化インジウムを含む膜の製造方法であって、
前記塗布液が、少なくとも硝酸インジウムと溶媒とを含み、
前記加熱を行う際の、前記被塗物上に塗布された前記塗布液の表面での気流の風速が、０．４ｍ／ｓ以上であることを特徴とする酸化インジウムを含む膜の製造方法である。
＜２＞  酸化インジウムを含む膜である酸化物半導体膜を含む活性層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＜１＞に記載の酸化インジウムを含む膜の製造方法により、前記酸化インジウムを含む膜を作製する工程を含む、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。
＜３＞  前記電界効果型トランジスタが、
ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
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た前記活性層と、
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、前記＜２＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法である。
【００７０】
前記＜１＞に記載の酸化インジウムを含む膜の製造方法、及び前記＜２＞から＜３＞に記載の電界効果トランジスタの製造方法は、前記本発明の目的を達成することができる。
【符号の説明】
【００７１】
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】
【００７２】
【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】
2019165040.tif 000004
【図１Ｂ】
2019165040.tif 000005
【図１Ｃ】
2019165040.tif 000006
【図１Ｄ】
2019165040.tif 000007
【図２】
2019165040.tif 000008
【図３】
2019165040.tif 000009
【図４】
2019165040.tif 000010
【図５Ａ】
2019165040.tif 000011
【図５Ｂ】
2019165040.tif 000012
【図６Ａ】
2019165040.tif 000013
【図６Ｂ】
2019165040.tif 000014
【図７Ａ】
2019165040.tif 000015
【図７Ｂ】
2019165040.tif 000016
【図８Ａ】
2019165040.tif 000017
【図８Ｂ】
2019165040.tif 000018
【図９Ａ】
2019165040.tif 000019
【図９Ｂ】
2019165040.tif 000020
【図１０Ａ】
2019165040.tif 000021
【図１０Ｂ】
2019165040.tif 000022
【図１１Ａ】
2019165040.tif 000023
【図１１Ｂ】
2019165040.tif 000024
【図１２】
2019165040.tif 000025
【図１３】
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