(57)【要約】  本開示は、良好な電気特性を有する薄膜トランジスタを提供することを目的とする。本開示の薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層が、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、およびイットリウムからなる群から選択される金属と、ジルコニウムとを含む酸化物から形成されているか、または、ハフニウム、ジルコニウム、およびアルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物から形成されており、酸化物半導体層が、インジウムを含む酸化物、インジウムと錫とを含む酸化物、インジウムと亜鉛とを含む酸化物、インジウムとジルコニウムと亜鉛とを含む酸化物、インジウムとガリウムとを含む酸化物、およびインジウムと亜鉛とガリウムとを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
2018074608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える、薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、
セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）から形成されているか、または、
ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）から形成されており、
前記酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されていることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁層が酸化物（ｉ）から形成されている場合において、前記群から選択される金属元素とジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８〜１０であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層は、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物から形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を、酸素を含む環境下で加熱して、ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜を加熱して、酸化物半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記ゲート絶縁膜形成溶液は、
セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む溶液（ｉ）であるか、または
ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む溶液（ｉｉ）であり、
前記酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属元素と、酸化剤とを含むことを特徴とする、製造方法。
【請求項５】
前記酸化剤が、硝酸、硝酸塩、過酸化物、および過塩素酸塩からなる群から選択されることを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ゲート絶縁膜形成溶液が溶液（ｉ）である場合において、前記群から選択される金属元素とジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８〜１０であることを特徴とする、請求項４または５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ゲート絶縁層を形成する工程におけるゲート絶縁膜の加熱が、８０〜１７０℃、次いで、１７０〜３００℃、その後、３００〜５００℃で行われることを特徴とする、請求項４から６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記酸化物半導体層を形成する工程における酸化物半導体膜の加熱が、１７０〜３００℃で行われることを特徴とする、請求項４から７のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイ駆動用素子等に用いることを目的とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも称する）の研究が盛んに行われている。そのような研究の中で、複合酸化物をゲート絶縁層またはチャネルに用いるＴＦＴがいくつか報告されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、ゲート電極とチャネルとの間に、ランタンとジルコニウムとからなる酸化物またはランタンとタンタルとからなる酸化物であるゲート絶縁層を備える薄膜トランジスタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６０９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の薄膜トランジスタは、その電気特性として高い電界効果移動度を有しているものの、その他の特性、例えば、ヒステリシスについて改善の余地がある。【０００６】
したがって、本開示の目的は、良好なトランジスタ特性、特に電界効果移動度が高く、ヒステリシスも良好である薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備え、前記ゲート絶縁層は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）から形成されているか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）から形成されており、前記酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されていることを特徴とする。【０００８】
また、上記の本開示の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を、酸素を含む環境下で加熱して、ゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜を加熱して、酸化物半導体層を形成する工程とを含み、前記ゲート絶縁膜形成溶液は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む溶液（ｉ）であるか、またはハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む溶液（ｉｉ）であり、前記酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属元素と、酸化剤とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の薄膜トランジスタは、良好な電気特性、特に、良好な電界効果移動度およびヒステリシスを兼ね備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の薄膜トランジスタの一実施形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示す薄膜トランジスタの製造方法の各工程を順次示す断面図であり、（ａ）は、基板の上にゲート電極を形成する工程、（ｂ）は、ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する工程、（ｃ）は、（ｂ）で形成したゲート絶縁膜を加熱して、ゲート絶縁層を形成する工程、（ｄ）は、ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜を形成する工程、（ｅ）は、（ｄ）で形成した酸化物半導体膜を加熱して、酸化物半導体層を形成する工程、（ｆ）は、酸化物半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程、（ｇ）は、酸化物半導体層の一部、ソース電極、およびドレイン電極の上にレジスト膜を形成する工程、（ｈ）は、（ｇ）で作製したレジスト膜を備える積層体をエッチングすることにより薄膜トランジスタを得る工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明において適宜図面を参照するが、図面に記載された態様は本発明の例示であり、本発明はこれらの図面に記載された態様に制限されない。なお、各図において、同様の、または類似した機能を発揮する構成要素には同一、または類似の参照符号を付し、重複する説明を省略することがある。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。さらに、本明細書において、「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
【００１２】
＜薄膜トランジスタ＞
本発明の一実施形態の薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える。ここで、ゲート絶縁層は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）から形成されているか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）から形成されている。酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
【００１３】
図１は、本発明の薄膜トランジスタの一実施の形態を概略的に示す断面図である。同図に示す薄膜トランジスタ１０は、基板１２上に、ゲート電極１４、ゲート絶縁層１６、酸化物半導体層１８、ならびにソース電極３２およびドレイン電極３４をこの順で備える。
【００１４】
図１に示す薄膜トランジスタ１０は、ボトムゲート構造で示されているが、本発明はこの構造に限定されない。例えば、トップゲート構造などその他の構造であってもよい。また、図面を簡略化するため、各電極からの引き出し電極のパターニングについては図示していない。
【００１５】
以下、図１に示す薄膜トランジスタ１０の構成要素について説明する。
【００１６】
（基板）
基板１２としては、公知の薄膜トランジスタにおいて用いられている基板を適用できる。
【００１７】
基板１２の例としては、高耐熱ガラス、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板（シリコン基板上に酸化シリコン膜を形成した基板）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ）基板、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ2層及びＴｉ層を介してＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ）層を形成した絶縁性基板、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、Ｇｅ基板）が含まれる。
【００１８】
（ゲート電極）
ゲート電極１４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているゲート電極を採用することができる。ゲート電極１４の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、タングステン、などの高融点金属、又はその合金等の金属材料、あるいは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
【００１９】
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１６は、特定の金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）から形成されている。ここで、ジルコニウム（Ｚｒ）を用いる代わりに、タンタル（Ｔａ）を用いてもよい。
【００２０】
特定の金属元素は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素である。
【００２１】
「特定の金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）」とは、典型的には、特定の金属元素およびジルコニウム（Ｚｒ）を主成分として含む酸化物を意図しているが、当該酸化物に、不純物（例えば、原料に由来する不純物）が含まれていてもよい。良好なトランジスタ性能を得るためには、酸化物中の炭素および水素以外の不純物の含有量は、０．２質量％以下であることが好ましい。
【００２２】
ゲート絶縁層１６における特定の金属元素とジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比は、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、特定の金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数は０．８〜１０であることが好ましく、２．３〜９であることがより好ましい。本開示において、原子数比は、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ法）を用いて、元素分析を行うことにより求めることができる。
【００２３】
ゲート絶縁層１６は、上記の酸化物（ｉ）ではなく、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）から形成されていてもよい。
【００２４】
「ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）」とは、典型的には、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を主成分として含む酸化物を意図しているが、当該酸化物に、不純物（例えば、原料に由来する不純物）が含まれていてもよい。良好なトランジスタ性能を得るためには、酸化物中の炭素および水素以外の不純物の含有量は、０．２質量％以下であることが好ましい。
【００２５】
ゲート絶縁層１６における炭素（Ｃ）の含有率は、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、０．５ａｔｏｍ％〜１５．０ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、ゲート絶縁層１６中の水素（Ｈ）の含有率は、１ａｔｏｍ％〜２０．０ａｔｏｍ％であることが好ましい。
【００２６】
炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）の含有率については、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  製  Ｐｅｌｌｅｔｒｏｎ  ３ＳＤＨを用いて、ラザフォード後方散乱分光法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＲＢＳ分析法）、水素前方散乱分析法（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＨＦＳ分析法）、及び核反応解析法（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＮＲＡ分析法）を用いて元素分析を行うことにより求めることができる。
【００２７】
ゲート絶縁層１６の厚みは、特に制限するわけではないが、リークを抑えながら動作電圧を下げる観点から、５０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
（酸化物半導体層）
酸化物半導体層１８は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
【００２９】
「インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物」とは、典型的には、インジウム（Ｉｎ）を主成分として含む酸化物を意図しているが、当該酸化物に、不純物（例えば、原料に由来する不純物）が含まれていてもよい。良好なトランジスタ性能を得るためには、酸化物中の炭素および水素以外の不純物の含有量は、０．２質量％以下であることが好ましい。酸化物半導体層１８における炭素（Ｃ）の含有率は、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、０．５ａｔｏｍ％〜１５．０ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、酸化物半導体層１８中の水素（Ｈ）の含有率は、１ａｔｏｍ％〜２０．０ａｔｏｍ％であることが好ましい。インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物以外の他の５種類の酸化物についても同様のことが当てはまる。
【００３０】
インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、錫（Ｓｎ）の原子数を０．００５〜０．０３とすることが好ましい。
【００３１】
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、亜鉛（Ｚｎ）の原子数を０．１〜１．０とすることが好ましい。
【００３２】
インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数を０．００５〜０．０３、亜鉛（Ｚｎ）の原子数を０．１〜１．０とすることが好ましい。
【００３３】
インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、ガリウム（Ｇａ）を０．１〜１．２とすることが好ましい。
【００３４】
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）を含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、亜鉛（Ｚｎ）を０．１〜１．０、ガリウム（Ｇａ）を０．１〜１．２とすることが好ましい。
【００３５】
酸化物半導体層１８の厚みは、特に制限するわけではないが、十分な動作電流を確保し、かつ、薄膜化を実現させる観点から、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００３６】
（ソース電極およびドレイン電極）
ソース電極３２およびドレイン電極３４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているソース電極３２およびドレイン電極３４を採用することができる。ソース電極３２およびドレイン電極３４の材料としては、制限するわけではないが、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
【００３７】
以上説明したように、薄膜トランジスタ１０は、特定の希土類金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（ｉ）から形成されているか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（ｉｉ）から形成されているゲート絶縁層１６を含む。また、薄膜トランジスタ１０は、インジウム（Ｉｎ）を含む特定の酸化物から形成されている酸化物半導体層１８を含む。これにより、本開示の薄膜トランジスタ１０は、良好な電気特性、特に、良好な電界効果移動度およびヒステリシスを兼ね備える。
【００３８】
次に、本発明の一実施形態の薄膜トランジスタ１０の製造方法を説明する。
【００３９】
＜薄膜トランジスタの製造方法＞
図２は、図１に示す薄膜トランジスタ１０の製造方法の一例であって、その各工程を順次示す断面図であり、（ａ）は、基板１２の上にゲート電極１４を形成する工程、（ｂ）は、ゲート電極１４の上にゲート絶縁膜１６’を形成する工程、（ｃ）は、（ｂ）で形成したゲート絶縁膜１６’を備える積層体２０’を加熱して、ゲート絶縁層１６を形成する工程、（ｄ）は、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体膜１８’を形成する工程、（ｅ）は、（ｄ）で形成した酸化物半導体膜１８’を備える積層体３０’を加熱して、酸化物半導体層１８を形成する工程、（ｆ）は、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成する工程、（ｇ）は、酸化物半導体層１８の一部、ソース電極３２、およびドレイン電極３４の上にレジスト膜３６を形成する工程、（ｈ）は、薄膜トランジスタ１０を得る工程を示す。以下に、図２（ａ）〜（ｈ）にそれぞれ対応している工程（ａ）〜（ｈ）について詳述する。
【００４０】
（工程（ａ））
本工程は、基板１２の上にゲート電極１４を形成する工程である（図２（ａ））。
【００４１】
基板１２は、洗浄したものを使用することが好ましく、その洗浄方法としては、酸素ガスを用いたプラズマアッシングなど既知のいかなる方法を採用することができる。
【００４２】
ゲート電極１４の形成方法としては、真空蒸着法（例えば、スパッタリング法）など既知のいかなる方法を採用することができる。
【００４３】
（工程（ｂ））
本工程は、ゲート電極１４の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜１６’を形成する工程である（図２（ｂ））。
【００４４】
ゲート絶縁膜形成溶液の塗布方法としては、制限するわけではないが、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、ノズルコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、凸版印刷、反転オフセット印刷など公知の方法を用いることができる。
【００４５】
ゲート絶縁膜形成溶液は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む溶液（ｉ）であるか、またはハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む溶液（ｉｉ）である。
【００４６】
ゲート絶縁膜形成溶液は、例えば、以下のように調製することができる。
【００４７】
ゲート絶縁膜形成溶液中に含まれる金属元素が１種類の場合には、所定の金属化合物を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）の溶液を作製することができる。ゲート絶縁膜形成溶液中に含まれる金属元素が２種以上の場合には、金属元素毎に、当該金属元素を含む溶液を作製した後、当該各溶液を、金属元素が所望の原子数比を有するように、所定量で混合し、ゲート絶縁膜形成溶液を調製することができる。或いは、金属元素が所望の原子数比となるように、２種以上の金属化合物を溶媒に加えて、溶解させて、ゲート絶縁膜形成溶液を調製してもよい。なお、溶液を調製する際に、適宜、精製、例えば、フィルターによるろ過を行ってもよい。また、金属化合物を溶媒に溶解する際に、適宜加熱してもよい。
【００４８】
金属化合物の例としては、当該金属の酢酸塩、硝酸塩、塩化物、またはアルコキシド（例えば、イソプロポキシド、ブトキシド、エトキシド、メトキシエトキシド）を挙げることができる。ここで、金属は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、またはアルミニウム（Ａｌ）から選択される金属元素である。
【００４９】
金属化合物を溶解する溶媒は、特に制限するわけではないが、例えば、プロピオン酸、酢酸、オクチル酸、エタノール、プロパノール、ブタノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノールの群から選択される溶媒を採用することができる。
【００５０】
ゲート絶縁膜形成溶液をスピンコート法により塗布する場合には、ローターの回転数および回転時間は、膜厚等により適宜設定すればよい。
【００５１】
ゲート絶縁膜形成溶液として溶液（ｉ）を用いる場合であって、ジルコニウムの代わりにタンタルを用いる場合には、上記の説明において、ジルコニウムをタンタルに置き換えて読むことができるものとする。
【００５２】
（工程（ｃ））
本工程は、工程（ｂ）で形成したゲート絶縁膜１６’を備える積層体２０’を加熱して、ゲート絶縁層１６を形成する工程である（図２（ｃ））。
【００５３】
積層体２０’の加熱は、大気中など酸素を含む環境下、まず、８０〜１７０℃で加熱する初期加熱、次いで、１７０〜３００℃で加熱する予備焼成、その後、３００〜５００℃で加熱する本焼成の３段階で行うことが好ましい。このように、３段階で加熱を行うのは、初期加熱によりゲート絶縁膜１６’に含まれる溶媒を蒸発させ、予備焼成により有機成分を部分的に分解し、さらに、本焼成により完全に固体化をさせるためである。この結果、ムラの少ない均一なゲート絶縁層１６を再現良く形成することができる。
【００５４】
ゲート絶縁層１６の膜厚を厚くする場合には、工程（ｂ）のゲート絶縁膜１６’を形成する工程と、上記の初期加熱および予備焼成との一連の操作を複数回繰り返せばよい。
【００５５】
積層体２０’の加熱方法は、特に制限するわけではないが、例えば、ヒーターの加熱面に、基板１２の面が接触するように積層体２０’を設置して行うことができる。
【００５６】
（工程（ｄ））
本工程は、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜１８’を形成する工程である（図２（ｄ））。
【００５７】
酸化物半導体膜形成溶液の塗布方法としては、制限するわけではないが、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、ノズルコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、凸版印刷、反転オフセット印刷など公知の方法を用いることができる。
【００５８】
酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属元素と、酸化剤とを含む。酸化物半導体膜形成溶液は、例えば、以下のように調製することができる。
【００５９】
インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）溶液を作製する。
【００６０】
インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および錫（Ｓｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／錫（Ｓｎ）溶液を作製する。
【００６１】
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および亜鉛（Ｚｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／亜鉛（Ｚｎ）溶液を作製する。
【００６２】
インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物、ジルコニウム（Ｚｒ）化合物および亜鉛（Ｚｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／ジルコニウム（Ｚｒ）／亜鉛（Ｚｎ）溶液を作製する。
【００６３】
インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物およびガリウム（Ｇａ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／ガリウム（Ｇａ）溶液を作製する。
【００６４】
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物、亜鉛（Ｚｎ）化合物、およびガリウム（Ｇａ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／亜鉛（Ｚｎ）／ガリウム（Ｇａ）溶液を作製する。
【００６５】
インジウム（Ｉｎ）化合物の例としては、硝酸インジウム、インジウムアセチルアセトナート、酢酸インジウム、塩化インジウム、またはインジウムアルコキシド（例えば、インジウムイソプロポキシド、インジウムブトキシド、インジウムエトキシド、インジウムメトキシエトキシド）を挙げることができる。
【００６６】
錫（Ｓｎ）化合物の例としては、塩化錫、硝酸錫、酢酸錫、または錫アルコキシド（例えば、錫イソプロポキシド、錫ブトキシド、錫エトキシド、錫メトキシエトキシド）を挙げることができる。
【００６７】
亜鉛（Ｚｎ）化合物の例としては、塩化亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、または亜鉛アルコキシド（例えば、亜鉛イソプロポキシド、亜鉛ブトキシド、亜鉛エトキシド、亜鉛メトキシエトキシド）を挙げることができる。
【００６８】
ジルコニウム化合物の例としては、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、またはジルコニウムアルコキシド（例えば、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムメトキシエトキシド）を挙げることができる。
【００６９】
ガリウム（Ｇａ）化合物の例としては、硝酸ガリウム、塩化ガリウム、酢酸ガリウム、ガリウムアセチルアセトナートまたはガリウムアルコキシド（ガリウムメトキシド、ガリウムエトキシド、ガリウムプロポキシド、ガリウムブトキシド）等を挙げることができる。
【００７０】
酸化物半導体膜形成溶液に使用する溶媒は、例えば、２−メトキシエタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノールの群から選択されるアルコール溶媒、または、酢酸、プロピオン酸、オクチル酸の群から選択されるカルボン酸の溶媒を採用することができる。
【００７１】
酸化物半導体膜形成溶液は、酸化剤を含んでいる。酸化剤の例としては、硝酸、硝酸塩、過酸化物、または過塩素酸塩を挙げることができる。ここで、例えば、酸化物半導体膜形成溶液調製時に、インジウム（Ｉｎ）化合物として硝酸インジウムを用いる場合には、それ自体が硝酸塩であるため、別途、酸化剤を加える必要はない。
【００７２】
また、酸化物半導体膜形成溶液は、当該溶液の焼成温度および焼成の強さを調整するために助焼成剤を含んでいてもよい。助焼成剤の例としては、アセチルアセトン、尿素、または酢酸アンモニウムを挙げることができる。
【００７３】
酸化物半導体膜形成溶液を調製する際、溶媒に溶質を加えて、適宜加熱してもよい。
【００７４】
酸化物半導体膜形成溶液をスピンコート法により塗布する場合には、ローターの回転数および回転時間は、膜厚等により適宜設定すればよい。
【００７５】
（工程（ｅ））
本工程は、工程（ｄ）で形成した酸化物半導体膜１８’を備える積層体３０’を加熱して、酸化物半導体膜１８’から酸化物半導体層１８を形成する工程である（図２（ｅ））。
【００７６】
まず、積層体３０’の本焼成前に、大気中など酸素を含む環境下、積層体３０’を、８０〜１７０℃で初期加熱することが好ましい。これは、初期加熱により酸化物半導体膜１８’に含まれる溶媒を蒸発させるためである。その後、１７０〜３００℃で加熱する本焼成で行うことにより、有機成分を分解し、酸化物半導体膜１８’を完全に固体化をさせる。この結果、ムラの少ない均一な酸化物半導体層１８を再現良く形成することができる。また、酸化物半導体膜を構成する材料等によっては、本焼成の工程を２段階で実施することにより、良好な特性が得られる場合がある。焼成工程を２段階で実施する場合には、積層体３０’を１７０〜３００℃で焼成した後、３００〜５００℃で焼成することができる。このように、焼成の工程を１段階または２段階で実施することができる。各段階における積層体３０’の焼成時間は、用いる材料等により適宜設定すればよい。
【００７７】
積層体３０’の加熱方法は、特に制限するわけではないが、例えば、ヒーターの加熱面に、基板１２の面が接触するように積層体３０’を設置して行うことができる。
【００７８】
以上の積層体３０’の加熱により、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体層１８を形成することができる。
【００７９】
（工程（ｆ））
本工程は、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成する工程である（図２（ｆ））。
【００８０】
ソース電極３２およびドレイン電極３４の形成としては、リフトオフ法など既知のいかなる方法を採用することができる。
【００８１】
リフトオフ法にて形成する場合、以下の手順で行うことができる。
【００８２】
酸化物半導体層１８上に、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたレジスト膜を形成し、酸化物半導体層１８およびレジスト膜の上に、スパッタリング法などにより、金属層を形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成することができる。
【００８３】
レジスト膜の材料としては、通常用いられているリフトオフ層の材料、例えば、ロームアンドハース社製ＬＯＬ２０００および東京応化工業社製ＴＳＭＲ８９００を用いることができる。
【００８４】
金属層が、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成されている場合には、ＩＴＯ層ターゲット材として、５質量％の酸化錫（ＳｎＯ2）を含有するＩＴＯを用いることができる。また、金属層が、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）により形成されている場合には、ターゲット材として、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
【００８５】
（工程（ｇ））
本工程は、酸化物半導体層１８の一部、ソース電極３２、およびドレイン電極３４の上にレジスト膜３６を形成する工程（図２（ｇ））である。
【００８６】
レジスト膜３６は、例えば、フォトリソグラフィー法などの公知の方法により、パターニングして形成することができる。
【００８７】
レジスト膜３６の材料としては、通常用いられているレジスト材料、例えば、東京応化工業社製ＯＭＲ８５などを用いることができる。
【００８８】
（工程（ｈ））
本工程は、工程（ｇ）で形成したレジスト膜３６を備える積層体４０をエッチングすることにより、レジスト膜３６で覆われていない酸化物半導体層１８を除去して、薄膜トランジスタ１０を得る工程（図２（ｈ））である。
【００８９】
エッチングとしては、例えば、ＩＴＯ用エッチャント（関東化学株式会社製ＩＴＯシリーズ）などのエッチャントを用いるウェットエッチング法またはアルゴンプラズマによるドライエッチング法を用いることができる。
【００９０】
酸化物半導体層の素子分離（工程（ｈ））後には、ソース電極３２およびドレイン電極３４と酸化物半導体層１８との密着性向上のため、薄膜トランジスタ１０をポストアニール処理することが好ましい。ポストアニールはホットプレートなどの加熱手段を用いて、２００℃以上、１０分以上の熱処理により実施することが好ましい。さらに高温で追加のポストアニールを実施してもよく、実施する温度は、酸化物半導体層１８、またはゲート絶縁層１６の組み合わせによって適宜設定すればよい。
【００９１】
以上、図２を参照した薄膜トランジスタ１０の製造方法では、酸化物半導体層１８の形成において、溶液法を適用しているが、当該溶液法の代わりに、真空蒸着、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの乾式成膜法を適用してもよく、また、フォトリソグラフィーなどの各種形成方法により成膜してもよい。さらに、ゲート絶縁層および酸化物半導体層は、インプリント法にて形成してもよい。
【００９２】
以上のとおり、本発明の一実施形態の薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層および酸化物半導体層を溶液法にて形成することも可能である。このため、従来の真空蒸着法で必要とされる大型の装置が不要となり、さらに従来法と比較し、複雑な形状、大面積での成膜が容易となる。したがって、低コスト化および高量産性の実現が可能となる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。【００９４】
＜薄膜トランジスタの製造＞
（実施例１）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面を、酸素ガスを用いたプラズマアッシングにより洗浄した。【００９５】
次に、ゲート電極層上に、スピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、回転時間２５秒間）により、ゲート絶縁膜形成溶液を塗布し、ゲート絶縁膜を形成した。なお、ゲート絶縁膜形成溶液は、以下のように調製した。まず、プロピオン酸に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩を溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのセリウム溶液を調製した。次いで、プロピオン酸に、ジルコニウムブトキシドを溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのジルコニウム溶液を調製した。調製した各溶液を、セリウムとジルコニウムとの原子数比が１：１となるように混合し、その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行うことにより、ゲート絶縁膜形成溶液を得た。【００９６】
次いで、ゲート絶縁膜を形成した積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に１５秒間静置、加熱した後、２５０℃に温度を上昇させて５分間加熱して、ゲート絶縁膜を加熱、乾燥した。以上に実施したスピンコート法によるゲート絶縁膜の形成と、加熱、乾燥との一連の操作を５回繰り返した。その後、得られた積層体をＩＴＯ−０２（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）にてウェットエッチングして、測定用ゲート電極出しを行い、次いで、４００℃に設定されたホットプレート上で２０分間焼成して、ゲート絶縁層を形成した。ゲート絶縁層の厚みは、１２５ｎｍであった。【００９７】
その後、ゲート絶縁層上に、スピンコート法（回転数３０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間）により、酸化物半導体膜形成溶液を塗布し、得られた積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に３０秒間静置、加熱した後、２５０℃に温度を上昇させて３０分間加熱することにより酸化物半導体層を形成した。酸化物半導体層の厚みは、１５ｎｍであった。なお、酸化物半導体膜形成溶液としては、２−メトキシエタノールに、硝酸インジウム、金属（インジウム）と同モル量のアセチルアセトンおよび酢酸アンモニウムを加え、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して調製した０．２ｍｏｌ／ｋｇのインジウム溶液を使用した。【００９８】
続いて、酸化物半導体層上に、リフトオフ法により、ソース電極およびドレイン電極を形成した。【００９９】
その後、素子分離（酸化物半導体層のパターニング）のため、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を形成し、得られた積層体を、ＩＴＯ−０２（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）を用いたウェットエッチングによりエッチングし、その後２５０℃のホットプレート上で２０分ポストアニールを行い、薄膜トランジスタを作製した。【０１００】
（実施例２）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにプラセオジム（Ｐｒ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０１】
（実施例３）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにネオジム（Ｎｄ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０２】
（実施例４）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにサマリウム（Ｓｍ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０３】
（実施例５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにユウロピウム（Ｅｕ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０４】
（実施例６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにガドリニウム（Ｇｄ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０５】
（実施例７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにテルビウム（Ｔｂ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０６】
（実施例８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにジスプロシウム（Ｄｙ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０７】
（実施例９）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにホルミウム（Ｈｏ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０８】
（実施例１０）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにエルビウム（Ｅｒ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１０９】
（実施例１１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにツリウム（Ｔｍ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１０】
（実施例１２）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにイットリウム（Ｙ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１１】
（実施例１３）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにユウロピウム（Ｅｕ）の酢酸塩を用い、ユウロピウムとジルコニウムの原子数比を３：７にした以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１２】
（実施例１４）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにホルミウム（Ｈｏ）の酢酸塩を用い、ホルミウムとジルコニウムの原子数比を３：７にした以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１３】
（実施例１５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにイットリウム（Ｙ）の酢酸塩を用い、イットリウムとジルコニウムの原子数比を３：７にした以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１４】
（実施例１６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにサマリウム（Ｓｍ）の酢酸塩を用い、サマリウムとジルコニウムの原子数比を３：７にした以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１５】
（実施例１７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにサマリウム（Ｓｍ）の酢酸塩を用い、サマリウムとジルコニウムの原子数比を１：９にした以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１６】
（実施例１８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにサマリウム（Ｓｍ）の酢酸塩を用い、サマリウムとジルコニウムの原子数比を３：７にし、酸化物半導体膜を、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物から形成した以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。なお、酸化物半導体膜形成溶液は、２−メトキシエタノールに、硝酸インジウムおよび硝酸亜鉛を、インジウム（Ｉｎ）：亜鉛（Ｚｎ）の原子数比が２：１となるように加え、さらに金属（インジウム）と同モル量のアセチルアセトンおよび酢酸アンモニウムを加えて、実施例１と同様の攪拌処理により調製した。【０１１７】
（実施例１９）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにサマリウム（Ｓｍ）の酢酸塩を用い、サマリウムとジルコニウムの原子数比を３：７にし、酸化物半導体膜を、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物から形成した以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。なお、酸化物半導体膜形成溶液は、２−メトキシエタノールに、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、および硝酸ジルコニウムを、インジウム（Ｉｎ）：亜鉛（Ｚｎ）：ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数比が２：１：０．０５となるように加え、さらに、金属（インジウム）と同モル量のアセチルアセトンおよび酢酸アンモニウムを加えて、実施例１と同様の攪拌処理により調製した。【０１１８】
（比較例１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、セリウム（Ｃｅ）の酢酸塩の代わりにランタン（Ｌａ）の酢酸塩を用いた以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。【０１１９】
＜薄膜トランジスタの評価＞
上記に製造した薄膜トランジスタに関し、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、電界効果移動度（μ）、閾値電圧（Ｖｔｈ）、およびＳ値を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表１に示す。【０１２０】
【表１】
2018074608.tif 000003
【０１２１】
表１に示すとおり、本発明の一実施形態の薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層の材料としてＬａを含む比較例１と比較し、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、電界効果移動度（μ）、閾値電圧（Ｖｔｈ）、およびＳ値のいずれにおいても良好な結果が得られた。【０１２２】
ヒステリシスについて言及すると、比較例１では、１．１（Ｖ）と高い値を示しているのに対し、実施例１〜１９においてはいずれも、１（Ｖ）よりも小さい値であった。【０１２３】
また、ゲート絶縁層の材料としてＳｍ（実施例４および実施例１９）、Ｅｕ（実施例５）、Ｈｏ（実施例９および実施例１４）、およびＹ（実施例１２）を含む薄膜トランジスタは、酸化物半導体層の形成時における本焼成温度が２５０℃の低温であるにもかかわらず、０．４（Ｖ）以下のヒステリシスおよび２００（ｃｍ2／Ｖｓ）を超える電界効果移動度を備えていた。【０１２４】
さらに、本開示の薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層および酸化物半導体層を溶液法で製造しているにもかかわらず、その電気特性が良好であった。また、酸化物半導体層の本焼成温度が２５０℃という低温の場合であっても、良好なトランジスタ特性、特に電界効果移動度が高く、ヒステリシスも良好である薄膜トランジスタを製造することができた。
【符号の説明】
【０１２５】
１０      薄膜トランジスタ
１２      基板
１４      ゲート電極
１６      ゲート絶縁層
１６’    ゲート絶縁膜
１８      酸化物半導体層
１８’    酸化物半導体膜
３２      ソース電極
３４      ドレイン電極
【図１】
2018074608.tif 000004
【図２】
2018074608.tif 000005
【国際調査報告】
2018074608.tif 000006
2018074608.tif 000007
2018074608.tif 000008
2018074608.tif 000009