(57)【要約】      （修正有）【課題】高コストの添加剤を添加せずに製造可能な薄膜トランジスタ基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜トランジスタ基板１００は、絶縁基板１１０の上に配設されている金属を含む半導体層１５０と、前記半導体層と重なり合うゲート電極１２０と、前記半導体層と重なり合うソース電極１４４およびドレイン電極１４６とを備え、前記半導体層中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、前記半導体層中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比、2013258396.tif 000020は２０％未満であり、より具体的に、前記半導体層中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比、2013258396.tif 000021は５％以上１３％以下である。【選択図】図１
2013258396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオンおよび陰イオンによって形成された金属化合物を含み、下記の化学式（１）で表される酸化物半導体の前駆体組成物であって、
ＭＸｎ …化学式 １
ここで、Ｍは金属イオンであって、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、Ｘは有機または無機の陰イオンであり、ｎは自然数であり、
前記酸化物半導体の前駆体組成物中の前記金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比
2013258396.tif 000017
ことを特徴とする酸化物半導体の前駆体組成物。
【請求項２】
前記陰イオンは、アセテート、ハライド、ニトレート、パークロレートのうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体の前駆体組成物。
【請求項３】
絶縁基板の上に配設されている金属を含む半導体層と、
前記半導体層と重なり合うゲート電極と、
前記絶縁基板の上に配設されているソース電極およびドレイン電極と、
を備え、
前記半導体層中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、前記半導体層中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比
2013258396.tif 000018
ことを特徴とする薄膜トランジスタ基板。
【請求項４】
前記ゲート線に接続されたゲート線と、
前記ソース電極に接続されたデータ線と、
前記ドレイン電極に接続された画素電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ基板。
【請求項５】
前記基板は、プラスチックを含むことを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ基板。
【請求項６】
前記基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ基板。
【請求項７】
酸化物半導体の前駆体組成物および溶媒を含む酸化物半導体の前駆体組成物溶液を用意し、
前記酸化物半導体の前駆体組成物溶液を基板の上にコートし、
前記コートされた酸化物半導体の前駆体組成物溶液を熱処理すること、
を含み、
前記酸化物半導体の前駆体組成物中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、
前記酸化物半導体の前駆体組成物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比
2013258396.tif 000019
ことを特徴とする薄膜トランジスタ基板の製造方法。
【請求項８】
前記熱処理は、１００℃以上３００℃以下で行われることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
【請求項９】
前記基板は、フレキシブル基板であり、
前記熱処理された酸化物半導体の前駆体組成物をパターニングして酸化物半導体パターンを形成し、
前記半導体パターンと重なり合うゲート電極を形成し、
前記基板の上にソース電極およびドレイン電極を形成しすること、
をさらに含み、
前記ゲート電極を形成するステップは、前記ゲート電極に接続されたゲート線を同時に形成し、
前記ソース電極およびドレイン電極を形成するステップは、前記ソース電極に接続されたデータ線を同時に形成し、且つ、
前記ドレイン電極と電気的に接続された画素電極を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
【請求項１０】
前記金属化合物溶液中の金属の総モル濃度は、０．０５Ｍ以上１．０Ｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体の前駆体組成物、酸化物半導体を含む薄膜トランジスタ基板および酸化物半導体を含む薄膜トランジスタ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、現在最も幅広く使用されているフラット表示装置の一つであり、電極が形成されている二枚の基板と、これらの間に挟持されている液晶層と、からなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を並べ替えることにより透過光の量を調節して映像を表示する装置である。
【０００３】
一般に、液晶表示装置は、各画素をスイッチングするための薄膜トランジスタを備える。薄膜トランジスタは、スイッチング信号が印加されるゲート電極と、データ電圧が印加されるソース電極と、データ電極を出力するドレイン電極と、を三端子としてスイッチング素子をなす。なお、この種の薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極と重なり合っているアクティブ層をチャネル層として備え、アクティブ層には、半導体材料として非晶質シリコンが主として用いられている。
【０００４】
しかしながら、ディスプレイの大型化が進むことに伴い、超高速にて駆動可能な薄膜トランジスタの開発が切望されている。特に、アクティブ層の材料として現在主として用いられているアモルファスシリコンは、電子移動度が低く、且つ、化学気相成長法（Chemical vapor deposition;ＣＶＤ）、スパッタリング方法などを適用するための高価な真空工程を基本とする蒸着装置を必要とする。
【０００５】
このため、電子移動度が高く、且つ、コート工程または超低価プリンティング工程が適用可能な溶液工程によって形成可能な酸化物半導体材料の開発が求められている。しかしながら、酸化物半導体を溶液工程により形成するためには４００℃以上の高温の熱処理を必要とし、しかも、エネルギー消耗が多大である。なお、低温工程のために、高コストの添加剤を酸化物半導体の前駆体に添加することを余儀なくされるため、コスト削減が困難である。
【０００６】
一方、電子ペーパーなどフレキシブルディスプレイに適用できる低温工程により形成可能な薄膜トランジスタ基板への開発ニーズが高まりつつある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明が解消しようとする課題は、高コストの添加剤を添加することなく低温工程により形成され、薄膜トランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ基板を製造することのできる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る酸化物半導体の前駆体組成物は、下記の化学式（１）で表される金属化合物を含み、
【化１】
2013258396.tif 000003
【０００９】
ここで、Ｍは金属イオンであって、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、Ｘは有機または無機の陰イオンであり、ｎは自然数であり、
酸化物半導体の前駆体組成物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比
2013258396.tif 000004
【００１０】
陰イオンは、アセテート（ａｃｅｔａｔｅ）、ハライド（ｈａｌｉｄｅ）、ニトレート（ｎｉｔｒａｔｅ）、パークロレート（ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板は、絶縁基板の上に配設されている金属を含む半導体層と、半導体層と重なり合うゲート電極と、絶縁基板の上に配設されているソース電極およびドレイン電極と、を備え、半導体層中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、半導体層中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）
2013258396.tif 000005
【００１２】
薄膜トランジスタ基板は、ゲート線に接続されたゲート線と、ソース電極に接続されたデータ線と、ドレイン電極に接続された画素電極と、をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
基板は、フレキシブル基板であることが好ましい。
【００１４】
基板は、プラスチックを含むことが好ましい。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法は、酸化物半導体の前駆体組成物および溶媒を含む酸化物半導体の前駆体組成物溶液を用意し、酸化物半導体の前駆体組成物溶液を基板の上にコートし、コートされた酸化物半導体の前駆体組成物溶液を熱処理することを含み、酸化物半導体の前駆体組成物中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、酸化物半導体の前駆体組成物中の金属のうち、
2013258396.tif 000006
【００１６】
熱処理ステップは、１００℃以上３００℃以下で行われることが好ましい。
【００１７】
熱処理ステップは、１００℃以上２５０℃以下で行われることが好ましい。
【００１８】
基板は、フレキシブル基板であることが好ましい。
【００１９】
基板は、プラスチックを含むことが好ましい。
【００２０】
薄膜トランジスタ基板の製造方法は、熱処理された酸化物半導体の前駆体組成物をパターニングして酸化物半導体パターンを形成し、半導体パターンと重なり合うゲート電極を形成し、基板の上にソース電極およびドレイン電極を形成すること、をさらに含むことが好ましい。
【００２１】
ゲート電極を形成することは、ゲート電極に接続されたゲート線を同時に形成し、ソース電極およびドレイン電極を形成することは、ソース電極に接続されたデータ線を同時に形成し、且つ、薄膜トランジスタ基板を形成することは、ドレイン電極と電気的に接続された画素電極を形成することをさらに含むことが好ましい。
【００２２】
酸化物半導体の前駆体組成物溶液中の金属の総モル濃度は、０．０５Ｍ以上１．０Ｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明の実施形態によれば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）の金属を含む酸化物半導体を形成し、酸化物半導体中のインジウムの割合を調節することにより、高コストの添加剤を添加することなく低温工程により薄膜トランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板に含まれる酸化物半導体の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線（transfer curve）を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。
【図８】本発明の他の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態につき、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者が容易に実施できる程度に詳しく説明する。しかしながら、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２６】
図中、複数の層および領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示す。明細書全般に亘って類似する部分に対しては同じ図面符号を付する。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとしたとき、これは、他の部分の「直上に」ある場合だけではなく、これらの間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上に」あるとしたときには、これらの間に他の部分がないことを意味する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。
【００２８】
図１を参照すると、薄膜トランジスタ表示板１００は、絶縁基板１１０と、ゲート電極１２０と、ゲート絶縁膜１３０と、ソース電極１４４と、ドレイン電極１４６および酸化物半導体層１５０を備える。
【００２９】
絶縁基板１１０は、プラスチックであってもよい。絶縁基板１１０の上にゲート電極１２０が配設される。ゲート電極１２０は、ゲート信号を伝達するゲート配線と接続されてもよい。ゲート電極１２０は、アルミニウム（Ａｌ）およびアルミニウム合金などアルミニウム系の金属、銀（Ａｇ）および銀合金など銀系の金属、銅（Ｃｕ）および銅合金など銅系の金属、モリブデン（Ｍｏ）およびモリブデン合金などモリブデン系の金属、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含んでもよい。
【００３０】
また、ゲート電極１２０は、物理的な性質が異なる二つの導電膜（図示せず）を備える多重膜構造を有してもよい。これらのうち、一方の導電膜は、信号遅延や電圧降下が低減できるように低い抵抗率（resistivity）を有する金属、例えば、アルミニウム系金属、銀系金属、銅系金属などからなり、他方の導電膜は、他の物質、特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：indium tin oxide）およびインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：indium zinc oxide）との接触特性に優れた物質、例えば、モリブデン系金属、クロム、チタン、タンタルなどから形成されてもよい。このような組み合わせの例としては、クロム下部膜とアルミニウム上部膜、アルミニウム下部膜とモリブデン上部膜、またはチタン下部膜と銅上部膜が挙げられる。
【００３１】
しかしながら、本発明の実施形態に係るゲート電極１２０はこれらに何ら限定されるものではなく、ゲート電極１２０は他の種々の金属および導電体から形成可能である。
【００３２】
絶縁基板１１０およびゲート電極１２０を有するゲート配線の上にはゲート絶縁膜１３０が形成される。ゲート絶縁膜１３０は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）などから形成されていてもよい。また、ゲート絶縁膜１３０は、酸化ケイ素および窒化ケイ素が積層された多層膜構造を有していてもよい。この場合、絶縁基板１１０の上部には窒化ケイ素層が形成され、窒化ケイ素層の上部に酸化ケイ素層が形成されることにより、酸化ケイ素層が後述する酸化物半導体層と接することができる。
【００３３】
酸窒化ケイ素の単一膜を用いる場合にも、酸化物半導体層に近づくほど酸窒化ケイ素における酸素の組成比が高くなるように酸素濃度に分布を持たせてもよい。このように酸化物半導体層と酸化ケイ素層とが接する場合に、酸化物半導体中の酸素欠損（oxygen deficiency）濃度を一定に維持することができてチャネル層の劣化を防ぐことができる。
【００３４】
ゲート絶縁膜１３０の上には、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６が配設されている。ソース電極１４４は、データ信号を送信するデータ配線と接続されていてもよい。
【００３５】
ソース電極１４４およびドレイン電極１４６の上には、酸化物半導体層１５０が配設される。図示しないが、酸化物半導体層１５０の上には保護層が配設されてもよい。
【００３６】
本実施形態においては、ゲート電極１２０と、ゲート絶縁膜１３０と、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６と、酸化物半導体層１５０と、がこの順に積層されているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、薄膜トランジスタの積層構造はこれとは異なっていてもよい。
【００３７】
ソース電極１４４およびドレイン電極１４６は互いに離れて配設されており、酸化物半導体層１５０と少なくとも一部重なり合う。すなわち、ソース電極１４４は酸化物半導体層１５０と少なくとも一部分が重なり合い、ドレイン電極１４６は酸化物薄膜トランジスタのチャネル部を中心としてソース電極１４４と相対向するように配設されて、酸化物半導体層１５０と少なくとも一部分が重なり合う。
【００３８】
ソース電極１４４およびドレイン電極１４６は、酸化物半導体層１５０と直接接触してオーミックコンタクト（Ohmic contact）となる物質から形成されてもよい。例えば、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６をなす物質が、酸化物半導体層１５０をなす物質よりも仕事関数（work function）が小さな場合に、オーミックコンタクトが実現される。しかしながら、これとは異なり、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６と酸化物半導体層１５０が重なり合う領域にのみ形成されるオーミックコンタクト層（図示せず）をさらに備えていてもよい。オーミックコンタクト層は、オーミックコンタクトが行われることを補助する。
【００３９】
ソース電極１４４およびドレイン電極１４６は、ゲート電極１２０と同様に、アルミニウム（Ａｌ）およびアルミニウム合金などアルミニウム系の金属、銀（Ａｇ）および銀合金など銀系の金属、銅（Ｃｕ）および銅合金など銅系の金属、モリブデン（Ｍｏ）およびモリブデン合金などモリブデン系の金属、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）などを含んでいてもよい。なお、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）およびインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電性物質からなってもよい。
【００４０】
また、データ配線は、異なる二つ以上の導電膜（図示せず）を備える多重膜構造を有していてもよく、このような組み合わせの例としては、Ｍｏ（Ｍｏ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）、Ｔｉ（Ｔｉ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）、Ｔａ（Ｔａ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）、Ｎｉ（Ｎｉ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）、Ｃｏ（Ｃｏ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）、Ｔｉ（Ｔｉ合金）／Ｃｕ（Ｃｕ合金）、Ｃｕ（Ｃｕ合金）／Ｍｎ（Ｍｎ合金）などの二重膜、あるいは、Ｔｉ（Ｔｉ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／Ｔｉ（Ｔｉ合金）、Ｔａ（Ｔａ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／Ｔａ（Ｔａ合金）、Ｔｉ（Ｔｉ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／ＴｉＮ、Ｔａ（Ｔａ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／ＴａＮ、Ｎｉ（Ｎｉ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／Ｎｉ（Ｎｉ合金）、Ｃｏ（Ｃｏ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／Ｃｏ（Ｃｏハプ金）、Ｍｏ（Ｍｏ合金）／Ａｌ（Ａｌ合金）／Ｍｏ（Ｍｏ合金）などが挙げられる。
【００４１】
しかしながら、本発明の実施形態に係るソース電極１４４およびドレイン電極１４６はこれらに何ら限定されるものではなく、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６は他の各種の金属および導電体から形成されてもよい。
【００４２】
ドレイン電極１４６は画素電極（図示せず）と電気的に接続されてもよく、画素電極に印加された電圧および対向電極（図示せず）によって電界が形成され、その電界によって階調が表現される。
【００４３】
ソース電極１４４およびドレイン電極１４６の上には、金属酸化物を含む酸化物半導体層１５０が形成される。酸化物半導体層１５０は、金属を含んでもよい。酸化物半導体層１５０は、ゲート電極１２０と重なり合う。酸化物半導体層１５０とゲート電極１２０との間には、ゲート絶縁膜１３０と、ソース電極１４４およびドレイン電極１４６が配設される。
【００４４】
酸化物半導体層１５０は、下記の化学式（１）で表わされる酸化物半導体の前駆体組成物及び溶媒を含む金属化合物溶液をコートした後に熱処理して形成される。
【化２】
2013258396.tif 000007
【００４５】
ここで、Ｍは、金属陽イオンであり、Ｘは、種々の有機または無機の陰イオンであり、ｎは、自然数である。
【００４６】
Ｘは、種々の陰イオンであり、例えば、アセテート（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハライド、ニトレート、パークロレートなどが挙げられる。
【００４７】
酸化物半導体層１５０の前駆体組成物中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなる。また、酸化物半導体層１５０の前駆体組成物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比は、下記の式（１）の通りである。
【数１】
2013258396.tif 000008
ただし、Ｒは約２０％未満であり、より具体的に、５．０％以上１３．０％以下である。
【００４８】
すなわち、酸化物半導体層１５０の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、酸化物半導体層１５０中の金属全体に対するインジウム（Ｉｎ）のモル比は５．０％以上１３．０％以下である。
【００４９】
一方、図示はしないが、酸化物半導体層１５０の上部には保護膜が配設されていてもよい。保護膜としては、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）および窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）が積層された多層膜が使用可能であり、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）層が酸化物半導体層１５０と接することにより、チャネル層の劣化を防止することが可能となる。
【００５０】
以下、図２に基づき、本発明の他の実施形態について説明する。図２は、本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。
【００５１】
図２を参照すると、薄膜トランジスタ基板２００は、絶縁基板２１０と、ゲート電極２２０と、ゲート絶縁膜２３０と、ソース電極２４４と、ドレイン電極２４６と、酸化物半導体層２５０と、を備える。
【００５２】
絶縁基板２１０の上に、ゲート信号を送信するゲート配線の一部であるゲート電極２２０が配設されている。絶縁基板２１０およびゲート電極２２０の上には、ゲート絶縁膜２３０が配設されている。ゲート絶縁膜２３０の上には、ゲート電極２２０と重なり合う酸化物半導体層２５０が配設されている。酸化物半導体層２５０の上には、ソース電極２４４およびドレイン電極２４６が配設されている。ソース電極２４４およびドレイン電極２４６は、酸化物半導体層２５０と少なくとも一部重なり合い、互いに離れて形成される。すなわち、酸化物半導体層２５０は、ゲート絶縁膜２３０と、前記ソース電極２４４およびドレイン電極２４６の間に配設されている。ソース電極２４４およびドレイン電極２４６の上には、酸化ケイ素層を有する保護膜（図示せず）が配設されていてもよい。
【００５３】
酸化物半導体層２５０は、下記の化学式（１）で表わされる酸化物半導体の前駆体組成物および溶媒を含む金属化合物溶液をコートした後に熱処理して形成される。
【化３】
2013258396.tif 000009
ここで、Ｍは、金属陽イオンであり、Ｘは、種々の有機または無機の陰イオンであり、ｎは、自然数である。
【００５４】
Ｘは、種々の陰イオンであり、例えば、アセテート（ＣＨ３ＣＯＯ）、ハライド、ニトレート、パークロレートなどである。
【００５５】
酸化物半導体層２５０の前駆体組成物中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなる。なお、酸化物半導体層１５０の前駆体組成物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比は、下記の式（１）の通りである。
【数２】
2013258396.tif 000010
但し、Ｒは、２０％未満であり、より具体的に、５．０％以上１３．０％以下である。
【００５６】
すなわち、酸化物半導体層２５０の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、酸化物半導体層２５０中の金属全体に対するインジウム（Ｉｎ）のモル比は５．０％以上１３．０％以下である。
【００５７】
上述した実施形態においては、ゲート電極が酸化物半導体層の下に配設されたボトムゲート構造（bottom gate structure）について説明したが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、ゲート電極が酸化物半導体層の上に配設されたトップゲート構造（top gate structure）にも適用可能である。
【００５８】
以下、図３に基づき、本発明の他の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板に含まれる酸化物半導体の製造方法を示すフローチャートである。
【００５９】
図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法は、金属イオン塩化合物（ｍｅｔａｌ  ｉｏｎｉｃ  ｓａｌｔ）および溶媒を含む金属化合物溶液を用意し（Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）（Ｓ１）と、金属化合物溶液を基板の上にコート（Ｃｏａｔｉｎｇ）し（Ｓ２）と、金属化合物溶液を熱処理（Ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）する（Ｓ３）こと、を含む。
【００６０】
まず、金属化合物溶液を用意するステップ（Ｓ１）において、下記の化学式（１）で表わされる酸化物半導体の前駆体組成物および溶媒を混合する。
【化４】
2013258396.tif 000011
ここで、Ｍは、金属陽イオンであり、Ｘは、種々の有機または無機の陰イオンであり、ｎは、自然数である。
【００６１】
Ｍは、金属陽イオンであり、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、Ｘは、種々の陰イオンであり、アセテート、ハライド、ニトレート、パークロレートなどの少なくとも一種を含んでもよい。
【００６２】
このとき、酸化物半導体の前駆体組成物中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなる。なお、酸化物半導体の前駆体組成物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比は下記の式（１）の通りである。
【数３】
2013258396.tif 000012
但し、Ｒは、２０％未満であり、より具体的に、５．０％以上１３．０％以下である。
【００６３】
また、酸化物半導体の前駆体組成物溶液中の金属の総モル濃度の範囲は、０．０５Ｍ以上１．０Ｍ以下であってもよい。しかしながら、金属イオン塩化合物の溶液中の金属の総モル濃度の範囲はこれに何ら限定されるものではなく、可変可能である。
【００６４】
もし、金属イオン塩化合物溶液中の金属の総モル濃度の範囲が０．０５Ｍよりも小さくなると、酸化物半導体層中における金属が十分ではないためチャネル層として作用し難い虞がある。金属イオン塩化合物溶液中の金属の総モル濃度の範囲が１．０Ｍよりも大きくなると、金属イオン塩化合物溶液中における金属の濃度が高過ぎて金属イオンが飽和される結果、半導体として動作せず、導電層として動作してしまう。
【００６５】
しかしながら、このような濃度範囲は、金属の溶解度に応じて異なり、金属の溶解度は、温度や圧力、溶媒の変化などに応じて異なるということは言うまでもない。
【００６６】
次いで、用意された金属化合物溶液を基板の上にコートする（Ｓ２）。このとき、基板の上には、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ソース電極およびドレイン電極が形成されていてもよい。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、製造しようとする薄膜トランジスタの構造に応じて基板に含まれる構造体は異なってくる。
【００６７】
このような金属化合物溶液を基板の上にコートするステップ（Ｓ２）は、スピンコート（spin coating）、ディップコート（dip coating）、バーコート（bar coating）、スクリーンプリント（screen printing）、スライドコート（slide coating）、ロールコート（roll coating）、スプレイコート（spray coating）、スロットコート（slot coating）、付けペン（dip-pen）、インクジェット（ink jet）、ナノディスペンシング（nano dispensing）のうちのいずれかの方法を用いて行ってもよい。
【００６８】
次いで、金属化合物溶液がコートされている基板を熱処理する（Ｓ３）。このとき、熱処理は、１００℃以上３００℃以下で行われ、より具体的に、約２５０℃で行われる。
【００６９】
熱処理温度が１００℃よりも低い場合に、金属酸化物の形成が円滑に行われない結果、形成された酸化物半導体層が薄膜トランジスタのチャネル層として動作しない。なお、もし、熱処理温度が約３００℃よりも高い場合には、プラスチック基板の耐熱温度よりも高くなってしまいプラスチック基板が使用できなくなる。
【００７０】
このような熱処理ステップ（Ｓ３）を行うことにより、金属化合物溶液の溶媒が除去され、金属酸化物を含む酸化物半導体層が形成される。
【００７１】
図示しないが、このような熱処理ステップ（Ｓ３）後に、酸化物半導体層をエッチングして所望の形態を有する半導体パターンを形成する工程を行ってもよい。酸化物半導体層のエッチングに際しては、種々の方式によりエッチング（ドライエッチング、ウェットエッチングなど）を行ってもよい。例えば、酸化物半導体層の上に感光膜を積層し、感光膜をマスクなどにより露光し、現像して特定のパターンを形成し、パターニングされた感光膜に基づいてエッチング液を提供してウェットエッチングを行って所望のパターンを形成してもよい。
【００７２】
さらに、図示はしないが、半導体パターンと重なり合うゲート電極を形成するステップと、半導体パターンと重なり合い、且つ、互いに離れているソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、をさらに含んでいてもよい。また、ゲート電極を形成するステップにおいては、ゲート電極と接続されたゲート線を一緒に形成してもよく、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップにおいては、ソース電極と接続されたデータ線を一緒に形成してもよい。なお、図示はしないが、ドレイン電極と電気的に接続された画素電極を形成するステップをさらに含んでいてもよい。
【００７３】
以下、実験例を挙げて本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板の性能について説明する。しかしながら、以下の実験例は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されない。
【００７４】
実験例１
この実験例においては、下記の化学式（２）メトキシエタノール（methoxyethanol）溶媒に金属イオン塩化合物を溶かし、これをコートして形成した半導体を含む薄膜トランジスタを形成した。
【化５】
2013258396.tif 000013
このとき、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）は１０％であった。
【００７５】
ここで、Ｒは、下記の式（１）の通りである。
【数４】
2013258396.tif 000014
【００７６】
半導体を形成するとき、約２５０℃で約１時間アニールして熱処理を施した。
【００７７】
このようにして形成した半導体の特性を測定し、その結果を図４に示す。図４は、本発明の実験例による薄膜トランジスタの伝達曲線を示すグラフである。ゲート電圧（ＶＧ）の印加により、この実験例に従い形成された半導体層を介して流れる電流（ＩＤ）値を測定し、その結果を図４にグラフにて示す。このとき、電荷移動度は４．０２７ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００７８】
図４を参照すると、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板のように、酸化物半導体中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなり、半導体の金属中のインジウム（Ｉｎ）の割合を調節することにより１．０Ｅ-４のオン電流が得られ、２．０×１０４のオン-オフ電流比を有することが分かる。この実験例においては、半導体層をパターニングしないため半導体の表面に流れる電荷量が多いものの、もし、半導体層を所定の大きさにパターニングして半導体パターンを形成すれば、半導体の表面に流れる電荷量が減ってオフ電流値がさらに低くなる結果、オン-オフ電流比は約１０７以上の値を有する。
【００７９】
このように、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板のように、酸化物半導体中の金属は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）から形成し、半導体の金属中のインジウム（Ｉｎ）の割合を調節することにより、スイッチング特性に優れた薄膜トランジスタを形成することができるということが分かる。
【００８０】
さらに、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板および薄膜トランジスタ基板の製造方法によれば、半導体の形成に際して、溶媒に金属イオン塩化合物のみを混合し、添加剤をさらに添加しないことから、材料が選択し易く、しかも、コストが高くつかない。
【００８１】
実験例２
この実験例においては、実験例１と同じ金属イオン塩化合物を実験例１と同じ溶媒に溶かし、これをコートした後、約２５０℃で約１時間アニールして熱処理して半導体層を形成した。
【００８２】
このとき、他の条件は全て同様にし、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を異ならせて、形成された薄膜トランジスタの特性を測定して図５乃至図９に示す。
【００８３】
具体的に、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）が５％（場合Ａ）、８％（場合Ｂ）、１０％（場合Ｃ）、１３％（場合Ｄ）、そして２０％（場合Ｅ）である酸化物半導体を含む薄膜トランジスタ基板をそれぞれ形成した。ここで、Ｒは、下記の式（１）通りである。
【数５】
2013258396.tif 000015
【００８４】
まず、図５を参照すると、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を５％にした場合（場合Ａ）、電荷移動度は１．８８７ｃｍ２／Ｖｓであり、オン-オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）は１Ｅ+４であった。この実験例においては、半導体層をパターニングしないため半導体の表面に流れる電荷量が多いものの、もし、半導体層を所定の大きさにパターニングして半導体パターンを形成すると、半導体の表面に流れる電荷量が減ってオフ電流値がさらに低くなる結果、オン-オフ電流比は１０７以上の値を有する。
【００８５】
次いで、図６を参照すると、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を約８％にした場合（場合Ｂ）、電荷移動度は２．１０５ｃｍ２／Ｖｓであり、オン-オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）は１Ｅ+３であった。この実験例においては、半導体層をパターニングしないため半導体の表面に流れる電荷量が多いものの、もし、半導体層を所定の大きさにパターニングして半導体パターンを形成すると、半導体の表面に流れる電荷量が減ってオフ電流値がさらに低くなる結果、オン-オフ電流比は約１０７以上の値を有する。
【００８６】
次いで、図７を参照すると、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を１０％にした場合（場合Ｃ）、電荷移動度は約４．０２７ｃｍ２／Ｖｓであり、オン-オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）は２Ｅ+４であった。この実験例においては、半導体層をパターニングしないため半導体の表面に流れる電荷量が多いものの、もし、半導体層を所定の大きさにパターニングして半導体パターンを形成すると、半導体の表面に流れる電荷量が減ってオフ電流値がさらに低くなる結果、オン-オフ電流比は約１０７以上の値を有する。
【００８７】
次いで、図８を参照すると、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を１３％にした場合（場合Ｄ）、電荷移動度は約２．１７５ｃｍ２／Ｖｓであり、オン-オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）は約６Ｅ+３であった。この実験例においては、半導体層をパターニングしないため半導体の表面に流れる電荷量が多いものの、もし、半導体層を所定の大きさにパターニングして半導体パターンを形成すると、半導体の表面に流れる電荷量が減ってオフ電流値がさらに低くなる結果、オン-オフ電流比は１０７以上の値を有する。
【００８８】
次いで、図９を参照すると、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を約２０％にした場合（場合Ｅ）、オン-オフ電流比（Ｉｏｎ／Ｉｏｆｆ）が１Ｅ+０１に過ぎず、スイッチング不可（Ｎｏ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）であることが分かる。
【００８９】
また、図示はしないが、もし、金属イオン塩化合物中の金属のうち、インジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を５％以下にすると、電荷移動度が低過ぎて薄膜トランジスタの活性層として機能できないことが分かる。
【００９０】
このように、実験例２を通じて、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ基板および薄膜トランジスタ基板の製造方法のように、薄膜トランジスタの活性層として、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）からなる金属を含む酸化物半導体を形成し、酸化物半導体層２５０中のインジウム（Ｉｎ）のモル比（Ｒ）を２０％未満、より具体的に、５．０％以上１３．０％以下にする場合に、スイッチング素子として動作可能なオン-オフ電流比及び電荷移動度を有することが分かる。ここで、Ｒは、下記の式（１）の通りである。
【数６】
2013258396.tif 000016
【００９１】
このように、本発明の実施形態によれば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）および錫（Ｓｎ）の金属を含む酸化物半導体を形成し、酸化物半導体中のインジウムの割合を調節することにより、高コストの添加剤を添加することなく低温工程により薄膜トランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ基板を製造することができる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳述したが、本発明の権利範囲はこれに何ら限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲において定義している本発明の基本概念を用いた当業者の種々の変形および改良もまた本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００９３】
１１０、２１０:絶縁基板
１２０、２２０:ゲート電極
１３０、２３０:ゲート絶縁膜
１４４、２４４:ソース電極
１４６、２４６:ドレイン電極
１５０、２５０:酸化物半導体層
【図１】
2013258396.tif 000022
【図２】
2013258396.tif 000023
【図３】
2013258396.tif 000024
【図４】
2013258396.tif 000025
【図５】
2013258396.tif 000026
【図６】
2013258396.tif 000027
【図７】
2013258396.tif 000028
【図８】
2013258396.tif 000029
【図９】
2013258396.tif 000030