JP6033594B2 - THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR PRODUCING THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents

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本発明は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor.

従来から、低い駆動電圧で高速にスイッチングすることを目的として、ゲート絶縁層として強誘電体材料(例えば、BLT(Bi4−XLaTi12)、PZT(Pb(Zr,Ti1−X)O))を採用した薄膜トランジスタが開示されている。一方、キャリア濃度を高くすることを目的として、酸化物導電性材料(例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、あるいはLSCO(LaSr1−XCuO))をチャネルとして採用した薄膜トランジスタも開示されている(特許文献1)。 Conventionally, a ferroelectric material (for example, BLT (Bi 4 -X La X Ti 3 O 12 ), PZT (Pb (Zr X , Ti 1 )) is used as a gate insulating layer for the purpose of high-speed switching with a low driving voltage. -X) O 3)) adopted TFTs is disclosed. On the other hand, for the purpose of increasing the carrier concentration, an oxide conductive material (for example, indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), or LSCO (La X Sr 1-X CuO 4 )) is used as a channel. An adopted thin film transistor is also disclosed (Patent Document 1).

ここで、上述の薄膜トランジスタの製造方法について見てみると、まず、ゲート電極としてTi及びPtの積層膜が、電子ビーム蒸着法により形成されている。そのゲート電極上に、ゾルゲル法によって上述のBLT又はPZTからなるゲート絶縁層が形成される。さらに、そのゲート絶縁層上には、RFスパッタ法により、ITOからなるチャネルが形成される。続いて、そのチャネル上にTi及びPtが電子ビーム蒸着法によって形成されることにより、ソース電極とドレイン電極とが形成される。その後、RIE法及びウェットエッチング法(HFとHClと混合溶液)により、素子領域が他の素子領域から分離されることになる(特許文献1)。本願発明者らも、薄膜トランジスタとしての機能を適切に発揮させる酸化物の選定と組み合わせについて検討を行ってきた(特許文献2)。   Here, looking at the manufacturing method of the above-described thin film transistor, first, a laminated film of Ti and Pt is formed by electron beam evaporation as a gate electrode. On the gate electrode, a gate insulating layer made of the above-described BLT or PZT is formed by a sol-gel method. Further, a channel made of ITO is formed on the gate insulating layer by RF sputtering. Subsequently, Ti and Pt are formed on the channel by an electron beam evaporation method, thereby forming a source electrode and a drain electrode. Thereafter, the element region is separated from other element regions by the RIE method and the wet etching method (mixed solution of HF and HCl) (Patent Document 1). The inventors of the present application have also studied selection and combination of oxides that appropriately exhibit the function as a thin film transistor (Patent Document 2).

特開2006−11029号公報JP 2006-11029 A WO2011/138958WO2011 / 138958

しかしながら、従来の薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁層又はチャネルが多元系酸化物によって形成された例は幾つか存在するが、薄膜トランジスタとしての高い特性を実現する材料及びそのための適切な製造方法の選定は、未だ道半ばである。また、ゲート絶縁層及び/又はチャネルのそれぞれの高性能化に加えて、それらを積み重ねたときの全体としての性能向上を図ることも、薄膜トランジスタの高性能化のために解決すべき技術課題の1つである。   However, in the conventional thin film transistor, there are several examples in which the gate insulating layer or the channel is formed of a multi-component oxide, but selection of a material that realizes high characteristics as a thin film transistor and an appropriate manufacturing method therefor has not been made yet. It is midway. In addition to improving the performance of each of the gate insulating layer and / or the channel, improving the performance of the stacked layers as a whole is one of the technical problems to be solved for improving the performance of the thin film transistor. One.

また、従来技術では、真空プロセスやフォトリソグラフィー法を用いたプロセス等、比較的長時間、及び/又は高価な設備を要するプロセスが一般的であるため、原材料や製造エネルギーの使用効率が非常に悪くなる。上述のような製造方法が採用された場合、薄膜トランジスタを製造するために多くの処理と長時間を要するため、工業性ないし量産性の観点から好ましくない。また、従来技術には、大面積化が比較的困難であるという問題も存在する。   In addition, in the prior art, a process that requires a relatively long time and / or expensive equipment such as a vacuum process or a process using a photolithography method is generally used, so that the use efficiency of raw materials and manufacturing energy is very poor. Become. When the manufacturing method as described above is adopted, many processes and a long time are required to manufacture the thin film transistor, which is not preferable from the viewpoint of industrial property or mass productivity. In addition, there is a problem in the prior art that it is relatively difficult to increase the area.

本発明は、上述の諸問題の少なくとも1つを解決することにより、酸化物を少なくともチャネル及びゲート絶縁層に適用した薄膜トランジスタの高性能化、又はそのような薄膜トランジスタの製造プロセスの簡素化と省エネルギー化を実現する。その結果、本発明は、工業性ないし量産性に優れた薄膜トランジスタの提供に大きく貢献するものである。   The present invention solves at least one of the above-described problems, thereby improving the performance of a thin film transistor in which an oxide is applied to at least a channel and a gate insulating layer, or simplification and energy saving of a manufacturing process of such a thin film transistor. Is realized. As a result, the present invention greatly contributes to the provision of a thin film transistor excellent in industrial property or mass productivity.

本願発明者らは、数多く存在する酸化物の中から、特に、ゲート絶縁層及び/又はチャネルとしての機能を適切に発揮させる酸化物の選定と組み合わせについて鋭意研究と分析を重ねた。その結果、幾つかの興味深い知見が得られた。   The inventors of the present application have conducted intensive research and analysis on selection and combination of oxides that can appropriately function as a gate insulating layer and / or a channel, among many existing oxides. As a result, some interesting findings were obtained.

具体的には、チャネルにおける酸素の過度の酸素欠損を抑制することが薄膜トランジスタの各種の特性向上に大きく寄与することである。具体的には、チャネルとしてインジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物を採用する場合、酸素の欠損状態が生成され易いため、チャネルとしての機能を発揮しづらい状態にあることが明らかとなった。そこで、試行錯誤を繰り返した結果、本願発明者らは、ある新たな元素を導入することが、酸素の欠損を抑制するとともに、酸素の適度な欠損状態の形成に寄与し得ることを知見した。さらに分析と検討を進めることにより、その新たな元素は、その元素を加えない場合と比較してアモルファス化を進めることにも寄与し得ることが知見された。   Specifically, suppressing excessive oxygen vacancies in the channel greatly contributes to improving various characteristics of the thin film transistor. Specifically, when an oxide composed of indium (In) and zinc (Zn) is employed as the channel, it is easy to generate an oxygen deficient state, so that it is difficult to perform the channel function. It became. As a result of repeating trial and error, the present inventors have found that the introduction of a new element can contribute to the formation of an appropriate oxygen deficiency state while suppressing oxygen deficiency. By further analysis and examination, it has been found that the new element can contribute to amorphization as compared with the case where the element is not added.

また、ゲート絶縁層は、上述のチャネルとの適合性に加えて、その誘電率を制御することが高性能な薄膜トランジスタを実現することになる。従って、発明者らは、単層のゲート絶縁層に加えて、複数の層が積層されたゲート絶縁層についてもその適用性について分析と検討を重ねた結果、上述のチャネルに適合する有用な絶縁層を見出すことに成功した。   In addition to the compatibility with the above-described channel, the gate insulating layer controls the dielectric constant to realize a high-performance thin film transistor. Therefore, as a result of repeated analysis and examination on applicability of a gate insulating layer in which a plurality of layers are stacked in addition to a single gate insulating layer, the inventors have found that useful insulation suitable for the above-described channel is obtained. Succeeded in finding a layer.

上述のいずれの知見も、本願発明者らによる多くの試行錯誤と詳細な分析の結果であり、ある特定の単層又は積層の酸化物層のゲート絶縁層と良好な界面を形成するチャネル材料を組み合わせることによって、高性能の薄膜トランジスタを実現することが可能となった。加えて、本願発明者らは、従来と比較して大幅に簡素化ないし省エネルギー化が可能であるとともに大面積化も容易なプロセスによって、それらの酸化物を製造することができることを知見した。本発明は上述の各視点に基づいて創出された。   All of the above findings are the result of many trials and errors and detailed analysis by the inventors of the present invention, and a channel material that forms a good interface with a gate insulating layer of a specific single layer or stacked oxide layer. By combining them, a high-performance thin film transistor can be realized. In addition, the inventors of the present application have found that these oxides can be produced by a process that can be greatly simplified or energy-saving as compared with the prior art and can be easily increased in area. The present invention has been created based on the above viewpoints.

本発明の1つの薄膜トランジスタは、ゲート電極とチャネルとの間に、シリコン酸化物(不可避不純物を含み得る)を含むゲート絶縁層を備えている。加えて、この薄膜トランジスタは、前述のチャネルが、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とを含むとともに、そのインジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)である。   One thin film transistor of the present invention includes a gate insulating layer containing silicon oxide (which may contain unavoidable impurities) between a gate electrode and a channel. In addition, in the thin film transistor, the channel includes indium (In) and zinc (Zn), and the atomic ratio of 0.046 to 0.375 when the indium (In) is 1. A channel oxide containing zirconium (Zr) (which may contain unavoidable impurities).

この薄膜トランジスタによれば、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物の場合は形成することが困難であった、過度の酸素欠損を抑制することが可能になるため、薄膜トランジスタとしての各種の特性(例えば、ヒステリシスの低減又はON/OFF比))を格段に向上させることができる。また、この薄膜トランジスタによれば、所定量のジルコニウム(Zr)を含有させることにより、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、酸化物の層の平坦性を高めることができる。加えて、結晶化温度の高い安定なアモルファス相の形成が可能となるため、ゲート絶縁層との良好な界面が形成され得る。さらに、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、層としての酸化物の成型性の改善(例えば、型押し加工の容易化及び/又は型押し加工による成型後の精度の向上)を実現することができる。   According to this thin film transistor, since it is possible to suppress excessive oxygen deficiency, which is difficult to form in the case of an oxide made of indium (In) and zinc (Zn), various thin film transistors as thin film transistors Characteristics (for example, reduction of hysteresis or ON / OFF ratio) can be remarkably improved. Further, according to this thin film transistor, the amorphous phase can be formed relatively easily by containing a predetermined amount of zirconium (Zr), so that the flatness of the oxide layer can be improved. In addition, since a stable amorphous phase having a high crystallization temperature can be formed, a favorable interface with the gate insulating layer can be formed. Furthermore, since it becomes possible to form the amorphous phase relatively easily, the moldability of the oxide as a layer is improved (for example, easier stamping and / or improved accuracy after molding by stamping) ) Can be realized.

また、本発明の1つの薄膜トランジスタの製造方法は、ポリシラザン(polysilazane)を溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするゲート絶縁層用前駆体層を、水蒸気含有雰囲気中において加熱することにより、シリコン酸化物(不可避不純物を含み得る)を含むゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を、そのゲート電極層の形成工程とチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)を形成するチャネルの形成工程との間に含んでいる。加えて、この薄膜トランジスタの製造方法においては、前述のチャネルの形成工程が、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及びそのインジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とを含むとともに、前述のインジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)を形成する工程である。   Also, in one thin film transistor manufacturing method of the present invention, a gate insulating layer precursor layer starting from a gate insulating layer precursor solution containing polysilazane as a solute is heated in a water vapor-containing atmosphere. To form a gate insulating layer forming step for forming a gate insulating layer containing silicon oxide (which may contain inevitable impurities), a step for forming the gate electrode layer and a channel for forming a channel oxide (which may contain inevitable impurities) It is included during the formation process. In addition, in this thin film transistor manufacturing method, the above-described channel formation step is 0 when the precursor containing indium (In), the precursor containing zinc (Zn), and the indium (In) are set to 1. Heating a channel precursor layer starting from a channel precursor solution having a precursor containing zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.046 to 0.375 in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, for a channel containing indium (In) and zinc (Zn) and containing zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.046 or more and 0.375 or less when the above-mentioned indium (In) is set to 1. This is a step of forming an oxide (which may include inevitable impurities).

この薄膜トランジスタの製造方法によれば、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物の場合は形成することが困難であった、過度の酸素欠損を抑制することが可能になるため、薄膜トランジスタとしての各種の特性(例えば、ヒステリシスの低減又はON/OFF比)が優れた薄膜トランジスタを製造することができる。加えて、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、フォトリソグラフィー法を用いない比較的簡素な処理(例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、凹版/凸版印刷法、又はナノインプリント法)によってゲート絶縁層及びチャネルが形成され得る。加えて、大面積化も容易である。従って、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、工業性ないし量産性に優れた薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。さらに、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、所定量のジルコニウム(Zr)を含有させることにより、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、高い平坦性を有する酸化物の層を有する薄膜トランジスタを製造することができる。加えて、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、ゲート絶縁層との良好な界面が形成され得る。さらに、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、層としての酸化物の成型性の改善(例えば、型押し加工の容易化及び/又は型押し加工による成型後の精度の向上)を実現することができる。   According to this thin film transistor manufacturing method, it is possible to suppress excessive oxygen vacancies that are difficult to form in the case of an oxide made of indium (In) and zinc (Zn). As described above, a thin film transistor excellent in various characteristics (for example, reduction in hysteresis or ON / OFF ratio) can be manufactured. In addition, according to the method of manufacturing the thin film transistor, the gate insulating layer and the channel are formed by a relatively simple process that does not use a photolithography method (for example, an inkjet method, a screen printing method, an intaglio / letter printing method, or a nanoimprint method). Can be formed. In addition, it is easy to increase the area. Therefore, according to the method for manufacturing a thin film transistor, a method for manufacturing a thin film transistor excellent in industrial property or mass productivity can be provided. Furthermore, according to this method of manufacturing a thin film transistor, an amorphous phase can be formed relatively easily by containing a predetermined amount of zirconium (Zr). Therefore, an oxide layer having high flatness can be formed. A thin film transistor can be manufactured. In addition, since an amorphous phase can be formed relatively easily, a good interface with the gate insulating layer can be formed. Furthermore, since it becomes possible to form the amorphous phase relatively easily, the moldability of the oxide as a layer is improved (for example, easier stamping and / or improved accuracy after molding by stamping) ) Can be realized.

また、本発明のもう1つの薄膜トランジスタの製造方法は、上述の薄膜トランジスタの製造方法に加えて、さらに上述のゲート絶縁層用前駆体溶液を第1ゲート絶縁層用前駆体溶液とし、上述のゲート絶縁層用前駆体層を第1ゲート絶縁層用前駆体層としたときに、上述のゲート絶縁層形成工程が、ランタン(La)を含む前駆体及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とする第2ゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とする第2ゲート絶縁層用前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、ランタン(La)ジルコニウム(Zr)とを含む多元系酸化物(不可避不純物を含み得る)の層を、前記シリコン酸化物の層と積層構造になるように形成する工程である。   According to another thin film transistor manufacturing method of the present invention, in addition to the above thin film transistor manufacturing method, the above-mentioned gate insulating layer precursor solution is used as the first gate insulating layer precursor solution, and When the layer precursor layer is the first gate insulating layer precursor layer, the gate insulating layer forming step described above uses a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute. A multi-component oxide containing lanthanum (La) zirconium (Zr) by heating a precursor layer for a second gate insulating layer starting from a precursor solution for the second gate insulating layer in an oxygen-containing atmosphere. This is a step of forming a layer (which may contain inevitable impurities) so as to have a laminated structure with the silicon oxide layer.

この薄膜トランジスタの製造方法によれば、上述の多元系酸化物の層と上述のシリコン酸化物の層との積層構造によってゲート絶縁層を形成しているため、比較的高い比誘電率を有する前述の多元系酸化物が、比較的低い比誘電率を有するポリシラザンから形成されたシリコン酸化物層の存在によって、ゲート絶縁層全体として適切な比誘電率を有することができる。なお、発明者らのこれまでの研究と分析によれば、上述のインジウム(In)と亜鉛(Zn)とジルコニウム(Zr)とを含む酸化物であるチャネルに含まれるジルコニウム(Zr)のゲート絶縁層中への拡散が、ゲート絶縁層内のいわゆるトラップ順位を形成する可能性があるため、チャネルに接する側には前述の多元系酸化物が配置されることが好ましいという知見も得られた。   According to this thin film transistor manufacturing method, since the gate insulating layer is formed by the laminated structure of the above-described multi-component oxide layer and the above-described silicon oxide layer, the above-described thin film transistor having a relatively high relative dielectric constant is provided. The multi-component oxide can have a suitable dielectric constant as a whole gate insulating layer due to the presence of a silicon oxide layer formed from polysilazane having a relatively low dielectric constant. According to the inventors' previous research and analysis, zirconium (Zr) gate insulation contained in a channel which is an oxide containing indium (In), zinc (Zn) and zirconium (Zr) described above. Since diffusion into the layer may form a so-called trap order in the gate insulating layer, it has also been found that the above multi-element oxide is preferably disposed on the side in contact with the channel.

ところで、本願において、「型押し」は「ナノインプリント」と呼ばれることもある。   By the way, in the present application, “embossing” is sometimes referred to as “nanoimprint”.

本発明の1つの薄膜トランジスタによれば、ゲート絶縁層及びチャネルをいずれも酸化物によって形成した高性能の薄膜トランジスタが実現される。また、本発明の1つの薄膜トランジスタの製造方法によれば、比較的簡素な処理によって酸化物が形成されるため、工業性ないし量産性に優れた薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。   According to one thin film transistor of the present invention, a high performance thin film transistor in which a gate insulating layer and a channel are both formed of an oxide is realized. In addition, according to the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, an oxide is formed by a relatively simple process, so that a method for manufacturing a thin film transistor excellent in industrial property or mass productivity can be provided.

本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの全体構成及びその製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the whole structure of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタのVg−Id特性を示すグラフである。It is a graph which shows the Vg-Id characteristic of the thin-film transistor in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるチャネルと厚みのみが異なるチャネル用酸化物に含まれる酸素原子のXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis result of the oxygen atom contained in the oxide for channels in which only thickness differs from the channel in the 1st Embodiment of this invention. 参照用測定対象としての酸化物に含まれる酸素原子のXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis result of the oxygen atom contained in the oxide as a measuring object for reference. 本発明の第1の実施形態におけるチャネルと厚みのみが異なるチャネル用酸化物、及び参照用測定対象としての酸化物の表面のAFM像と表面粗さを示す図である。It is a figure which shows the AFM image and surface roughness of the surface oxide of the oxide for channels from which only the channel and thickness differ in the 1st Embodiment of this invention, and the reference | standard measurement object. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの全体構成及びその製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the whole structure of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention, and its manufacturing method. 本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタのVg−Id特性を示すThe Vg-Id characteristic of the thin-film transistor in the 2nd Embodiment of this invention is shown. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの全体構成及びその製造方法の一過程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows one process of the whole structure and the manufacturing method of the thin-film transistor in the 3rd Embodiment of this invention.

本発明の実施形態である薄膜トランジスタ及びその製造方法を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしも互いの縮尺を保って記載されるものではない。さらに、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings unless otherwise specified. In the drawings, elements of the present embodiment are not necessarily described with each other kept to scale. Further, some symbols may be omitted to make each drawing easier to see.

<第1の実施形態>
1.本実施形態の薄膜キャパシタの全体構成
図1乃至図8は、それぞれ、薄膜トランジスタ100の製造方法の一過程を示す断面模式図である。また、図9は、本実施形態における薄膜トランジスタ100の製造方法の一過程及び全体構成を示す断面模式図である。図9に示すように、本実施形態における薄膜トランジスタ100においては、基板10上に、下層から、ゲート電極20、ゲート絶縁層34、チャネル44、ソース電極58及びドレイン電極56の順序で積層されている。
<First Embodiment>
1. Overall Configuration of Thin Film Capacitor of this Embodiment FIGS. 1 to 8 are cross-sectional schematic views showing one process of a method of manufacturing a thin film transistor 100, respectively. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing one process and the entire configuration of the method of manufacturing the thin film transistor 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 9, in the thin film transistor 100 according to this embodiment, the gate electrode 20, the gate insulating layer 34, the channel 44, the source electrode 58, and the drain electrode 56 are stacked in this order on the substrate 10 from the lower layer. .

薄膜トランジスタ100は、いわゆるボトムゲート構造を採用しているが、本実施形態はこの構造に限定されない。従って、当業者であれば、通常の技術常識を以って本実施形態の説明を参照することにより、工程の順序を変更することにより、トップゲート構造を形成することができる。また、本出願における温度の表示は、基板と接触するヒーターの加熱面の表面温度を表している。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の記載は省略する。   The thin film transistor 100 employs a so-called bottom gate structure, but this embodiment is not limited to this structure. Therefore, a person skilled in the art can form a top gate structure by changing the order of the steps by referring to the description of the present embodiment with ordinary technical common sense. Moreover, the display of the temperature in this application represents the surface temperature of the heating surface of the heater which contacts a board | substrate. Further, in order to simplify the drawing, description of patterning of the extraction electrode from each electrode is omitted.

基板10には、例えば、高耐熱ガラス、SiO/Si基板(すなわち、シリコン基板上に酸化シリコン膜を形成した基板。以下、単に「基板」ともいう)、アルミナ(Al)基板、STO(SrTiO)基板、Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板等)、半導体基板(例えば、Si基板、SiC基板、Ge基板等)を含む、種々の絶縁性基材が適用できる。 Examples of the substrate 10 include a high heat-resistant glass, a SiO 2 / Si substrate (that is, a substrate in which a silicon oxide film is formed on a silicon substrate; hereinafter, also simply referred to as “substrate”), an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, An STO (SrTiO) substrate, an insulating substrate having an STO (SrTiO) layer formed on the surface of the Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer, etc.), a semiconductor substrate (eg, Si substrate, SiC substrate, Ge substrate, etc.) Various insulating base materials can be applied.

ゲート電極20の材料には、例えば、白金、金、銀、銅、アルミ、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、ルテニウム酸化物を含む導電性の金属酸化物、あるいはp−シリコン層やn−シリコン層が適用できる。 Examples of the material of the gate electrode 20 include a metal material such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, molybdenum, palladium, ruthenium, iridium, and tungsten, or a metal material such as an alloy thereof, and a conductive material including ruthenium oxide. Metal oxide, p + -silicon layer, or n + -silicon layer can be applied.

本実施形態における薄膜トランジスタ100においては、ゲート絶縁層34が、ポリシラザン(polysilazane)を溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするシリコン酸化物(但し、不可避不純物を含み得る。以下、この材料の酸化物に限らず他の材料の酸化物についても同じ。)である。   In the thin film transistor 100 according to the present embodiment, the gate insulating layer 34 may include silicon oxide (provided that unavoidable impurities are included) starting from a precursor solution for a gate insulating layer containing polysilazane as a solute. The same applies to oxides of other materials as well as oxides of materials.

本実施形態のゲート絶縁層34の厚みは50nm以上300nm以下が好ましい。ゲート絶縁層34の厚みの上限は特に制限はないが、例えば、300nmを超えると、チャネルの界面特性に影響を及ぼす可能性があるため好ましくない。一方、その厚みが50nm未満になることは、リーク電流増加や膜の基板への被覆性劣化などの観点から好ましくない。なお、本実施形態のゲート絶縁層34を用いるデバイスの種類によっては、50nm未満の厚みであっても適用され得るため、その下限値についても特に限定されない。   The thickness of the gate insulating layer 34 of this embodiment is preferably 50 nm or more and 300 nm or less. The upper limit of the thickness of the gate insulating layer 34 is not particularly limited, but, for example, if it exceeds 300 nm, it is not preferable because it may affect channel interface characteristics. On the other hand, it is not preferable that the thickness is less than 50 nm from the viewpoints of an increase in leakage current and deterioration of the coating property of the film on the substrate. Depending on the type of device using the gate insulating layer 34 of this embodiment, even a thickness of less than 50 nm can be applied, and the lower limit value is not particularly limited.

また、ゲート絶縁層34の比誘電率は、3以上100以下が好ましい。ゲート絶縁層34の比誘電率が100を超えると、時定数が大きくなるため、トランジスタの高速動作を妨げる要因になる一方、比誘電率が3未満になれば、ゲート絶縁膜による誘起電荷量が低減してデバイス特性が劣化する可能性があるため好ましくない。なお、前述の観点から言えば、比誘電率が3以上10以下であることがさらに好ましい。   The relative dielectric constant of the gate insulating layer 34 is preferably 3 or more and 100 or less. When the relative dielectric constant of the gate insulating layer 34 exceeds 100, the time constant becomes large, which hinders high-speed operation of the transistor. On the other hand, when the relative dielectric constant is less than 3, the amount of charge induced by the gate insulating film increases. This is not preferable because there is a possibility that the device characteristics may deteriorate due to the reduction. From the above viewpoint, the relative dielectric constant is more preferably 3 or more and 10 or less.

本実施形態のチャネル44は、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物からなる。また、チャネル用酸化物は、インジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含む。後述するように、チャネル44における、インジウム(In)を1としたときのジルコニウム(Zr)の原子数比が0.046以上0.375以下の原子数比である薄膜トランジスタは、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物の場合は形成することが困難であった、過度の酸素欠損を抑制することが可能になる。その結果、薄膜トランジスタとしての各種の特性(例えば、ヒステリシスの低減又はON/OFF比)を格段に向上させることができる。なお、本願発明者らのさらなる研究と分析によれば、チャネル44におけるインジウム(In)を1としたときに0.03以上0.07以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含むときに、最もヒステリシスが低減されることが知見された。   The channel 44 of this embodiment is made of a channel oxide containing indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr). The channel oxide includes zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.046 to 0.375 when indium (In) is 1. As will be described later, a thin film transistor in which the atomic ratio of zirconium (Zr) in the channel 44 is 0.046 or more and 0.375 or less when indium (In) is 1 is indium (In). In the case of an oxide composed of zinc (Zn), excessive oxygen vacancies that are difficult to form can be suppressed. As a result, various characteristics (for example, reduction of hysteresis or ON / OFF ratio) as the thin film transistor can be remarkably improved. According to further research and analysis by the inventors of the present application, when zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.03 or more and 0.07 or less when indium (In) in the channel 44 is 1, is included. It has been found that hysteresis is most reduced.

また、本実施形態のチャネル用酸化物は、アモルファス相であることから、チャネル44に接するゲート絶縁層34との良好な界面状態が得られると考えられる。その結果、良好な電気特性を備えた薄膜トランジスタが形成され得る。なお、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物からなるチャネル44は、ZIZO層とも呼ばれる。   In addition, since the channel oxide of this embodiment is in an amorphous phase, it is considered that a favorable interface state with the gate insulating layer 34 in contact with the channel 44 can be obtained. As a result, a thin film transistor having good electrical characteristics can be formed. Note that the channel 44 made of a channel oxide containing indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) is also called a ZIZO layer.

また、チャネル44の厚みが、5nm以上80nm以下である、チャネル44の厚みが5nm以上80nm以下である薄膜トランジスタは、確度高くゲート絶縁層34等を覆う観点、及びチャネルの導電性の変調を容易にする観点から好適な一態様である。   A thin film transistor in which the thickness of the channel 44 is 5 nm to 80 nm and the thickness of the channel 44 is 5 nm to 80 nm easily covers the gate insulating layer 34 and the like with high accuracy and easily modulates the conductivity of the channel. Therefore, this is a preferred embodiment.

また、本実施形態のソース電極58及びドレイン電極56は、ITO(Indium Tin Oxide)からなる。   In addition, the source electrode 58 and the drain electrode 56 of the present embodiment are made of ITO (Indium Tin Oxide).

2.薄膜トランジスタ100の製造方法
(1)ゲート電極の形成
まず、図1に示すように、ゲート電極20が、公知のスパッタリング法やCVD法により基材であるSiO/Si基板(以下、単に「基板」ともいう)10上に形成される。
2. 1. Manufacturing Method of Thin Film Transistor 100 (1) Formation of Gate Electrode First, as shown in FIG. 1, the gate electrode 20 is a SiO 2 / Si substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) which is a base material by a known sputtering method or CVD method. (Also referred to as 10).

(2)ゲート絶縁層の形成
次に、図2に示すように、ゲート電極20上に、公知のスピンコーティング法により、ポリシラザン(polysilazane)を溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするゲート絶縁層用前駆体層32を形成する。
(2) Formation of Gate Insulating Layer Next, as shown in FIG. 2, a gate insulating layer precursor solution containing polysilazane as a solute is formed on the gate electrode 20 by a known spin coating method as a starting material. A gate insulating layer precursor layer 32 is formed.

より具体的には、本実施形態のポリシラザンは、反応溶媒(例えば、炭化水素類、エーテル類、アミド類、アミン類、エステル類)内に、ジクロロシラン、トリクロロシラン、及びアンモニアを導入し、それらを触媒存在下で反応させることによって合成することができる。   More specifically, the polysilazane according to the present embodiment introduces dichlorosilane, trichlorosilane, and ammonia into a reaction solvent (for example, hydrocarbons, ethers, amides, amines, esters). Can be synthesized in the presence of a catalyst.

その後、溶質である本実施形態のポリシラザンをキシレンに溶解させた、濃度が5重量%のゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするゲート絶縁層用前駆体層32を、上述のとおり、ゲート電極20上に形成する。なお、最終的に十分なゲート絶縁層34の厚み(例えば、約120nm)を得るために、本実施形態では、1度のスピンコーティング法によるゲート絶縁層用前駆体層32の形成を行った。   Thereafter, the gate insulating layer precursor layer 32 starting from a gate insulating layer precursor solution having a concentration of 5% by weight obtained by dissolving the polysilazane of the present embodiment, which is a solute, in xylene, as described above. It is formed on the electrode 20. In order to finally obtain a sufficient thickness of the gate insulating layer 34 (for example, about 120 nm), in this embodiment, the precursor layer 32 for the gate insulating layer is formed by one spin coating method.

その後、例えば、大気中で、所定時間(例えば、2時間)、250℃以上450℃以下で加熱する焼成工程が行われる。なお、本実施形態においては、「大気中」には水蒸気が含まれる。また、この焼成により、ポリシラザンが水蒸気による加水分解反応を経て、該ポリシラザンのSi−N結合の一部又は全てSi−O結合を形成することができるため、シリコン酸化膜に転換されることになる。   Thereafter, for example, a baking process is performed in the atmosphere at a predetermined time (for example, 2 hours) for heating at 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. In the present embodiment, “in the atmosphere” includes water vapor. In addition, by this baking, polysilazane can be converted into a silicon oxide film because it can undergo a hydrolysis reaction with water vapor to form part or all of the Si—N bond of polysilazane. .

その結果、図3に示すように、ゲート電極20上に、シリコン酸化物の層であるゲート絶縁層34が形成される。   As a result, as shown in FIG. 3, a gate insulating layer 34 that is a silicon oxide layer is formed on the gate electrode 20.

ところで、本実施形態におけるゲート絶縁層34は、ポリシラザンを溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を焼成することによって形成されている。本出願では、前述のように、前駆体溶液を出発材とし、それを焼成することによってゲート絶縁層34やその他の酸化物層を形成する方法を、便宜上、「溶液法」とも呼ぶ。   By the way, the gate insulating layer 34 in this embodiment is formed by baking the precursor solution for gate insulating layers which uses polysilazane as a solute. In the present application, as described above, the method of forming the gate insulating layer 34 and other oxide layers by firing the precursor solution as a starting material is also referred to as “solution method” for convenience.

(3)チャネルの形成
図4に示すように、ゲート絶縁層34上に、公知のスピンコーティング法により、チャネル用前駆体層42を形成する。本実施形態では、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及び前記インジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層42が形成される。
(3) Formation of Channel As shown in FIG. 4, a channel precursor layer 42 is formed on the gate insulating layer 34 by a known spin coating method. In the present embodiment, a precursor containing indium (In), a precursor containing zinc (Zn), and zirconium having an atomic ratio of 0.046 to 0.375 when the indium (In) is 1. A channel precursor layer 42 starting from a channel precursor solution having a precursor containing (Zr) as a solute is formed.

その後、予備焼成として、チャネル用前駆体層42を所定時間、80℃以上250℃以下の範囲で加熱する。なお、上述の予備焼成は、酸素雰囲気中又は大気中(以下、総称して、「酸素含有雰囲気」ともいう。)で行われる。   Thereafter, as the preliminary firing, the channel precursor layer 42 is heated in a range of 80 ° C. or higher and 250 ° C. or lower for a predetermined time. Note that the above-described pre-baking is performed in an oxygen atmosphere or in the air (hereinafter collectively referred to as “oxygen-containing atmosphere”).

さらにその後、本焼成として、チャネル用前駆体層42を、酸素雰囲気中(例えば100体積%であるが、これに限定されない。以下の「酸素雰囲気」についても同じ。)、所定時間、350℃以上550℃以下の範囲で加熱することにより、図5に示すように、ゲート絶縁層34上に、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなる酸化物であるチャネル44が形成される。   Further, after that, as the main firing, the channel precursor layer 42 is placed in an oxygen atmosphere (for example, 100% by volume, but is not limited thereto. The same applies to the following “oxygen atmosphere”) for a predetermined time of 350 ° C. or higher. By heating in a range of 550 ° C. or lower, a channel 44 that is an oxide made of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) is formed on the gate insulating layer 34 as shown in FIG. Is done.

ここで、本実施形態におけるチャネル44のためのインジウム(In)を含む前駆体の例は、インジウムアセチルアセトナートである。その他の例として、酢酸インジウム、硝酸インジウム、塩化インジウム、又は各種の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)が採用され得る。また、本実施形態におけるチャネル44のための亜鉛(Zn)を含む前駆体の例は、塩化亜鉛である。その他の例として、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、又は各種の亜鉛アルコキシド(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)が採用され得る。また、本実施形態におけるチャネル44のためのジルコニウム(Zr)を含む前駆体の例は、ジルコニウムブトキシドである。その他の例として、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、又はその他の各種の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)が採用され得る。   Here, an example of a precursor containing indium (In) for the channel 44 in this embodiment is indium acetylacetonate. As other examples, indium acetate, indium nitrate, indium chloride, or various indium alkoxides (for example, indium isopropoxide, indium butoxide, indium ethoxide, indium methoxyethoxide) may be employed. An example of a precursor containing zinc (Zn) for the channel 44 in this embodiment is zinc chloride. As other examples, zinc nitrate, zinc acetate, or various zinc alkoxides (for example, zinc isopropoxide, zinc butoxide, zinc ethoxide, zinc methoxyethoxide) may be employed. An example of a precursor containing zirconium (Zr) for the channel 44 in this embodiment is zirconium butoxide. As other examples, zirconium nitrate, zirconium chloride, or various other zirconium alkoxides (eg, zirconium isopropoxide, zirconium butoxide, zirconium ethoxide, zirconium methoxyethoxide) may be employed.

(4)ソース電極及びドレイン電極の形成
さらにその後、図6に示すように、チャネル44上に、公知の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90が形成された後、チャネル44及びレジスト膜90上に、公知のスパッタリング法により、ITO層50を形成する。本実施形態のターゲット材は、例えば、5wt%酸化錫(SnO)を含有するITOであり、室温下において形成される。その後、レジスト膜90が除去されると、図7に示すように、チャネル44上に、ITO層50によるドレイン電極56及びソース電極58が形成される。
(4) Formation of Source Electrode and Drain Electrode Further, as shown in FIG. 6, after a resist film 90 patterned by a known photolithography method is formed on the channel 44, the channel 44 and the resist film 90 are formed. Then, the ITO layer 50 is formed by a known sputtering method. The target material of the present embodiment is, for example, ITO containing 5 wt% tin oxide (SnO 2 ), and is formed at room temperature. Thereafter, when the resist film 90 is removed, the drain electrode 56 and the source electrode 58 made of the ITO layer 50 are formed on the channel 44 as shown in FIG.

その後、ドレイン電極56、ソース電極58、及びチャネル44上に、公知の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90が形成された後、レジスト膜90、ドレイン電極56の一部、及びソース電極58の一部をマスクとして、公知のアルゴン(Ar)プラズマによるドライエッチング法を用いて、露出しているチャネル44を除去する。その結果、パターニングされたチャネル44が形成されることにより、薄膜トランジスタ100が製造される。   Thereafter, a resist film 90 patterned by a known photolithography method is formed on the drain electrode 56, the source electrode 58, and the channel 44, and then the resist film 90, a part of the drain electrode 56, and the source electrode 58 are formed. Using the part as a mask, the exposed channel 44 is removed using a known dry etching method using argon (Ar) plasma. As a result, the patterned channel 44 is formed, whereby the thin film transistor 100 is manufactured.

3.薄膜トランジスタ100の特性
次に、第1実施形態をより詳細に説明するために、実施例1を説明するが、本実施形態はこの例によって限定されるものではない。実施例1については、以下の方法によって、薄膜トランジスタ100の特性が調べられた。
3. Characteristics of Thin Film Transistor 100 Next, Example 1 will be described in order to describe the first embodiment in more detail, but the present embodiment is not limited to this example. For Example 1, the characteristics of the thin film transistor 100 were examined by the following method.

(実施例1)
実施例1においては、まず、基板10の上にゲート電極20として、p−シリコン層を形成した。p−シリコン層は、公知のCVD法により形成された。実施例1では、SiO上に約10nm厚のTiO膜(図示しない)が形成されている。なお、基板10がp−シリコン基板である場合は、この基板10がゲート電極の役割を果たし得る。
Example 1
In Example 1, first, a p + -silicon layer was formed on the substrate 10 as the gate electrode 20. The p + -silicon layer was formed by a known CVD method. In Example 1, a TiO X film (not shown) having a thickness of about 10 nm is formed on SiO 2 . If the substrate 10 is a p + -silicon substrate, the substrate 10 can serve as a gate electrode.

次に、ゲート電極20上に、公知のスピンコーティング法により、ポリシラザンを溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするゲート絶縁層用前駆体層32を形成する。その後、大気中で2時間、250℃以上450℃以下でゲート絶縁層用前駆体層32を加熱することにより、ゲート電極20上に、シリコン酸化物の層であるゲート絶縁層34が形成される。なお、ゲート絶縁層34の厚みは、250℃の場合は約121nmであり、350℃の場合は約118nmであり、450℃の場合は約115nmであった。   Next, a gate insulating layer precursor layer 32 starting from a gate insulating layer precursor solution containing polysilazane as a solute is formed on the gate electrode 20 by a known spin coating method. Thereafter, the gate insulating layer precursor layer 32 is heated at 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower for 2 hours in the atmosphere, whereby the gate insulating layer 34 which is a silicon oxide layer is formed on the gate electrode 20. . The thickness of the gate insulating layer 34 was about 121 nm at 250 ° C., about 118 nm at 350 ° C., and about 115 nm at 450 ° C.

その後、ゲート絶縁層34上に、公知のスピンコーティング法により、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層42を形成した。なお、チャネル用前駆体層42のためのインジウム(In)を含む前駆体として、インジウムアセチルアセトナートを採用した。また、チャネル用前駆体層42のための亜鉛(Zn)を含む前駆体として、亜鉛ブトキシドを採用した。また、ジルコニウム(Zr)を含む前駆体として、ジルコニウムブトキシドを採用した。   Thereafter, on the gate insulating layer 34, by a known spin coating method, a precursor for a channel containing a precursor containing indium (In), a precursor containing zinc (Zn), and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute. A channel precursor layer 42 starting from the body solution was formed. Indium acetylacetonate was used as a precursor containing indium (In) for the channel precursor layer 42. Further, zinc butoxide was adopted as a precursor containing zinc (Zn) for the channel precursor layer 42. Further, zirconium butoxide was adopted as a precursor containing zirconium (Zr).

次に、予備焼成として、チャネル用前駆体層を約5分間、250℃に加熱する。その後、本焼成として、チャネル用前駆体層42を、酸素雰囲気中、500℃で約10分間加熱することにより、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなるチャネル用酸化物層が形成された。実施例1のチャネル用酸化物層におけるインジウム(In)と亜鉛(Zn)とジルコニウム(Zr)との原子数比は、インジウム(In)を1としたときに亜鉛(Zn)が0.5であり、ジルコニウム(Zr)が0.046であった。また、チャネル用酸化物層の厚みは約20nmであった。その後、第1の実施形態のとおり、ソース電極58及びドレイン電極56が形成された。   Next, as a preliminary firing, the channel precursor layer is heated to 250 ° C. for about 5 minutes. After that, as the main firing, the channel precursor layer 42 is heated in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for about 10 minutes to thereby form a channel oxide made of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr). A layer was formed. The atomic ratio of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) in the channel oxide layer of Example 1 is 0.5 when zinc (Zn) is 1 when indium (In) is 1. And zirconium (Zr) was 0.046. The thickness of the channel oxide layer was about 20 nm. Thereafter, as in the first embodiment, the source electrode 58 and the drain electrode 56 were formed.

(1)電流−電圧特性
図10は、一例としての、ゲート絶縁層用前駆体層32を450℃で加熱することによって形成されたゲート絶縁層34を備える薄膜トランジスタ100のVg−Id特性、及びオフ電流を示すグラフである。なお、図10におけるV(1.5V)は、薄膜トランジスタ100のソース電極58とドレイン電極56間に印加された電圧(V)である。また、表1は、薄膜トランジスタ100における閾値(Vth)、電界効果移動度(μFE)、及びON/OFF比を示している。
(1) Current-Voltage Characteristics FIG. 10 shows, as an example, the Vg-Id characteristics of the thin film transistor 100 including the gate insulating layer 34 formed by heating the gate insulating layer precursor layer 32 at 450 ° C., and OFF It is a graph which shows an electric current. Note that V D (1.5 V) in FIG. 10 is a voltage (V) applied between the source electrode 58 and the drain electrode 56 of the thin film transistor 100. Table 1 shows a threshold value (V th ), a field effect mobility (μ FE ), and an ON / OFF ratio in the thin film transistor 100.

図10及び表1に示すように、第1の実施形態における薄膜トランジスタ100のVg−Id特性を調べたところ、閾値(Vth)が2.6Vであり、電界効果移動度(μFE)が19.7cm/Vsであった。また、ON/OFF比は、4.3×10であった。従って、薄膜トランジスタ100は、それを構成するゲート絶縁層及びチャネルが、酸化物層であるとともに溶液法を採用することによって形成されているにもかかわらず、トランジスタとしての機能を十分に発揮し得ることが確認された。なお、この例においては、チャネル44の本焼成の温度が500℃であったが、発明者らの実験結果から、本焼成における加熱温度が、350℃以上500℃以下であれば、薄膜トランジスタとして機能することが確認された。加えて、本焼成における加熱温度が、400℃以上500℃以下であれば、トランジスタの各電気特性の安定性が向上することも確認された。 As shown in FIG. 10 and Table 1, when the Vg-Id characteristic of the thin film transistor 100 in the first embodiment was examined, the threshold value (V th ) was 2.6 V, and the field effect mobility (μ FE ) was 19 0.7 cm 2 / Vs. The ON / OFF ratio was 4.3 × 10 7 . Therefore, the thin film transistor 100 can sufficiently exhibit the function as a transistor even though the gate insulating layer and the channel that form the thin film transistor 100 are an oxide layer and are formed by employing a solution method. Was confirmed. In this example, the main baking temperature of the channel 44 was 500 ° C., but from the results of experiments by the inventors, if the heating temperature in the main baking is 350 ° C. or more and 500 ° C. or less, the channel 44 functions as a thin film transistor. Confirmed to do. In addition, it was also confirmed that if the heating temperature in the main baking is 400 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, the stability of each electrical characteristic of the transistor is improved.

(2)比誘電率
実施例1において、比誘電率は、東陽テクニカ社製、1260−SYS型広帯域誘電率測定システムを用いた。その結果、ゲート絶縁層34の酸化物の比誘電率を測定すると、概ね3以上6以下であった。
(2) Relative permittivity In Example 1, the relative permittivity used the Toyo Technica company make and 1260-SYS type | mold broadband dielectric constant measuring system. As a result, when the relative dielectric constant of the oxide of the gate insulating layer 34 was measured, it was approximately 3 or more and 6 or less.

(3)XRD分析による結晶構造解析
実施例1におけるチャネルについてX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置による分析を行った。その結果、特徴的なピークが観察されなかったため、チャネルを構成するチャネル用酸化物がアモルファス相であることが分かった。本実施例では、チャネル用酸化物がジルコニウム(Zr)を含有していることから、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、酸化物の層の平坦性を高めることができる。加えて、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、ゲート絶縁層34との良好な界面が形成され得る。
(3) Crystal structure analysis by XRD analysis The channel in Example 1 was analyzed by an X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) apparatus. As a result, since no characteristic peak was observed, it was found that the channel oxide constituting the channel was an amorphous phase. In this embodiment, since the channel oxide contains zirconium (Zr), it is possible to form an amorphous phase relatively easily, so that the flatness of the oxide layer can be improved. . In addition, since an amorphous phase can be formed relatively easily, a good interface with the gate insulating layer 34 can be formed.

(4)XPS測定装置による酸化物中の酸素原子の分析
実施例1におけるチャネルと厚みのみが異なるチャネル用酸化物に含まれる酸素原子についてXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)測定装置による酸化物中の酸素原子の分析を行った。具体的には、この分析対象は、約30nm厚のインジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなる酸化物である。従って、この酸化物は、実質的にチャネル用酸化物であるといえる。
(4) Analysis of Oxygen Atoms in Oxide Using XPS Measuring Device About oxygen atoms contained in channel oxides that differ only in thickness from the channel in Example 1 An oxygen atom was analyzed. Specifically, this analysis object is an oxide made of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) having a thickness of about 30 nm. Therefore, it can be said that this oxide is substantially a channel oxide.

図11は、このインジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなる酸化物に含まれる酸素原子のXPS分析結果を示すグラフである。また、図12は、参照用測定対象としての酸化物に含まれる酸素原子のXPS分析結果を示すグラフである。なお、この参照用測定対象は、インジウム(In)及び亜鉛(Zn)からなる(従って、ジルコニウム(Zr)を含まない)酸化物であって、材料の違いを除いては、第1の実施形態と同様の溶液法によって形成されたものである。また、図11の(a1)及び図12の(a2)は、金属−酸素結合に由来するピークであると考えられる。例えばZIZO層の場合、図11の(a1)及び図12の(a2)のピークは、O2−とZr又はIn又はZnとの結合を示すピークであると考えられる。また、図11の(c1)及び図12の(c2)は、前述の酸化物中の表面におけるHO、O、又はCOに由来する弱い酸素結合に由来するピークであると考えられる。そして、図11の(b1)及び図12の(b2)は、531eV以上532eV以下(531eV近傍ともいう。)のピークであり、前述の酸化物中の酸素の欠損状況を反映する、又は酸化物中の酸素の欠損状態に由来すると考えられるピークである。 FIG. 11 is a graph showing the results of XPS analysis of oxygen atoms contained in the oxide composed of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr). FIG. 12 is a graph showing the result of XPS analysis of oxygen atoms contained in the oxide as the reference measurement target. The reference measurement object is an oxide composed of indium (In) and zinc (Zn) (and therefore does not include zirconium (Zr)), and the first embodiment is different except for the difference in material. Formed by the same solution method. Further, (a1) in FIG. 11 and (a2) in FIG. 12 are considered to be peaks derived from metal-oxygen bonds. For example, in the case of a ZIZO layer, the peaks in (a1) in FIG. 11 and (a2) in FIG. 12 are considered to be peaks indicating the bond between O 2− and Zr, In, or Zn. Further, (c1) in FIG. 11 and (c2) in FIG. 12 are considered to be peaks derived from weak oxygen bonds derived from H 2 O, O 2 , or CO 2 on the surface in the above-described oxide. . 11 (b1) and FIG. 12 (b2) are peaks of 531 eV or more and 532 eV or less (also referred to as the vicinity of 531 eV), which reflect the above-described oxygen deficiency state in the oxide, or oxide It is a peak that is considered to originate from the oxygen deficiency state in the inside.

図11及び図12に示すように、ジルコニウム(Zr)を含有する酸化物は、それを含有しない酸化物よりも、531.9eV近傍のピークが小さくなっていることが分かる。
より具体的には、図11に示す(b1)においては、酸素原子の総数を1としたときの、531.9eV近傍のピークに起因する酸素原子数が、0.200であった。また、図12に示す(b2)においては、酸素原子の総数を1としたときの、531.9eV近傍のピークに起因する酸素原子数が、0.277であった。
As shown in FIGS. 11 and 12, it can be seen that an oxide containing zirconium (Zr) has a smaller peak in the vicinity of 531.9 eV than an oxide not containing zirconium.
More specifically, in (b1) shown in FIG. 11, when the total number of oxygen atoms is 1, the number of oxygen atoms caused by a peak near 531.9 eV was 0.200. In (b2) shown in FIG. 12, when the total number of oxygen atoms is 1, the number of oxygen atoms caused by a peak near 531.9 eV was 0.277.

その後の発明者らの更なる分析により、その酸化物中のジルコニウム(Zr)の含有量を増加させるにしたがって、531.9eV近傍のピークが小さくなっていくことが知見された。従って、図11に示す(b1)のピークの状況を形成することにより、酸素の欠損が抑制されることになると考えられる。従って、図11に示す(b1)のピークの状況が、トランジスタを動作させる際の適切なキャリア濃度への調整と、ゲート絶縁膜との界面特性の向上に寄与すると考えられる。そして、特に、酸素原子の総数を1としたときの、上述の531eV以上532eV以下の範囲内のピークに起因する酸素原子の数が、0.19以上0.21以下であれば、過度の酸素欠損を抑制するため、薄膜トランジスタとしての各種の特性(例えば、ヒステリシスの低減、ON/OFF比)の向上に寄与することになる。   Further analysis by the inventors later revealed that the peak in the vicinity of 531.9 eV became smaller as the content of zirconium (Zr) in the oxide was increased. Therefore, it is considered that oxygen deficiency is suppressed by forming the peak state (b1) shown in FIG. Therefore, it is considered that the peak state of (b1) shown in FIG. 11 contributes to adjustment to an appropriate carrier concentration when the transistor is operated and improvement of interface characteristics with the gate insulating film. In particular, if the number of oxygen atoms due to the peak in the range of 531 eV or more and 532 eV or less when the total number of oxygen atoms is 1 is 0.19 or more and 0.21 or less, excessive oxygen In order to suppress defects, it contributes to improvement of various characteristics (for example, reduction of hysteresis, ON / OFF ratio) as a thin film transistor.

(5)AFMによる酸化物表面の観察及びその表面粗さの分析
さらに、実施例1におけるチャネルと厚みのみが異なるチャネル用酸化物のAFM(Atomic force microscopy)像の観察とその表面粗さの分析を行った。図13は、そのチャネル用酸化物、及び参照用測定対象としての酸化物の表面のAFM像と表面粗さを示す図である。
(5) Observation of oxide surface by AFM and analysis of its surface roughness Furthermore, observation of an AFM (Atomic Force Microscopy) image of the oxide for a channel that differs only in thickness from the channel in Example 1, and analysis of its surface roughness Went. FIG. 13 is a diagram showing an AFM image and surface roughness of the channel oxide and the surface of the oxide as the reference measurement target.

具体的には、XPS分析結果の場合と同様に、約30nm厚のインジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなる酸化物(図13の試料A)が分析対象である。従って、この酸化物も、実質的にチャネル用酸化物であるといえる。また、インジウム(In)及び亜鉛(Zn)からなる(従って、ジルコニウム(Zr)を含まない)酸化物であって、材料の違いを除いては、第1の実施形態と同様の溶液法によって形成されたもの(図13の試料B)も参照用測定対象として分析した。   Specifically, as in the case of the XPS analysis result, an oxide (sample A in FIG. 13) of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) having a thickness of about 30 nm is an analysis target. Therefore, it can be said that this oxide is substantially a channel oxide. Further, it is an oxide composed of indium (In) and zinc (Zn) (and thus does not contain zirconium (Zr)), and is formed by the same solution method as in the first embodiment except for the difference in material. The sample (sample B in FIG. 13) was also analyzed as a reference measurement object.

図13に示すように、表面粗さの観点から言えば、ジルコニウム(Zr)を含有する酸化物は、それを含有しない酸化物よりも二乗平均平方根(RMS:Root Mean Square)の値が小さいことが確認された。また、その後の発明者らの更なる分析により、その酸化物中のジルコニウム(Zr)の含有量を増加させるにしたがって、RMSの値が小さくなっていくことが知見された。従って、実施例1におけるチャネルは、ジルコニウム(Zr)を含有することにより平坦性を高められることが明らかとなった。この平坦性の高さは、特に、積層構造を有する薄膜トランジスタを形成するときの寸法精度の向上に寄与し得るとともに、チャネルとゲート絶縁膜との界面特性の向上につながる。   As shown in FIG. 13, from the viewpoint of surface roughness, an oxide containing zirconium (Zr) has a smaller root mean square (RMS) value than an oxide not containing it. Was confirmed. Further analysis by the inventors later revealed that the RMS value decreases as the zirconium (Zr) content in the oxide is increased. Therefore, it became clear that the channel in Example 1 can improve flatness by containing zirconium (Zr). This high flatness can contribute to improvement in dimensional accuracy particularly when forming a thin film transistor having a stacked structure, and leads to improvement in interface characteristics between the channel and the gate insulating film.

上述のとおり、本実施形態の薄膜トランジスタ100は、薄膜トランジスタとしての良好な電気特性を実現し得ることが明らかとなった。また、本実施形態の薄膜トランジスタ100の製造方法によれば、ゲート絶縁層及びチャネルが酸化物によって構成されるとともに、溶液法を用いて形成されているため、従来の方法と比較して大面積化が容易になるとともに、工業性ないし量産性が格段に高められることになる。   As described above, it has been clarified that the thin film transistor 100 of the present embodiment can achieve good electrical characteristics as a thin film transistor. In addition, according to the method of manufacturing the thin film transistor 100 of the present embodiment, the gate insulating layer and the channel are formed of an oxide and are formed using a solution method, so that the area is increased as compared with the conventional method. As a result, industriality and mass productivity are significantly improved.

<第2の実施形態>
1.本実施形態の薄膜キャパシタの全体構成
図14乃至図18は、それぞれ、薄膜トランジスタ200の製造方法の一部の一過程を示す断面模式図である。また、図18は、本実施形態における薄膜トランジスタ200の製造方法の一部の一過程及び全体構成を示す断面模式図である。図18に示すように、本実施形態における薄膜トランジスタ200においては、基板10上に、下層から、ゲート電極20、第1ゲート絶縁層234a、第2ゲート絶縁層234b(なお、積層されたゲート絶縁層234)、チャネル44、ソース電極58及びドレイン電極56の順序で積層されている。
<Second Embodiment>
1. Overall Configuration of Thin Film Capacitor of this Embodiment FIGS. 14 to 18 are schematic cross-sectional views showing a part of the manufacturing method of the thin film transistor 200, respectively. FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a part of the process and the overall configuration of the method of manufacturing the thin film transistor 200 according to this embodiment. As shown in FIG. 18, in the thin film transistor 200 according to the present embodiment, the gate electrode 20, the first gate insulating layer 234a, the second gate insulating layer 234b (laminated gate insulating layers) are formed on the substrate 10 from the lower layer. 234), the channel 44, the source electrode 58, and the drain electrode 56 are stacked in this order.

本実施形態は、薄膜トランジスタ200のゲート絶縁層234が、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる多元系酸化物(不可避不純物を含み得る)の層である第2ゲート絶縁層234bと、第1の実施形態で採用されたシリコン酸化物と同じシリコン酸化物からなる第1ゲート絶縁層234aとを積層構造にしたものである点を除いて、第1の実施形態と同様である。従って、薄膜トランジスタ200の構成については、第1の実施形態の薄膜トランジスタ100と異なる構成とその製造方法についてのみ説明する。   In this embodiment, the gate insulating layer 234 of the thin film transistor 200 includes a second gate insulating layer 234b that is a layer of a multi-component oxide (which may include inevitable impurities) made of lanthanum (La) and zirconium (Zr), The second embodiment is the same as the first embodiment except that the first gate insulating layer 234a made of the same silicon oxide as the silicon oxide employed in the first embodiment has a stacked structure. Therefore, only the configuration different from the configuration of the thin film transistor 100 of the first embodiment and the manufacturing method thereof will be described for the configuration of the thin film transistor 200.

図14に示すように、本実施形態における薄膜トランジスタ200は、ゲート絶縁層234として、第2ゲート絶縁層234bと第1ゲート絶縁層234aとの積層構造を採用している。   As shown in FIG. 14, the thin film transistor 200 in this embodiment employs a stacked structure of a second gate insulating layer 234b and a first gate insulating layer 234a as the gate insulating layer 234.

本実施形態の薄膜トランジスタ200の製造方法においては、まず、図14に示すように、基板10上のゲート電極20上に第1の実施形態で採用されたシリコン酸化物と同じ第1ゲート絶縁層234aが形成される。   In the method of manufacturing the thin film transistor 200 of the present embodiment, first, as shown in FIG. 14, the first gate insulating layer 234a which is the same as the silicon oxide employed in the first embodiment is formed on the gate electrode 20 on the substrate 10. Is formed.

その後、図15に示すように、第1ゲート絶縁層234a上に、公知のスピンコーティング法により、ランタン(La)を含む前駆体及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とする第2ゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とする第2ゲート絶縁層用前駆体層232bを形成する。   After that, as shown in FIG. 15, the second gate insulation having a lanthanum (La) -containing precursor and zirconium (Zr) -containing precursor as a solute on the first gate insulating layer 234a by a known spin coating method. A second gate insulating layer precursor layer 232b is formed using the layer precursor solution as a starting material.

本実施形態における第2ゲート絶縁層用の多元系酸化物234bのためのランタン(La)を含む前駆体の例は、酢酸ランタンである。その他の例として、硝酸ランタン、塩化ランタン、又は各種のランタンアルコキシド(例えば、ランタンイソプロポキシド、ランタンブトキシド、ランタンエトキシド、ランタンメトキシエトキシド)が採用され得る。また、本実施形態における第2ゲート絶縁層用の多元系酸化物234bのためのジルコニウム(Zr)を含む前駆体の例は、ジルコニウムブトキシドである。その他の例として、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、又はその他の各種の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)が採用され得る。   An example of a precursor containing lanthanum (La) for the multi-component oxide 234b for the second gate insulating layer in the present embodiment is lanthanum acetate. As other examples, lanthanum nitrate, lanthanum chloride, or various lanthanum alkoxides (for example, lanthanum isopropoxide, lanthanum butoxide, lanthanum ethoxide, lanthanum methoxyethoxide) may be employed. An example of a precursor containing zirconium (Zr) for the multi-component oxide 234b for the second gate insulating layer in the present embodiment is zirconium butoxide. As other examples, zirconium nitrate, zirconium chloride, or various other zirconium alkoxides (eg, zirconium isopropoxide, zirconium butoxide, zirconium ethoxide, zirconium methoxyethoxide) may be employed.

その後、予備焼成として、所定時間、80℃以上250℃以下で加熱する。ところで、この予備焼成により、第2ゲート絶縁層用前駆体層232b中の溶媒を十分に蒸発させるとともに、将来的な塑性変形を可能にする特性を発現させるために好ましいゲル状態(熱分解前であって有機鎖が残存している状態と考えられる)を形成することができる。前述の観点をより確度高く実現するから言えば、予備焼成温度は、80℃以上250℃以下が好ましい。また、この温度範囲は、他の材料における予備焼成の好ましい温度範囲でもある。   Then, it heats at 80 degreeC or more and 250 degrees C or less for predetermined time as preliminary baking. By the way, this pre-baking sufficiently evaporates the solvent in the second gate insulating layer precursor layer 232b and at the same time favors a gel state (before thermal decomposition) to develop characteristics that enable plastic deformation. Thus, it can be considered that the organic chain remains). Speaking from the above viewpoint, the pre-baking temperature is preferably 80 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. This temperature range is also a preferred temperature range for pre-baking in other materials.

なお、この予備焼成は、酸素含有雰囲気で行われる。本実施形態では、最終的に十分なゲート絶縁層34の厚み(例えば、約125nm)を得るために、前述のスピンコーティング法による第2ゲート絶縁層用前駆体層232bの形成と予備焼成を複数回繰り返す。さらにその後、本焼成として、第2ゲート絶縁層用前駆体層232bを、酸素雰囲気中、所定時間、350℃以上550℃以下加熱することにより、図16に示すように、シリコン酸化物である第1ゲート絶縁層234a上に、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物である第2ゲート絶縁層234bが形成される。なお、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とを含む酸化物からなる層は、LZO層とも呼ばれる。   This pre-baking is performed in an oxygen-containing atmosphere. In the present embodiment, in order to finally obtain a sufficient thickness (for example, about 125 nm) of the gate insulating layer 34, a plurality of formations and preliminary firings of the second gate insulating layer precursor layer 232b by the above-described spin coating method are performed. Repeat once. After that, as the main firing, the second gate insulating layer precursor layer 232b is heated at 350 ° C. or higher and 550 ° C. or lower for a predetermined time in an oxygen atmosphere, and as shown in FIG. A second gate insulating layer 234b that is an oxide of lanthanum (La) and zirconium (Zr) is formed over the one gate insulating layer 234a. Note that a layer formed of an oxide containing lanthanum (La) and zirconium (Zr) is also referred to as an LZO layer.

その後、第1の実施形態と同様に、第2ゲート絶縁層234b上に公知のスピンコーティング法により、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層42を形成した。その後、第1の実施形態と同様の予備焼成、及び本焼成を行われる。   Thereafter, as in the first embodiment, a precursor containing indium (In), a precursor containing zinc (Zn), and zirconium (Zr) are formed on the second gate insulating layer 234b by a known spin coating method. A channel precursor layer 42 starting from a channel precursor solution containing the precursor contained therein as a solute was formed. Thereafter, preliminary firing and main firing similar to those of the first embodiment are performed.

さらにその後、第1の実施形態と同様に、チャネル44上に、ITO層50によるドレイン電極56及びソース電極58が形成されることにより、第1ゲート絶縁層234aと第2ゲート絶縁層234bとを積層構造にしたゲート絶縁層234を備えた、本実施形態の薄膜トランジスタ200が製造される。   Thereafter, similarly to the first embodiment, the drain electrode 56 and the source electrode 58 made of the ITO layer 50 are formed on the channel 44, whereby the first gate insulating layer 234a and the second gate insulating layer 234b are formed. The thin film transistor 200 of this embodiment including the gate insulating layer 234 having a stacked structure is manufactured.

なお、本実施形態においては、第1ゲート絶縁層234aの上に第2ゲート絶縁層234bが積層されたゲート絶縁層234が採用されているが、本実施形態は、この構造に限定されない。例えば、第2ゲート絶縁層234bの上に第1ゲート絶縁層234aが積層されたゲート絶縁層が採用されることも、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏される点で他の好ましい一態様である。   In the present embodiment, the gate insulating layer 234 in which the second gate insulating layer 234b is stacked on the first gate insulating layer 234a is employed. However, the present embodiment is not limited to this structure. For example, the use of a gate insulating layer in which the first gate insulating layer 234a is stacked on the second gate insulating layer 234b is another point in that at least a part of the effect of the present embodiment is achieved. This is a preferred embodiment.

ただし、チャネル44に含まれるジルコニウム(Zr)のゲート絶縁層234中への拡散は、ゲート絶縁層内のいわゆるトラップ順位を形成する可能性があるため、好ましくない。従って、チャネル44に含まれるジルコニウム(Zr)のゲート絶縁層234中への拡散を確度高く防ぐ観点から言えば、第1ゲート絶縁層234aの上に第2ゲート絶縁層234bが積層されたゲート絶縁層234が採用されるとともに、第2ゲート絶縁層234bがチャネル44に接するように配置されることが好ましい。   However, the diffusion of zirconium (Zr) contained in the channel 44 into the gate insulating layer 234 is not preferable because it may form a so-called trap order in the gate insulating layer. Therefore, from the viewpoint of preventing the diffusion of zirconium (Zr) contained in the channel 44 into the gate insulating layer 234 with high accuracy, gate insulation in which the second gate insulating layer 234b is stacked on the first gate insulating layer 234a. The layer 234 is employed, and the second gate insulating layer 234b is preferably disposed so as to be in contact with the channel 44.

加えて、シリコン酸化物の層である第1ゲート絶縁層234aの厚みを1としたときに、多元系酸化物の層である第2ゲート絶縁層234bの厚みが、0.1以上2以下であることは、より確度高く上述の効果を奏させる観点から好ましい一態様である。   In addition, when the thickness of the first gate insulating layer 234a which is a silicon oxide layer is 1, the thickness of the second gate insulating layer 234b which is a multi-component oxide layer is 0.1 or more and 2 or less. It is a preferable aspect from the viewpoint of achieving the above-described effect with higher accuracy.

3.薄膜トランジスタ200の特性
次に、第2の実施形態をより詳細に説明するために、実施例2を説明するが、本実施形態はこの例によって限定されるものではない。実施例2については、以下の方法によって、薄膜トランジスタ200の特性が調べられた。
3. Characteristics of Thin Film Transistor 200 Next, Example 2 will be described in order to describe the second embodiment in more detail, but the present embodiment is not limited to this example. For Example 2, the characteristics of the thin film transistor 200 were examined by the following method.

(実施例2)
実施例2においては、第2ゲート絶縁層用の多元系酸化物234bのためのランタン(La)を含む前駆体を、ランタンアセチルアセトナートとした。また、第2ゲート絶縁層用の多元系酸化物234bのためのジルコニウム(Zr)を含む前駆体を、ジルコニウムブトキシドとした。それらを除いて実施例1と同様の条件で薄膜トランジスタ200が作製された。また、第2ゲート絶縁層用の厚みは約120nmであった。
(Example 2)
In Example 2, the precursor containing lanthanum (La) for the multi-component oxide 234b for the second gate insulating layer was lanthanum acetylacetonate. A precursor containing zirconium (Zr) for the multi-component oxide 234b for the second gate insulating layer was zirconium butoxide. A thin film transistor 200 was fabricated under the same conditions as in Example 1 except for these. The thickness for the second gate insulating layer was about 120 nm.

(1)電流−電圧特性
図19は、薄膜トランジスタ200のVg−Id特性を示すグラフである。図19におけるVは、薄膜トランジスタ200のソース電極58とドレイン電極56間に印加された電圧(V)である。また、表1は、薄膜トランジスタ200における閾値(Vth)、電界効果移動度(μFE)、及びON/OFF比を示している。
(1) Current-Voltage Characteristics FIG. 19 is a graph showing the Vg-Id characteristics of the thin film transistor 200. V D in FIG. 19 is a voltage (V) applied between the source electrode 58 and the drain electrode 56 of the thin film transistor 200. Table 1 shows a threshold value (V th ), a field effect mobility (μ FE ), and an ON / OFF ratio in the thin film transistor 200.

図19及び表2に示すように、第2の実施形態における薄膜トランジスタ200のVg−Id特性を調べたところ、閾値(Vth)が0Vであり、電界効果移動度(μFE)が3.17cm/Vsであった。また、ON/OFF比は、10のオーダー以上という非常に高い値であった。従って、薄膜トランジスタ200は、それを構成するゲート絶縁層及びチャネルが、酸化物層であるとともに溶液法を採用することによって形成されているにもかかわらず、トランジスタとしての機能を十分に発揮し得ることが確認された。なお、この例においても、チャネル44の本焼成の温度が500℃であったが、発明者らの実験結果から、本焼成における加熱温度が、350℃以上500℃以下であれば、薄膜トランジスタとして機能することが確認された。加えて、本焼成における加熱温度が、400℃以上500℃以下であれば、トランジスタの各電気特性の安定性が向上することも確認された。 As shown in FIG. 19 and Table 2, when the Vg-Id characteristic of the thin film transistor 200 in the second embodiment was examined, the threshold value (V th ) was 0 V, and the field effect mobility (μ FE ) was 3.17 cm. 2 / Vs. The ON / OFF ratio was a very high value of the order of 10 8 or more. Therefore, the thin film transistor 200 can sufficiently exhibit the function as a transistor even though the gate insulating layer and the channel that form the thin film transistor 200 are an oxide layer and are formed by employing a solution method. Was confirmed. In this example as well, the main baking temperature of the channel 44 was 500 ° C., but from the experimental results of the inventors, if the heating temperature in the main baking is 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, the channel 44 functions as a thin film transistor. Confirmed to do. In addition, it was also confirmed that if the heating temperature in the main baking is 400 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, the stability of each electrical characteristic of the transistor is improved.

(2)比誘電率
実施例2において、比誘電率を測定した結果、積層構造であるゲート絶縁層234の全体としての比誘電率を測定すると、概ね4.2以上8.4以下であった。
(2) Relative permittivity As a result of measuring the relative permittivity in Example 2, the relative permittivity as a whole of the gate insulating layer 234 having a laminated structure was approximately 4.2 or more and 8.4 or less. .

(3)XRD分析による結晶構造解析
実施例2におけるチャネルについてもX線回折装置による分析が行われた結果、特徴的なピークが観察されなかったため、チャネルを構成するチャネル用酸化物がアモルファス相であることが分かった。従って、本実施形態においても、チャネル用酸化物がジルコニウム(Zr)を含有していることから、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、酸化物の層の平坦性を高めることができる。加えて、アモルファス相を比較的容易に形成することが可能となるため、ゲート絶縁層234との良好な界面が形成され得る。
(3) Crystal structure analysis by XRD analysis As a result of the analysis by the X-ray diffractometer of the channel in Example 2, no characteristic peak was observed, so that the channel oxide constituting the channel was an amorphous phase. I found out. Therefore, also in this embodiment, since the channel oxide contains zirconium (Zr), it becomes possible to form an amorphous phase relatively easily, so that the flatness of the oxide layer is improved. be able to. In addition, since an amorphous phase can be formed relatively easily, a good interface with the gate insulating layer 234 can be formed.

上述のとおり、本実施形態の薄膜トランジスタ200は、薄膜トランジスタとしての良好な電気特性を実現し得ることが明らかとなった。また、本実施形態の薄膜トランジスタ200の製造方法によれば、ゲート絶縁層及びチャネルが酸化物によって構成されるとともに、溶液法を用いて形成されているため、従来の方法と比較して大面積化が容易になるとともに、工業性ないし量産性が格段に高められることになる。   As described above, it has become clear that the thin film transistor 200 of the present embodiment can achieve good electrical characteristics as a thin film transistor. In addition, according to the method of manufacturing the thin film transistor 200 of the present embodiment, the gate insulating layer and the channel are made of an oxide and are formed using a solution method, so that the area is increased as compared with the conventional method. As a result, industriality and mass productivity are significantly improved.

<第3の実施形態>
本実施形態では、第2の実施形態における一部の層の形成過程において型押し加工が施されている点を除いて、第2の実施形態と同様である。したがって、第1及び第2の実施形態と重複する説明は省略され得る。なお、本実施形態の説明により、いわゆる当業者であれば、第1の実施形態においても一部の層の形成過程において型押し加工が施される態様は十分に理解され得るため、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
The present embodiment is the same as the second embodiment except that the embossing process is performed in the formation process of a part of the layers in the second embodiment. Therefore, the description overlapping with the first and second embodiments can be omitted. In the description of the present embodiment, those skilled in the art can fully understand the manner in which the embossing process is performed in the formation process of a part of the layers in the first embodiment. Omitted.

1.薄膜トランジスタ300の製造方法
図20乃至図25は、それぞれ、薄膜トランジスタ300の製造方法の一過程を示す断面模式図である。また、図25は、本実施形態における薄膜トランジスタ300の製造方法の一過程及び全体構成を示す断面模式図である。なお、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の記載は省略する。
1. Manufacturing Method of Thin Film Transistor 300 FIGS. 20 to 25 are schematic cross-sectional views illustrating one process of the manufacturing method of the thin film transistor 300. FIG. FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing one process and the entire configuration of the method of manufacturing the thin film transistor 300 in the present embodiment. In order to simplify the drawing, the description of the patterning of the extraction electrode from each electrode is omitted.

(1)ゲート電極の形成
まず、図20に示すように、ゲート電極20が、公知のスパッタリング法、フォトリソグラフィー法、及びエッチング法により基板10上に形成される。なお、本実施形態のゲート電極20の材料は、白金(Pt)である。
(1) Formation of Gate Electrode First, as shown in FIG. 20, the gate electrode 20 is formed on the substrate 10 by a known sputtering method, photolithography method, and etching method. Note that the material of the gate electrode 20 of the present embodiment is platinum (Pt).

(2)ゲート絶縁層の形成
次に、基板10及びゲート電極20上に、第1の実施形態と同様に、公知のスピンコーティング法により、ポリシラザン(polysilazane)を溶質とするゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とするゲート絶縁層用前駆体層332aを形成する。
(2) Formation of Gate Insulating Layer Next, a precursor for a gate insulating layer having polysilazane as a solute on the substrate 10 and the gate electrode 20 by a known spin coating method, as in the first embodiment. A gate insulating layer precursor layer 332a is formed using the solution as a starting material.

その後、本実施形態においては、第1ゲート絶縁層用前駆体層332aの予備焼成を行う。具体的には、第1ゲート絶縁層用前駆体層332aが、大気中(水蒸気を含む)で、80以上250℃未満に加熱される。ところで、この焼成工程により、ゲート絶縁層用前駆体層32中の溶媒を適度に又は十分に蒸発させるとともに、将来的な塑性変形を可能にする特性を発現させるために好ましいゲル状態(熱分解前であって有機鎖が残存している状態と考えられる)を形成し得る。前述の観点をより確度高く実現するから言えば、焼成温度は、80℃以上200℃以下であることが好ましい。   Thereafter, in the present embodiment, the first gate insulating layer precursor layer 332a is pre-fired. Specifically, the first gate insulating layer precursor layer 332a is heated to 80 to 250 ° C. in the atmosphere (including water vapor). By the way, this baking step evaporates the solvent in the gate insulating layer precursor layer 32 moderately or sufficiently, and at the same time favors the gel state (before thermal decomposition) to develop characteristics that enable plastic deformation. It is considered that the organic chain remains). Speaking from the above viewpoint, the firing temperature is preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.

次に、公知のスピンコーティング法により、第1ゲート絶縁層用前駆体層332a上に、ランタン(La)を含む前駆体及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液を出発材とする第2ゲート絶縁層用前駆体層334bを形成する。その後、酸素含有雰囲気中、80以上250℃未満に加熱した状態で予備焼成を行う。なお、本実施形態においては、第1ゲート絶縁層用前駆体層332aを備えた積層構造を採用するため、後述する第1ゲート絶縁層用前駆体層332aの型押し加工の確度を高める観点から言えば、第2ゲート絶縁層用前駆体層334bに対する(予備)焼成温度は、80℃以上200℃以下であることがより好ましい。   Next, a precursor solution containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute on the first gate insulating layer precursor layer 332a by a known spin coating method is used as a starting material. The second gate insulating layer precursor layer 334b is formed. Thereafter, preliminary firing is performed in an oxygen-containing atmosphere in a state of being heated to 80 to less than 250 ° C. In the present embodiment, since a stacked structure including the first gate insulating layer precursor layer 332a is adopted, from the viewpoint of increasing the accuracy of the stamping process of the first gate insulating layer precursor layer 332a described later. In other words, the (preliminary) firing temperature for the second gate insulating layer precursor layer 334b is more preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.

第1ゲート絶縁層用前駆体層332aと第2ゲート絶縁層用前駆体層334bとの積層構造となるゲート絶縁層用前駆体層332が形成された後、この積層構造に対する型押し加工が行われる。   After the gate insulating layer precursor layer 332 having a stacked structure of the first gate insulating layer precursor layer 332a and the second gate insulating layer precursor layer 334b is formed, an embossing process is performed on the stacked structure. Is called.

具体的には、予備焼成のみを行った積層構造のゲート絶縁層用前駆体層332のパターニングを行うため、図20に示すように、水蒸気を含む酸素含有雰囲気中で、100以上250℃未満に加熱した状態で、ゲート絶縁層用型M1を用い、1MPa以上20MPa以下の圧力で型押し加工を施す。その結果、本実施形態のゲート絶縁層用型M1により、層厚が約100nm〜約150nmの第1ゲート絶縁層用前駆体層332aと、層厚が約50nm〜約150nmの第2ゲート絶縁層用前駆体層332bとが積層された、ゲート絶縁層用前駆体層332が形成される。   Specifically, in order to perform patterning of the gate insulating layer precursor layer 332 having a laminated structure in which only pre-baking is performed, as shown in FIG. 20, in an oxygen-containing atmosphere containing water vapor, the temperature is 100 to 250 ° C. In the heated state, the gate insulating layer mold M1 is used to perform a stamping process at a pressure of 1 MPa to 20 MPa. As a result, according to the gate insulating layer mold M1 of the present embodiment, the first gate insulating layer precursor layer 332a having a layer thickness of about 100 nm to about 150 nm and the second gate insulating layer having a layer thickness of about 50 nm to about 150 nm. A gate insulating layer precursor layer 332 is formed by laminating the precursor layer 332b for use.

その後、ゲート絶縁層用前駆体層332を全面エッチングすることにより、図21に示すように、ゲート絶縁層に対応する領域以外の領域からゲート絶縁層用前駆体層332を除去する(ゲート絶縁層用前駆体層332の全面に対するエッチング工程)。なお、本実施形態のゲート絶縁層用前駆体層332のエッチング工程は、真空プロセスを用いることないウェットエッチング技術を用いて行われたが、プラズマを用いた、いわゆるドライエッチング技術によってエッチングされることを妨げない。   Thereafter, the gate insulating layer precursor layer 332 is removed by etching the entire surface of the gate insulating layer precursor layer 332 as shown in FIG. 21 from the region other than the region corresponding to the gate insulating layer (gate insulating layer). Etching step for the entire surface of the precursor layer 332 for use). In addition, although the etching process of the precursor layer 332 for gate insulating layers of this embodiment was performed using the wet etching technique which does not use a vacuum process, it is etched by what is called dry etching technique using plasma. Not disturb.

その後、所定時間、本焼成として450℃以上500℃以下で加熱することにより、図22に示すように、基板10及びゲート電極20上に、ゲート絶縁層334が形成される。   Thereafter, by heating at 450 ° C. or more and 500 ° C. or less as main firing for a predetermined time, a gate insulating layer 334 is formed on the substrate 10 and the gate electrode 20 as shown in FIG.

(3)チャネルの形成
予備焼成のみを行ったチャネル用前駆体層42に対して、型押し加工を施す。まず、ゲート絶縁層334及び基板10上に、第1の実施形態と同様に、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層42を形成する。その後、第1の実施形態と同様に予備焼成として、チャネル用前駆体層42を所定時間、350℃以上550℃以下の範囲で加熱する。
(3) Formation of channel A die pressing process is performed on the channel precursor layer 42 that has been pre-fired only. First, on the gate insulating layer 334 and the substrate 10, as in the first embodiment, a precursor containing indium (In), a precursor containing zinc (Zn), and a precursor containing zirconium (Zr) are soluted. A channel precursor layer 42 starting from the channel precursor solution is formed. Thereafter, the channel precursor layer 42 is heated in a range of 350 ° C. or more and 550 ° C. or less for a predetermined time as preliminary firing as in the first embodiment.

次に、図23に示すように、80℃以上300℃以下に加熱した状態で、チャネル用型M2を用いて、1MPa以上20MPa以下の圧力でチャネル用前駆体層42に対して型押し加工を施す。その結果、層厚が約50nm以上約300nm以下のチャネル用前駆体層42が形成される。その後、所定時間、350℃以上550℃以下の範囲で本焼成することにより、図24に示すように、ゲート絶縁層334上に、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなるチャネル44が形成される。   Next, as shown in FIG. 23, with the channel mold M2 being heated to 80 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, the channel precursor layer 42 is embossed with a pressure of 1 MPa or higher and 20 MPa or lower. Apply. As a result, a channel precursor layer 42 having a layer thickness of about 50 nm or more and about 300 nm or less is formed. After that, by baking for a predetermined time in the range of 350 ° C. or more and 550 ° C. or less, as shown in FIG. 24, on the gate insulating layer 334, from indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr). A channel 44 is formed.

(4)ソース電極及びドレイン電極の形成
次に、第1の実施形態と同様、チャネル44上に、公知の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が形成された後、チャネル44及びレジスト膜上に、公知のスパッタリング法により、ITO層を形成する。その後、レジスト膜が除去されると、図25に示すように、チャネル44上に、ITO層によるドレイン電極56及びソース電極58が形成される。
(4) Formation of Source Electrode and Drain Electrode Next, as in the first embodiment, after a resist film patterned by a known photolithography method is formed on the channel 44, the channel 44 and the resist film are formed. Then, an ITO layer is formed by a known sputtering method. Thereafter, when the resist film is removed, a drain electrode 56 and a source electrode 58 made of an ITO layer are formed on the channel 44 as shown in FIG.

本実施形態では、高い塑性変形能力を得た前駆体層に対して型押し加工を施すこととしている。その結果、型押し加工を施す際に印加する圧力が1MPa以上20MPa以下という低い圧力であっても、各前駆体層が型の表面形状に追随して変形するようになり、所望の型押し構造を高い精度で形成することが可能となる。また、その圧力を1MPa以上20MPa以下という低い圧力範囲に設定することにより、型押し加工を施す際に型が損傷し難くなるとともに、大面積化にも有利となる。   In this embodiment, embossing is performed on the precursor layer that has obtained high plastic deformation ability. As a result, even when the pressure applied when embossing is a low pressure of 1 MPa or more and 20 MPa or less, each precursor layer comes to deform following the surface shape of the mold, and the desired embossing structure Can be formed with high accuracy. In addition, by setting the pressure in a low pressure range of 1 MPa or more and 20 MPa or less, the mold becomes difficult to be damaged when performing the stamping process, and it is advantageous for increasing the area.

ここで、上記の圧力を「1MPa以上20MPa以下」の範囲内としたのは、以下の理由による。まず、その圧力が1MPa未満の場合には、圧力が低すぎて各前駆体層を型押しすることができなくなる場合があるからである。他方、その圧力が20MPaもあれば、十分に前駆体層を型押しすることができるため、これ以上の圧力を印加する必要がないからである。前述の観点から言えば、上述の第3の実施形態における型押し工程においては、2MPa以上10MPa以下の範囲内にある圧力で型押し加工を施すことが、より好ましい。   Here, the reason why the pressure is within the range of “1 MPa or more and 20 MPa or less” is as follows. First, if the pressure is less than 1 MPa, the pressure may be too low to emboss each precursor layer. On the other hand, if the pressure is 20 MPa, the precursor layer can be sufficiently embossed, so that it is not necessary to apply more pressure. From the viewpoint described above, it is more preferable to perform the embossing process at a pressure in the range of 2 MPa to 10 MPa in the embossing process in the third embodiment.

なお、第3の実施形態では、第2の実施形態の積層構造からなるゲート絶縁層334及びチャネル44に対して型押し加工を施したが、型押し加工の対象はこれらに限定されない。例えば、第1の実施形態の単層のゲート絶縁層34に対しても、上述の各条件によって型押し加工を施すことにより、型押し構造を形成することが可能である。   In the third embodiment, the embossing process is performed on the gate insulating layer 334 and the channel 44 having the stacked structure of the second embodiment, but the object of the embossing process is not limited thereto. For example, it is possible to form a stamping structure on the single-layer gate insulating layer 34 according to the first embodiment by performing a stamping process under the above-described conditions.

上述のように、本実施形態では、ゲート絶縁層334及びチャネル44に対して型押し加工を施すことによって型押し構造を形成する、「型押し工程」が採用されている。この型押し工程が採用されることにより、真空プロセスやフォトリソグラフィー法を用いたプロセス、あるいは紫外線の照射プロセス等、比較的長時間、及び/又は高価な設備を必要とするプロセスが不要になる。従って、薄膜トランジスタ300及びその製造方法は、極めて工業性ないし量産性に優れている。   As described above, in the present embodiment, the “embossing process” is employed in which the embossing structure is formed by embossing the gate insulating layer 334 and the channel 44. By adopting this embossing process, a process that requires a relatively long time and / or expensive equipment such as a vacuum process, a process using a photolithography method, or an ultraviolet irradiation process becomes unnecessary. Therefore, the thin film transistor 300 and the manufacturing method thereof are extremely excellent in industrial property or mass productivity.

<その他の実施形態>
上述の各実施形態における効果を適切に奏させるために、チャネル用前駆体溶液の溶媒は、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1種のアルコール溶媒、又は酢酸、プロピオン酸、オクチル酸の群から選択される1種のカルボン酸である溶媒であることが好ましい。
<Other embodiments>
In order to appropriately exhibit the effects in the above-described embodiments, the solvent of the channel precursor solution is selected from the group of ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, and 2-butoxyethanol. A solvent that is one alcohol solvent or one carboxylic acid selected from the group of acetic acid, propionic acid, and octylic acid is preferable.

加えて、上述の各実施形態における効果を適切に奏させるために、ゲート絶縁層用前駆体溶液の溶媒は、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1種のアルコール溶媒、又は酢酸、プロピオン酸、オクチル酸の群から選択される1種のカルボン酸、キシレン、あるいはジブチルエーテルであることが好ましい。   In addition, in order to appropriately achieve the effects in the above-described embodiments, the solvent of the precursor solution for the gate insulating layer is ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, or 2-butoxyethanol. One alcohol solvent selected from the group, or one carboxylic acid selected from the group of acetic acid, propionic acid, and octylic acid, xylene, or dibutyl ether is preferable.

また、上述の実施例1において、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、及びジルコニウム(Zr)からなるチャネル用酸化物層における、インジウム(In)と亜鉛(Zn)との原子数の比率は、インジウム(In)を1としたときに亜鉛(Zn)が0.5に限定されない。例えば、少なくとも、インジウム(In)を1としたときに亜鉛(Zn)が0.4以上0.6以下の範囲内であれば、実施例1の効果の少なくとも一部の効果が奏され得る。   In Example 1 described above, the ratio of the number of atoms of indium (In) and zinc (Zn) in the channel oxide layer made of indium (In), zinc (Zn), and zirconium (Zr) is When indium (In) is 1, zinc (Zn) is not limited to 0.5. For example, if at least indium (In) is 1 and zinc (Zn) is in the range of 0.4 to 0.6, at least a part of the effect of Example 1 can be achieved.

また、上述の第3の実施形態における各酸化物層を形成するための予備焼成の際、予備焼成温度は、もっとも好ましくは、80℃以上200℃以下である。これは、各種の前駆体層中の溶媒を、より適度に又は十分に蒸発させることが出来るからである。また、特に、その後に型押し工程を行う場合は、前述の温度範囲で予備焼成を行うことにより、将来的な塑性変形を可能にする特性を発現させるためにより好ましいゲル状態(熱分解前であって有機鎖が残存している状態と考えられる)を形成することができる。   In the preliminary firing for forming each oxide layer in the third embodiment described above, the preliminary firing temperature is most preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. This is because the solvent in the various precursor layers can be evaporated more appropriately or sufficiently. In particular, when the embossing process is performed after that, pre-baking in the above-mentioned temperature range is preferable to develop a property that enables future plastic deformation (before the pyrolysis). It can be considered that the organic chain remains in this state.

また、上述の第3の実施形態では、高い塑性変形能力を得た前駆体層に対して型押し加工を施すこととしている。その結果、型押し加工を施す際に印加する圧力を1MPa以上20MPa以下という低い圧力であっても、各前駆体層が型の表面形状に追随して変形するようになり、所望の型押し構造を高い精度で形成することが可能となる。また、その圧力を1MPa以上20MPa以下という低い圧力範囲に設定することにより、型押し加工を施す際に型が損傷し難くなるとともに、大面積化にも有利となる。   Moreover, in the above-mentioned 3rd Embodiment, it is supposed that a stamping process is performed with respect to the precursor layer which acquired the high plastic deformation capability. As a result, even when the pressure applied when embossing is as low as 1 MPa or more and 20 MPa or less, each precursor layer is deformed following the surface shape of the mold, and a desired embossing structure is obtained. Can be formed with high accuracy. In addition, by setting the pressure in a low pressure range of 1 MPa or more and 20 MPa or less, the mold becomes difficult to be damaged when performing the stamping process, and it is advantageous for increasing the area.

ここで、上記の圧力を「1MPa以上20MPa以下」の範囲内としたのは、以下の理由による。まず、その圧力が1MPa未満の場合には、圧力が低すぎて各前駆体層を型押しすることができなくなる場合があるからである。他方、その圧力が20MPaもあれば、十分に前駆体層を型押しすることができるため、これ以上の圧力を印加する必要がないからである。前述の観点から言えば、上述の第3の実施形態における型押し工程においては、2MPa以上10MPa以下の範囲内にある圧力で型押し加工を施すことがより好ましい。   Here, the reason why the pressure is within the range of “1 MPa or more and 20 MPa or less” is as follows. First, if the pressure is less than 1 MPa, the pressure may be too low to emboss each precursor layer. On the other hand, if the pressure is 20 MPa, the precursor layer can be sufficiently embossed, so that it is not necessary to apply more pressure. From the viewpoint described above, it is more preferable to perform the embossing process at a pressure in the range of 2 MPa to 10 MPa in the embossing process in the third embodiment described above.

また、上述のそれぞれの型押し工程において、予め、型押し面が接触することになる各前駆体層の表面に対する離型処理及び/又はその型の型押し面に対する離型処理を施しておき、その後、各前駆体層に対して型押し加工を施すことが好ましい。そのような処理を施すことにより、各前駆体層と型との間の摩擦力を低減することができるため、各前駆体層に対してより一層精度良く型押し加工を施すことが可能となる。なお、離型処理に用いることができる離型剤としては、界面活性剤(例えば、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等)、フッ素含有ダイヤモンドライクカーボン等を例示することができる。   Further, in each of the above-described embossing steps, in advance, a mold release treatment for the surface of each precursor layer and / or a mold release surface for the mold pressing surface, which the mold pressing surface comes into contact with, is performed. Thereafter, it is preferable to perform a stamping process on each precursor layer. By performing such treatment, it is possible to reduce the frictional force between each precursor layer and the mold, and therefore it is possible to perform the stamping process with higher accuracy on each precursor layer. . Examples of the release agent that can be used for the release treatment include surfactants (for example, fluorine surfactants, silicon surfactants, nonionic surfactants, etc.), fluorine-containing diamond-like carbon, and the like. can do.

また、上述の各実施形態における各前駆体層に対する型押し工程と本焼成の工程との間に、型押し加工が施された各前駆体層(例えば、チャネル用前駆体層やゲート絶縁層用前駆体層)のうち最も層厚が薄い領域においてその前駆体層が除去される条件で、その前駆体層を全体的にエッチングする工程が含まれることは、より好ましい一態様である。これは、各前駆体層を本焼成した後にエッチングするよりも容易に不要な領域を除去することが可能なためである。従って、上述の各実施形態において、本焼成後に全面エッチングを行っている工程の代わりに、前述のより好ましい一態様を採用することができる。   In addition, each precursor layer (for example, a channel precursor layer or a gate insulating layer) that has been subjected to a stamping process between the stamping step and the main firing step for each precursor layer in each of the above-described embodiments. It is a more preferable aspect that the step of etching the precursor layer as a whole is included on the condition that the precursor layer is removed in the thinnest region of the precursor layer). This is because unnecessary regions can be removed more easily than etching after each precursor layer is finally fired. Therefore, in each of the above-described embodiments, a more preferable aspect described above can be adopted instead of the step of performing the entire etching after the main baking.

また、上述の各実施形態においては、いわゆる逆スタガ型の構造を有する薄膜トランジスタが説明されているが、上述の各実施形態はその構造に限定されない。例えば、スタガ型の構造を有する薄膜トランジスタのみならず、ソース電極、ドレイン電極、及びチャネルが同一平面上に配置される、いわゆるプレーナ型の構造を有する薄膜トランジスタであっても、上述の各実施形態の効果と同様の効果が奏され得る。   In each of the above-described embodiments, a thin film transistor having a so-called inverted staggered structure is described. However, each of the above-described embodiments is not limited to the structure. For example, not only a thin film transistor having a staggered structure but also a thin film transistor having a so-called planar structure in which a source electrode, a drain electrode, and a channel are arranged on the same plane can achieve the effects of the above-described embodiments. The same effect can be achieved.

以上述べたとおり、上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。   As described above, the disclosure of each of the embodiments described above is described for explaining the embodiments, and is not described for limiting the present invention. In addition, modifications within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the claims.

10 基板
20 ゲート電極
32 ゲート絶縁層用前駆体層
232a,332a 第1ゲート絶縁層用前駆体層
232b,332b 第2ゲート絶縁層用前駆体層
34,234,334 ゲート絶縁層
234a,334a 第1ゲート絶縁層
234b,334b 第2ゲート絶縁層
42 チャネル用前駆体層
44 チャネル
50 ITO層
56 ドレイン電極
58 ソース電極
100,200,300 薄膜トランジスタ
90 レジスト膜
M1 ゲート絶縁層用型
M2 チャネル用型
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20 Gate electrode 32 Gate insulating layer precursor layer 232a, 332a First gate insulating layer precursor layer 232b, 332b Second gate insulating layer precursor layer 34, 234, 334 Gate insulating layer 234a, 334a First Gate insulating layer 234b, 334b Second gate insulating layer 42 Channel precursor layer 44 Channel 50 ITO layer 56 Drain electrode 58 Source electrode 100, 200, 300 Thin film transistor 90 Resist film M1 Gate insulating layer type M2 Channel type

Claims (10)

ゲート電極とチャネルとの間に、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる多元系酸化物(不可避不純物を含み得る)の層とシリコン酸化物(不可避不純物を含み得る)の層との積層構造からなるゲート絶縁層を備え、
前記チャネルは、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とを含むとともに、前記インジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)である、
薄膜トランジスタ。
Lamination of a layer of a multi-component oxide (which may include unavoidable impurities) and a layer of silicon oxide ( which may include unavoidable impurities) made of lanthanum (La) and zirconium (Zr) between the gate electrode and the channel A gate insulating layer comprising a structure ;
The channel contains indium (In) and zinc (Zn), and a channel containing zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.046 to 0.375 when the indium (In) is 1. Oxide (which may contain inevitable impurities),
Thin film transistor.
前記チャネル用酸化物が、アモルファス相である、
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The channel oxide is in an amorphous phase;
The thin film transistor according to claim 1 .
前記シリコン酸化物の層の厚みを1としたときに、前記多元系酸化物の層の厚みが、0.1以上2以下である、
請求項1又は請求項2に記載の薄膜トランジスタ。
When the thickness of the silicon oxide layer is 1, the thickness of the multi-component oxide layer is 0.1 or more and 2 or less.
The thin film transistor according to claim 1 or 2 .
前記積層構造である前記ゲート絶縁層の比誘電率が、4.2以上8.4以下である、
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The gate dielectric layer having the laminated structure has a relative dielectric constant of 4.2 or more and 8.4 or less.
The thin film transistor according to claim 1 .
前記チャネルが、前記多元系酸化物であって、かつ、
X線光電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy)分析における、前記チャネルに含まれる酸素原子の総数を1としたときの、531eV以上532eV以下の範囲内のピークに起因する酸素原子の数が、0.19以上0.21以下である、
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The channel is the multi-component oxide, and
In the X-ray photoelectron spectroscopy analysis, the number of oxygen atoms caused by a peak in the range of 531 eV or more and 532 eV or less when the total number of oxygen atoms contained in the channel is 1 is 0. .19 or more and 0.21 or less,
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 4 .
ポリシラザン(polysilazane)を溶質とする第1ゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とする第1ゲート絶縁層用前駆体層を、水蒸気含有雰囲気中において加熱することにより形成されるシリコン酸化物(不可避不純物を含み得る)の層と、ランタン(La)を含む前駆体及びジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とする第2ゲート絶縁層用前駆体溶液を出発材とする第2ゲート絶縁層用前駆体層を酸素含有雰囲気中において加熱することにより、ランタン(La)ジルコニウム(Zr)とを含む多元系酸化物(不可避不純物を含み得る)の層とを積層構造になるように形成してゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程を、
ート電極層の形成工程とチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)を形成するチャネルの形成工程との間に含み、
前記チャネルの形成工程が、インジウム(In)を含む前駆体、亜鉛(Zn)を含む前駆体、及び前記インジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液を出発材とするチャネル用前駆体層を、酸素含有雰囲気中において加熱することにより、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とを含むとともに、前記インジウム(In)を1としたときに0.046以上0.375以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含むチャネル用酸化物(不可避不純物を含み得る)を形成する工程である、
薄膜トランジスタの製造方法。
Silicon oxide (unavoidable) formed by heating a precursor layer for a first gate insulating layer starting from a precursor solution for a first gate insulating layer containing polysilazane as a solute in a steam-containing atmosphere For a second gate insulating layer starting from a precursor solution for a second gate insulating layer containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute. By heating the precursor layer in an oxygen-containing atmosphere, a multi-component oxide layer (which may contain unavoidable impurities) containing lanthanum (La) zirconium (Zr) is formed to have a stacked structure. A gate insulating layer forming step for forming an insulating layer;
Gate electrode layer forming step and the channel for oxide comprises between steps of forming the channel for forming a (which may include inevitable impurities),
The channel formation step includes a precursor containing indium (In), a precursor containing zinc (Zn), and an atomic ratio of 0.046 to 0.375 when the indium (In) is 1. By heating a channel precursor layer starting from a channel precursor solution having a precursor containing zirconium (Zr) as a solute in an oxygen-containing atmosphere, indium (In) and zinc (Zn) And forming a channel oxide (which may contain inevitable impurities) containing zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.046 to 0.375 when the indium (In) is 1 Is,
A method for manufacturing a thin film transistor.
前記チャネル用酸化物が、アモルファス相である、
請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The channel oxide is in an amorphous phase;
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 6 .
前記シリコン酸化物の層の厚みを1としたときに、前記多元系酸化物の層の厚みが、0.1以上2以下である、
請求項6又は請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
When the thickness of the silicon oxide layer is 1, the thickness of the multi-component oxide layer is 0.1 or more and 2 or less.
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 6 or Claim 7 .
前記ゲート絶縁層形成工程において、
前記ゲート絶縁層を形成する前に、水蒸気を含む酸素含有雰囲気中において、100以上250℃未満で加熱した状態で型押し加工を施すことにより、前記第1ゲート絶縁層用前駆体層及び前記第2ゲート絶縁層用前駆体層に対して型押し構造を形成する型押し工程をさらに含む、
請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
In the gate insulating layer forming step,
Before forming the gate insulating layer, the first gate insulating layer precursor layer and the first gate insulating layer are subjected to embossing in an oxygen-containing atmosphere containing water vapor and heated at 100 to less than 250 ° C. Further including a stamping step of forming a stamping structure on the two-gate insulating layer precursor layer ,
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 6 .
前記チャネルの形成工程において、
前記チャネルを形成する前に、前記チャネル用前駆体層を、酸素含有雰囲気中において、80℃以上300℃以下で加熱した状態で型押し加工を施すことにより、前記チャネル用前駆体層に対して型押し構造を形成する型押し工程をさらに含む、
請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
In the channel forming step,
Before forming the channel, the channel precursor layer is subjected to an embossing process in a state where the channel precursor layer is heated at 80 ° C. or more and 300 ° C. or less in an oxygen-containing atmosphere. Further comprising a stamping step for forming a stamping structure,
A method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 6 to 9 .
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