JP7100851B2 - 薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液 - Google Patents
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Description
本開示は、薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液に関する。
近年、ディスプレイ駆動用素子等に用いることを目的とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも称する）の研究が盛んに行われている。そのような研究として、酸化物ＴＦＴの開発も進められている。従来、酸化物ＴＦＴの製造方法としては、スパッタ法などの真空プロセスが主流であったが、高価な製造設備が必要になる等の問題が存在していた。これに対して、真空プロセスからスピンコート法などの溶液プロセスに転換して低コスト化を図る動きも高まりつつある。
例えば、特許文献１および２には、ゲート電極とチャネルとの間にゲート絶縁層を備える薄膜トランジスタが開示されている。ゲート絶縁層の材料としては、ランタンとジルコニウムとからなる酸化物が用いられている。また、ゲート絶縁層形成時において、焼成温度を４００℃程度としている。
ところで、近年、フレキシブルディスプレイの開発が加速している。フレキシブルディスプレイとして、例えばプラスチック基板上にデバイスを作製するには、プロセス温度を２００℃以下とする必要がある。
また、薄膜トランジスタを、例えば高精細または大面積のディスプレイに適用する場合には、その駆動のために、高い電界効果移動度が求められる。
本開示の目的は、良好なトランジスタ特性（特に、高い電界効果移動度）を有する薄膜トランジスタを提供することである。また、プロセス温度を２００℃以下とする薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。さらに、当該製造方法においても使用可能な薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液を提供することである。
本開示の薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備え、前記ゲート絶縁層は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である、酸化物から形成されているか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物から形成されており、前記酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されていることを特徴とする。
また、上記の本開示の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、酸素を含む環境下、前記ゲート絶縁膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で前記ゲート絶縁膜を焼成して、ゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で前記酸化物半導体膜を焼成して、酸化物半導体層を形成する工程とを含み、前記ゲート絶縁膜形成溶液は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である溶液（ｉ）であるか、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である溶液（ｉｉ）であるか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉｉ）であり、前記酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属と、酸化剤とを含むことを特徴とする。
さらに、本開示の薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である溶液（ｉ）であるか、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である溶液（ｉｉ）であるか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉｉ）であることを特徴とする。
本開示の薄膜トランジスタは、良好なトランジスタ特性（特に、高い電界効果移動度）を有している。また、本開示の方法によれば、２００℃以下のプロセス温度で薄膜トランジスタを製造することが可能である。このため、本開示の薄膜トランジスタおよびその製造方法は、フレキシブルディスプレイの用途など幅広い用途に適用することができる。
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の説明において適宜図面を参照するが、図面に記載された態様は本発明の例示であり、本発明はこれらの図面に記載された態様に制限されない。なお、各図において、同様の、または類似した機能を発揮する構成要素には同一、または類似の参照符号を付し、重複する説明を省略することがある。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。さらに、本明細書において、「～」とは、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
＜薄膜トランジスタ＞
本開示の薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える。ここで、ゲート絶縁層は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である、酸化物から形成されている。或いは、ゲート絶縁層は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である、酸化物から形成されている。或いは、ゲート絶縁層は、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物から形成されている。また、酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
本開示の薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える。ここで、ゲート絶縁層は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である、酸化物から形成されている。或いは、ゲート絶縁層は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である、酸化物から形成されている。或いは、ゲート絶縁層は、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物から形成されている。また、酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
図１は、本実施形態の薄膜トランジスタの一例を概略的に示す断面図である。同図に示す薄膜トランジスタ１０は、基板１２上に、ゲート電極１４、ゲート絶縁層１６、酸化物半導体層１８、ならびにソース電極３２およびドレイン電極３４をこの順で備える。
図１に示す薄膜トランジスタ１０は、ボトムゲート構造で示されているが、この構造に限定されない。例えば、トップゲート構造などその他の構造であってもよい。また、図面を簡略化するため、各電極からの引き出し電極のパターニングについては図示していない。
以下、図１に示す薄膜トランジスタ１０の構成要素について説明する。
（基板）
基板１２としては、公知の薄膜トランジスタにおいて用いられている基板を適用できる。
基板１２としては、公知の薄膜トランジスタにおいて用いられている基板を適用できる。
基板１２の例としては、高耐熱ガラス、ＳｉＯ2／Ｓｉ基板（シリコン基板上に酸化シリコン膜を形成した基板）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ）基板、Ｓｉ基板の表面にＳｉＯ2層及びＴｉ層を介してＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ）層を形成した絶縁性基板、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、Ｇｅ基板）が含まれる。また、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）などの樹脂からなるプラスチック基板、または紙を始めとするフレキシブル基板も含まれる。
（ゲート電極）
ゲート電極１４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているゲート電極を採用することができる。ゲート電極１４の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、タングステン、などの高融点金属、又はその合金等の金属材料、あるいは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
ゲート電極１４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているゲート電極を採用することができる。ゲート電極１４の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、タングステン、などの高融点金属、又はその合金等の金属材料、あるいは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１６は、特定の金属元素を含む酸化物から形成されている。
ゲート絶縁層１６は、特定の金属元素を含む酸化物から形成されている。
特定の金属元素を含む酸化物は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含む酸化物（以下、単に「酸化物（ｉ）」とも称する）であるか、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と含む酸化物（以下、単に「酸化物（ｉｉ）」とも称する）であるか、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物（以下、単に「酸化物（ｉｉｉ）」とも称する）である。酸化物（ｉ）および酸化物（ｉｉ）において、ジルコニウム（Ｚｒ）を用いる代わりに、タンタル（Ｔａ）を用いてもよい。
「特定の金属元素を含む酸化物」とは、典型的には、特定の金属元素を主成分として含む酸化物を意図しているが、当該酸化物に、不純物（例えば、原料に由来する不純物）が含まれていてもよい。良好なトランジスタ性能を得るためには、酸化物中の炭素および水素以外の不純物の含有量は、０．２質量％以下であることが好ましい。
特定の金属元素を含む酸化物が、酸化物（ｉ）である場合、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上であり、好ましくは０．８～１０であり、さらに好ましくは１．５～４である。特定の金属元素を含む酸化物が、酸化物（ｉｉ）である場合、特定の群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比は、良好なトランジスタ性能を得る観点から、金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数は、１．５以上であり、好ましくは１．５～９であり、さらに好ましくは２．３～９である。本開示において、原子数比は、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ法）を用いて、元素分析を行うことにより求めることができる。
ゲート絶縁層１６における炭素（Ｃ）の含有率は、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、０．５ａｔｏｍ％～２０ａｔｏｍ％であることが好ましい。
炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）の含有率については、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製 Ｐｅｌｌｅｔｒｏｎ ３ＳＤＨを用いて、ラザフォード後方散乱分光法（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＲＢＳ分析法）、水素前方散乱分析法（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＨＦＳ分析法）、及び核反応解析法（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＮＲＡ分析法）を用いて元素分析を行うことにより求めることができる。
ゲート絶縁層１６の厚みは、特に制限するわけではないが、リークを抑えながら動作電圧を下げる観点から、３０ｎｍ～５００ｎｍであることが好ましい。
（酸化物半導体層）
酸化物半導体層１８は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）を含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
酸化物半導体層１８は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）を含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されている。
「インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物」とは、典型的には、インジウム（Ｉｎ）を主成分として含む酸化物を意図しているが、当該酸化物に、不純物（例えば、原料に由来する不純物）が含まれていてもよい。良好なトランジスタ性能を得るためには、酸化物中の炭素および水素以外の不純物の含有量は、０．２質量％以下であることが好ましい。酸化物半導体層１８における炭素（Ｃ）の含有率は、良好なトランジスタ性能を得る観点から、０．２ａｔｏｍ％～１５．０ａｔｏｍ％であることが好ましい。また、酸化物半導体層１８中の水素（Ｈ）の含有率は、１ａｔｏｍ％～２０ａｔｏｍ％であることが好ましい。他の５種類の酸化物についても同様のことが当てはまる。
インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、錫（Ｓｎ）の原子数を０．００５～０．０３とすることが好ましい。
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、亜鉛（Ｚｎ）の原子数を０．１～１．０とすることが好ましい。
インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数を０．００５～０．０３、亜鉛（Ｚｎ）の原子数を０．１～１．０とすることが好ましい。
インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、ガリウム（Ｇａ）を０．１～１．０とすることが好ましい。
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）を含む酸化物を用いる場合において、酸化物半導体層１８におけるインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）との原子数比は、インジウム（Ｉｎ）の原子数を１としたときに、特に制限するわけではないが、良好なトランジスタ性能を得る観点から、亜鉛（Ｚｎ）を０．１～１．０、ガリウム（Ｇａ）を０．１～１．２とすることが好ましい。
酸化物半導体層１８の厚みは、特に制限するわけではないが、十分な動作電流を確保し、かつ、薄膜化を実現させる観点から、１０ｎｍ～１００ｎｍであることが好ましい。
（ソース電極およびドレイン電極）
ソース電極３２およびドレイン電極３４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているソース電極３２およびドレイン電極３４を採用することができる。ソース電極３２およびドレイン電極３４の材料としては、制限するわけではないが、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）などを用いることができる。
ソース電極３２およびドレイン電極３４は、公知の薄膜トランジスタに用いられているソース電極３２およびドレイン電極３４を採用することができる。ソース電極３２およびドレイン電極３４の材料としては、制限するわけではないが、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）などを用いることができる。
以上説明したように、薄膜トランジスタ１０は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である、酸化物から形成されているか、特定の希土類金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、当該希土類金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である酸化物から形成されているか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素を含む酸化物から形成されているゲート絶縁層１６を含む。また、薄膜トランジスタ１０は、インジウム（Ｉｎ）を含む特定の酸化物から形成されている酸化物半導体層１８を含む。これにより、本開示の薄膜トランジスタ１０は、良好な電気特性、特に、高い電界効果移動度を備える。
次に、本開示の薄膜トランジスタ１０の製造方法を説明する。
＜薄膜トランジスタの製造方法＞
本開示の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、酸素を含む環境下、当該ゲート絶縁膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で当該ゲート絶縁膜を焼成して、ゲート絶縁層を形成する工程と、当該ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、当該酸化物半導体膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で当該酸化物半導体膜を焼成して、酸化物半導体層を形成する工程とを含む。
本開示の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、酸素を含む環境下、当該ゲート絶縁膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で当該ゲート絶縁膜を焼成して、ゲート絶縁層を形成する工程と、当該ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、当該酸化物半導体膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で当該酸化物半導体膜を焼成して、酸化物半導体層を形成する工程とを含む。
図２は、図１に示す薄膜トランジスタ１０の製造方法の各工程を順次示す断面図であり、（ａ）は、基板１２の上にゲート電極１４を形成する工程、（ｂ）は、ゲート電極１４の上にゲート絶縁膜１６’を形成する工程、（ｃ）は、（ｂ）で形成したゲート絶縁膜１６’を、紫外線照射しながら加熱して、ゲート絶縁層１６を形成する工程、（ｄ）は、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体膜１８’を形成する工程、（ｅ）は、（ｄ）で形成した酸化物半導体膜１８’を、紫外線照射しながら加熱して、酸化物半導体層１８を形成する工程、（ｆ）は、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成する工程、（ｇ）は、酸化物半導体層１８の一部、ソース電極３２、およびドレイン電極３４の上にレジスト膜３６を形成する工程、（ｈ）は、薄膜トランジスタ１０を得る工程を示す。以下に、図２（ａ）～（ｈ）にそれぞれ対応している工程（ａ）～（ｈ）について詳述する。
（工程（ａ））
本工程は、基板１２の上にゲート電極１４を形成する工程である（図２（ａ））。
本工程は、基板１２の上にゲート電極１４を形成する工程である（図２（ａ））。
基板１２は、洗浄したものを使用することが好ましく、その洗浄方法としては、酸素ガスを用いたプラズマアッシングなど既知のいかなる方法を採用することができる。
ゲート電極１４の形成方法としては、真空蒸着法（例えば、スパッタリング法）など既知のいかなる方法を採用することができる。
（工程（ｂ））
本工程は、ゲート電極１４の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜１６’を形成する工程である（図２（ｂ））。
本工程は、ゲート電極１４の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜１６’を形成する工程である（図２（ｂ））。
ゲート絶縁膜形成溶液の塗布方法としては、制限するわけではないが、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、ノズルコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、凸版印刷、反転オフセット印刷など公知の方法を用いることができる。
ゲート絶縁膜形成溶液は、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である溶液（ｉ）であるか、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である溶液（ｉｉ）であるか、または、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉｉ）である。溶液（ｉ）～溶液（ｉｉｉ）の各溶液中に含まれるアセチルアセトナートの割合は、各溶液中に含まれる上記に示した金属元素の総モル数に対して、２０～４００モル％とすることができる。
理論に拘束されるわけではないが、ゲート絶縁膜形成溶液中の分子構造に言及すると、金属を含むコアに、陰イオンまたは溶媒が配位して、クラスターを形成していると考えている。そして、本発明者らは、このコアにアセチルアセトナートが配位すると、紫外線の吸収が著しく高くなることを見出した。この特性を生かし、本開示では、後述する工程（ｃ）において、紫外線照射を加熱と併用することにより、従来適用されていた４００℃程度の焼成温度を２００℃以下としている。さらに、特定の金属元素と、アセチルアセトナートとを含むゲート絶縁膜形成溶液をゲート絶縁層１６の材料として用いると、最終的に作製されるＴＦＴのトランジスタ特性が良好となることも実験にて確認している。
このように、本開示のゲート絶縁膜形成溶液は、ゲート絶縁膜の焼成温度の低減およびＴＦＴのトランジスタ特性の向上に寄与する。
ゲート絶縁膜形成溶液は、以下のように調製することができる。
ゲート絶縁膜形成溶液中に含まれる金属元素が１種類の場合には、所定の金属化合物を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）の溶液を作製することができる。ゲート絶縁膜形成溶液中に含まれる金属元素が２種類以上の場合には、金属元素毎に、所定の金属化合物を溶媒に溶解させて溶液を調製した後、当該各溶液を、金属元素が所定の原子数比となるように混合して、ゲート絶縁膜形成溶液を調製することができる。或いは、金属元素が所定の原子数比となるように、２種以上の金属化合物を溶媒に加えて、溶解させて、ゲート絶縁膜形成溶液を調製してもよい。さらに、以上のように調製した溶液中に、所定量のアセチルアセトナートが含まれない場合、当該溶液にアセチルアセトナートを加えて、ゲート絶縁膜形成溶液を調製することもできる。なお、溶液を調製する際に、適宜、精製、例えば、フィルターによるろ過を行ってもよい。また、金属化合物を溶媒に溶解する際に、適宜加熱してもよい。
溶液（ｉ）を調製する場合には、金属化合物として、ランタン化合物およびジルコニウム化合物を用いることができる。ランタン化合物の例としては、ランタンアセチルアセトナート、ランタンアルコキシド、ランタンの有機酸塩を挙げることができる。ジルコニウム化合物の例としては、ジルコニウムアセチルアセトナート、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、またはジルコニウムアルコキシド（例えば、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムメトキシエトキシド）を挙げることができる。
溶液（ｉｉ）を調製する場合には、金属化合物の例として、金属のアセチルアセトナート、アセテートを挙げることができる。ここで、金属は、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属である。ジルコニウム化合物の例としては、溶液（ｉ）を調製する際に用いるものと同様の化合物を挙げることができる。
溶液（ｉｉｉ）を調製する場合には、金属化合物として、ジルコニウム、ハフニウム、およびアルミニウム化合物を用いることができる。ジルコニウム、ハフニウム、およびアルミニウム化合物の例としては、対応する金属のアセチルアセトナート、硝酸化物、塩化物、またはアルコキシド（例えば、イソプロポキシド、ブトキシド、エトキシド、メトキシエトキシド）を挙げることができる。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に使用する溶媒は、アセチルアセトナートが、金属を含むコアに配位することを妨げない溶媒であることが好ましい。このような溶媒の例としては、特に制限するわけではないが、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、および２－ブトキシエタノールの群から選択されるアルコール溶媒を挙げることができる。
さらに、クラスタ―の形成及びその構造の均一化並びに紫外線の吸収効率の観点から、以上に説明したゲート絶縁膜形成溶液を、密閉容器内で加熱処理に供することが好ましい。
密閉容器内での加熱処理は、例えば、ゲート絶縁膜形成溶液をオートクレーブなどの耐圧容器に移して、これを溶媒の沸点以上の温度（例えば、１５０～２００℃）で行うことができる。
ゲート絶縁膜形成溶液として、溶液（ｉ）または溶液（ｉｉ）を用いる場合であって、ジルコニウムの代わりにタンタルを用いる場合には、上記の説明において、ジルコニウムをタンタルに置き換えて読むことができるものとする。
（工程（ｃ））
本工程は、工程（ｂ）で形成した積層体２０’のゲート絶縁膜１６’の表面に、紫外線を照射しながら、ゲート絶縁膜１６’を加熱して、ゲート絶縁層１６を形成する工程である（図２（ｃ））。
本工程は、工程（ｂ）で形成した積層体２０’のゲート絶縁膜１６’の表面に、紫外線を照射しながら、ゲート絶縁膜１６’を加熱して、ゲート絶縁層１６を形成する工程である（図２（ｃ））。
紫外線の照射は、ムラの少ない均一なゲート絶縁層１６を形成するために、ゲート絶縁膜１６’の全面に均一に行うことが好ましい。この際、照射する紫外線の照度は、ゲート絶縁膜形成溶液として溶液（ｉ）を用いる場合には、特に制限するわけではないが、７．０～１２．０ｍＷ／ｃｍ2とすることができる。ゲート絶縁膜形成溶液として溶液（ｉｉ）または溶液（ｉｉｉ）を用いる場合には、好ましくは５．０～１５．０ｍＷ／ｃｍ2であり、より好ましくは７．０～１２．０ｍＷ／ｃｍ2である。このように、本工程で照射する紫外線の照度を、一般的な表面洗浄用ＵＶ装置に用いられている照度と同レベルに低くすることができる。これは、ゲート絶縁膜１６’の紫外線吸収度が高いため、高い照度を必要としないことによる。
積層体２０’の加熱方法は、特に制限するわけではないが、例えば、ヒーターの加熱面に、基板１２の面が接触するように積層体２０’を設置して行うことができる。
積層体２０’の加熱条件は、大気中など酸素を含む環境下、まず、８０～１７０℃で初期加熱し、次いで、１８０～２００℃で焼成することが好ましい。初期加熱は主に、ゲート絶縁膜１６’に含まれる溶媒を蒸発させることを目的とする。
ゲート絶縁層１６は、複数の層から形成されていてもよい。複数の層を形成する場合には、工程（ｂ）のゲート絶縁膜１６’を形成する工程と、上記の初期加熱および焼成の一連の操作を複数回繰り返せばよい。
（工程（ｄ））
本工程は、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜１８’を形成する工程である（図２（ｄ））。
本工程は、ゲート絶縁層１６の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜１８’を形成する工程である（図２（ｄ））。
酸化物半導体膜形成溶液の塗布方法としては、制限するわけではないが、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、ノズルコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、凸版印刷、反転オフセット印刷など公知の方法を用いることができる。
酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属元素と、酸化剤とを含む。酸化物半導体膜形成溶液は、例えば、以下のように調製することができる。
インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および錫（Ｓｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／錫（Ｓｎ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物および亜鉛（Ｚｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／亜鉛（Ｚｎ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物、ジルコニウム（Ｚｒ）化合物および亜鉛（Ｚｎ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／ジルコニウム（Ｚｒ）／亜鉛（Ｚｎ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物およびガリウム（Ｇａ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／ガリウム（Ｇａ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物半導体膜１８’を形成する場合には、インジウム（Ｉｎ）化合物、亜鉛（Ｚｎ）化合物、およびガリウム（Ｇａ）化合物、ならびに場合により酸化剤を、溶媒に溶解させて、所定のモル濃度（例えば、０．２ｍｏｌ／ｋｇ）のインジウム（Ｉｎ）／亜鉛（Ｚｎ）／ガリウム（Ｇａ）溶液を作製する。
インジウム（Ｉｎ）化合物の例としては、硝酸インジウム、インジウムアセチルアセトナート、酢酸インジウム、塩化インジウム、またはインジウムアルコキシド（例えば、インジウムイソプロポキシド、インジウムブトキシド、インジウムエトキシド、インジウムメトキシエトキシド）を挙げることができる。
錫（Ｓｎ）化合物の例としては、塩化錫、硝酸錫、酢酸錫、または錫アルコキシド（例えば、錫イソプロポキシド、錫ブトキシド、錫エトキシド、錫メトキシエトキシド）を挙げることができる。
亜鉛（Ｚｎ）化合物の例としては、塩化亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛、または亜鉛アルコキシド（例えば、亜鉛イソプロポキシド、亜鉛ブトキシド、亜鉛エトキシド、亜鉛メトキシエトキシド）を挙げることができる。
ジルコニウム化合物の例としては、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、またはジルコニウムアルコキシド（例えば、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムメトキシエトキシド）を挙げることができる。
ガリウム（Ｇａ）化合物の例としては、硝酸ガリウム、塩化ガリウム、酢酸ガリウム、ガリウムアセチルアセトナートまたはガリウムアルコキシド（ガリウムメトキシド、ガリウムエトキシド、ガリウムプロポキシド、ガリウムブトキシド）を挙げることができる。
酸化物半導体膜形成溶液に用いる溶媒は、特に制限するわけではないが、例えば、２－メトキシエタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、２－エトキシエタノール、２－ブトキシエタノールの群から選択されるアルコール溶媒、酢酸、プロピオン酸、オクチル酸の群から選択されるカルボン酸の溶媒、または、水を採用することができる。ＴＦＴの特性向上の観点から、溶媒として水を用いることが好ましい。
酸化物半導体膜形成溶液に用いる酸化剤の例としては、限定するわけではないが、硝酸、硝酸塩、過酸化物、または過塩素酸塩を挙げることができる。ここで、例えば、酸化物半導体膜形成溶液調製時に、インジウム（Ｉｎ）化合物として硝酸インジウムを用いる場合には、それ自体が硝酸塩であるため、別途、酸化剤を加える必要はない。
また、酸化物半導体膜形成溶液は、当該溶液の焼成温度および焼成の強さを調整するために助焼成剤を含んでいてもよい。助焼成剤の例としては、限定するわけではないが、アセチルアセトン、アセチルアセトネート、尿素、または酢酸アンモニウムを挙げることができる。
酸化物半導体膜形成溶液の調製する際、溶媒に溶質を加えて、適宜加熱してもよい。
（工程（ｅ））
本工程は、工程（ｄ）で形成した積層体３０’の酸化物半導体膜１８’の表面に、紫外線を照射しながら、酸化物半導体膜１８’を加熱して、酸化物半導体層１８を形成する工程である（図２（ｅ））。
本工程は、工程（ｄ）で形成した積層体３０’の酸化物半導体膜１８’の表面に、紫外線を照射しながら、酸化物半導体膜１８’を加熱して、酸化物半導体層１８を形成する工程である（図２（ｅ））。
紫外線の照射は、ムラのない均一な酸化物半導体層１８を形成するために、酸化物半導体膜１８’の全面に均一に行うことが好ましい。この際、照射する紫外線の照度は、特に制限するわけではないが、５．０～１５．０ｍＷ／ｃｍ2、好ましくは７．０～１２．０ｍＷ／ｃｍ2とすることができる。このように、本工程で照射する紫外線の照度を、一般的な表面洗浄用ＵＶ装置に用いられている照度と同レベルに低くすることができる。
積層体３０’の加熱方法は、特に制限するわけではないが、例えば、ヒーターの加熱面に、基板１２の面が接触するように積層体３０’を設置して行うことができる。
積層体３０’の加熱条件は、大気中など酸素を含む環境下、まず、８０～１７０℃で初期加熱し、次いで、１８０～２００℃で焼成することが好ましい。初期加熱は主に、酸化物半導体膜１８’に含まれる溶媒を蒸発させることを目的とする。
（工程（ｆ））
本工程は、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成する工程である（図２（ｆ））。
本工程は、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成する工程である（図２（ｆ））。
ソース電極３２およびドレイン電極３４の形成としては、リフトオフ法など既知のいかなる方法を採用することができる。
リフトオフ法にて形成する場合、以下の手順で行うことができる。
酸化物半導体層１８上に、フォトリソグラフィー法によってパターニングされたレジスト膜を形成し、酸化物半導体層１８およびレジスト膜の上に、スパッタリング法などにより、金属層を形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、酸化物半導体層１８の上にソース電極３２およびドレイン電極３４を形成することができる。
レジスト膜の材料としては、通常用いられているリフトオフ層の材料、例えば、ロームアンドハース社製ＬＯＬ２０００および東京応化工業社製ＴＳＭＲ８９００を用いることができる。
金属層が、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成されている場合には、ＩＴＯ層ターゲット材として、５質量％の酸化錫（ＳｎＯ2）を含有するＩＴＯを用いることができる。また、金属層が、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）により形成されている場合には、ターゲット材として、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）を用いることができる。
（工程（ｇ））
本工程は、酸化物半導体層１８の一部、ソース電極３２、およびドレイン電極３４の上にレジスト膜３６を形成する工程（図２（ｇ））である。
本工程は、酸化物半導体層１８の一部、ソース電極３２、およびドレイン電極３４の上にレジスト膜３６を形成する工程（図２（ｇ））である。
レジスト膜３６は、例えば、フォトリソグラフィー法などの公知の方法により、パターニングして形成することができる。
レジスト膜３６の材料としては、通常用いられているレジスト材料、例えば、東京応化工業社製ＯＭＲ８５などを用いることができる。
（工程（ｈ））
本工程は、工程（ｇ）で形成したレジスト膜３６を備える積層体４０をエッチングすることにより、レジスト膜３６で覆われていない酸化物半導体層１８を除去して、薄膜トランジスタ１０を得る工程（図２（ｈ））である。
本工程は、工程（ｇ）で形成したレジスト膜３６を備える積層体４０をエッチングすることにより、レジスト膜３６で覆われていない酸化物半導体層１８を除去して、薄膜トランジスタ１０を得る工程（図２（ｈ））である。
エッチングとしては、例えば、ＩＴＯ用エッチャント（関東化学株式会社製ＩＴＯシリーズ）などのエッチャントを用いるウェットエッチング法またはアルゴンプラズマによるドライエッチング法を用いることができる。
酸化物半導体層の素子分離（工程（ｈ））後には、ソース電極３２およびドレイン電極３４と酸化物半導体層１８の密着性向上のため、薄膜トランジスタ１０をポストアニール処理することが好ましい。ポストアニールは、特に制限するわけではないが、ヒーターなどの加熱手段を用いて、１００～２００℃、好ましくは１８０～２００℃、１０分以上の熱処理により実施することができる。熱処理に加えて、紫外線照射を実施してもよい。この場合、紫外線の照度は、特に制限するわけではないが、５．０～１５．０ｍＷ／ｃｍ2、好ましくは７．０～１２．０ｍＷ／ｃｍ2とすることができる。
以上のとおり、本開示の方法によれば、２００℃以下のプロセス温度で薄膜トランジスタを製造することが可能である。このため、例えば、プラスチック基板上にＴＦＴを作製することができる。このように、本開示の方法は、フレキシブルディスプレイの製造用途など幅広い用途に適用することが可能である。したがって、低コスト化の実現も期待できる。
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。
＜ゲート絶縁膜形成溶液の検討＞
［ゲート絶縁膜形成溶液の調製］
（実施例１）
２－メトキシエタノールに、ランタンアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、ランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１６０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．１ｍｏｌ／ｋｇのランタン／ジルコニウム混合溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（実施例１）を得た。
［ゲート絶縁膜形成溶液の調製］
（実施例１）
２－メトキシエタノールに、ランタンアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、ランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１６０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．１ｍｏｌ／ｋｇのランタン／ジルコニウム混合溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（実施例１）を得た。
（比較例１）
２－メトキシエタノールに、硝酸ランタンと硝酸ジルコニウムをランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１２０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．１ｍｏｌ／ｋｇのランタン／ジルコニウム混合溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例１）を得た。
２－メトキシエタノールに、硝酸ランタンと硝酸ジルコニウムをランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１２０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．１ｍｏｌ／ｋｇのランタン／ジルコニウム混合溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例１）を得た。
（比較例２）
プロピオン酸に、ランタンアセテートを溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのランタン溶液を調製した。次いで、プロピオン酸に、ジルコニウムブトキシドを溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのジルコニウム溶液を調製した。調製したランタン溶液およびジルコニウム溶液の各溶液を、ランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように混合し、その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例２）を得た。次いで、得られたゲート絶縁膜形成溶液を、オートクレーブに移し、内部温度が１８０℃になるまで加熱した。この状態で、５時間保持して、容器内を、常温に戻すことにより、オートクレーブ処理したゲート絶縁膜形成溶液（比較例２）を得た。
プロピオン酸に、ランタンアセテートを溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのランタン溶液を調製した。次いで、プロピオン酸に、ジルコニウムブトキシドを溶解し、これを、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇのジルコニウム溶液を調製した。調製したランタン溶液およびジルコニウム溶液の各溶液を、ランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように混合し、その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例２）を得た。次いで、得られたゲート絶縁膜形成溶液を、オートクレーブに移し、内部温度が１８０℃になるまで加熱した。この状態で、５時間保持して、容器内を、常温に戻すことにより、オートクレーブ処理したゲート絶縁膜形成溶液（比較例２）を得た。
［紫外線吸光度測定］
調製したゲート絶縁膜形成溶液の紫外線吸光度を、紫外可視分光光度計（ＪＡＳＣＯ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製のＶ－６３０紫外可視分光光度計）を用いて測定した。その結果を、図３に示す。
調製したゲート絶縁膜形成溶液の紫外線吸光度を、紫外可視分光光度計（ＪＡＳＣＯ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．社製のＶ－６３０紫外可視分光光度計）を用いて測定した。その結果を、図３に示す。
図３に示すとおり、ゲート絶縁膜形成溶液（実施例１）は、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例１）および（比較例２）と比較し、紫外線波長領域において、吸光度の数値が高かった。
したがって、ゲート絶縁膜形成溶液（実施例１）は、ゲート絶縁膜形成溶液（比較例１）および（比較例２）と比較し、より紫外線を吸収するといえる。
この結果は、理論に拘束される訳ではないが、以下のような理由によると推測される。
ランタン化合物とジルコニウム化合物を溶媒に溶解させると、ランタン（Ｌａ）とジルコニウム（Ｚｒ）が酸素原子（Ｏ）を介して結合しているＬａ－Ｏ－Ｚｒコアが生じ、その周りに、化合物の陰イオンまたは溶媒が配位して、クラスターを形成する。
実施例１、比較例１、および比較例２では、化合物の陰イオンおよび／または溶媒のみが相違するため、Ｌａ－Ｏ－Ｚｒコアに配位する陰イオンおよび／または溶媒の種類が、溶液の紫外線吸収度に影響を及ぼすと考えられる。
実施例１では、ランタン化合物としてランタンアセチルアセトナートを使用している。アセチルアセトナートは、多くの金属イオンに配位する２座配位子として広く知られており、本溶液中においても、アセチルアセトナートが優先的にコアに配位していると考えられる。他方、比較例１および２では、ゲート絶縁膜形成溶液中に、アセチルアセトナートを含んでいない。
したがって、実施例１のゲート絶縁膜形成溶液において、比較例１および比較例２よりも紫外線の吸収が大きかったのは、アセチルアセトナートを含んでいたからであるといえる。
［薄膜トランジスタの製造］
（実施例２）
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いて、薄膜トランジスタを以下のように製造した。
（実施例２）
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いて、薄膜トランジスタを以下のように製造した。
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
その後、ゲート電極コンタクトのためにＡｇペーストを基板の四隅に形成した。
次に、ゲート電極層上に、スピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、回転時間２５秒間）により、実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液を塗布し、ゲート絶縁膜を形成した。
次いで、ゲート絶縁膜を形成した積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、ゲート絶縁膜の全面に照射して、ゲート絶縁層を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。以上に実施したスピンコート法によるゲート絶縁膜の形成、１５０℃での加熱および紫外線照射を伴う２００℃での加熱の一連の操作を合計３回繰り返すことにより、ゲート絶縁層を３層積層した。ゲート絶縁層の厚みは合計で、５０ｎｍであった。
続いて、得られた積層体から、先に形成したＡｇペーストを除去して、測定用ゲート電極出しを行った。
その後、ゲート絶縁層上に、スピンコート法（回転数３０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間）により、酸化物半導体膜形成溶液を塗布した。得られた積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、酸化物半導体膜の全面に照射して、酸化物半導体層を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。酸化物半導体層の厚みは、２０ｎｍであった。なお、酸化物半導体膜形成溶液としては、２－メトキシエタノールに、硝酸インジウムおよび硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛の原子数比が８：１となるように加え、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇに調製したインジウム／亜鉛溶液を使用した。
続いて、得られた酸化物半導体層上に、リフトオフ法により、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
その後、素子分離（酸化物半導体層のパターニング）のため、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を形成し、得られた積層体を、ＩＴＯ－０７（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）を用いたウェットエッチングによりエッチングした。
次いで、得られた積層体を、２００℃のホットプレート上で１０分間加熱することにより、薄膜トランジスタを作製した。
（比較例３）
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液の代わりに、比較例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いた以外は、実施例２と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液の代わりに、比較例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いた以外は、実施例２と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（比較例４）
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液の代わりに、比較例２で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いた以外は、実施例２と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
実施例１で調製したゲート絶縁膜形成溶液の代わりに、比較例２で調製したゲート絶縁膜形成溶液を用いた以外は、実施例２と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
［薄膜トランジスタの特性評価］
実施例２および比較例３および４で作製した薄膜トランジスタの特性を評価した。具体的には、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて、ゲート電圧ＶG（Ｖ）－ドレイン電流ＩD（Ａ）特性およびゲート電圧ＶG（Ｖ）－ゲート電流ＩG（Ａ）特性を測定した。その結果を、図４Ａから図４Cに示す。図４Ａは、実施例２の薄膜トランジスタの特性を示しており、図４Bは、比較例３の薄膜トランジスタの特性を示しており、図４Cは、比較例４の薄膜トランジスタの特性を示している。なお、図４Ａから図４Cに示す電圧ＶD＝５Ｖは、薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極間に印加された電圧が５Ｖであることを示している。
実施例２および比較例３および４で作製した薄膜トランジスタの特性を評価した。具体的には、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて、ゲート電圧ＶG（Ｖ）－ドレイン電流ＩD（Ａ）特性およびゲート電圧ＶG（Ｖ）－ゲート電流ＩG（Ａ）特性を測定した。その結果を、図４Ａから図４Cに示す。図４Ａは、実施例２の薄膜トランジスタの特性を示しており、図４Bは、比較例３の薄膜トランジスタの特性を示しており、図４Cは、比較例４の薄膜トランジスタの特性を示している。なお、図４Ａから図４Cに示す電圧ＶD＝５Ｖは、薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極間に印加された電圧が５Ｖであることを示している。
この結果によれば、実施例２の薄膜トランジスタのＶG－ＩD特性およびＶG－ＩG特性は、比較例３および４と比較し、良好であった。
以上により、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含むゲート絶縁膜形成溶液をＴＦＴの製造に用いることで、プロセス温度を２００℃として、良好な電気特性を有するＴＦＴを製造することができることを確認した。
以下の実施例において、当該ゲート絶縁膜形成溶液からＴＦＴを製造し、より詳細な電気特性を評価した。
＜薄膜トランジスタの製造およびトランジスタ特性評価＞
［薄膜トランジスタの製造］
（実施例３）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
［薄膜トランジスタの製造］
（実施例３）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
その後、ゲート電極コンタクトのためにＡｇペーストを基板の四隅に形成した。
次に、ゲート電極層上に、スピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、回転時間２５秒間）により、ゲート絶縁膜形成溶液を塗布し、ゲート絶縁膜を形成した。なお、ゲート絶縁膜形成溶液は、以下のように調製した。まず、２－メトキシエタノールに、ランタンアセチルアセトナートとジルコニウムブトキシドをランタンとジルコニウムとの原子数比が３：７となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌した。次いで、この溶液を耐圧容器に移し、１６０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより０．１ｍｏｌ／ｋｇのランタン／ジルコニウム混合溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液を得た。
次いで、ゲート絶縁膜を形成した積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、ゲート絶縁膜の全面に照射して、ゲート絶縁層を形成した。以上に実施したスピンコート法によるゲート絶縁膜の形成、１５０℃での加熱および紫外線照射を伴う２００℃での加熱の一連の操作を合計３回繰り返すことにより、ゲート絶縁層を３層積層した。ゲート絶縁層の厚みは合計で、５０ｎｍであった。
続いて、得られた積層体から、先に形成したＡｇペーストを除去して、測定用ゲート電極出しを行った。
その後、ゲート絶縁層上に、スピンコート法（回転数３０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間）により、酸化物半導体膜形成溶液を塗布した。得られた積層体を、１００℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、酸化物半導体膜の全面に照射して、酸化物半導体層を形成した。酸化物半導体層の厚みは、２０ｎｍであった。なお、酸化物半導体膜形成溶液としては、水に、硝酸インジウムを加え、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間撹拌して、０．１ｍｏｌ／ｋｇに調製したインジウム溶液を使用した。
続いて、得られた酸化物半導体層上に、リフトオフ法により、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
その後、素子分離（酸化物半導体層のパターニング）のため、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を形成し、得られた積層体を、ＩＴＯ－０７（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）を用いたウェットエッチングによりエッチングした。
次いで、得られた積層体を、２００℃のホットプレート上に静置し、照度が１０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を照射しながら、１０分間加熱することにより、薄膜トランジスタを作製した。
［トランジスタの特性評価］
実施例３で製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表１に示す。
実施例３で製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表１に示す。
表１ トランジスタ特性の測定結果
表１に示すとおり、実施例３の薄膜トランジスタは、良好なトランジスタ特性を有していた。特に、電界効果移動度（μ）が２ｃｍ2／Ｖｓ以上であり、ゲートリーク電流が８．１×１０-10Ａと良好であった。
以上のとおり、ゲート絶縁膜形成溶液として、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉ）を用いた場合に、薄膜トランジスタは、良好なトランジスタ特性を有していた。次に、ゲート絶縁膜形成溶液として、その他の特定の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉ）および溶液（ｉｉｉ）を用いた場合の薄膜トランジスタの電気特性を測定した。先ず、溶液（ｉｉ）を用いた場合の結果を以下に示す。
＜薄膜トランジスタの製造＞
（実施例４）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
（実施例４）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
その後、ゲート電極コンタクト領域を形成するためにＡｇペーストを基板の四隅に形成した。
次に、ゲート電極層上に、スピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、回転時間２５秒間）により、ゲート絶縁膜形成溶液を塗布し、ゲート絶縁膜を形成した。なお、ゲート絶縁膜形成溶液を、以下のように調製した。まず、２－メトキシエタノールに、サマリウムアセチルアセトナートおよびジルコニウムアセチルアセトナートを、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるように加え、１１０℃、３０分加熱攪拌し、０．１ｍｏｌ／ｋｇのサマリウム／ジルコニウム溶液を得た。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１６０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．１ｍｏｌ／ｋｇのサマリウム／ジルコニウム溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液を得た。
次いで、ゲート絶縁膜を形成した積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、ゲート絶縁膜の全面に照射して、ゲート絶縁層を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。以上に実施したスピンコート法によるゲート絶縁膜の形成、１５０℃での加熱および紫外線照射を伴う２００℃での加熱の一連の操作を合計３回繰り返すことにより、ゲート絶縁層を３層積層した。ゲート絶縁層の厚みは合計で５０ｎｍであった。
続いて、得られた積層体から、先に形成したＡｇペーストを除去して、測定用ゲート電極出しを行った。
その後、ゲート絶縁層上に、スピンコート法（回転数３０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間）により、酸化物半導体膜形成溶液を塗布し、得られた積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、酸化物半導体膜の全面に照射して、酸化物半導体層（ＩｎＺｎＯ層）を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。酸化物半導体層の厚みは、１５ｎｍであった。なお、酸化物半導体膜形成溶液としては、２－メトキシエタノールに、硝酸インジウムおよび硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛との原子数比が８：１になるように加え、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇに調製したものを使用した。
続いて、酸化物半導体層上に、リフトオフ法により、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
その後、素子分離（酸化物半導体層のパターニング）のため、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を形成し、得られた積層体を、ＩＴＯ－０２（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）を用いたウェットエッチングによりエッチングした。
次いで、得られた積層体を、２００℃のホットプレート上に静置し、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を照射しながら、１０分間加熱することにより、薄膜トランジスタを作製した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。
（実施例５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が２：８となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が２：８となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が３：７となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が３：７となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が２：８となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が２：８となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例９）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が３：７となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が３：７となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１０）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、イットリウムアセテートを用い、イットリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにイットリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、イットリウムアセテートを用い、イットリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにイットリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、セリウムアセテートを用い、セリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにセリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、セリウムアセテートを用い、セリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにセリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１２）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、プラセオジムアセテートを用い、プラセオジムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにプラセオジムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、プラセオジムアセテートを用い、プラセオジムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにプラセオジムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１３）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ネオジムアセテートを用い、ネオジムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにネオジムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ネオジムアセテートを用い、ネオジムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにネオジムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１４）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、サマリウムアセテートを用い、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにサマリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、サマリウムアセテートを用い、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにサマリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセテートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにユウロピウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセテートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにユウロピウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ガドリニウムアセテートを用い、ガドリニウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにガドリニウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ガドリニウムアセテートを用い、ガドリニウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにガドリニウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、テルビウムアセテートを用い、テルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにテルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、テルビウムアセテートを用い、テルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにテルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ジスプロシウムアセテートを用い、ジスプロシウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにジスプロシウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ジスプロシウムアセテートを用い、ジスプロシウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにジスプロシウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例１９）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ホルミウムアセテートを用い、ホルミウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにホルミウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ホルミウムアセテートを用い、ホルミウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにホルミウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２０）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、エルビウムアセテートを用い、エルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにエルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、エルビウムアセテートを用い、エルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにエルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ツリウムアセテートを用い、ツリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにツリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ツリウムアセテートを用い、ツリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにツリウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２２）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、イッテルビウムアセテートを用い、イッテルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにイッテルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、イッテルビウムアセテートを用い、イッテルビウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにイッテルビウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２３）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ルテチウムアセテートを用い、ルテチウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにルテチウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ルテチウムアセテートを用い、ルテチウムとジルコニウムとの原子数比が１：９となるようにルテチウムアセテートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に硝酸亜鉛を用いず、２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２４）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が４：６となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムアセチルアセトナートの代わりに、ユウロピウムアセチルアセトナートを用い、ユウロピウムとジルコニウムとの原子数比が４：６となるようにユウロピウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２５）
酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛の代わりに、硝酸ガリウムを用い、インジウムとガリウムとの原子数比が８：１となるように硝酸インジウムと硝酸ガリウムとを加え、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛の代わりに、硝酸ガリウムを用い、インジウムとガリウムとの原子数比が８：１となるように硝酸インジウムと硝酸ガリウムとを加え、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９９となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：９９となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が４：９６となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が４：９６となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例２８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が８：９２となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が８：９２となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加え、酸化物半導体膜形成溶液の調製時に、硝酸亜鉛を用いず、また２－メトキシエタノールの代わりに水を用いた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（比較例５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：１となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が１：１となるようにサマリウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートとを加えた以外は、実施例４と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
＜トランジスタの特性評価＞
上記実施例および比較例で製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表２に示す。
上記実施例および比較例で製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表２に示す。
（表２－１）
表２ トランジスタ特性の測定結果
表２ トランジスタ特性の測定結果
（表２－２）
（表２の続き）
（表２の続き）
表２に示すとおり、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、およびＹからなる群から選択される金属元素とＺｒとの原子数比が１：１．５～１：９９である実施例４～２８の薄膜トランジスタは、非常に良好な電気特性を有していた。薄膜トランジスタを、例えば高精細または大面積のディスプレイに適用する場合には、その駆動のために、概ね５０ｃｍ2／ｖｓ以上の電界効果移動度が求められるところ、実施例４～２８の薄膜トランジスタは、その要求を満たすものであった。
他方、比較例５の薄膜トランジスタは、実施例４～２８と比較し、その電気特性は非常に劣るものであった。このように、ゲート絶縁層を構成する酸化物において、金属元素（Ｓｍ）とジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が１：１程度であると電気特性の悪化が顕著であった。
以上のとおり、実施例４～２８の薄膜トランジスタは、プロセス温度を２００℃として製造した場合であっても、非常に良好な電気特性を有していた。このことから、当該薄膜トランジスタおよびその製造方法を、フレキシブルディスプレイ用途など幅広い用途に適用することが可能である。
次に、ゲート絶縁膜形成溶液として溶液（ｉｉｉ）を用いた場合の結果を以下に示す。
＜薄膜トランジスタの製造＞
（実施例２９）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
（実施例２９）
まず、洗浄したＳｉウェハ基板上に、スパッタリング法により、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層からなるゲート電極を形成した。次いで、チタン／白金（Ｔｉ／Ｐｔ）層が成膜された基板表面に、酸素プラズマによるアッシング処理（１５Ｗで１８０秒間）を施した。
その後、ゲート電極コンタクト領域を形成するためにＡｇペーストを基板の四隅に形成した。
次に、ゲート電極層上に、スピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ、回転時間２５秒間）により、ゲート絶縁膜形成溶液を塗布し、ゲート絶縁膜を形成した。なお、ゲート絶縁膜形成溶液を、以下のように調製した。まず、２－メトキシエタノールに、ジルコニウムアセチルアセトナートを加え、１１０℃、３０分加熱攪拌し、０．４ｍｏｌ／ｋｇのジルコニウム溶液を得た。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、１６０℃まで昇温し、１時間保持した後、常温に戻すことにより、０．４ｍｏｌ／ｋｇのジルコニウム溶液を調製した。その後０．２ｕｍのＰＴＦＥフィルターでろ過を行い、ゲート絶縁膜形成溶液を得た。
次いで、ゲート絶縁膜を形成した積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、ゲート絶縁膜の全面に照射して、ゲート絶縁層を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。以上に実施したスピンコート法によるゲート絶縁膜の形成、１５０℃での加熱および紫外線照射を伴う２００℃での加熱の一連の操作を合計３回繰り返すことにより、ゲート絶縁層を３層積層した。ゲート絶縁層の厚みは合計で５０ｎｍであった。
続いて、得られた積層体から、先に形成したＡｇペーストを除去して、測定用ゲート電極出しを行った。
その後、ゲート絶縁層上に、スピンコート法（回転数３０００ｒｐｍ、回転時間３０秒間）により、酸化物半導体膜形成溶液を塗布し、得られた積層体を、１５０℃に設定されたホットプレート上に５分間静置、加熱した後、温度を上昇させて２００℃とし、同温にて加熱しながら、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を６０分間、酸化物半導体膜の全面に照射して、酸化物半導体層（ＩｎＯ層）を形成した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。酸化物半導体層の厚みは、１５ｎｍであった。なお、酸化物半導体膜形成溶液としては、水に、硝酸インジウムを加え、１１０℃、回転数１０００ｒｐｍで３０分間、撹拌して、０．２ｍｏｌ／ｋｇに調製したものを使用した。
続いて、酸化物半導体層上に、リフトオフ法により、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
その後、素子分離（酸化物半導体層のパターニング）のため、フォトリソグラフィーによってレジスト膜を形成し、得られた積層体を、ＩＴＯ－０２（関東化学株式会社製のＩＴＯ用エッチャント）を用いたウェットエッチングによりエッチングした。
次いで、得られた積層体を、２００℃のホットプレート上に静置し、照度が１０．０ｍＷ／ｃｍ2の紫外線を照射しながら、１０分間加熱することにより、薄膜トランジスタを作製した。ここで、紫外線の照射は、ＵＶオゾンクリーナー（サムコ社製ＵＶ－３００Ｈ－Ｅ）を用いて行った。
（実施例３０）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用いた以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用いた以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにアルミニウムアセチルアセトナートを用いた以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにアルミニウムアセチルアセトナートを用いた以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３２）
酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛との原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛との原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３３）
酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸ガリウムを、インジウムとガリウムとの原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸ガリウムを、インジウムとガリウムとの原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３４）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛との原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸亜鉛を、インジウムと亜鉛との原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３５）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸ガリウムを、インジウムとガリウムとの原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ジルコニウムアセチルアセトナートの代わりにハフニウムアセチルアセトナートを用い、酸化物半導体形成溶液の調製時に、硝酸インジウムと硝酸ガリウムを、インジウムとガリウムとの原子数比が８：２となるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３６）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が９：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が９：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３７）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が７：３になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が７：３になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３８）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例３９）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が３：７になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が３：７になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例４０）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が１：９になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が１：９になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例４１）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、ハフニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、ハフニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例４２）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、ハフニウムとジルコニウムとの原子数比が９：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、ハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、ハフニウムとジルコニウムとの原子数比が９：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
（実施例４３）
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとハフニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
ゲート絶縁膜形成溶液の調製時に、アルミニウムアセチルアセトナートとハフニウムアセチルアセトナートとジルコニウムアセチルアセトナートを、アルミニウムとハフニウムとジルコニウムとの原子数比が１：１：１になるように混合した以外は、実施例２９と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
＜トランジスタの特性評価＞
製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表３に示す。
製造した薄膜トランジスタに関し、ｏｎ／ｏｆｆ比、閾値電圧（Ｖｔｈ）、サブスレッショルド特性（ＳＳ）、電界効果移動度（μsat）、ヒステリシス（Ｈｙｓ）、およびゲートリーク電流（Ａ）を測定して、そのトランジスタ特性を評価した。なお、これらのトランジスタ特性は、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４１５５Ｃ）を用いて測定した。その測定結果を表３に示す。
表３ トランジスタ特性の測定結果
表３に示すとおり、実施例２９～４３の薄膜トランジスタは、非常に良好な電気特性を有していた。薄膜トランジスタを、例えば高精細または大面積のディスプレイに適用する場合には、その駆動のために、概ね５０ｃｍ2／ｖｓ以上の電界効果移動度が求められるところ、実施例２９～４３の薄膜トランジスタは、その要求を満たすものであった。
以上のとおり、実施例２９～４３の薄膜トランジスタは、プロセス温度を２００℃として製造した場合であっても、非常に良好な電気特性を有していた。このことから、当該薄膜トランジスタおよびその製造方法を、フレキシブルディスプレイ用途など幅広い用途に適用することが可能である。
１０ 薄膜トランジスタ
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁層
１６’ ゲート絶縁膜
１８ 酸化物半導体層
１８’ 酸化物半導体膜
３２ ソース電極
３４ ドレイン電極
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁層
１６’ ゲート絶縁膜
１８ 酸化物半導体層
１８’ 酸化物半導体膜
３２ ソース電極
３４ ドレイン電極
Claims (12)
- ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える、薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、
セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）とを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である、酸化物から形成されており、
前記酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）とを含む酸化物、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）とを含む酸化物の群から選択される酸化物から形成されていることを特徴とする、薄膜トランジスタ。 - ゲート電極、ゲート絶縁層、および酸化物半導体層をこの順で備える、薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極の上にゲート絶縁膜形成溶液を塗布して、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
酸素を含む環境下、前記ゲート絶縁膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で前記ゲート絶縁膜を焼成して、ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に酸化物半導体膜形成溶液を塗布して、酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜の表面に紫外線を照射しながら、１８０～２００℃で前記酸化物半導体膜を焼成して、酸化物半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記ゲート絶縁膜形成溶液は、
ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である溶液（ｉ）であるか、
セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である溶液（ｉｉ）であるか、または、
ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉｉ）であり、
前記酸化物半導体膜形成溶液は、インジウム（Ｉｎ）、インジウム（Ｉｎ）と錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とジルコニウム（Ｚｒ）と亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）とガリウム（Ｇａ）からなる群から選択される金属元素と、酸化剤とを含むことを特徴とする、製造方法。 - 前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜形成溶液が前記溶液（ｉ）である場合に、照射される紫外線の照度が７～１２ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
- 前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜形成溶液が前記溶液（ｉｉ）または溶液（ｉｉｉ）である場合に、照射される紫外線の照度が５～１５ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
- 前記酸化物半導体層を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜形成溶液が前記溶液（ｉ）である場合に、照射される紫外線の照度が７～１２ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
- 前記酸化物半導体層を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜形成溶液が前記溶液（ｉｉ）または溶液（ｉｉｉ）である場合に、照射される紫外線の照度が５～１５ｍＷ／ｃｍ2であることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜形成溶液は、前記ゲート電極の上に塗布する前に、密閉容器内で、１５０～２００℃で加熱処理されていることを特徴とする、請求項２から６のいずれかに記載の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜形成溶液の溶媒が、アルコール溶媒であることを特徴とする、請求項２から７のいずれかに記載の製造方法。
- 前記酸化剤が、硝酸、硝酸塩、過酸化物、および過塩素酸塩からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２から８のいずれかに記載の製造方法。
- 薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液であって、
前記ゲート絶縁膜形成溶液は、
ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、ランタン（Ｌａ）と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、ランタン（Ｌａ）の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が０．８以上である溶液（ｉ）であるか、
セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）からなる群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）と、アセチルアセトナートとを含み、前記群から選択される金属元素と、ジルコニウム（Ｚｒ）との原子数比が、前記群から選択される金属元素の原子数を１としたときに、ジルコニウム（Ｚｒ）の原子数が１．５以上である溶液（ｉｉ）であるか、または、
ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種類の金属元素と、アセチルアセトナートとを含む溶液（ｉｉｉ）であることを特徴とする、薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液。 - 密閉容器内で、１５０～２００℃で加熱処理されていることを特徴とする、請求項１０に記載の薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液。
- 前記ゲート絶縁膜形成溶液の溶媒が、アルコール溶媒であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の薄膜トランジスタ用ゲート絶縁膜形成溶液。
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