JPWO2010061721A1 - 薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、酸化物半導体の形成におけるプロセス温度の低温化により、樹脂基板を用いた薄膜トランジスタの製造を可能とすることにある。また、低温化により素の生産効率の向上や薄膜トランジスタの性能のバラツキを低減することにある。本発明の薄膜トランジスタは、前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成された金属酸化物からなる半導体を有する薄膜トランジスタであって、金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とする。

Description

本発明は、プロセス温度の低温化により生産効率が向上した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタに関するものである。
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタについては知られている。
例えば、特許文献１〜３には、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の技術が開示されている。これら酸化物半導体を用いたＴＦＴは高性能を示すが、パルスレーザー蒸着法やスパッタ法等の、真空プロセスを用い形成される。また製造のプロセス温度が高く、樹脂基板を用いることができない。更にターゲットの焼結形成等には高い温度を要するなどエネルギー効率も悪い。
また、金属塩や有機金属を分解酸化（加熱、分解反応）することで、非晶質酸化物半導体を形成する方法も知られている。例えば特許文献４、５に記載された方法がある。
これらにおいては、前駆体の酸化に、熱酸化または、プラズマ酸化を用いている。しかしながら、これらの前駆体の熱酸化を用いる場合においても、３００℃以上、実質４００℃以上の非常に高い温度域で処理しないと求める性能達成は通常は難しい。従って、これらにおいても、エネルギー効率が悪いことや、比較的長い処理時間を要してしまうこと、また、性能のバラツキも出やすく、更に処理中の基板温度も処理温度と同じ温度まで上昇するため、（軽く、フレキシビリティを有する）樹脂基板などへの適用が困難となっている。
本発明により、真空下でなく、常圧下で効率的な生産が可能となり、酸化物半導体の形成におけるプロセス温度を低減し、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ素子を用いたデバイスを樹脂基板に適用することが可能となる。
特開２００６−１６５５２７号公報 特開２００６−１６５５２８号公報 特開２００７−７３７０５号公報 特開２００３−１７９２４２号公報 特開２００５−２２３２３１号公報
本発明の目的は、酸化物半導体の形成におけるプロセス温度の低温化により、樹脂基板を用いた薄膜トランジスタの製造を可能とすることにある。また、低温化によりその生産効率の向上や薄膜トランジスタの性能のバラツキを低減することにある。
本発明の上記課題は以下の手段により達成されるものである。
１．前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成された金属酸化物からなる半導体を有する薄膜トランジスタにおいて、該金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ該金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
２．前記金属酸化物における第１の金属元素と第２の金属元素との比率が、１：５〜５：１であることを特徴とする前記１に記載の薄膜トランジスタ。
３．前記金属酸化物が、前記前駆体を加熱して形成されたものであることを特徴とする前記１または２に記載の薄膜トランジスタ。
４．前記加熱が１００℃以上３００℃以下の温度であることを特徴とする前記３に記載の薄膜トランジスタ。
５．前記前駆体を加熱して前記金属酸化物を形成する工程において、該金属酸化物がマイクロ波を照射されることを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
６．樹脂基板上に形成されることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
７．前駆体の溶液または分散液の塗布膜から、金属酸化物からなる半導体を形成する薄膜トランジスタの製造方法において、該金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ該金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であり、かつ、前記前駆体を１００℃以上３００℃以下の温度で加熱することで形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
８．樹脂基板上に形成されることを特徴とする前記７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
本発明により、酸化物半導体の形成におけるプロセス温度を低温化でき、生産効率の向上や薄膜トランジスタの性能のバラツキを低減することができ、また、樹脂基板を用い薄膜トランジスタを製造することができる。
薄膜トランジスタ素子の代表的な構成を示す図である。 薄膜トランジスタシートの１例の概略の等価回路図である。 薄膜トランジスタ製造の各工程を示す断面模式図である。
本発明は、前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成される金属酸化物からなる半導体を有する薄膜トランジスタであり、金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
本発明においては、酸化物半導体は、半導体前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成される。
塗布即ち、ウェットプロセスにより形成されることから、真空設備を必要とせず、均一な膜厚をもつ前駆体薄膜が形成され、更に、熱処理等によってこれを酸化物半導体に変換し形成されるところから、大規模な真空設備を要せず、また、スパッタ法等のように成膜後に、高温の焼成処理を行うことなく、容易に酸化物半導体を形成でき、これを用いた薄膜トランジスタが比較的低温で製造できる。
これまで、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス金属酸化物半導体膜は、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＝１〜５）組成で表される多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法で形成される。
これの非晶質酸化物薄膜酸化物半導体は移動度も高く高性能だが、パルスレーザー蒸着法またはスパッタ法等により形成されることが普通であるため、かなりの高温を必要とし、また、ターゲット自体の製造においては１０００℃以上にもなる非常に高い温度を必要とする。従って半導体をプラスチック等の基板上に形成することは難しかった。
ウェットプロセスによる形成は、上記のスパッタ法等に比べると低温化されているとはいえ、金属組成等の構成によっては、充分な低温化が難しく、樹脂基板に適用するためには、更に低温での半導体への変換処理が望ましい。
本発明は、３００℃以下の熱処理によっても、半導体前駆体の塗布膜を、金属酸化物半導体に熱変換し、かつ、高い移動度を有する金属酸化物半導体を得る構成を見いだしたものである。
本発明は、前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成された金属酸化物からなる半導体を有する薄膜トランジスタであって、半導体層を構成する金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ金属酸化物中の全金属元素中における第３の元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とするものである。
Ｉｎ、またＧａ等は比較的融点の低い金属であると思われるが、酸化物への変換温度を低くできるのに対し、亜鉛等関しては融点が比較的高いことがあり酸化物への変換温度も高いためと思われ、前記比率以下で含有されること、また含有されないこと（＝０）が、前記の比較的低温での熱処理によって、前駆体から酸化物半導体に変換する上で必要と思われる。
また、前記金属酸化物における第１の金属元素と第２の金属元素との比率は、１：５〜５：１の範囲であることが薄膜トランジスタの性能上より好ましい。
本発明における前記の金属の比率は、金属の原子数比率である。またグラム原子比率といってもよい。
酸化物半導体におけるこれら金属数比率は、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）によって（例えばＸ線光電子分光分析装置ＥＳＣＡ Ｌａｂ ２００Ｒ等（ＶＧエレメンタル社製）等を用い）求めることができる。
Ｘ線光電子分光法とは試料に単色化されたＸ線を照射して表面から放出された光電子の運動エネルギーを分析する方法であり、試料表面の深さ数ｎｍに存在する元素組成を定性および定量することができる。
具体的には、Ｘ線アノードにはＭｇを用い、出力６００Ｗ（加速電圧１５ｋＶ、エミッション電流４０ｍＡ）で測定した。エネルギー分解能は、清浄なＡｇ３ｄ５／２ピークの半値幅で規定したとき、１．５ｅＶ〜１．７ｅＶとなるように設定した。
測定としては、先ず、結合エネルギー０ｅＶ〜１１００ｅＶの範囲を、データ取り込み間隔１．０ｅＶで測定し、いかなる元素が検出されるかを求めた。
次に、検出された、エッチングイオン種を除く全ての元素について、データの取り込み間隔を０．２ｅＶとして、その最大強度を与える光電子ピークについてナロースキャンをおこない、各元素のスペクトルを測定した。
得られたスペクトルは、測定装置、あるいは、コンピュータの違いによる含有率算出結果の違いを生じせしめなくするために、ＶＡＭＡＳ−ＳＣＡ−ＪＡＰＡＮ製のＣＯＭＭＯＮ ＤＡＴＡ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ （Ｖｅｒ．２．３以降が好ましい）上に転送した後、同ソフトで処理を行い、各分析ターゲットの元素（Ｉｎ、Ｇａ、酸素等）の含有率の値を原子数濃度（ａｔｏｍｉｃ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：ａｔ％）として求める。
定量処理を行う前に、各元素についてＣｏｕｎｔ Ｓｃａｌｅのキャリブレーションを行い、５ポイントのスムージング処理を行った。定量処理では、バックグラウンドを除去したピークエリア強度（ｃｐｓ＊ｅＶ）を用いた。バックグラウンド処理には、Ｓｈｉｒｌｅｙによる方法を用いた。また、Ｓｈｉｒｌｅｙ法については、Ｄ．Ａ．Ｓｈｉｒｌｅｙ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．，Ｂ５，４７０９（１９７２）を参考にすることができる。
本発明においては、基板上に、半導体前駆体材料の溶液または分散液の塗布膜を配置して、これに熱酸化またプラズマ照射等の変換処理を施して、前駆体材料を酸化物半導体に変換する。
（半導体前駆体材料）
半導体前駆体材料とは、熱酸化等の変換処理によって金属酸化物からなる半導体層に変換される材料を意味し、具体的には、例えば、以下の金属原子含有化合物が挙げられる。
金属原子含有化合物としては、金属原子を含む、金属塩、ハロゲン化金属化合物、有機金属化合物等を挙げることができる。
金属塩、ハロゲン金属化合物、有機金属化合物の金属としては、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等を挙げることができる。
それらの金属塩のうち、本発明においては、第一の金属としてインジウムを、また第二の金属としてガリウム、またはアルミニウムを含むようにすればよい。また、錫、亜鉛のいずれかの金属については前記の範囲で含む、あるいは含まないものとする。
金属塩としては、硝酸塩、酢酸塩等を、ハロゲン金属化合物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等を好適に用いることができる。
有機金属化合物を用いる場合は、下記の一般式（Ｉ）で示すものが挙げられる。
一般式（Ｉ）
Ｒ１ ｘＭＲ２ ｙＲ３ ｚ
式中、Ｍは金属、Ｒ１はアルキル基、Ｒ２はアルコキシ基、Ｒ３はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基であり、金属Ｍの価数をｍとした場合、ｘ＋ｙ＋ｚ＝ｍであり、ｘ＝０〜ｍ、またはｘ＝０〜ｍ−１であり、ｙ＝０〜ｍ、ｚ＝０〜ｍで、いずれも０または正の整数である。Ｒ１のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。Ｒ２のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、３，３，３−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。Ｒ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう）、１，１，１，５，５，５−ヘキサメチル−２，４−ペンタンジオン、２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオン、１，１，１−トリフルオロ−２，４−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基（またはアセトキシ基）、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は１８以下が好ましい。また直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。有機金属化合物の中では、分子内に少なくとも１つ以上の酸素を有するものが好ましい。このようなものとしてＲ２のアルコキシ基を少なくとも１つを含有する有機金属化合物、またＲ３のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基およびケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）から選ばれる基を少なくとも１つ有する金属化合物が最も好ましい。
以上の金属酸化物半導体前駆体のうち、好ましいのは、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、アルコキシド類である。具体例としては、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ（２価）、塩化スズ（４価）、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−ｉ−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス（ジピバロイルメタナト）亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−ｉ−プロポキシスズ、トリ−ｉ−プロポキシガリウム、トリ−ｉ−プロポキシアルミニウムなどが挙げられる。
金属塩のなかでは、硝酸塩が好ましい。硝酸塩は高純度品が入手しやすく、また使用時の媒体として好ましい水に対する溶解度が高い。硝酸塩としては、硝酸インジウム、硝酸ガリウム、硝酸アルミニウム、硝酸亜鉛、硝酸錫等が挙げられる。
（金属酸化物半導体前駆体薄膜の成膜方法、パターン化方法）
これらの金属酸化物半導体の前駆体となる金属を含有する薄膜を形成するため本発明においては金属塩、ハロゲン化物、有機金属化合物等前駆体材料を適切な溶媒に溶解した溶液を用いて基板上に連続的に塗設する。この点からも、金属化合物としては、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、金属アルコキシド等を用いることが溶解性の観点からより好ましい。中でも硝酸塩が好ましい。
溶媒としては、水の他、用いる金属化合物を溶解するものであれば特に制限されるところではないが、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル系、また、アセトニトリルなど、更に、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、ｏ−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、ｍ−クレゾール等の芳香族系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、トリデカンなどの脂肪族炭化水素溶媒、α−テルピネオール、また、クロロホルムや１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、Ｎ−メチルピロリドン、２硫化炭素等を好適に用いることができる。
金属ハロゲン化物および／または金属アルコキシドを用いた場合には比較的極性の高い溶媒が好ましく、中でも沸点が１００℃以下の水、エタノール、プロパノール等のアルコール類、アセトニトリル、またはこれらの混合物を用いると乾燥温度を低くすることができるため、樹脂基板に塗設することが可能となりより好ましい。
また、溶媒中に金属アルコキシドと種々のアルカノールアミン、α−ヒドロキシケトン、β−ジケトンなどの多座配位子であるキレート配位子を添加すると、金属アルコキシドを安定化させたり、カルボン酸塩の溶解度を増加させることができ、悪影響が出ない範囲で添加することが好ましい。
半導体前駆体材料を含有する液体を基材上に適用して薄膜を形成する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、バーコート法、ダイコート法など塗布法、また、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法等、広い意味での塗布による方法が挙げられ、また、これによりパターン化する方法などが挙げられる。また、塗布膜からフォトリソグラフ法、レーザーアブレーションなどによりパターン化してもよい。これらのうち、好ましいのは薄膜の塗布が可能な、インクジェット法、スプレーコート法等である。中でも静電吸引方式のスーパーインクジェット法は微細な描画が可能なことから好ましい。
成膜する場合、塗布後、１５０℃程度で溶媒を揮発させることにより金属酸化物の前駆体の薄膜が形成される。なお、溶液を滴下する際、基板自体を１５０℃程度に加熱しておくと、塗布、乾燥の２プロセスを同時に行えるため好ましい。
これら前駆体となる金属を含む薄膜の膜厚は１〜２００ｎｍ、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
（金属の組成比）
本発明の金属酸化物半導体は、従って、金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とする。
また、前記金属酸化物において、第１の金属元素と第２の金属元素との比率が、１：５〜５：１であることが好ましい。
本発明の金属酸化物半導体は、中でもＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス金属酸化物であることが好ましく、ここにおいて、亜鉛の比率が２５％以下、好ましくは、１０％以下、また、０であることが好ましい。
亜鉛等は、酸化物形成の熱酸化温度が高いためと思われるが、金属酸化物中の組成比をこのように原子数で２５％以下の量となるよう、前駆体の金属塩等の金属比率を調整することで、３００℃以下の低温焼成においても、高移動度の酸化物半導体が形成される。
２５％よりも多くなると、充分に金属酸化物への変換が行われない可能性がある。
（非晶質酸化物）
形成される金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質（アモルファス）の薄膜を用いる。
金属酸化物半導体の前駆体となる金属化合物材料から形成された、本発明に係る金属酸化物である非晶質酸化物の電子キャリア濃度は１０１８／ｃｍ３未満が実現されていればよい。電子キャリア濃度は室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば２５℃であり、具体的には０℃から４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係るアモルファス酸化物の電子キャリア濃度は、０℃から４０℃の範囲全てにおいて、１０１８／ｃｍ３未満を充足する必要はない。例えば、２５℃において、キャリア電子密度１０１８／ｃｍ３未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、１０１７／ｃｍ３以下、より好ましくは１０１６／ｃｍ３以下にするとノーマリーオフのＴＦＴが歩留まり良く得られる。
電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることができる。
金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
本発明においては、前駆体材料、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、１０１２／ｃｍ３以上１０１８／ｃｍ３未満とする。より好ましくは１０１３／ｃｍ３以上１０１７／ｃｍ３以下、更には１０１５／ｃｍ３以上１０１６／ｃｍ３以下の範囲にすることが好ましいものである。
前駆体の組成比と、形成される酸化物半導体の金属組成比は必ずしも一致しないので、形成される酸化物半導体での前記金属比率を達成するため、前駆体の混合比を焼成後の金属酸化物中の比率において、前記の値となるよう、試行により調整し塗布する必要がある。
前駆体材料薄膜の酸化物半導体への転化には、前駆体材料薄膜を有する基板を加熱すればよい、本発明の構成をもつとき、３００℃以下の温度で容易に半導体に変換される。
前駆体材料の加熱による酸化物半導体への変換は、基本的には熱酸化であり、大気中等、酸素の存在下において加熱処理を行えばよい。
加熱の方法としては特に限定はないが、具体的には、前記の加熱は、基板、また基板上に形成される他の要素が、熱により変性しない温度範囲で２０分間〜数時間の加熱を行えばよい。
樹脂基板を用いる場合には、１００℃以上３００℃以下の温度、好ましくは１８０〜２５０℃で、２０秒〜３０分間、好ましくは２０分間〜数時間の加熱を行えばよい。加熱条件（温度、時間）は前駆体材料の種類また酸素条件等によって異なるため、上記の範囲で適宜選択する。加熱は、あらゆる適切な加熱手段により行われるが、各種電気オーブン、ドライ・ヒートブロック、マイクロウェーブ・オーブン、各種ヒータなどが例示される。しかし、これらに限定されるものではない。
また、変換処理時、マイクロ波を利用することが好ましく、マイクロ波の吸収を利用した発熱によって前駆体薄膜を加熱処理することができ、加熱された領域において前駆体材料を酸化物半導体に転化させることができる。前駆体から金属酸化物に変換された材料がマイクロ波を吸収することで、また、マイクロ波吸収源を近傍においておくことで、マイクロ波の照射により前駆体薄膜あるいは半導体薄膜を加熱することができる。例えば、後述の図１（ｄ）等の場合、前駆体薄膜のほか、ゲート電極等を、例えばＩＴＯ等マイクロ波吸収材料により形成しておけば、前駆体薄膜また形成される酸化物半導体自体が発熱するほか、マイクロ波をこれに照射して発熱させることで、半導体薄膜を加熱することができる。マイクロ波とは０．３〜５０ＧＨｚの周波数をもつ電磁波をさす。
薄膜表面の温度、基板の温度等は熱電対を用いた表面温度計、また非接触の表面温度計により測定することができる。
また、プラズマ酸化や、酸素の存在下紫外光照射を行い光酸化処理する等の方法でも前駆体材料薄膜を半導体層に転化することができる。
これらの方法により、金属酸化物への変換処理に必要とされる温度が低温化した前記の金属酸化物半導体の前駆体は、３００℃以下という緩和な条件での加熱処理（焼成）によって、酸化物半導体への転化が充分に行われる。
酸化物への変換に必要とされる温度が上昇すると、このように緩和な熱処理では、形成される酸化物半導体の移動度があがらず、また、得られる半導体層の例えば、移動度についても安定せずバラツキが多く薄膜トランジスタの特性にもバラツキが出てしまう。
以下、本発明において、薄膜トランジスタまた薄膜トランジスタシートを構成する他の各要素について説明する。
半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
次いで、以下、薄膜トランジスタを構成する他の各要素について説明する。
（電極）
本発明において、ＴＦＴ素子を構成するソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極に用いられる導電性材料としては、電極として実用可能なレベルでの導電性があればよく、特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、また、例えば、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛等の電磁波吸収能をもつ電極材料、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられる。
また、導電性材料として、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。
金属微粒子を含有する分散物としては、例えば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物である。金属微粒子から電極を形成するには、前述の方法を同様に用いることができ、金属微粒子の材料としては上記の金属を用いることができる。
（電極等の形成方法）
電極の形成方法としては、上記を原料として、マスクを介して蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成する方法、また蒸着やスパッタリング等の方法により形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーション等により形成してもよい。更に導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
また、ソース、ドレイン、またゲート電極等、またゲートバスライン、ソースバスライン等を、エッチングまたはリフトオフ等感光性樹脂等を用いた金属薄膜のパターニングなしに形成する方法として、無電解メッキ法による方法が知られている。
無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開２００４−１５８８０５号にも記載されたように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法（インクジェット印刷含む。）によって、パターニングした後に、メッキ剤を、電極を設ける部分に接触させる。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により無電解メッキが施されて、電極パターンが形成されるというものである。
無電解メッキの触媒とメッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。
印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、平版、凸版、凹版またインクジェット法による印刷などが用いられる。
本発明のソース、あるいはドレイン電極の電極材料、また形成方法としては、塗布あるいは印刷法等のウェットプロセスにより、容易に成膜が可能な流動性電極材料を用いて形成されることが好ましい。
流動性電極材料としては、公知の導電性ペーストなどを用いてもよいが、平均粒子径は１〜３００ｎｍの金属微粒子分散物が好ましく、更に、中でも粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物である金属ナノ微粒子分散液等が挙げられる。また導電性ポリマー溶液、分散液等を好適に用いることができる。
このような金属微粒子の分散物の作製方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平１１−７６８００号公報、同１１−８０６４７号公報、同１１−３１９５３８号公報、特開２０００−２３９８５３号公報等に示されたコロイド法、特開２００１−２５４１８５号公報、同２００１−５３０２８号公報、同２００１−３５２５５号公報、同２０００−１２４１５７号公報、同２０００−１２３６３４号公報、特許第２５６１５３７号などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物である。
導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法により適用する方法を用いることができる。
印刷等により基板上に適用後、１５０〜４５０℃の温度で焼成処理を行うことで融着が進み低抵抗の電極となる。
（ゲート絶縁膜）
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては、種々の絶縁膜を用いることができる。特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマＣＶＤ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。
これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法である。
ゲート絶縁膜（層）が陽極酸化膜または該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。
陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂等を用いることもできる。
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
（基板）
基板を構成する支持体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、紙、不織布などを用いることができるが、本発明においては、支持体（基板）は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができると共に、衝撃に対する耐性を向上できる。
（素子構成）
図１は薄膜トランジスタ素子の代表的な構成を示す図である。
同図（ａ）は、支持体６上にソース電極２、ドレイン電極３を形成し、これを基材（基板）として、両電極間に半導体層１を形成し、その上に絶縁層５を形成し、更にその上にゲート電極４を形成して電界効果薄膜トランジスタを形成したものである。同図（ｂ）は、半導体層１を、（ａ）では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極および支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。（ｃ）は、支持体６上に先ず半導体層１を形成し、その後ソース電極２、ドレイン電極３、絶縁層５、ゲート電極４を形成したものを表す。
同図（ｄ）は、支持体６上にゲート電極４、絶縁層５を形成し、その上に、ソース電極２およびドレイン電極３を形成し、該電極間に半導体層１を形成する。その他同図（ｅ）、（ｆ）に示すような構成を取ることもできる。
図２は、薄膜トランジスタ素子が複数配置される電子デバイスである薄膜トランジスタシート１０の１例の概略の等価回路図である。
薄膜トランジスタシート１０はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子１４を有する。１１は各薄膜トランジスタ素子１４のゲート電極のゲートバスラインであり、１２は各薄膜トランジスタ素子１４のソース電極のソースバスラインである。各薄膜トランジスタ素子１４のドレイン電極には、出力素子１６が接続され、この出力素子１６は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子１６として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１５は蓄積コンデンサ、１７は垂直駆動回路、１８は水平駆動回路である。
この様な、支持体上にＴＦＴ素子を２次元的に配列した薄膜トランジスタシートの作製に本発明の方法を用いることができる。
以下、本発明に係る酸化物半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタの製造方法について具体的に説明する。
実施例１
（薄膜トランジスタ１の作成）
本発明の好ましい実施形態における薄膜トランジスタ製造の各工程を図３の断面模式図を用いて説明する。
支持体３０１として、ポリイミド樹脂フィルム（２００μｍ）を用い、この上に、先ず、５０Ｗ／ｍ２／ｍｉｎの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。
（下引き層の形成）
下記組成の塗布液を乾燥膜厚２μｍになるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、６０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯下１０ｃｍの距離から４秒間硬化させた。
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 ６０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート２量体 ２０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３量体以上の成分 ２０ｇ
ジエトキシベンゾフェノンＵＶ開始剤 ２ｇ
シリコーン系界面活性剤 １ｇ
メチルエチルケトン ７５ｇ
メチルプロピレングリコール ７５ｇ
更にその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層（バリア層）３１０とした（図３（１））。なお、大気圧プラズマ処理装置は特開２００３−３０３５２０号公報に記載の図６に準じた装置を用いた。
（使用ガス）
不活性ガス：ヘリウム９８．２５体積％
反応性ガス：酸素ガス１．５体積％
反応性ガス：テトラエトキシシラン蒸気（ヘリウムガスにてバブリング）０．２５体積％
（放電条件）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ２
（電極条件）
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを１ｍｍ被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてＲｍａｘ５μｍとした誘電体（比誘電率１０）を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
次いで、ゲート電極を形成する。スパッタ法により、厚さ３００ｎｍのＩＴＯ膜を一面に成膜した後、フォトリソグラフ法により、エッチングしてゲート電極３０２を形成した。（図３（１））
次いで、更にフィルム温度２００℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ１８０ｎｍの酸化珪素膜を設けゲート絶縁層３０３を形成した（図３（２））。
次いで、オクチルトリクロロシラン（Ｃ８Ｈ１７ＳｉＣｌ３）（ＯＴＳ）を溶解したトルエン溶液（０．１質量％、６０℃）に基板を１０分間浸漬した後、トルエンですすぎ、更に、超音波洗浄器中で１０分間処理後、乾燥させることで、ゲート絶縁膜表面全面がＯＴＳと反応し表面処理された。表面処理によりオクチルトリクロロシランによる単分子膜が形成するが図では便宜的に表面処理層３０８でこの単分子膜を表した（図３（３））。
この表面処理を行ったＳｉウェハー上に、半導体チャネル領域に対応させた光透過部を有するフォトマスクＭを介して、低圧水銀灯から波長２５４ｎｍの紫外光を照射した（図３（４））。これにより、露光部の表面が分解され、表面処理部が親水化された。エタノールで洗浄し分解物を除去して、チャネル領域に対応する部分のゲート絶縁層３０３表面を露出させた（図３（５））。
次ぎに、硝酸インジウム、硝酸ガリウム、硝酸亜鉛を、それぞれ形成される酸化物の金属比（グラム原子比）で１：１：１となるよう混合し１０質量％水溶液（５質量％エタノールを含有）としたものをインクとして、ピエゾ方式のインクジェットを用いて半導体層パターン（略ゲート電極パターン）に従ってインクを吐出し、半導体の前駆体材料薄膜３０６’を形成した（図３（６））。水溶液の塩比率は硝酸インジウム、硝酸ガリウム、硝酸亜鉛についてモル比で、大凡１：０．５：１程度に混合した。
なお、形成した半導体膜の金属比率は、Ｘ線光電子分光分析装置ＥＳＣＡ Ｌａｂ ２００Ｒ等（ＶＧエレメンタル社製）等を用い求めた。
１００℃で熱処理し乾燥し、形成した前駆体材料薄膜３０６’の平均膜厚は３０ｎｍであった。
更に、支持体側からマイクロ波照射を行った。即ち、酸素と窒素の分圧が１：１の雰囲気、大気圧条件下で、５００Ｗの出力でマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を照射し２００℃で２０分間の処理を行った。ＩＴＯ（ゲート電極３０２）のマイクロ波吸収による発熱で前駆体材料は酸化物半導体に変換され、ゲート絶縁膜上、ゲート電極に対向して酸化物半導体層３０６が形成された（図３（７））。また、マイクロ波出力を調整して加熱温度を、１５０℃、２５０℃、３００℃でそれぞれ処理を行ったものをそれぞれ作成した。表面温度は熱電対を用いた表面温度計により測定した。
更に、オクチルトリクロロシラン（Ｃ８Ｈ１７ＳｉＣｌ３）（ＯＴＳ）を溶解したトルエン溶液（０．１質量％、６０℃）に基板を１０分間浸漬した後、トルエンですすぎ、更に、超音波洗浄器中で１０分間処理後、乾燥させることで、形成した酸化物半導体層３０６表面もＯＴＳと反応し単分子膜が形成され表面処理された。同様に、表面処理層３０８でこの単分子膜を表した（図３（８））。
次いで、半導体層上の保護膜の形成領域以外を覆うマスクを用いて、保護膜形成領域を２５４ｎｍの紫外光にて照射した（図３（９））。半導体層上の保護膜形成領域の表面処理層３０８を分解し半導体層を露出させた。なお、保護膜の幅がチャネル長（ソース電極３０４、ドレイン電極３０５の距離）を形成するので、保護膜の幅が１５μｍとなるよう露光領域を調整し半導体層のチャネル領域のみ露出させた（図３（１０））。
次に酸化物半導体層３０６上にパーヒドロポリシラザン（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製 アクアミカＮＰ１１０（登録商標））キシレン溶液を前記同様のピエゾ方式のインクジェット装置を用いて酸化物半導体層内の所定の領域に適用した（図７（１１））。次いでこれを１５０℃〜５００℃の範囲、ここでは前記同様にマイクロ波を照射してゲート電極の発熱により２００℃、で２０分程度の熱処理を行って、二酸化ケイ素の薄膜層に転化させ保護層３０７を形成した（図３（１２））。保護層の厚みは２００ｎｍであった。
次に、前記と同様の大気圧プラズマ装置を用い下記条件で酸素プラズマ処理し残っている表面処理層３０８を分解し、ゲート絶縁層３０３および酸化物半導体層３０６の表面の一部を露出させた（図３（１３））。
（使用ガス）
不活性ガス：窒素ガス ９８体積％
反応性ガス：酸素ガス ２体積％
（放電条件）
高周波電源：１３．５６ＭＨｚ
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ２
次ぎに、銀微粒子分散液（Ｃａｂｏｔ社製 ＣＣＩ−３００（銀含有率２０質量％））を、ピエゾ方式のインクジェットヘッドから射出し、半導体層の露出領域を含むソース電極、ドレイン電極部分に印刷を施した。次いで２００℃で３０分間熱処理して、ソース電極３０４およびドレイン電極３０５を形成した（図２（１４））。それぞれのサイズは、幅４０μｍ、長さ１００μｍ（チャネル幅）厚さ１００ｎｍであり、ソース電極３０４、ドレイン電極３０５の距離（チャネル長）は２０μｍとした。
また、以上の方法により酸化物半導体への熱変換処理の温度を変えた４種の薄膜トランジスタ１を作製した。
（薄膜トランジスタ２〜６の作成）
実施例１にて半導体層の形成を、それぞれ形成される酸化物の金属比（グラム原子比）がインジウム、ガリウム、亜鉛の比率で表１に示す比率となるよう硝酸インジウム、硝酸ガリウム、そして硝酸亜鉛の量を調整して混合した溶液をそれぞれ用いて、前駆体薄膜を形成したのち、各試料について、更にマイクロ波出力を調整し加熱温度を、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃とそれぞれ変えて、同様に半導体層を作成し、薄膜トランジスタ２〜６をそれぞれ４種ずつ作成した。
なお、形成した半導体膜の金属比率は、Ｘ線光電子分光分析装置ＥＳＣＡ Ｌａｂ ２００Ｒ等（ＶＧエレメンタル社製）等を用い求めた。また、温度は熱電対を用いた表面温度計により測定した。
上記で作成した薄膜トランジスタについて、ドレインバイアスを１０Ｖとし、ゲートバイアスを−３０Ｖから＋３０Ｖまで掃引したときのドレイン電流の増加（伝達特性）について観測し、その飽和領域から移動度（ｃｍ２／Ｖｓ）を見積もった。また、ドレイン電流の立ち上がりのゲート電圧Ｖｇ（ＯＮ）、およびドレイン電流の最大値と最小値の比の常用対数の値（ｏｎ／ｏｆｆ比）を評価し、それらの結果について表１に示した。
表１に記載の如く、半導体においてＺｎが本発明の比率をもつ薄膜トランジスタの移動度が高く、良好に駆動し、ｎ型のエンハンスメント動作を示した。しかしながら、亜鉛比率が範囲外となるものは２５０℃、２００℃の温度で熱処理したものにおいても、移動度が低く、１８０℃で処理したものについては全く駆動しなかった。
以上のように、亜鉛比率が本発明の範囲内のものは低い温度での熱処理によっても移動度の高い半導体層を形成することがわかる。
実施例２
（薄膜トランジスタ７の作製）
前記薄膜トランジスタ４の作製において、前駆体薄膜の焼成方法をマイクロ波照射から、オーブン加熱に変更した以外は、全く同様に薄膜トランジスタを作製し、評価した。結果は表２に示す。
移動度、Ｖｇ、ｏｎ／ｏｆｆ比からみて、薄膜トランジスタとして良好に駆動することがわかった。
実施例３
（薄膜トランジスタ８の作製）
前記薄膜トランジスタ１の作製において、５００Ｗの出力でマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を照射し２５０℃で２０分間の処理を行って、金属酸化物膜の組成を以下のように変更した以外は、全く同様に薄膜トランジスタを作製し、評価した。
硝酸インジウム、硝酸ガリウム、塩化スズを、それぞれ形成される酸化物の金属比（グラム原子比）で１：１：０．１となるよう混合し、アセトニトリルとエタノール、水を質量比２：１：３で混合した溶媒に溶解し、１０質量％の溶液を調製した。この溶液をインクとして、ピエゾ方式のインクジェットを用いて半導体層パターン（略ゲート電極パターン）に従ってインクを吐出し、半導体の前駆体材料薄膜３０６’を形成した（図３（６））。溶液の塩比率は硝酸インジウム、硝酸ガリウム、塩化スズについてモル比で、大凡１：０．５：０．１程度に混合した。
２５０℃でマイクロ波を用いて焼成した薄膜トランジスタの移動度は０．１ｃｍ２／Ｖｓ、Ｖｇ（ＯＮ）は−７Ｖ、ｏｎ／ｏｆｆ比は５．３であった。
（薄膜トランジスタ９の作製）
薄膜トランジスタ１の作製において、５００Ｗの出力でマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を照射し２５０℃で２０分間の処理を行って、金属酸化物膜の組成を以下のように変更した以外は、全く同様に薄膜トランジスタを作製し、評価した。
硝酸インジウム、硝酸アルミニウム、硝酸亜鉛を、それぞれ形成される酸化物の金属比（グラム原子比）で１：１：０．１となるよう混合した１０質量％の水溶液（エタノール５質量％含有）を調製した。この溶液をインクとして、ピエゾ方式のインクジェットを用いて半導体層パターン（略ゲート電極パターン）に従ってインクを吐出し、半導体の前駆体材料薄膜３０６’を形成した（図３（６））。溶液の塩比率は硝酸インジウム、硝酸アルミニウム、硝酸亜鉛についてモル比で、大凡１：０．５：０．１程度に混合した。
また、２５０℃でマイクロ波を用いて焼成した薄膜トランジスタの移動度は０．０７ｃｍ２／Ｖｓ、Ｖｇ（ＯＮ）は０Ｖ、ｏｎ／ｏｆｆ比は４．８であった。
結果をまとめて表３に示す。
１ 半導体層
２ ソース電極
３ ドレイン電極
４ ゲート電極
５ ゲート絶縁層
６ 支持体
１０ 薄膜トランジスタシート
１１ ゲートバスライン
１２ ソースバスライン
１４ 薄膜トランジスタ素子
１５ 蓄積コンデンサ
１６ 出力素子
１７ 垂直駆動回路
１８ 水平駆動回路
３０６’ 前駆体材料薄膜
３０１ 支持体
３０２ ゲート電極
３０３ ゲート絶縁層
３０４ ソース電極
３０５ ドレイン電極
３０６ 酸化物半導体層

Claims (8)

  1. 前駆体の溶液または分散液の塗布膜から形成された金属酸化物からなる半導体を有する薄膜トランジスタにおいて、該金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ該金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 前記金属酸化物における第１の金属元素と第２の金属元素との比率が、１：５〜５：１であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
  3. 前記金属酸化物が、前記前駆体を加熱して形成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
  4. 前記加熱が１００℃以上３００℃以下の温度であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
  5. 前記前駆体を加熱して前記金属酸化物を形成する工程において、該金属酸化物がマイクロ波を照射されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
  6. 樹脂基板上に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
  7. 前駆体の溶液または分散液の塗布膜から、金属酸化物からなる半導体を形成する薄膜トランジスタの製造方法において、該金属酸化物が、第１の金属元素としてインジウムを含有し、第２の金属元素としてガリウムまたはアルミニウムを含有し、第３の金属元素として亜鉛またはスズを含有し、かつ該金属酸化物中の全金属元素中における第３の金属元素の比率が２５％以下または０であり、かつ、前記前駆体を１００℃以上３００℃以下の温度で加熱することで形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  8. 樹脂基板上に形成されることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
JP2010540436A 2008-11-27 2009-11-10 薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法 Pending JPWO2010061721A1 (ja)

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