JP2009026852A - 酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタ、およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新しい金属酸化物半導体またその製造方法による、ｏｆｆ電流等のばらつきを改善しＴＦＴ素子の安定化をもたらす生産効率の向上した酸化物半導体薄膜そして、薄膜トランジスタを提供することにある。
【解決手段】金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得ることを特徴とする酸化物半導体薄膜。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属微粒子を含む薄膜を設け、該薄膜を酸化することにより得られる酸化物半導体薄膜及びその製造方法に関し、該酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタに関する。

ガラス基板上にアモルファスシリコン等の薄膜を形成しこれを活性層として用いる電界効果型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアクティブマトリクス回路等の、より一層の薄型化、軽量化等のためガラス基板の代わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。

シリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要するため耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは難しい。また、安価な基板で低温で作製できる酸化物半導体薄膜の開発が活発に行われている。

例えば、基板上に形成したＣｕ，Ｚｎ，Ａｌ等の金属膜を、熱酸化やプラズマ酸化等により酸化し金属酸化物半導体膜に変換する試みもされている（例えば特許文献１）。

また、蒸着法、スパッタ法等により形成した非晶質酸化物を含む活性層を用いた電界効果トランジスタ等が知られている（例えば特許文献２）。

しかしながら、いずれの方法においても薄膜の成膜に蒸着法、パルスレーザー堆積法やスパッタ法などを用いており、生産効率が低い。金属膜の酸化による方法は、酸化反応の効率が低く、形成したＴＦＴのｏｆｆ電流の上昇を招く問題がある。また、非晶質酸化物のスパッタ法やパルスレーザー堆積法による製造についても酸素の組成比のコントロールが難しく、性能バラツキが発生しやすい問題がある。
特開平８−２６４７９４号公報 特開２００６−１６５５２７号公報

新しい金属酸化物半導体またその製造方法による、ｏｆｆ電流等のばらつきを改善しＴＦＴ素子の安定化をもたらす生産効率の向上した酸化物半導体薄膜そして、薄膜トランジスタを提供することにある。

本発明の上記課題は以下の手段により達成される。

１．金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得ることを特徴とする酸化物半導体薄膜。

２．前記金属微粒子の平均粒子径が１〜３００ｎｍであることを特徴とする前記１に記載の酸化物半導体薄膜。

３．前記金属微粒子がＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれかを含むことを特徴とする前記１または２に記載の酸化物半導体薄膜。

４．前記金属微粒子がＧａ、Ａｌのいずれかを含むことを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。

５．前記酸化がプラズマ酸化によることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。

６．前記酸化において、酸化時の基板温度が５０℃〜２５０℃であることを特徴とする前記４に記載の酸化物半導体薄膜。

７．前記酸化が熱酸化によることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。

８．金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、金属微粒子を融着し形成された薄膜を酸化することを特徴とする前記１〜７のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。

９．前記１〜８のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜を活性層に用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。

１０．金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。

本発明による酸化物半導体薄膜によって、ｏｆｆ電流等のばらつきが少なく性能の安定した生産効率が向上したＴＦＴ素子を得ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。

本発明は、金属酸化物半導体の薄膜を、金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得るものである。

金属微粒子の材料としては、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、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、亜鉛、ガリウム等を用いることができる。

このうち、インジウム、亜鉛、錫のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウムを含むことが好ましい。

これらの金属からなる微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成するのが好ましい。

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。

金属微粒子の平均粒子径は１〜３００ｎｍであることが好ましく、後述の融着を促進し、酸化処理を行ったときに非晶質酸化物半導体への転化を容易にすることができる。

（金属の組成比）
金属としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれかを含むことが好ましく、さらにＧａまたはＡｌを含むことが好ましいが、金属がＩｎを含む場合、金属の組成比としては、Ｉｎを１とした時に、Ｚｎ_yＳｎ_1-y（ここにおいてｙは０〜１の正数）は０．２〜５が好ましく、さらに好ましくは０．５〜２である。また、Ｉｎを１とした時に、Ｇａ及びＡｌの組成比は各々０〜５が好ましく、さらに好ましくは０．５〜２である。

（成膜方法、パターン化方法）
金属微粒子を含む薄膜の形成方法としては、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、分散液を塗布する方法、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でパターン化する方法などが挙げられる。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。金属微粒子を含む薄膜の成膜、パターン化には従来の公知な方法が適用できる。

また、金属微粒子の分散物を、例えばインクジェットなどで滴下し、分散媒を揮発させて薄膜が形成される。また、更にこの金属微粒子からなる薄膜を加熱することにより、微粒子を融着させ金属の薄膜を得ることもできる。

形成される金属薄膜の膜厚は、１〜２００ｎｍ、より好ましくは５〜１００ｎｍである。

また、金属微粒子から形成された金属薄膜は、酸化工程の前に、加熱処理を行うことができる。加熱処理によって金属微粒子同士を融着させてもよい。融着の程度は任意に調整することができいずれの融着状態からでも、薄膜を酸化することができる。

図１に金属微粒子を含有する薄膜が加熱により融着が進行する過程を模式的に示したが、融着の有無、程度は任意に調整することができ、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のいずれの状態からでも、酸化することができる。

融着温度は粒径が３００ｎｍ以下の金属微粒子の場合、４００℃以下の低温で行うことができる。

金属微粒子は、分散安定性の観点で、分散剤を用いて分散媒に分散されている形態が好ましいが、金属微粒子を含む薄膜は、形成後、前記融着前、また酸化工程の前に、例えば、酸素プラズマ、ＵＶオゾン洗浄などのドライ洗浄プロセスによって洗浄し、分散剤など薄膜中に含まれる有機物を分解、洗浄して、金属成分以外の有機物を排除しておくことが好ましい（図２）。

（薄膜酸化工程）
金属微粒子から形成された金属薄膜を酸化して酸化物半導体とする方法としては、酸素プラズマ法、熱酸化法、ＵＶオゾン法等が挙げられる。酸素プラズマ法としては、大気圧プラズマ法が好ましい。また酸素プラズマ法、ＵＶオゾン法においては、基板を５０℃〜４００℃、好ましくは１００℃〜２５０℃の範囲で加熱させることが好ましい。

大気圧プラズマ法では、大気圧下で、アルゴンガス等の不活性ガスを放電ガスとして、これと共に反応ガス（酸素を含むガス）を放電空間に導入して、高周波電界を印加して、放電ガスを励起させ、プラズマ発生させ、反応ガスと接触させて酸素を含むプラズマを発生させ、基体表面をこれに晒すことで酸素プラズマ処理を行う。大気圧下とは、２０〜１１０ｋＰａの圧力を表すが、好ましくは９３〜１０４ｋＰａである。

大気圧プラズマ法を用いて、酸素含むガスを反応性ガスとして、酸素プラズマを発生させ、金属微粒子から形成した金属薄膜を、プラズマ空間に晒すことで、残余の有機物は揮散して、金属薄膜はプラズマ酸化を受け表面層中に金属酸化物を形成する。

高周波電源として０．５ｋＨｚ以上、２．４５ＧＨｚ以下、また、対向電極間に供給する電力は、好ましくは０．１Ｗ／ｃｍ²以上、５０Ｗ／ｃｍ²以下である。

使用するガスは、基体上に設けたい薄膜の種類によって異なるが、基本的に、放電ガス（不活性ガス）と、反応ガスの混合ガスである。反応ガス（酸素ガス）は、混合ガスに対し、０．０１〜１０体積％含有させることが好ましい。０．１〜１０体積％であることがより好ましいが、さらに好ましくは、０．１〜５体積％である。

上記不活性ガスとしては、周期表の第１８属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンや、窒素ガス等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴン、窒素ガスが好ましく用いられる。

また、反応ガスを放電空間である電極間に導入するには、常温常圧で構わない。

大気圧下でのプラズマ法については特開平１１−６１４０６、同１１−１３３２０５、特開２０００−１２１８０４、同２０００−１４７２０９、同２０００−１８５３６２等に記載されている。

このような処理によって、非晶質酸化物半導体の薄膜を形成することが出来る。

ＵＶオゾン法は、酸素の存在下で、紫外光を照射し、酸化反応を進行させる方法である。紫外光の波長は、１００ｎｍ〜４５０ｎｍ、特に好ましくは１５０〜３００ｎｍ程度の所謂、真空紫外光を照射することが好ましい。光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマーランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザーなどを用いることができる。

（非晶質酸化物）
本発明に係る金属酸化物である非晶質酸化物のキャリア電子密度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℃〜４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係る非晶質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出来る。

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、材料、組成比、また、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。

図２に、金属微粒子を含有する薄膜をドライ洗浄およびこれを加熱することで融着させ更に薄膜酸化工程により酸化物半導体薄膜の形成過程を模式的に示した。

本発明に係る酸化物半導体薄膜は、電界効果型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に用いることができる。

（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、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、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、導電性材料としては、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、たと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、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて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などにより形成してもよい。さら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。

ソース、ドレイン、或いはゲート電極等の電極、またゲート、或いはソースバスライン等を、エッチング又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前記部分に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、凹版又インクジェット法による印刷などが用いられる。

（素子構成）
図３に、本発明に係わる酸化物半導体薄膜を用いた、薄膜トランジスタ素子の代表的な素子構成を示す図である。

本発明に係わる酸化物半導体薄膜の製造方法により製造した半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタの構成例を幾つか断面図にて図２（ａ）〜（ｆ）に示す。図２において、半導体薄膜は、ソース電極、ドレイン電極が、これをチャネルとして連結するよう構成されることが好ましい。

同図（ａ）は、支持体６上に金属箔等によりソース電極２、ドレイン電極３を形成し、これを基材（基板）として、本発明の方法により、両電極間に本発明の酸化物半導体薄膜からなるの半導体層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及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上に先ず本発明の方法を用いて、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を金属箔等で形成した後、絶縁層５を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極２及びドレイン電極３を形成し、該電極間に本発明の酸化物半導体薄膜により形成された半導体層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４は、本発明に係る薄膜トランジスタ素子が複数配置される薄膜トランジスタシート２０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２０はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子２４を有する。２１は各薄膜トランジスタ素子２４のゲート電極のゲートバスラインであり、２２は各薄膜トランジスタ素子２４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２４のドレイン電極には、出力素子２６が接続され、この出力素子２６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２６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。２５は蓄積コンデンサ、２７は垂直駆動回路、２８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を用いることができる。

（ゲート絶縁膜）
本発明に係る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が、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、上述した大気圧プラズマ法によるものである。

ゲート絶縁膜（層）が陽極酸化膜又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、アルミニウム又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、本発明において支持体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、ポリアリレート、ポリイミド、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ともに、衝撃に対する耐性を向上できる。

また本発明の薄膜トランジスタ素子上には素子保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物又は無機窒化物等が挙げられ、上述した大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。

以下本発明に係る金属微粒子の分散物を含む薄膜を酸化することにより得た酸化物半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタについて実施例を説明する。

図５の薄膜トランジスタ作製工程の模式図を用いて説明する。

樹脂支持体１１として、ポリエーテルスルホン樹脂フィルム（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
さら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１８とした（図４（１））。

（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のアルミニウム皮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１２を形成した。（図５（２））
（陽極酸化被膜形成工程）
ゲート電極を形成したのち基板をよく洗浄し、３０質量％燐酸アンモニウム水溶液中で、２分間、３０Ｖの定電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが１２０ｎｍになるまで陽極酸化をおこなった。

次いで、さらにフィルム温度２００℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ３０ｎｍの酸化珪素膜を設け、前記した陽極酸化アルミニウム層を併せて、厚さ１５０ｎｍのゲート絶縁膜１３を形成した。（図５（３））
次に、Ｉｎ，Ｚｎの組成比１：１の合金からなる平均粒子径が８ｎｍの微粒子をトルエンに分散した分散液（特許第２５６１５３７号に記載の方法により作製した）を、インクジェット装置を用いて、ゲート電極の配置されたゲート絶縁膜上に吐出し、分散媒をキャストさせて、金属微粒子を含有する薄膜を成膜した。平均膜厚は３０ｎｍであった（図５（４））。さらに、大気中で５０Ｗの低圧水銀灯を、膜面からの距離３０ｍｍにて２分照射し、ドライ洗浄を行った。さらに大気圧プラズマ法による酸素プラズマを用いて、下記条件でフィルム温度２００℃にて酸化処理を施した。合金の薄膜は透明に変化し、厚さ約６０ｎｍの金属酸化物の薄膜１４に変換された。

酸素プラズマは、前記と同様の装置を用いて下記条件で処理した。

（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）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ²
次いで、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極１５およびドレイン電極１６を形成した（図５（５））。それぞれのサイズは、幅１０μｍ、長さ５０μｍ（チャネル幅）厚さ５０ｎｍであり、ソース電極１５、ドレイン電極１６の距離（チャネル長）は１５μｍとした。

以上の方法により作製した薄膜トランジスタは良好に駆動し、ｎ型のエンハンスメント動作を示した。ドレインバイアスを１０Ｖとし、ゲートバイアスを−１０Ｖから＋２０Ｖまで掃引した時のドレイン電流の増加（伝達特性）が観測された。その飽和領域から見積もられた移動度は８．５ｃｍ²／Ｖｓ、ｏｎ／ｏｆｆ比は６桁であった。

融着が進行する過程を模式的に示す図である。 酸化物半導体薄膜の形成過程を模式的に示す模式図である。 薄膜トランジスタの構成例を幾つかを示す断面図である。 薄膜トランジスタシートの一例の概略の等価回路図である。 薄膜トランジスタ作製工程の模式図を示す。

符号の説明

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 絶縁層
２０ 薄膜トランジスタシート
２１ ゲートバスライン
２２ ソースバスライン
２４ 薄膜トランジスタ素子
２５ 蓄積コンデンサ
２６ 出力素子
２７ 垂直駆動回路
２８ 水平駆動回路

Claims (10)

1. 金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得ることを特徴とする酸化物半導体薄膜。
2. 前記金属微粒子の平均粒子径が１〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体薄膜。
3. 前記金属微粒子がＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体薄膜。
4. 前記金属微粒子がＧａ、Ａｌのいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。
5. 前記酸化がプラズマ酸化によることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。
6. 前記酸化において、酸化時の基板温度が５０℃〜２５０℃であることを特徴とする請求項４に記載の酸化物半導体薄膜。
7. 前記酸化が熱酸化によることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。
8. 金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、金属微粒子を融着し形成された薄膜を酸化することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜を活性層に用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
10. 金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。

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