JP6238660B2 - THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR PRODUCING THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents
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Description
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−XLaXTi3O12)、PZT(Pb(ZrX,Ti1−X)O3))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(LaXSr1−XCuO4))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)。また、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幾つかの手段が開示されている(例えば、特許文献2及び3、非特許文献1)。
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). Moreover, some means are disclosed about selection and the combination of the oxide which exhibits the function as a thin-film transistor appropriately (for example,
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複合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, there are several examples of a conventional thin film transistor in which a gate insulating layer or a channel is formed of a complex oxide. However, selection of a material that realizes high characteristics as a thin film transistor and an appropriate manufacturing method therefor has not been possible. Halfway. 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ゲート絶縁層及びチャネル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 gate insulating layer and a channel, or simplification and energy saving of a manufacturing process of such a thin film transistor. To realize. 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、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、特にゲート絶縁層としての酸化物内に含有される炭素(C)と水素(H)の酸化物全体に対する含有率を適切に制御することが、薄膜トランジスタとしての優れた電気的特性、特に電界効果移動度(μFE)の向上に寄与し得ることが見出された。通常、薄膜トランジスタにおいては、特に炭素(C)は出来る限り除去されるべき元素であると考えられている。しかしながら、酸化物を少なくともゲート絶縁層及びチャネルに適用した薄膜トランジスタにおいては、前述のとおり、酸化物内に含有される炭素(C)と水素(H)の含有率がある程度の範囲内に収めることによって、優れた電気特性(特に、電界効果移動度)を発現し得ることが発明者らによって見出された。 The inventors of the present application have conducted extensive research and analysis on selection and combination of oxides that can appropriately function as a gate insulating layer and / or a channel from a large number of oxides. As a result, it is possible to appropriately control the content ratio of carbon (C) and hydrogen (H) contained in the oxide as the gate insulating layer with respect to the whole oxide. It has been found that it can contribute to the improvement of field effect mobility (μ FE ). Usually, in a thin film transistor, carbon (C) is considered to be an element to be removed as much as possible. However, in a thin film transistor in which an oxide is applied to at least a gate insulating layer and a channel, as described above, the contents of carbon (C) and hydrogen (H) contained in the oxide fall within a certain range. The inventors have found that excellent electrical characteristics (particularly, field effect mobility) can be exhibited.
また、チャネルの材料の選択及び工夫によって、薄膜トランジスタの製造プロセスにおける比較的低温での処理が実現した。 Further, by selecting and contriving the channel material, processing at a relatively low temperature in the thin film transistor manufacturing process has been realized.
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る。その試行錯誤の過程の中で、ある特定の酸化物のゲート絶縁層中におけるこれまでには有益な元素として注目されてこなかった元素に着目したことが、高性能の薄膜トランジスタを実現につながった。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。 Any of the above findings is the result of many trials and errors and detailed analysis by the inventors of the present application. In the process of trial and error, focusing on elements that have not been noted as useful elements in the gate insulating layer of a specific oxide so far led to the realization of high-performance thin film transistors. 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、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)又はランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)であるゲート絶縁層を備える。ここで、前述のゲート絶縁層中の炭素(C)の含有率が0.5atom%以上15atom%以下であり、かつ、そのゲート絶縁層中の水素(H)の含有率が2atom%以上20atom%以下である。さらに、この薄膜トランジスタにおいては、前述のチャネルが、インジウム(In)からなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と錫(Sn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、及びインジウム(In)とジルコニウム(Zr)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)の群から選択される1種のチャネル酸化物層である。 One thin film transistor of the present invention includes an oxide of lanthanum (La) and zirconium (Zr) (which may include inevitable impurities) or lanthanum (La) and tantalum (Ta) between a gate electrode and a channel. A gate insulating layer that is an oxide (which may include inevitable impurities). Here, the carbon (C) content in the gate insulating layer is 0.5 atom% or more and 15 atom% or less, and the hydrogen (H) content in the gate insulating layer is 2 atom% or more and 20 atom%. It is as follows. Furthermore, in this thin film transistor, the above-mentioned channel is an oxide made of indium (In) (can contain unavoidable impurities), an oxide made of indium (In) and tin (Sn) (can contain unavoidable impurities), Oxides of indium (In) and zinc (Zn) (can contain unavoidable impurities) and oxides of indium (In), zirconium (Zr) and zinc (Zn) (can contain unavoidable impurities) One channel oxide layer selected from the group.
この薄膜トランジスタを採用することにより、非常に高い電界効果移動度(μFE)が得られる。現状では未だ原因が明らかではないが、ゲート絶縁層の中に含まれる炭素(C)と水素(H)の含有率を所定の値に設定することにより、電界効果移動度(μFE)を高めることができることが知見されたことは大変興味深い。その結果、この薄膜トランジスタは、良好な電気的特性を発揮することができる。 By adopting this thin film transistor, very high field effect mobility (μ FE ) can be obtained. Although the cause is not yet clear at present, the field effect mobility (μ FE ) is increased by setting the contents of carbon (C) and hydrogen (H) contained in the gate insulating layer to predetermined values. It is very interesting to know that it can be done. As a result, this thin film transistor can exhibit good electrical characteristics.
また、本発明の1つの薄膜トランジスタの製造方法は、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又はランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体を溶質とする前駆体溶液であ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、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)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)又はランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)であるゲート絶縁層であって、かつ前述のゲート絶縁層中の炭素(C)の含有率が0.5atom%以上15atom%以下であり、かつ、前述のゲート絶縁層中の水素(H)の含有率が2atom%以上20atom%以下である前述のゲート絶縁層を、ゲート電極層に接するように形成するゲート絶縁層形成工程を、前述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む。さらに、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)からなる第1酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と錫(Sn)とからなる第2酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる第3酸化物(不可避不純物を含み得る)又は、インジウム(In)とジルコニウム(Zr)と亜鉛(Zn)とからなる第4酸化物(不可避不純物を含み得る)であるチャネル用酸化物を形成する工程である。 In addition, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes a precursor solution containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) or a precursor containing lanthanum (La) and tantalum (Ta). And lanthanum (La) by heating a gate insulating layer precursor layer starting from a gate insulating layer precursor solution, which is a precursor solution containing a precursor containing) in an oxygen-containing atmosphere. A gate insulating layer which is an oxide (which may include unavoidable impurities) made of zirconium (Zr) or an oxide (which may contain unavoidable impurities) which consists of lanthanum (La) and tantalum (Ta), The carbon (C) content in the gate insulating layer is not less than 0.5 atom% and not more than 15 atom%, and the hydrogen (H) content in the gate insulating layer is 2 The gate insulating layer forming step of forming the gate insulating layer that is greater than or equal to 20% and less than or equal to 20 atom% so as to be in contact with the gate electrode layer includes the step of forming the gate electrode layer and a channel oxide (which may include inevitable impurities). ) To form a channel. Further, in this thin film transistor manufacturing method, the above-described channel forming step includes a first oxide made of indium (In) (which may contain inevitable impurities), a second made of indium (In) and tin (Sn). An oxide (which may contain inevitable impurities), a third oxide (which may contain inevitable impurities) made of indium (In) and zinc (Zn), or indium (In), zirconium (Zr) and zinc (Zn) And forming a channel oxide which is a fourth oxide (which may contain inevitable impurities).
この薄膜トランジスタの製造方法は、上述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を酸素含有雰囲気中において加熱することによって、炭素(C)と水素(H)の含有率が所定の値であるゲート絶縁層を形成する工程を含む。従って、この薄膜トランジスタの製造方法を採用すれば、そのようなゲート絶縁層形成工程とともに、上述の特定の酸化物からなるチャネル用酸化物を形成するチャネルの形成工程を備えることにより、非常に高い電界効果移動度(μFE)に代表される良好な電気的特性を有する薄膜トランジスタを製造することができる。 In this thin film transistor manufacturing method, the precursor layer for a gate insulating layer starting from the precursor solution for a gate insulating layer described above is heated in an oxygen-containing atmosphere, thereby containing carbon (C) and hydrogen (H). Forming a gate insulating layer having a predetermined rate. Therefore, if this thin film transistor manufacturing method is adopted, it is possible to provide a very high electric field by providing a channel forming step for forming a channel oxide made of the specific oxide described above together with such a gate insulating layer forming step. A thin film transistor having favorable electrical characteristics typified by effective mobility (μ FE ) can be manufactured.
ところで、上述の薄膜トランジスタの製造方法において、上述のチャネルの形成工程において、インジウム(In)を含む前駆体を溶質とする第1前駆体溶液、インジウム(In)を含む前駆体及び錫(Sn)を含む前駆体を溶質とする第2前駆体溶液、インジウム(In)を含む前駆体及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とする第3前駆体溶液、又はインジウム(In)を含む前駆体、ジルコニウム(Zr)を含む前駆体、及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とする第4前駆体溶液を出発材とし、さらに、アセチルアセトネート、尿素、及び酢酸アンモニウムの群から選択される少なくとも1種類の助焼成剤と、酸化剤とを含む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上述のチャネル用酸化物を形成する工程も、好適な一態様として採用し得る。そのようなチャネルの形成工程を採用することにより、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。さらに、助焼成剤を含むことにより、より低温でのチャネルの酸化物の形成を実現することができる。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。なお、本願では、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やチャネル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, in the above-described thin film transistor manufacturing method, in the above-described channel forming step, the first precursor solution containing a precursor containing indium (In) as a solute, the precursor containing indium (In), and tin (Sn) are used. A second precursor solution containing a precursor containing solute, a third precursor solution containing a precursor containing indium (In) and a precursor containing zinc (Zn) as a solute, or a precursor containing indium (In), A precursor containing zirconium (Zr) and a fourth precursor solution having a precursor containing zinc (Zn) as a solute is used as a starting material, and at least selected from the group consisting of acetylacetonate, urea, and ammonium acetate The above-described channel oxide is formed by heating a channel precursor layer containing one kind of co-firing agent and an oxidizing agent in an oxygen-containing atmosphere. Even degree can be adopted as a preferred embodiment. By adopting such a channel formation process, the gate insulating layer and the channel can be formed by a relatively simple process (for example, an ink jet method, a screen printing method, an intaglio / letter printing method, or a nanoimprint method) without using a photolithography method. Can be formed. In addition, it is easy to increase the area. Furthermore, the formation of the oxide of the channel at a lower temperature can be realized by including a co-firing agent. 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. In the present application, as described above, a method of forming a gate insulating layer or a channel oxide layer by firing a precursor solution as a starting material is also referred to as a “solution method” for convenience.
また、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。さらに本願において、「助焼成剤」とは、後述する各実施形態における「予備焼成」工程で、主として有機物を分解する作用を助ける役割を果たす化学物質をいう。 In the present application, “embossing” is sometimes called “nanoimprint”. Furthermore, in the present application, the “co-firing agent” refers to a chemical substance that mainly plays a role in helping to decompose organic substances in the “pre-firing” step in each embodiment described later.
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、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を製造できる。加えて、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、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 one thin film transistor manufacturing method 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 can be manufactured. In addition, according to the method for manufacturing a thin film transistor, an oxide is formed by a relatively simple process, and thus a method for manufacturing a thin film transistor excellent in industrial property or mass productivity can be provided.
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.本実施形態の薄膜トランジスタの全体構成
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 Transistor According to this Embodiment FIGS. 1 to 8 are schematic cross-sectional views showing one process of a method of manufacturing a
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って、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
基板10には、例えば、高耐熱ガラス、SiO2/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(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
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、あるいは、インジウム錫酸化物(ITO)又は酸化ルテニウム(RuO2)が適用できる。
Examples of the material of the
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、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物(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。)又は、ランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物である。
In the
ここで、ゲート絶縁層34におけるランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比については、特に限定されないが、例えば、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が、約0.43以上約2.33以下であることが良好なトランジスタ性能の効果(代表的には、高い電界効果移動度)が奏され得るため好ましい。加えて、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比については、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が、1以上2.33以下であることが、トランジスタ性能の効果(代表的には、高い電界効果移動度)が確度高く奏され得るため特に好ましい。なお、ゲート絶縁層34のうち、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物は、LZO層とも呼ばれる、また、ゲート絶縁層34のうち、ランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物は、LTO層とも呼ばれる。なお、本願においては、各種の原子組成比は、ラザフォード後方散乱分光法(RBS法)等を用いて、元素分析を行うことにより求めた。特に、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た。
Here, the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr) in the
また、ゲート絶縁層34におけるランタン(La)とタンタル(Ta)との原子数比についても、特に限定されない。
Further, the atomic ratio of lanthanum (La) and tantalum (Ta) in the
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。
The thickness of the
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15以上30以下であることがさらに好ましい。
The relative dielectric constant of the
本実施形態のチャネル44は、以下の(A1)〜(D1)に示す4種類のチャネル用酸化物である。
(A1)インジウム(In)からなるチャネル用酸化物(本実施形態では、「第1酸化物」又は「InO」ともいう)
(B1)インジウム(In)と錫(Sn)とからなるチャネル用酸化物(本実施形態では、「第2酸化物」又は「ITO」ともいう)
(C1)インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなるチャネル用酸化物(本実施形態では、「第3酸化物」又は「IZO」ともいう)
(D1)インジウム(In)とジルコニウム(Zr)と亜鉛(Zn)とからなるチャネル用酸化物(本実施形態では、「第4酸化物」又は「ZIZO」ともいう)
The
(A1) Channel oxide made of indium (In) (also referred to as “first oxide” or “InO” in this embodiment)
(B1) Channel oxide made of indium (In) and tin (Sn) (also referred to as “second oxide” or “ITO” in this embodiment)
(C1) Channel oxide made of indium (In) and zinc (Zn) (also referred to as “third oxide” or “IZO” in this embodiment)
(D1) Channel oxide composed of indium (In), zirconium (Zr), and zinc (Zn) (in this embodiment, also referred to as “fourth oxide” or “ZIZO”)
なお、本実施形態の第2酸化物においては、例えば、チャネル用酸化物は、インジウム(In)を1としたときに0.001以上0.03以下の原子数比となる錫(Sn)を含む。 In the second oxide of the present embodiment, for example, the channel oxide is tin (Sn) having an atomic ratio of 0.001 or more and 0.03 or less when indium (In) is 1. Including.
また、本実施形態の第3酸化物においては、例えば、チャネル用酸化物は、インジウム(In)を1としたときに0.001以上0.75以下の原子数比となる亜鉛(Zn)を含む。 In the third oxide of the present embodiment, for example, the channel oxide is made of zinc (Zn) having an atomic ratio of 0.001 or more and 0.75 or less when indium (In) is 1. Including.
また、本実施形態の第4酸化物においては、例えば、チャネル用酸化物は、インジウム(In)を1としたときに0.001以上0.75以下の原子数比となる亜鉛(Zn)と0.015以上0.075以下の原子数比となるジルコニウム(Zr)を含む。 Further, in the fourth oxide of the present embodiment, for example, the channel oxide is zinc (Zn) having an atomic ratio of 0.001 or more and 0.75 or less when indium (In) is 1. Zirconium (Zr) having an atomic ratio of 0.015 to 0.075 is included.
また、本実施形態のチャネル用酸化物は、アモルファス相あるいはナノ結晶相であることも確認された。従って、チャネル44に接するアモルファス相であるゲート絶縁層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)からなるチャネル44の層は、InO層とも呼ばれる。また、インジウム(In)と錫(Sn)とからなるチャネル用酸化物からなるチャネル44の層は、ITO(Indium Tin Oxide)層とも呼ばれる。また、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなるチャネル用酸化物からなるチャネル44の層は、IZO層とも呼ばれる。また、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の層は、ZIZO層とも呼ばれる。
It was also confirmed that the channel oxide of this embodiment was an amorphous phase or a nanocrystalline phase. Therefore, it is considered that a favorable interface state with the
また、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
また、本実施形態のソース電極58及びドレイン電極56の材料は特に限定されないが、例えばITO(Indium Tin Oxide)又は、酸化ルテニウム(RuO2
)からなる。
In addition, the material of the
).
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により基材であるSiO2/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, an SiO 2 / Si substrate (hereinafter also simply referred to as “substrate”) in which the
(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、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ゲート絶縁層用前駆体溶液、又はランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体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 precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) are soluted on the
ここで、本実施形態においては、最終的に形成されるゲート絶縁層中の炭素(C)の含有率が0.5atom%以上15atom%以下となり、かつ、そのゲート絶縁層中の水素(H)の含有率が2atom%以上20atom%以下となるように、ゲート絶縁層用前駆体溶液が調整される。具体的な調整方法は、次の(1)〜(3)に示すとおりである。
(1)110℃で30分間の加熱によって、プロピオン酸に酢酸ランタンを溶解させ、0.2mol/kgの溶液を得る。
(2)110℃で30分間の加熱によって、プロピオン酸にジルコニウムブトキシドを溶解させ、0.2mol/kgの溶液を得る。
(3)上記(1)及び(2)の各溶液を室温において混合する。
なお、薄膜トランジスタとしての電気的特性をより向上させる観点から、上述の炭素(C)の含有率が1atom%以上10atom%以下となり、かつ、そのゲート絶縁層中の水素(H)の含有率が5atom%以上18atom%以下にすることが更に好ましい。
Here, in the present embodiment, the carbon (C) content in the finally formed gate insulating layer is 0.5 atom% or more and 15 atom% or less, and hydrogen (H) in the gate insulating layer is formed. The precursor solution for the gate insulating layer is adjusted so that the content of is not less than 2 atom% and not more than 20 atom%. A specific adjustment method is as shown in the following (1) to (3).
(1) By heating at 110 ° C. for 30 minutes, lanthanum acetate is dissolved in propionic acid to obtain a 0.2 mol / kg solution.
(2) By heating at 110 ° C. for 30 minutes, zirconium butoxide is dissolved in propionic acid to obtain a 0.2 mol / kg solution.
(3) The above solutions (1) and (2) are mixed at room temperature.
Note that, from the viewpoint of further improving the electrical characteristics of the thin film transistor, the carbon (C) content is 1 atom% or more and 10 atom% or less, and the hydrogen (H) content in the gate insulating layer is 5 atoms. % To 18 atom% is more preferable.
加えて、ゲート絶縁層中の炭素(C)の含有率が0.5atom%未満であれば、トランジスタの電界効果移動度が低くなる。一方、ゲート絶縁層中の炭素(C)の含有率が15atom%を越えると、絶縁性が悪くなるという問題が生じる可能性がある。また、ゲート絶縁層中の水素(H)の含有率が2atom%未満であれば、トランジスタの電界効果移動度が低くなるという問題が生じる可能性がある。一方、20atom%を超えると、絶縁性が悪くなるという問題が生じる可能性がある。 In addition, when the carbon (C) content in the gate insulating layer is less than 0.5 atom%, the field-effect mobility of the transistor is low. On the other hand, if the content of carbon (C) in the gate insulating layer exceeds 15 atom%, there is a possibility that the problem of poor insulation may occur. In addition, when the hydrogen (H) content in the gate insulating layer is less than 2 atom%, there is a possibility that the field-effect mobility of the transistor is lowered. On the other hand, if it exceeds 20 atom%, there is a possibility that the problem of poor insulation may occur.
本実施形態におけるゲート絶縁層用の酸化物のためのランタン(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ゲート絶縁層用の酸化物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。また、本実施形態におけるゲート絶縁層用の酸化物のためのタンタル(Ta)を含む前駆体の例は、タンタルブトキシドである。その他の例として、硝酸タンタル、塩化タンタル、又はその他の各種のタンタルアルコキシド(例えば、タンタルイソプロポキシド、タンタルブトキシド、タンタルエトキシド、タンタル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 oxide for the 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 oxide for the 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. An example of the precursor containing tantalum (Ta) for the oxide for the gate insulating layer in the present embodiment is tantalum butoxide. As other examples, tantalum nitrate, tantalum chloride, or various other tantalum alkoxides (eg, tantalum isopropoxide, tantalum butoxide, tantalum ethoxide, tantalum methoxide) can 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。この予備焼成により、ゲート絶縁層用前駆体層32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観点から言えば、予備焼成温度は、100℃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 this preliminary baking, the solvent in the
なお、この予備焼成は、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。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ゲート絶縁層用前駆体層32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、ゲート絶縁層用前駆体層32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、250℃以上500℃以下の範囲で加熱熱することにより、図3に示すように、ゲート電極20上に、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物、又はランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物であるゲート絶縁層34が形成される。
This pre-baking is performed in an oxygen atmosphere or in the air (hereinafter also collectively referred to as “oxygen-containing atmosphere”). In the present embodiment, in order to finally obtain a sufficient thickness of the gate insulating layer 34 (for example, about 125 nm), the formation of the gate insulating
ところで、本実施形態におけるゲート絶縁層34は、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ゲート絶縁層用前駆体溶液、又は、ランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体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。
By the way, the
(3)チャネルの形成
その後、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、4種類の前駆体を溶質とする、以下の(A2)〜(D2)に示す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。
(A2)インジウム(In)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液(本実施形態では、「第1前駆体溶液」ともいう)
(B2)インジウム(In)を含む前駆体及び錫(Sn)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液(本実施形態では、「第2前駆体溶液」ともいう)
(C2)ンジウム(In)を含む前駆体及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液(本実施形態では、「第3前駆体溶液」ともいう)
(D2)インジウム(In)を含む前駆体、ジルコニウム(Zr)を含む前駆体、及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とするチャネル用前駆体溶液(本実施形態では、「第4前駆体溶液」ともいう)
(3) Formation of Channel Then, as shown in FIG. 4, a
(A2) Channel precursor solution having a precursor containing indium (In) as a solute (also referred to as “first precursor solution” in this embodiment)
(B2) A channel precursor solution having a precursor containing indium (In) and a precursor containing tin (Sn) as solutes (also referred to as “second precursor solution” in this embodiment)
(C2) A channel precursor solution having a precursor containing indium (In) and a precursor containing zinc (Zn) as a solute (also referred to as a “third precursor solution” in this embodiment)
(D2) A channel precursor solution containing a precursor containing indium (In), a precursor containing zirconium (Zr), and a precursor containing zinc (Zn) as a solute (in this embodiment, “fourth precursor Also called “solution”)
加えて、上述のチャネル用前駆体溶液は、さらに、アセチルアセトネート、尿素、及び酢酸アンモニウムの群から選択される少なくとも1種類の助焼成剤と、酸化剤とを含んでいる。なお、酸化剤の一例は、硝酸塩、過酸化物、又は過塩素酸塩である。 In addition, the channel precursor solution described above further includes at least one co-firing agent selected from the group of acetylacetonate, urea, and ammonium acetate, and an oxidizing agent. An example of the oxidizing agent is nitrate, peroxide, or perchlorate.
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300℃以下の範囲で加熱する。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、所定時間、180℃以上500℃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、上述の(A1)〜(D1)に示す4種類のチャネル用酸化物からなるチャネル44が形成される。
Thereafter, as preliminary firing, the
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、硝酸インジウムである。その他の例として、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、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。本実施形態におけるチャネル44のための錫(Sn)を含む前駆体の例は、塩化錫である。その他の例として、硝酸錫、酢酸錫、又は各種の錫アルコキシド(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)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
(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層又はRuO2層50を形成する。本実施形態のITO層ターゲット材は、5wt%酸化錫(SnO2)を含有するITOであり、室温下において形成される。また、RuO2層の場合のターゲット材は、それ自身である酸化ルテニウム(RuO2)。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層又はRuO2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
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
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
[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、200nm厚白金(Pt)層を形成した。白金層は、公知のスパッタリング法により形成された。実施例1では、SiO2上に約10nm厚のTiOX膜(図示しない)が形成されている。
[Example 1]
In Example 1, first, a 200 nm thick platinum (Pt) layer was formed on the
次に、ゲート電極層上に、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、又はランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体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。ランタン(La)を含む前駆体は、酢酸ランタンである。ジルコニウム(Zr)を含む前駆体は、ジルコニウムブトキシドである。また、タンタル(Ta)を含む前駆体は、タンタルブトキシドである。その後、予備焼成として、約5分間、250℃に加熱する。実施例1では、スピンコーティング法による前駆体層の形成と予備焼成を5回繰り返した。
Next, a gate insulating layer precursor solution containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute is formed on the gate electrode layer by a known spin coating method. Insulating
さらにその後、本焼成として、前駆体層を、酸素雰囲気中、約20分間、400℃で加熱することにより、ゲート絶縁層34が得られた。ゲート絶縁層34がLZO層である場合、ゲート絶縁層34におけるランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比については、以下の3つの種類のゲート絶縁層34が形成された。
(1)ランタン(La)を3としたときにジルコニウム(Zr)が7(つまり、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が、約2.33)
(2)ランタン(La)を5としたときにジルコニウム(Zr)が5(つまり、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が、1)
(3)ランタン(La)を7としたときにジルコニウム(Zr)が3(つまり、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が、約0.43)
Further, after that, as the main firing, the
(1) Zirconium (Zr) is 7 when lanthanum (La) is 3 (that is, zirconium (Zr) is about 2.33 when lanthanum (La) is 1)
(2) Zirconium (Zr) is 5 when lanthanum (La) is 5 (that is, zirconium (Zr) is 1 when lanthanum (La) is 1)
(3) Zirconium (Zr) is 3 when lanthanum (La) is 7 (that is, zirconium (Zr) is about 0.43 when lanthanum (La) is 1)
他方、ゲート絶縁層34がLTO層である場合、ゲート絶縁層34におけるランタン(La)とタンタル(Ta)との原子数比は、1:1が採用された。
On the other hand, when the
また、ゲート絶縁層34の厚みは、約125nmであった。なお、各層の膜厚は、各層と基板10の段差を触針法により求めた。本実施形態においては、ゲート絶縁層34中の炭素(C)の含有率は、0.5atom%以上15atom%以下であった。また、そのゲート絶縁層中の水素(H)の含有率は2atom%以上20atom%以下であった。
The thickness of the
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、上述の4種類の前駆体を溶質とする(A2)〜(D2)に示す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、このチャネル用前駆体溶液は、助焼成剤としてアセチルアセトネートを含む。また、このチャネル用前駆体溶液は、酸化剤として、硝酸イオン(NO3 −)を形成する原料としての硝酸インジウムとを含んでいる。また、このチャネル用前駆体溶液は、本焼成におけるチャネル用前駆体溶液の焼成性をさらに高めるために、酢酸アンモニウムが更に添加されている。このように、既に述べた各種の助焼成剤のうちの2種類以上の助焼成剤を添加することにより、焼成性(具体的には、焼成温度や焼成の強さ)を調整することが可能となることが本願発明者らによって確認されている。
Thereafter, on the
また、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、硝酸インジウムを採用した。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、塩化亜鉛を採用した。また、錫(Sn)を含む前駆体として、塩化錫を採用した。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。
Further, indium nitrate was employed as a precursor containing indium (In) for the
次に、予備焼成として、チャネル用前駆体層を約30分間、250℃に加熱する。ソース電極とドレイン電極の形成、及び素子分離(チャネルのパターニング)の後、本焼成として、チャネル用前駆体層を、酸素雰囲気中、250℃以上400℃以下で約10分間加熱することにより、上述の(A1)〜(D1)に示す4種類のチャネル用酸化物層(チャネル44)が形成された。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、ソース電極及びドレイン電極が形成された。 Next, as a preliminary firing, the channel precursor layer is heated to 250 ° C. for about 30 minutes. After forming the source and drain electrodes and separating the elements (patterning of the channel), as the main firing, the channel precursor layer is heated in an oxygen atmosphere at 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for about 10 minutes, thereby The four types of channel oxide layers (channel 44) shown in (A1) to (D1) were formed. The thickness of the channel oxide layer was about 20 nm. Thereafter, as in the first embodiment, a source electrode and a drain electrode were formed.
なお、この実施例においては、チャネル44がITO層である場合は、インジウム(In)と錫(Sn)との原子数比については、インジウム(In)を1としたときに錫(Sn)が約0.01であった。また、チャネル44がIZO層である場合は、インジウム(In)と亜鉛(Zn)との原子数比については、インジウム(In)を1としたときに亜鉛(Zn)が約0.5であった。また、チャネル44がZIZO層である場合は、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とジルコニウム(Zr)との原子数比については、インジウム(In)を1としたときに亜鉛(Zn)が約0.5であり、ジルコニウム(Zr)が約0.025であった。
In this embodiment, when the
(1)電流−電圧特性
表1及び表2は、代表的な薄膜トランジスタ100における閾値電圧(V)、サブスレッショルド特性(SS)、電界効果移動度(μFE)、及びON/OFF比を示している。なお、表1には、ゲート絶縁層がLZO層である場合のランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比と、チャネルの焼成温度も示している。また、表2には、ゲート絶縁層がLTO層である場合のランタン(La)とタンタル(Ta)との原子数比が1:1であることが示されている。
(1) Current-Voltage Characteristics Tables 1 and 2 show threshold voltage (V), subthreshold characteristic (SS), field effect mobility (μ FE ), and ON / OFF ratio in a typical
また、図10は、代表的な例として、表1における「LZO/IZO」の組み合わせの薄膜トランジスタ100のVg−Id特性を示すグラフである。なお、図10におけるVD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。
FIG. 10 is a graph showing Vg-Id characteristics of the
表1、表2及び図10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、電界効果移動度(μFE)が127cm2/Vs以上であった。特に、LZO/ZIZOを除く全ての例において、電界効果移動度(μFE)が500cm2/Vs以上という極めて高い値であったことは特筆に値する。また、ON/OFF比は、いずれも106を超えるオーダーであった。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場合であっても、薄膜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。
As shown in Table 1, Table 2, and FIG. 10, when the Vg-Id characteristics of the
なお、表1には記載されていないが、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比において、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が約0.43であったLZO/InO(溶液法)の例も、チャネル44の焼成温度が300℃の場合は、良好なVg−Id特性に加えて、437cm2/Vs以上の高い電界効果移動度(μFE)が確認された。また、そのときのON/OFF比は107以上であり、SS値は100mV/dec.であった。
Although not shown in Table 1, in the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr), zirconium (Zr) was about 0.43 when lanthanum (La) was set to 1. In the example of LZO / InO (solution method), when the firing temperature of the
また、特にチャネル44の形成において、本焼成温度が400℃以下という低温での処理にもかかわらず、上述のとおり高い電気特性を備えた薄膜トランジスタが実現された。
In particular, in the formation of the
<第2の実施形態>
1.本実施形態の薄膜トランジスタの全体構成
図11は、本実施形態における薄膜トランジスタ200の全体構成を示す断面模式図である。
<Second Embodiment>
1. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating the entire configuration of the
本実施形態は、薄膜トランジスタ200のチャネル244が、スパッタ法によって形成されたインジウム(In)からなるチャネル用酸化物、又はインジウム(In)と錫(Sn)とからなるチャネル用酸化物である点を除いて、第1の実施形態と同様である。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略する。なお、インジウム(In)と錫(Sn)とからなるチャネル用酸化物においては、錫(Sn)の含有率は、全体の約1atom%であった。
In this embodiment, the
図11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、ゲート絶縁層34、チャネル244、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。なお、本実施形態におけるチャネル244の厚さは、約10nm以上60nm以下である。
As shown in FIG. 11, in the
チャネル244は、インジウム(In)からなるチャネル用酸化物、又はインジウム(In)と錫(Sn)とからなるチャネル用酸化物である。本実施形態におけるスパッタ法による成膜条件は以下の(1)〜(3)に示すとおりである。
(1)アルゴン0.5Pa、酸素0.04Paの圧力下で、該アルゴン及び該酸素の混合ガス雰囲気中、35Wを印加して行われる。
(2)基板の温度は、室温である。
(3)スパッタ法による処理時間は10分〜40分である。
なお、上述の(1)〜(3)の後、以下の(4)及び(5)に示す処理も必要に応じて行われる。
(4)スパッタ法による処理の後、30分間、大気中において250℃で加熱する。
(5)チャネルのパターニング後に、ポスト・アニール処理として、250℃以上400℃以下で10分間、加熱する。
The
(1) Under a pressure of 0.5 Pa of argon and 0.04 Pa of oxygen, 35 W is applied in a mixed gas atmosphere of the argon and the oxygen.
(2) The temperature of the substrate is room temperature.
(3) The processing time by the sputtering method is 10 minutes to 40 minutes.
In addition, after the above-mentioned (1) to (3), the processes shown in the following (4) and (5) are also performed as necessary.
(4) After the treatment by the sputtering method, heating is performed at 250 ° C. in the atmosphere for 30 minutes.
(5) After channel patterning, as a post-annealing treatment, heating is performed at 250 ° C. or higher and 400 ° C. or lower for 10 minutes.
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
[実施例2]
実施例2においては、チャネル244の酸化物層のみが実施例1の薄膜トランジスタと異なっている。従って、重複する説明は省略する。
[Example 2]
In the second embodiment, only the oxide layer of the
表3は、代表的な薄膜トランジスタ200における閾値電圧(V)、サブスレッショルド特性(SS)、電界効果移動度(μFE)、及びON/OFF比を示している。なお、表3には、ゲート絶縁層がLZO層である場合のランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比も示している。
Table 3 shows the threshold voltage (V), subthreshold characteristic (SS), field-effect mobility (μ FE ), and ON / OFF ratio of a typical
また、図12及び図13は、代表的な例として、表3における「LZO/InO(スパッタ法)」の組み合わせ、又は「LZO/ITO(スパッタ法)」の組み合わせの薄膜トランジスタ200のVg−Id特性を示すグラフである。なお、図12及び図13におけるVDは、薄膜トランジスタ1200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。
FIGS. 12 and 13 are representative examples of Vg-Id characteristics of the
(4)FT−IR測定装置(赤外吸収スペクトル法による測定装置)によるゲート絶縁層酸化物の分析
図14は、上述の第1及び第2の実施形態におけるFT−IR測定装置(Bruker社製,型式:ALPHA)によるゲート絶縁層がLZO層である場合のランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物の分析結果を示すグラフである。なお、図14における(a)は、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比において、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が約2.33であった。また、図14における(b)は、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比において、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が約1であった。また、図14における(c)は、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比において、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が約0.43であった。
(4) Analysis of gate insulating layer oxide by FT-IR measurement device (measurement device by infrared absorption spectrum method) FIG. 14 shows an FT-IR measurement device (manufactured by Bruker) in the first and second embodiments described above. It is a graph which shows the analysis result of the oxide which consists of a lanthanum (La) and a zirconium (Zr) in case the gate insulating layer by a ALPHA, type | mold is an LZO layer. In FIG. 14, (a) is about 2.33 of zirconium (Zr) when the lanthanum (La) is 1 in the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr). In FIG. 14B, zirconium (Zr) was about 1 when the lanthanum (La) was 1 in the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr). Further, in FIG. 14C, in the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr), zirconium (Zr) was about 0.43 when lanthanum (La) was 1.
図14に示すように、大変興味深いことに、図14における(a)及び(b)は、いずれも、赤外吸収スペクトル法において、炭素(C)と水素(H)との結合又は炭素(C)と酸素(O)との結合に基づく約1300cm−1〜約1600cm−1の吸収ピーク(図14におけるYの範囲)が比較的強く観察された。また、図14における(a)及び(b)は、いずれも、赤外吸収スペクトル法において、酸素(O)と水素(H)との結合に基づく約2500cm−1〜約3750cm−1の吸収ピーク(図14におけるXの範囲)がかなり強く観察された。 As shown in FIG. 14, it is very interesting that both (a) and (b) in FIG. 14 show the bond between carbon (C) and hydrogen (H) or carbon (C ) and oxygen (O) and about 1300 cm -1 ~ absorption peak at about 1600 cm -1 based on the binding of (range Y in Figure 14) is relatively strongly observed. Further, in FIG. 14 (a) and (b) are both in the infrared absorption spectrum method, the absorption peak at about 2500 cm -1 ~ about 3750cm -1 based on the binding of oxygen (O) and hydrogen (H) (Range of X in FIG. 14) was observed quite strongly.
一方、図14における(c)は、赤外吸収スペクトル法において、炭素(C)と水素(H)との結合又は炭素(C)と酸素(O)との結合に基づく約1300cm−1〜約1600cm−1の吸収ピークが比較的弱く観察されるとともに、酸素(O)と水素(H)との結合に基づく約2500cm−1〜約3750cm−1の吸収ピークがほとんど観察されなかった。 On the other hand, (c) in FIG. 14 shows about 1300 cm −1 to about 1300 cm −1 to about 1300 cm −1 based on the bond of carbon (C) and hydrogen (H) or the bond of carbon (C) and oxygen (O) in the infrared absorption spectrum method. with absorption peaks of 1600 cm -1 is relatively weakly observed, the absorption peak at about 2500 cm -1 ~ about 3750cm -1 based on the binding of oxygen (O) and hydrogen (H) was hardly observed.
ここで、これまでの本願発明者らの研究と分析によれば、図14における(a)及び(b)と、(c)との差異は、第1の実施形態において製造される薄膜トランジスタの電気的特性にも影響すると考えられる。例えば、(c)、つまり、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比において、ランタン(La)を1としたときにジルコニウム(Zr)が約0.43であるゲート絶縁層が採用された場合、特に焼成温度が350℃以上のときの薄膜トランジスタのVg−Id特性が悪化することが確認されている。他方、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1以上2.33以下であるゲート絶縁層を採用した場合は、比較的、焼成温度に依存せずに良好なVg−Id特性が得られる。従って、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)との原子数比が、薄膜トランジスタの製造工程に、又は薄膜トランジスタの電気的特性の一部に影響を与えることが確認されたことは大変興味深い。 Here, according to the research and analysis of the present inventors so far, the difference between (a) and (b) in FIG. 14 and (c) is the electrical characteristics of the thin film transistor manufactured in the first embodiment. It is thought that it affects the physical characteristics. For example, (c), that is, a gate insulating layer in which zirconium (Zr) is about 0.43 when lanthanum (La) is 1 in the atomic ratio of lanthanum (La) and zirconium (Zr) is adopted. In particular, it has been confirmed that the Vg-Id characteristics of the thin film transistor are deteriorated particularly when the baking temperature is 350 ° C. or higher. On the other hand, when a gate insulating layer in which the number of atoms of zirconium (Zr) is 1 or more and 2.33 or less when the number of atoms of lanthanum (La) is 1, it is relatively independent of the firing temperature. Excellent Vg-Id characteristics can be obtained. Therefore, it is very interesting that the atomic ratio of lanthanum (La) to zirconium (Zr) has been confirmed to affect the manufacturing process of the thin film transistor or a part of the electrical characteristics of the thin film transistor.
上述のとおり、本実施形態の薄膜トランジスタ100,200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、特に、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。
<第3の実施形態>
As described above, it has become clear that the
<Third Embodiment>
本実施形態では、第1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1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する説明は省略する。 The present embodiment is the same as the first embodiment except that the embossing process is performed in the formation process of a part of the layers in the first embodiment. Therefore, the description which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate | omitted.
1.薄膜トランジスタ300の製造方法
図15乃至図20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21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
(1)ゲート電極の形成
まず、図15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. 15, the
(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、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ゲート絶縁層用前駆体溶液、又はランタン(La)を含む前駆体及びタンタル(Ta)を含む前駆体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、酸素含有雰囲気中で、80℃以上200℃以下に加熱した状態で予備焼成を行う。
(2) Formation of Gate Insulating Layer Next, on the
本実施形態では、予備焼成のみを行ったゲート絶縁層用前駆体層32に対して、型押し加工を施す。具体的には、ゲート絶縁層のパターニングを行うため、図16に示すように、80℃以上300℃以下に加熱した状態で、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50nm〜約300nmのゲート絶縁層用前駆体層32が形成される。
In the present embodiment, the stamping process is performed on the gate insulating
その後、ゲート絶縁層用前駆体層32を全面エッチングすることにより、図17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32を除去する(ゲート絶縁層用前駆体層32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32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 entire gate insulating
その後、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、250℃以上500℃以下の範囲で加熱熱することにより、図18に示すように、基板10及びゲート電極20上に、ランタン(La)とジルコニウム(Zr)とからなる酸化物、又はランタン(La)とタンタル(Ta)とからなる酸化物であるゲート絶縁層34が形成される。
Thereafter, heating is performed in a range of 250 ° C. or more and 500 ° C. or less for a predetermined time in an oxygen atmosphere (for example, 100% by volume, but is not limited thereto. The same applies to the following “oxygen atmosphere”). As shown in FIG. 18, a gate insulating layer which is an oxide made of lanthanum (La) and zirconium (Zr) or an oxide made of lanthanum (La) and tantalum (Ta) is formed on the
(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34及び基板10上に、第1の実施形態で示した、第1前駆体溶液、第2前駆体溶液、第3前駆体溶液、又は第4前駆体溶液であ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。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、80℃以上180℃以下の範囲で加熱する。
(3) Formation of channel A die pressing process is performed on the
次に、図20に示すように、80℃以上250℃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、その後、ゲート絶縁層用前駆体層32とときと同様に、全面エッチングする。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、所定時間、180℃以上500℃以下の範囲で加熱することにより、図20に示すように、ゲート絶縁層34上に、第1の実施形態で示した、(A1)〜(D1)に示す4種類のチャネル用酸化物からなるチャネル44が形成される。
Next, as shown in FIG. 20, in the state heated to 80 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, the
(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22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
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1の実施形態のゲート絶縁層34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2及実施形態のゲート絶縁層34に対しても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
上述のように、本実施形態では、ゲート絶縁層34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 this embodiment, the “embossing process” is employed, in which the embossing structure is formed by embossing the
<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、ゲート絶縁層の前駆体溶液の溶媒は、酢酸、プロピオン酸、オクチル酸、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1種又は2種が選択されるアルコールの混合溶媒であることが好ましい。また、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 achieve the effects in the above-described embodiments, the solvent of the precursor solution of the gate insulating layer is acetic acid, propionic acid, octylic acid, ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, It is preferable that it is the mixed solvent of the alcohol by which 1 type or 2 types are selected from the group of 2-butoxyethanol. The solvent for the channel precursor solution is one alcohol solvent selected from the group consisting of ethanol, propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, and 2-butoxyethanol, or acetic acid, propionic acid, and octyl. A solvent that is one carboxylic acid selected from the group of acids is preferred.
また、上述の各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、100℃以上180℃以下である。これは、各種の前駆体層中の溶媒をより確度高く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 each of the above embodiments, the preliminary firing temperature is most preferably 100 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. This is because the solvent in various precursor layers can be evaporated more accurately. 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.
さらに、第3の実施形態の変形例において、チャネル44が形成された後、溶液法を採用した上で型押し加工を施すことにより、ITO層からなるソース電極及びドレイン電極が形成してもよい。具体的には、以下のとおりである。
Furthermore, in the modified example of the third embodiment, after the
初めに、チャネル44が形成された後、チャネル44上に、公知のスピンコーティング法により、インジウム(In)を含む前駆体及び錫(Sn)を含む前駆体を溶質とするソース/ドレイン電極用前駆体溶液を出発材とするソース/ドレイン電極用前駆体層を形成する。ここで、この態様におけるソース/ドレイン電極用酸化物層のためのインジウム(In)を含む前駆体の例として、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ソース/ドレイン電極用酸化物層のための錫(Sn)を含む前駆体の例として、酢酸錫、硝酸錫、塩化錫、又は各種の錫アルコキシド、(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)が採用され得る。
First, after the
この場合、予備焼成として、例えば約5分間、ソース/ドレイン電極用前駆体層を大気中において150℃に加熱した後、ソース/ドレイン電極のパターニングを行うために、例えば200℃に加熱した状態で、図示しないソース/ドレイン電極用型を用いて、5MPaの圧力で型押し加工を施す。その後、本焼成として、ソース/ドレイン電極用前駆体層を、大気中で、例えば約5分間、250℃以上400℃以下に加熱することによりソース/ドレイン電極用酸化物層が形成される。さらに、本焼成として、窒素雰囲気中で、例えば、約15分間、450℃に加熱することにより、ITO中の酸素が欠損し、この欠損が導電性の酸素欠損キャリアとなるため、導電性向上を図ることが可能となる。 In this case, as the pre-baking, for example, after the source / drain electrode precursor layer is heated to 150 ° C. in the atmosphere for about 5 minutes, the source / drain electrode is patterned, for example, at 200 ° C. in order to perform patterning. Then, using a source / drain electrode mold (not shown), embossing is performed at a pressure of 5 MPa. Thereafter, as the main baking, the source / drain electrode precursor layer is heated in the atmosphere to, for example, about 5 minutes to 250 ° C. or more and 400 ° C. or less to form the source / drain electrode oxide layer. Furthermore, as the main firing, heating in an atmosphere of nitrogen, for example, at 450 ° C. for about 15 minutes causes oxygen in the ITO to be deficient, and this deficiency becomes a conductive oxygen deficient carrier. It becomes possible to plan.
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、ソース電極及びドレイン用前駆体層)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。 Moreover, each precursor layer (for example, source electrode and drain precursor layer) subjected to the stamping process between the stamping step and the main firing step for each precursor layer in each of the embodiments described above. It is a more preferable aspect that a step of etching the precursor layer as a whole is included under the condition that the precursor layer is removed in the region where the layer thickness is the thinnest. 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.
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
20,224 ゲート電極
32 ゲート絶縁層用前駆体層
34 ゲート絶縁層
42 チャネル用前駆体層
44 チャネル
56 ドレイン電極
58 ソース電極
100,200,300 薄膜トランジスタ
50 ITO層又はRuO2層
90 レジスト膜
M1 ゲート絶縁層用型
M2 チャネル用型
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記チャネルが、
インジウム(In)からなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と錫(Sn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)、及びインジウム(In)とジルコニウム(Zr)と亜鉛(Zn)とからなる酸化物(不可避不純物を含み得る)の群から選択される1種のチャネル酸化物層である、
薄膜トランジスタ。 Between the gate electrode and the channel, an oxide composed of lanthanum (La) and zirconium (Zr) (can contain inevitable impurities) or an oxide composed of lanthanum (La) and tantalum (Ta) (including inevitable impurities) And the content of carbon (C) in the gate insulating layer is not less than 0.5 atom% and not more than 15 atom%, and the content of hydrogen (H) in the gate insulating layer The rate is 2 atom% or more and 20 atom% or less,
The channel is
Indium (In) oxide (may contain inevitable impurities), Indium (In) and tin (Sn) oxide (may contain inevitable impurities), Indium (In) and zinc (Zn) One type of channel oxide layer selected from the group of oxides (which may contain unavoidable impurities) and oxides (which may contain unavoidable impurities) consisting of indium (In), zirconium (Zr) and zinc (Zn) Is,
Thin film transistor.
前記ランタン(La)の原子数を1としたときに、前記ジルコニウム(Zr)の原子数が1以上2.33以下である、
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 When the gate insulating layer is an oxide composed of the lanthanum (La) and the zirconium (Zr) (may contain inevitable impurities), and the number of atoms of the lanthanum (La) is 1, the zirconium The number of atoms of (Zr) is 1 or more and 2.33 or less,
The thin film transistor according to claim 1.
請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 The gate insulating layer, the infrared absorption spectrum method, having an absorption peak at about 2500 cm -1 ~ about 3750cm -1 based on the binding of oxygen (O) and hydrogen (H),
The thin film transistor according to 請 Motomeko 2.
請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 The gate insulating layer, the infrared absorption spectrum method, carbon (C) and hydrogen (H) and the bond or carbon (C) and oxygen (O) and bonded to the based of about 1300 cm -1 ~ about 1600 cm -1 of the Having an absorption peak,
The thin film transistor according to 請 Motomeko 2.
前記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み、
前記チャネルの形成工程が、
インジウム(In)からなる第1酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と錫(Sn)とからなる第2酸化物(不可避不純物を含み得る)、インジウム(In)と亜鉛(Zn)とからなる第3酸化物(不可避不純物を含み得る)又は、インジウム(In)とジルコニウム(Zr)と亜鉛(Zn)とからなる第4酸化物(不可避不純物を含み得る)
であるチャネル用酸化物を形成する工程である、
薄膜トランジスタの製造方法。 A precursor solution containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing zirconium (Zr) as a solute, or a precursor solution containing a precursor containing lanthanum (La) and a precursor containing tantalum (Ta) as a solute. By heating a gate insulating layer precursor layer starting from a certain gate insulating layer precursor solution in an oxygen-containing atmosphere, an oxide composed of lanthanum (La) and zirconium (Zr) (inevitable impurities are removed). Or an oxide of lanthanum (La) and tantalum (Ta) (which may include inevitable impurities), and the carbon (C) content in the gate insulating layer is 0 The gate insulating layer having a thickness of not less than 5 atom% and not more than 15 atom%, and the hydrogen (H) content in the gate insulating layer is not less than 2 atom% and not more than 20 atom% The gate insulating layer forming step of forming in contact with the gate electrode layer,
Including between the step of forming the gate electrode layer and the step of forming a channel for forming a channel oxide (which may include inevitable impurities),
Forming the channel comprises:
A first oxide made of indium (In) (can contain unavoidable impurities), a second oxide made of indium (In) and tin (Sn) (can contain unavoidable impurities), indium (In) and zinc (Zn Or a fourth oxide composed of indium (In), zirconium (Zr) and zinc (Zn) (may contain inevitable impurities)
A step of forming a channel oxide.
A method for manufacturing a thin film transistor.
インジウム(In)を含む前駆体を溶質とする第1前駆体溶液、インジウム(In)を含む前駆体及び錫(Sn)を含む前駆体を溶質とする第2前駆体溶液、インジウム(In)を含む前駆体及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とする第3前駆体溶液、又はインジウム(In)を含む前駆体、ジルコニウム(Zr)を含む前駆体、及び亜鉛(Zn)を含む前駆体を溶質とする第4前駆体溶液を出発材とし、さらに、アセチルアセトネート、尿素、及び酢酸アンモニウムの群から選択される少なくとも1種類の助焼成剤と、酸化剤とを含む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、
前記第1酸化物、前記第2酸化物、前記第3酸化物、又は前記第4酸化物
であるチャネル用酸化物を形成する工程である、
請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 Forming the channel comprises:
A first precursor solution having a precursor containing indium (In) as a solute, a second precursor solution having a precursor containing indium (In) and a precursor containing tin (Sn) as a solute, and indium (In) A third precursor solution containing a precursor containing zinc and a precursor containing zinc (Zn) as a solute, or a precursor containing indium (In), a precursor containing zirconium (Zr), and a precursor containing zinc (Zn) A channel precursor layer comprising a fourth precursor solution having a solute as a starting material, and further comprising at least one co-firing agent selected from the group consisting of acetylacetonate, urea, and ammonium acetate, and an oxidizing agent By heating in an oxygen-containing atmosphere,
A step of forming a channel oxide that is the first oxide, the second oxide, the third oxide, or the fourth oxide.
A method for manufacturing the thin film transistor according to claim 5.
前記ゲート絶縁層において、前記ランタン(La)の原子数を1としたときに、前記ジルコニウム(Zr)の原子数が1以上2.33以下である、
請求項5又は請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The gate insulating layer precursor solution is a precursor solution having a lanthanum (La) -containing precursor and a zirconium (Zr) -containing precursor as a solute, and in the gate insulating layer, the lanthanum (La) ) When the number of atoms of the zirconium (Zr) is 1 or more and 2.33 or less,
A method for manufacturing the thin film transistor according to claim 5.
請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The gate insulating layer, the infrared absorption spectrum method, having an absorption peak at about 2500 cm -1 ~ about 3750cm -1 based on the binding of oxygen (O) and hydrogen (H),
Method for producing a serial mounting of the thin film transistor to 請 Motomeko 7.
請求項7又は請求項8に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The gate insulating layer, the infrared absorption spectrum method, carbon (C) and hydrogen (H) and the bond or carbon (C) and oxygen (O) and bonded to the based of about 1300 cm -1 ~ about 1600 cm -1 of the Having an absorption peak,
Method for producing a serial mounting of the thin film transistor to claim 7 or請 Motomeko 8.
前記ゲート絶縁層を形成する前に、前記ゲート絶縁層用前駆体層を、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7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 gate insulating layer forming step,
Before forming the gate insulating layer, the gate insulating layer precursor layer is subjected to a stamping process in a state of being heated at 80 ° C. or higher and 300 ° C. or lower in an oxygen-containing atmosphere. Further comprising an embossing step of forming an embossed structure on the precursor layer,
Method for fabricating the thin film transistor according to any one of claims 7乃 Optimum claim 9.
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250℃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 higher and 250 ° C. or lower in an oxygen-containing atmosphere. Further comprising a stamping step for forming a stamping structure,
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 6.
前記チャネルを形成するための加熱温度が、180℃以上500℃以下である、
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The heating temperature for forming the gate insulating layer is 250 ° C. or more and 500 ° C. or less,
The heating temperature for forming the channel is 180 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 11.
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