JP6852296B2 - 電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界効果型トランジスタの製造方法に関する。

電界効果型トランジスタ（Field Effect Transistor；ＦＥＴ）は、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製及び集積化が容易である。そのため、ＦＥＴは、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっており、例えば、電界効果型トランジスタをマトリックス状に配列したアクティブマトリックスは、液晶等のディスプレイの駆動回路として用いられている。

電界効果型トランジスタの一例として、酸化物半導体層を有する電界効果型トランジスタが知られている（例えば、特許文献１参照）。酸化物半導体層を有する電界効果型トランジスタでは、移動度の増大やスイッチング特性の向上等、トランジスタ特性の向上が期待されている。

ところで、電界効果型トランジスタのスイッチング特性を示す指標の１つとして、ＳＳ値（サブスレッショルド・スイング値）が用いられる場合がある。ＳＳ値は、伝達特性のオフ領域からオン領域へと遷移するしきい値下領域において、対数グラフの傾きが最大のところで、ドレイン電流が１桁分増加するために必要なゲート電圧の増分として定義される。ＳＳ値が小さいほど、急峻な立ち上がりとなり、スイッチング特性に優れる。

しかしながら、製造プロセスによっては、電界効果型トランジスタのＳＳ値が大きくなる場合があり、ＳＳ値を低減可能な電界効果型トランジスタの製造プロセスが求められている。

本発明は、ＳＳ値を低減可能な電界効果型トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。

本電界効果型トランジスタの製造方法は、何れか一方が酸化物半導体層である第１の酸化物層と第２の酸化物層とが隣接した電界効果型トランジスタの製造方法であって、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第１の酸化物層を形成する工程と、前記第１の酸化物層上に、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第２の酸化物層を形成する工程と、を有し、前記第２の酸化物層の形成温度が、前記第１の酸化物層の形成温度以下であり、前記第１の酸化物層が酸化物絶縁層であり、前記第２の酸化物層が酸化物半導体層であり、前記酸化物絶縁層がゲート絶縁層であり、前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを含有することを要件とする。

開示の技術によれば、ＳＳ値を低減可能な電界効果型トランジスタの製造方法を提供できる。

第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。 第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その１）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その２）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その３）である。 第２の実施の形態における表示素子の説明図である。 第２の実施の形態における有機ＥＬの説明図である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その４）である。 第２の実施の形態における他の表示素子の説明図（その１）である。 第２の実施の形態における他の表示素子の説明図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［電界効果型トランジスタの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図１を参照するに、電界効果型トランジスタ１０は、基材１１と、ゲート電極１２と、ゲート絶縁層１３と、半導体層１４と、ソース電極１５と、ドレイン電極１６とを有するボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型トランジスタ１０は、本発明に係る電界効果型トランジスタの代表的な一例である。

電界効果型トランジスタ１０では、絶縁性の基材１１上にゲート電極１２が形成され、更に、ゲート電極１２を覆うようにゲート絶縁層１３が形成されている。ゲート絶縁層１３上には半導体層１４が形成され、半導体層１４においてチャネルが形成されるように、半導体層１４上にソース電極１５及びドレイン電極１６が形成されている。以下、電界効果型トランジスタ１０の各構成要素について、詳しく説明する。

なお、本実施の形態では、便宜上、半導体層１４側を上側又は一方の側、基材１１側を下側又は他方の側とする。又、各部位の半導体層１４側の面を上面又は一方の面、基材１１側の面を下面又は他方の面とする。但し、電界効果型トランジスタ１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。又、基材１１上の各部位の積層方向に切った断面を縦断面、基材１１上の各部位の積層方向に垂直な方向（基材１１の上面に平行な方向）に切った断面を横断面とする。

基材１１の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

基材１１の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ガラス基材、プラスチック基材、フィルム基材等を用いることができる。ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、無アルカリガラス、シリカガラス等が挙げられる。又、プラスチック基材やフィルム基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、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）等が挙げられる。なお、基材１１としては、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。

ゲート電極１２は、基材１１上の所定領域に形成されている。ゲート電極１２は、ゲート電圧を印加するための電極である。ゲート電極１２の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、白金、パラジウム、金、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、クロム、タンタル、モリブデン、チタン等の金属、これらの合金、これら金属の混合物等が挙げられる。又、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化ニオブ等の導電性酸化物、これらの複合化合物、これらの混合物等が挙げられる。ゲート電極１２の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜２μｍが好ましく、７０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

ゲート絶縁層１３は、ゲート電極１２と半導体層１４との間に設けられ、ゲート電極１２と半導体層１４とを絶縁するための酸化物絶縁層である。ゲート絶縁層１３の材料としては、例えば、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、ガリウム（Ｇａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを少なくとも含有する酸化物膜を用いることができる。

この酸化物膜は、Ｚｒ（ジルコニウム）及びＨｆ（ハフニウム）の少なくとも何れかである第Ｃ元素を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有することが好ましい。酸化物膜に含まれるアルカリ土類金属は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。

アルカリ土類元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）が挙げられる。

ランタノイドとしては、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。

酸化物膜は、常誘電体アモルファス酸化物を含有するか、又は、常誘電体アモルファス酸化物それ自体で形成されることが好ましい。常誘電体アモルファス酸化物は、大気中において安定であり、かつ広範な組成範囲で安定的にアモルファス構造を形成することができる。但し、酸化物膜の一部に結晶が含まれていてもよい。

ゲート絶縁層１３の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

半導体層１４は、ゲート絶縁層１３上に形成された酸化物半導体層であり、ゲート絶縁層１３を介してゲート電極１２と対向するように配置されている。半導体層１４は、例えば、ｎ型酸化物半導体から形成することができる。

半導体層１４を構成するｎ型酸化物半導体は、高い電界効果移動度が得られる点、及び電子キャリア濃度を適切に制御しやすい点から、インジウム、亜鉛、錫、ガリウム、及びチタンの少なくとも何れかと、アルカリ土類金属とを含有することが好ましく、インジウムとアルカリ土類金属とを含有することがより好ましい。

アルカリ土類元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、Ｍｇ、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）等が挙げられる。

ソース電極１５及びドレイン電極１６は、半導体層１４上に形成されている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、半導体層１４の一部を被覆し、所定の間隔を隔てて形成されている。ソース電極１５及びドレイン電極１６は、ゲート電極１２へのゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すための電極である。なお、ソース電極１５及びドレイン電極１６と共に、ソース電極１５及びドレイン電極１６と接続される配線が同一層に形成されてもよい。

ソース電極１５及びドレイン電極１６の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ゲート電極１２の説明で例示した材質等が挙げられる。ソース電極１５及びドレイン電極１６の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜３００ｎｍがより好ましい。

［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図１に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図２及び図３は、第１の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。

まず、図２（ａ）に示す工程では、基材１１上に、ゲート電極１２を形成する。具体的には、ガラス基材等からなる基材１１を準備する。そして、基材１１上に、真空蒸着法等により導電体膜を形成し、形成した導電体膜をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニングして所定形状のゲート電極１２を形成する。

基材１１の表面の清浄化及び密着性向上の点で、ゲート電極１２を形成する前に、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。基材１１、ゲート電極１２の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

次に、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す工程では、基材１１上に、ゲート電極１２を被覆するゲート絶縁層１３を形成する。例えば、図２（ｂ）に示す工程において、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０をディップコーティング法、スピンコート法、ダイコート法等により塗布し、図２（ｃ）に示す工程において、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０を第１の温度で焼成してゲート絶縁層１３を形成するプロセスを挙げることができる。ゲート絶縁層１３の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

但し、ゲート絶縁層１３を形成する方法として、上記のプロセス以外に、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスを用いることができる。

次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す工程では、ゲート絶縁層１３上に半導体層１４を形成する。例えば、図３（ａ）に示す工程において、酸化物半導体層形成用塗布液１４０をディップコーティング法、スピンコート法、ダイコート法等により塗布し、図３（ｂ）に示す工程において、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０を第２の温度で焼成してゲート絶縁層１３を形成するプロセスを挙げることができる。

但し、半導体層１４を形成する方法として、上記のプロセス以外に、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスを用いることができる。

本実施の形態の製造プロセスでは、半導体層１４の形成温度（第２の温度）を、ゲート絶縁層１３の形成温度（第１の温度）以下としている。例えば、ゲート絶縁層１３の形成温度（第１の温度）を４００℃とした場合、半導体層１４の形成温度（第２の温度）は４００℃以下（例えば、３５０〜４００℃）にする必要がある。

次に、図３（ｃ）に示す工程では、半導体層１４上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。例えば、半導体層１４上に、真空蒸着法等により導電体膜を形成する。そして、導電体膜上にマスクパターンを形成し、マスクパターンから露出する導電体膜をエッチングにより除去する。マスクパターンに被覆された導電体膜がソース電極１５及びドレイン電極１６となる。ソース電極１５及びドレイン電極１６の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

このように、本実施の形態では、何れか一方が酸化物半導体層である２層の酸化物層が上下に隣接する場合、上層の酸化物層（本実施の形態では半導体層１４）の形成温度が、下層の酸化物層（本実施の形態ではゲート絶縁層１３）の形成温度以下となるようにする。これにより、電界効果型トランジスタ１０のＳＳ値を低減することが可能となる。すなわち、電界効果型トランジスタ１０のスイッチング特性を向上することが可能となる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、酸化物絶縁層である保護層を備えた電界効果型トランジスタの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

［電界効果型トランジスタの構造］
図４は、第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図４を参照するに、電界効果型トランジスタ１０Ａは、保護層１７が設けられた点が電界効果型トランジスタ１０（図１参照）と相違する。なお、電界効果型トランジスタ１０Ａは、本発明に係る電界効果型トランジスタの代表的な一例である。

保護層１７は、半導体層１４上にソース電極１５及びドレイン電極１６を被覆するように設けられた酸化物絶縁層である。

保護層１７の材料としては、例えば、ゲート絶縁層１３の材料として例示した、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、ガリウム（Ｇａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを少なくとも含有する酸化物膜を用いることができる。保護層１７の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

保護層１７は、大気中の水分、酸素等から、少なくとも半導体層１４を隔離保護する機能を有する。但し、保護層１７は、半導体層１４のみならず、電界効果型トランジスタ１０Ａの他の構成要素（例えば、ゲート絶縁層１３、ソース電極１５、ドレイン電極１６、ゲート電極１２）を保護する機能を有してもよい。又、保護層１７は、電界効果型トランジスタ１０Ａ上に形成される層の材料や、その形成プロセスから電界効果型トランジスタ１０Ａの少なくとも一部を保護する機能を有してもよい。

［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図４に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図５及び図６は、第１の実施形態の変形例に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。

まず、図５（ａ）に示す工程では、図２（ａ）に示す工程と同様にして、基材１１上に、ゲート電極１２を形成する。次に、図５（ｂ）に示す工程では、基材１１上に、ゲート電極１２を被覆するゲート絶縁層１３を形成する。ゲート絶縁層１３の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスを用いることができる。ゲート絶縁層１３の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２等を用いることができる。

次に、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示す工程では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す工程と同様にして、ゲート絶縁層１３上に半導体層１４を形成する。次に、図６（ａ）に示す工程では、図３（ｃ）に示す工程と同様にして、半導体層１４上にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。

次に、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す工程では、半導体層１４上に、ソース電極１５及びドレイン電極１６を被覆する保護層１７を形成する。例えば、図６（ｂ）に示す工程において、保護層形成用塗布液１７０をディップコーティング法、スピンコート法、ダイコート法等により塗布し、図６（ｃ）に示す工程において、保護層形成用塗布液１７０を第３の温度で焼成して保護層１７を形成するプロセスを挙げることができる。保護層１７の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

但し、保護層１７を形成する方法として、上記のプロセス以外に、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスを用いることができる。

本実施の形態の製造プロセスでは、保護層１７の形成温度（第３の温度）を、半導体層１４の形成温度（第２の温度）以下としている。例えば、半導体層１４の形成温度（第２の温度）を４００℃とした場合、保護層１７の形成温度（第３の温度）は４００℃以下（例えば、３５０〜４００℃）にする必要がある
このように、本実施の形態では、何れか一方が酸化物半導体層である２層の酸化物層が上下に隣接する場合、上層の酸化物層（本実施の形態では保護層１７）の形成温度が、下層の酸化物層（本実施の形態では半導体層１４）の形成温度以下となるようにする。これにより、電界効果型トランジスタ１０ＡのＳＳ値を低減することが可能となる。すなわち、電界効果型トランジスタ１０Ａのスイッチング特性を向上することが可能となる。

〈実施例１〉
実施例１では、ボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。

−ゲート電極１２の形成−
まず、基材１１としてガラス基材を準備し、基材１１上にゲート電極１２を形成した。具体的には、基材１１上に、真空蒸着法により、Ｃｒ／Ａｕの積層膜を成膜した。この後、Ｃｒ／Ａｕの積層膜上にフォトレジストを塗布し、プリベーク、露光装置による露光、及び現像によりレジストパターンを形成した。そして、レジストパターンの形成されていない領域のＣｒ／Ａｕの積層膜を溶解させて除去し、Ｃｒ／Ａｕの積層膜からなるゲート電極１２を形成した。

−ゲート絶縁層１３の形成−
次に、基材１１上に、ゲート電極１２を被覆するように、酸化物層であるゲート絶縁層１３を形成した。具体的には、まず、シクロヘキシルベンゼン１．２ｍＬに、２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７％、Ｗａｋｏ １２２−０３３７１、株式会社ワコーケミカル製）１．９５ｍＬと、２−エチルヘキサン酸ストロンチウムトルエン溶液（Ｓｒ含量２％、Ｗａｋｏ １９５−０９５６１、株式会社ワコーケミカル製）０．５７ｍＬと、２−エチルヘキサン酸酸化ジルコニウムミネラルスピリット溶液（Ｚｒ含量１２％、Ｗａｋｏ ２６９−０１１１６、株式会社ワコーケミカル製）０．０９ｍＬとを混合し、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０を作製した。

次に、基材１１上に、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０を滴下し、所定の条件でスピンコートした。そして、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０を滴下した基材１１をオーブンを用いて約１２０℃で約１時間加熱した（乾燥工程）。次に、基材１１をオーブンを用いて約４００℃で約３時間加熱することにより、ゲート絶縁層形成用塗布液１３０から酸化物絶縁層であるゲート絶縁層１３を形成した（焼成工程）。

−半導体層１４の形成−
次に、ゲート絶縁層１３上に、半導体層１４を形成した。具体的には、まず、３．５５ｇの硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ_３）_３・３Ｈ_２Ｏ）と０．１３９ｇの塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ）を秤量し、１，２−プロパンジオール２０ｍＬとエチレングリコールモノメチルエーテル２０ｍＬとを加え室温で混合、溶解させ、酸化物半導体層形成用塗布液１４０を作製した。

次に、ゲート絶縁層１３上に、インクジェット装置を用いて酸化物半導体層形成用塗布液１４０を所定のパターンで塗布した。そして、基材１１を約１２０℃に加熱したホットプレート上で約１０分間加熱した（乾燥工程）。次に、基材１１をオーブンを用いて約４００℃で約１時間加熱することにより、酸化物半導体層形成用塗布液１４０から酸化物半導体層である半導体層１４を形成した（焼成工程）。

−ソース電極１５及びドレイン電極１６の形成−
次に、半導体層１４上に、シャドウマスクと真空蒸着法を用いてＡｕ膜を成膜し、所定のパターンのソース電極１５及びドレイン電極１６を形成した。以上の工程により、電界効果型トランジスタ１０を完成させた。

−トランジスタ性能評価−
得られた電界効果型トランジスタ１０について、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザＢ１５００Ａ）を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。具体的には、ソース／ドレイン電圧Ｖｄｓを１０Ｖとし、ゲート電圧をＶｇ＝−１５Ｖから＋１５Ｖに変化させて、電流−電圧特性（伝達特性）を評価した。そして、ＳＳ値を算出した。

〈実施例２〉
実施例２では、半導体層１４を形成する際のオーブンでの加熱条件（実施例１では、約４００℃で約１時間）を、約３５０℃で約１時間に変更した以外は実施例１と同じ方法で、図１に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。又、実施例１と同様に、ＳＳ値を算出した。

〈比較例１〉
比較例１では、半導体層１４を形成する際のオーブンでの加熱条件（実施例１では、約４００℃で約１時間）を、約４５０℃で約１時間に変更した以外は実施例１と同じ方法で、図１に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。又、実施例１と同様に、ＳＳ値を算出した。

〈実施例１及び２、比較例１の結果のまとめ〉

実施例１及び２、比較例１の結果を表１にまとめた。表１に示すように、実施例１及び２ではＳＳ値が良好な値であったのに対し、比較例１ではＳＳ値が実施例１及び２の２倍程度の大きな値となった。

実施例１及び２の製造方法では、後工程の半導体層１４（上層）の製造工程の温度が、前工程のゲート絶縁層１３（下層）の製造工程の温度以下であることが、ＳＳ値を低減させたものと考えられる。一方、比較例１では、後工程の半導体層１４（上層）の製造工程の温度が、前工程のゲート絶縁層１３（下層）の製造工程の温度よりも高いことが、ＳＳ値の増加をもたらしたものと考えられる。

〈実施例３〉
実施例３では、ボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。

−ゲート電極１２の形成−
まず、基材１１としてガラス基材を準備し、実施例１と同様にして、基材１１上にゲート電極１２を形成した。

−ゲート絶縁層１３の形成−
次に、基材１１上に、ゲート電極１２を被覆するように、ＲＦスパッタリングにより、ＳｉＯ_２膜を厚みが約２００ｎｍとなるよう成膜し、ゲート絶縁層１３を形成した。

−半導体層１４の形成−
次に、ゲート絶縁層１３上に、実施例１と同様にして、半導体層１４を形成した。

−ソース電極１５及びドレイン電極１６の形成−
次に、半導体層１４上に、実施例１と同様にして、所定のパターンのソース電極１５及びドレイン電極１６を形成した。

−保護層１７の形成−
次に、半導体層１４上に、ソース電極１５及びドレイン電極１６を被覆するように、酸化物層である保護層１７を形成した。具体的には、まず、トルエン１ｍＬに、２−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液（Ｌａ含量７％、Ｗａｋｏ １２２−０３３３７１、株式会社ワコーケミカル製）０．９９ｍＬと、２−エチルヘキサン酸ストロンチウムトルエン溶液（Ｓｒ含量２％、Ｗａｋｏ １９５−０９５６１、株式会社ワコーケミカル製）０．２７ｍＬとを混合し、保護層形成用塗布液１７０を作製した。

次に、基材１１上に、保護層形成用塗布液１７０を滴下し、所定の条件でスピンコートした。そして、保護層形成用塗布液１７０を滴下した基材１１をオーブンを用いて約１２０℃で約１時間加熱した（乾燥工程）。次に、基材１１をオーブンを用いて約４００℃で約１時間加熱することにより、保護層形成用塗布液１７０から酸化物絶縁層である保護層１７を形成した（焼成工程）。以上の工程により、電界効果型トランジスタ１０Ａを完成させた。

−トランジスタ性能評価−
得られた電界効果型トランジスタ１０Ａについて、実施例１と同様にして、ＳＳ値を算出した。

〈実施例４〉
実施例４では、保護層１７を形成する際のオーブンでの加熱条件（実施例３では、約４００℃で約１時間）を、約３５０℃で約１時間に変更した以外は実施例３と同じ方法で、図４に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。又、実施例３と同様に、ＳＳ値を算出した。

〈比較例２〉
比較例２では、保護層１７を形成する際のオーブンでの加熱条件（実施例３では、約４００℃で約１時間）を、約４５０℃で約１時間に変更した以外は実施例３と同じ方法で、図４に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。又、実施例３と同様に、ＳＳ値を算出した。

〈実施例３及び４、比較例２の結果のまとめ〉

実施例３及び４、比較例２の結果を表２にまとめた。表２に示すように、実施例３及び４ではＳＳ値が良好な値であったのに対し、比較例２ではＳＳ値が実施例３及び４の２倍程度の大きな値となった。

実施例３及び４の製造方法では、後工程の保護層１７（上層）の製造工程の温度が、前工程の半導体層１４（下層）の製造工程の温度以下であることが、ＳＳ値を低減させたものと考えられる。一方、比較例１では、後工程の保護層１７（上層）の製造工程の温度が、前工程の半導体層１４（下層）の製造工程の温度よりも高いことが、ＳＳ値の増加をもたらしたものと考えられる。

以上のように、実施例１〜４並びに比較例１及び２の結果から、電界効果型トランジスタにおいて、何れか一方が酸化物半導体層である２層の酸化物層が上下に隣接する場合、上層の酸化物層の形成温度を、下層の酸化物層の形成温度以下とすることより、ＳＳ値を低減することが可能となる。すなわち、電界効果型トランジスタのスイッチング特性を向上することが可能となる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを用いた表示素子、表示装置、及びシステムの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

（表示素子）
第２の実施の形態に係る表示素子は、少なくとも、光制御素子と、光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子等が挙げられる。

駆動回路としては、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

第２の実施の形態に係る表示素子は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを有しているため、ＳＳ値が低く良好なスイッチング特性を得ることが可能となる。その結果、高品質の表示を行うことが可能となる。

（表示装置）
第２の実施の形態に係る表示装置は、少なくとも、第２の実施の形態に係る複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の第２の実施の形態に係る表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

複数の配線は、複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と画像データ信号とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

第２の実施の形態に係る表示装置は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを備えた表示素子を有しているため、高品質の画像を表示することが可能となる。

（システム）
第２の実施の形態に係るシステムは、少なくとも、第２の実施の形態に係る表示装置と、画像データ作成装置とを有する。画像データ作成装置は、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、画像データを前記表示装置に出力する。

システムは、第２の実施の形態に係る表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。

以下、第２の実施の形態に係る表示素子、表示装置、及びシステムについて、具体的に説明する。

図７には、第２の実施の形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置５００の概略構成が示されている。なお、図７における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

第２の実施の形態に係るテレビジョン装置５００は、主制御装置５０１、チューナ５０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）５０４、復調回路５０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ５０６、音声デコーダ５１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２、音声出力回路５１３、スピーカ５１４、映像デコーダ５２１、映像・ＯＳＤ合成回路５２２、映像出力回路５２３、表示装置５２４、ＯＳＤ描画回路５２５、メモリ５３１、操作装置５３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）５４１、ハードディスク装置５４２、光ディスク装置５４３、ＩＲ受光器５５１、及び通信制御装置５５２等を備えている。

主制御装置５０１は、テレビジョン装置５００の全体を制御し、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されている。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びＣＰＵでの処理に用いられる各種データ等が格納されている。又、ＲＡＭは、作業用のメモリである。

チューナ５０３は、アンテナ６１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。ＡＤＣ５０４は、チューナ５０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。復調回路５０５は、ＡＤＣ５０４からのデジタル情報を復調する。

ＴＳデコーダ５０６は、復調回路５０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。音声デコーダ５１１は、ＴＳデコーダ５０６からの音声情報をデコードする。ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２は、音声デコーダ５１１の出力信号をアナログ信号に変換する。

音声出力回路５１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２の出力信号をスピーカ５１４に出力する。映像デコーダ５２１は、ＴＳデコーダ５０６からの映像情報をデコードする。映像・ＯＳＤ合成回路５２２は、映像デコーダ５２１の出力信号とＯＳＤ描画回路５２５の出力信号を合成する。

映像出力回路５２３は、映像・ＯＳＤ合成回路５２２の出力信号を表示装置５２４に出力する。ＯＳＤ描画回路５２５は、表示装置５２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置５３２やＩＲ受光器５５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。

メモリ５３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。操作装置５３２は、例えばコントロールパネル等の入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置５０１に通知する。ドライブＩＦ５４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。

ハードディスク装置５４２は、ハードディスクと、このハードディスクを駆動するための駆動装置等から構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録すると共に、ハードディスクに記録されているデータを再生する。光ディスク装置５４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤ）にデータを記録すると共に、光ディスクに記録されているデータを再生する。

ＩＲ受光器５５１は、リモコン送信機６２０からの光信号を受信し、主制御装置５０１に通知する。通信制御装置５５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。

表示装置５２４は、一例として図８に示されるように、表示器７００、及び表示制御装置７８０を有している。表示器７００は、一例として図９に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子７０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ７１０を有している。

又、ディスプレイ７１０は、一例として図１０に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）を有している。そして、走査線とデータ線とによって、表示素子７０２を特定することができる。

各表示素子７０２は、一例として図１１に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子７５０と、この有機ＥＬ素子７５０を発光させるためのドライブ回路７２０とを有している。すなわち、ディスプレイ７１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。又、ディスプレイ７１０は、カラー対応の３２インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。

有機ＥＬ素子７５０は、一例として図１２に示されるように、有機ＥＬ薄膜層７４０と、陰極７１２と、陽極７１４とを有している。

有機ＥＬ素子７５０は、例えば、電界効果型トランジスタの横に配置することができる。この場合、有機ＥＬ素子７５０と電界効果型トランジスタとは、同一の基材上に形成することができる。但し、これに限定されず、例えば、電界効果型トランジスタの上に有機ＥＬ素子７５０が配置されても良い。この場合には、ゲート電極に透明性が要求されるので、ゲート電極には、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ_２等の導電性を有する透明な酸化物が用いられる。

有機ＥＬ素子７５０において、陰極７１２には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等を用いても良い。陽極７１４には、ＩＴＯが用いられている。なお、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の導電性を有する酸化物、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金等を用いても良い。

有機ＥＬ薄膜層７４０は、電子輸送層７４２と発光層７４４と正孔輸送層７４６とを有している。そして、電子輸送層７４２に陰極７１２が接続され、正孔輸送層７４６に陽極７１４が接続されている。陽極７１４と陰極７１２との間に所定の電圧を印加すると発光層７４４が発光する。

又、図１１に示すように、ドライブ回路７２０は、２つの電界効果型トランジスタ８１０及び８２０、コンデンサ８３０を有している。電界効果型トランジスタ８１０は、スイッチ素子として動作する。ゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。又、ドレイン電極Ｄは、コンデンサ８３０の一方の端子に接続されている。

コンデンサ８３０は、電界効果型トランジスタ８１０の状態、すなわちデータを記憶しておくためのものである。コンデンサ８３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。

電界効果型トランジスタ８２０は、有機ＥＬ素子７５０に大きな電流を供給するためのものである。ゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ８１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、ドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子７５０の陽極７１４に接続され、ソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。

そこで、電界効果型トランジスタ８１０が「オン」状態になると、電界効果型トランジスタ８２０によって、有機ＥＬ素子７５０は駆動される。

表示制御装置７８０は、一例として図１３に示されるように、画像データ処理回路７８２、走査線駆動回路７８４、及びデータ線駆動回路７８６を有している。

画像データ処理回路７８２は、映像出力回路５２３の出力信号に基づいて、ディスプレイ７１０における複数の表示素子７０２の輝度を判断する。走査線駆動回路７８４は、画像データ処理回路７８２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。データ線駆動回路７８６は、画像データ処理回路７８２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係るテレビジョン装置５００では、映像デコーダ５２１と映像・ＯＳＤ合成回路５２２と映像出力回路５２３とＯＳＤ描画回路５２５とによって画像データ作成装置が構成されている。

又、上記においては、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、液晶素子、エレクトロクロミック素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。

例えば、光制御素子が液晶素子の場合は、上記ディスプレイ７１０として、液晶ディスプレイ用いる。この場合においては、図１４に示されるように、表示素子７０３における電流供給線は不要となる。

又、この場合では、一例として図１５に示されるように、ドライブ回路７３０は、図１１に示される電界効果型トランジスタ（８１０、８２０）と同様な１つの電界効果型トランジスタ８４０のみで構成することができる。電界効果型トランジスタ８４０では、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。又、ドレイン電極Ｄが液晶素子７７０の画素電極、及びコンデンサ７６０に接続されている。なお、図１５における符号７６２、７７２は、夫々コンデンサ７６０、液晶素子７７０の対向電極（コモン電極）である。

又、上記実施の形態では、システムがテレビジョン装置の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに画像や情報を表示する装置として上記表示装置５２４を備えていれば良い。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と表示装置５２４とが接続されたコンピュータシステムであっても良い。

又、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子ＢＯＯＫ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラ等の撮像機器における表示手段に表示装置５２４を用いることができる。又、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に表示装置５２４を用いることができる。更に、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に表示装置５２４を用いることができる。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第１の実施の形態やその変形例では、ボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタを例にして説明したが、本発明は、ボトムゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ、トップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ、トップゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタにも適用可能である。

又、第１の実施の形態やその変形例では、ゲート絶縁層と半導体層が隣接する場合や、半導体層と保護層が隣接する場合を例にして説明したが、本発明は、何れか一方が酸化物半導体層である２層の酸化物層が上下に隣接する場合であれば、上記の例以外にも適用可能である。例えば、フレキシブル基材に酸化物層であるバリア層を設け、バリア層上に酸化物半導体層を設ける場合等が挙げられる。

１０、１０Ａ 電界効果型トランジスタ
１１ 基材
１２ ゲート電極
１３ ゲート絶縁層
１４ 半導体層
１５ ソース電極
１６ ドレイン電極
１７ 保護層

特許第５１１８８１１号

Claims (9)

1. 何れか一方が酸化物半導体層である第１の酸化物層と第２の酸化物層とが隣接した電界効果型トランジスタの製造方法であって、
   Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第１の酸化物層を形成する工程と、
   前記第１の酸化物層上に、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第２の酸化物層を形成する工程と、を有し、
   前記第２の酸化物層の形成温度が、前記第１の酸化物層の形成温度以下であり、
   前記第１の酸化物層が酸化物絶縁層であり、前記第２の酸化物層が酸化物半導体層であり、
   前記酸化物絶縁層がゲート絶縁層であり、
   前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを含有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
2. 何れか一方が酸化物半導体層である第１の酸化物層と第２の酸化物層とが隣接した電界効果型トランジスタの製造方法であって、
   Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第１の酸化物層を形成する工程と、
   前記第１の酸化物層上に、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第２の酸化物層を形成する工程と、を有し、
   前記第２の酸化物層の形成温度が、前記第１の酸化物層の形成温度以下であり、
   前記第１の酸化物層が酸化物半導体層であり、前記第２の酸化物層が酸化物絶縁層であり、
   前記酸化物絶縁層が保護層であり、
   前記保護層は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを含有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
3. 何れか一方が酸化物半導体層である第１の酸化物層と第２の酸化物層とが隣接した電界効果型トランジスタの製造方法であって、
   Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第１の酸化物層を形成する工程と、
   前記第１の酸化物層上に、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである元素を含む材料により前記第２の酸化物層を形成する工程と、を有し、
   前記第２の酸化物層の形成温度が、前記第１の酸化物層の形成温度以下であることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
4. 前記第１の酸化物層が酸化物絶縁層であり、前記第２の酸化物層が酸化物半導体層であることを特徴とする請求項３に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
5. 前記酸化物絶縁層がゲート絶縁層であり、
   前記ゲート絶縁層は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを含有することを特徴とする請求項４に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
6. 前記第１の酸化物層が酸化物半導体層であり、前記第２の酸化物層が酸化物絶縁層であることを特徴とする請求項３に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
7. 前記酸化物絶縁層が保護層であり、
   前記保護層は、アルカリ土類金属である第Ａ元素と、Ｓｃ、Ｙ、及びランタノイドの少なくとも何れかである第Ｂ元素とを含有することを特徴とする請求項６に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
8. 前記第１の酸化物層を形成する工程では、
   第１の酸化物層形成用塗布液を塗布し、前記第１の酸化物層形成用塗布液を加熱して前記第１の酸化物層を形成することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
9. 前記第２の酸化物層を形成する工程では、
   第２の酸化物層形成用塗布液を塗布し、前記第２の酸化物層形成用塗布液を加熱して前記第２の酸化物層を形成することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。

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