薄膜トランジスタのための半導体レイヤ
【課題】低温度における溶液処理を用いる、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛及び錯化剤から成る溶液を製造し、その溶液を基板に付着させ、その溶液を加熱して基板上に半導体レイヤを形成する。この酸化亜鉛半導体レイヤを用いる薄膜トランジスタは、移動度及びオン／オフ割合が好ましい。
【解決手段】酸化亜鉛及び錯化剤から成る溶液を製造し、その溶液を基板に付着させ、その溶液を加熱して基板上に半導体レイヤを形成する。この酸化亜鉛半導体レイヤを用いる薄膜トランジスタは、移動度及びオン／オフ割合が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法、及び、この方法によって製造される半導体レイヤならびに／若しくは薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、高移動度、優れた環境安定性、及び高透過性などの顕著な特徴をさらに提供することもできる非中毒性無機半導体である。
【０００３】
しかしながら、半導体を製造するための方法は、ＺｎＯ半導体レイヤの移動度に影響を及ぼすことがある。高移動度を有するＺｎＯ半導体は、無線周波数マグネトロン・スパッタリングのみを介して一般に製造される。微細に制御された環境において無線周波数マグネトロン・スパッタリングによって作成されるＺｎＯ薄膜半導体は、高いＦＥＴ（電界効果トランジスタ）移動度（＞３０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ）を示しているが、この技術は低コストＴＦＴ（薄膜トランジスタ）製造工程と適合性がない。このような機器は高価であり、結果として生産コストが高くなる。
【０００４】
２００６年６月１２日に出願され、その開示が本明細書中に完全に組み込まれる米国特許出願シリアル番号第１１/４５０，９９８号に記載される別のアプローチにおいて、ＺｎＯ前駆体がＺｎＯ半導体レイヤを形成するために使用された。しかしながら、この方法は、高移動度を達成するために３５０℃から５５０℃の温度でのアニーリング工程を必要とする。このような温度は、重合性支持体、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドのフィルムやシートのような、こうした温度で変形する支持体には適応されない。
【０００５】
ＺｎＯ半導体はさらに、溶液中にＺｎＯナノ粒子又はナノロッドを使用して低（環境）温度で形成されている。しかしながら、このアプローチは、ナノ粒子又はナノロッドを作成するための追加ステップを含んでいた。非特許文献１を参照されたい。
【０００６】
ＴＦＴは一般に、支持体上に、導電性ゲート、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極をソース及びドレインの各電極から分離した電気絶縁ゲート誘電体層、及び、ゲート誘電体層と接触状態にあり、ソース電極とドレイン電極とを橋渡しする半導体レイヤから構成される。良好な移動度及び／又は他の所望の特性を有する低温度で酸化亜鉛半導体を製造することは有益である。
【非特許文献１】Ｂ．サン他著「コロイダル・ナノロッドの自己集合に基づく溶液処理酸化亜鉛電界効果トランジスタ」（ナノ・レット、第５巻、第１２号、２４０８−２４１３ページ、２００５年）（Ｂ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．，”Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｎａｎｏｒｏｄｓ，”Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．５， Ｎｏ．１２， ｐｐ．２４０８−２４１３（２００５））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、種々の実施の形態において、ＺｎＯ半導体レイヤ、及び／又はこれを含む薄膜トランジスタを製造するための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施の形態において、酸化亜鉛半導体を製造する方法は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を提供し、基板を溶液に接触させ、溶液を加熱して酸化亜鉛半導体レイヤを形成することを有する。
【０００９】
一部の実施の形態において、亜鉛塩は、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、及び酢酸亜鉛から成る群から選択されてもよい。より具体的な実施の形態において、亜鉛塩は硝酸亜鉛である。
【００１０】
他の実施の形態において、錯化剤は、カルボキシル酸又はオルガノアミンでもよい。特定の実施の形態において、錯化剤は、ヘキサメチレンテトラミン、エタノールアミン、アミノプロパノール、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエタノール、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノシクロヘキサン、及びそれらの混合物から成る群から選択されるオルガノアミンである。より具体的な実施の形態において、錯化剤はヘキサメチレンテトラミンである。
【００１１】
更なる実施の形態において、溶液中の錯化剤に対する亜鉛塩のモル比は、約０．５から約１０であればよい。
【００１２】
他の実施の形態において、溶液中のＺｎ２＋の濃度は、約０．０１Ｍから約５．０Ｍであればよい。
【００１３】
他の実施の形態において、基板は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液にその基板を浸せきさせることによって溶液に接触され得る。更なる実施の形態において、基板は、溶液を基板上に付着させることによって溶液に接触され得る。更なる別の実施の形態において、液体付着方法は、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スクリーンプリンティング、マイクロコンタクト・プリンティング、インクジェット・プリンティング、及びスタンピングから成る群から選択され得る。
【００１４】
更なる実施の形態において、加熱は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を、約５０℃から約３００℃の範囲の温度まで加熱することによって実行されることもできる。他の実施の形態において、加熱はさらに、約５０℃から約１５０℃の範囲内の温度まで加熱することによって実行されることもできる。一部の実施の形態において、溶液は、１分から約２４時間までの期間にわたって加熱されることもある。一部の実施の形態において、溶液は約１分から約６時間までの期間にわたって加熱される。更なる実施の形態において、加熱は、毎分約０．５℃から約１００℃までの速度で加熱することによって実行されてもよい。
【００１５】
この方法は、基板をすすぎ、乾燥させることを更に含むことがある。
【００１６】
一部の実施の形態において、結果として生じる薄膜トランジスタは、少なくとも０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度を有し得る。
【００１７】
他の実施の形態において、結果として生じる半導体レイヤは、約１０３より大きい電流オン／オフ割合を有し得る。
【００１８】
更なる実施の形態において、基板は、ガラス、シリコン、又は高分子材料のフィルムやシートを有し得る。
【００１９】
他の実施の形態において、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法が提供される。この方法は、硝酸亜鉛及びヘキサメチレンテトラミンから成る溶液を提供することを有し、ヘキサメチレンテトラミン濃度に対する亜鉛濃度の比率は、約０．５から約１０である。上記方法は、基板を溶液に浸せきさせること、及び、この水溶液を約０．５℃／分から約１０．０℃／分の割合で約５０℃から約１００℃の範囲内の温度まで加熱して酸化亜鉛半導体レイヤを形成することを有する。
【００２０】
更なる実施の形態において、支持体は３００℃未満の熱変形温度を有してもよい。一部の実施の形態において、支持体は、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドフィルムやシートなどの高分子支持体である可能性がある。
【００２１】
なおまた更なる実施の形態において、本発明のＴＦＴの半導体は、少なくとも１ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有し得る。他の実施の形態において、ＴＦＴは少なくとも５ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有する。
【００２２】
これらのプロセスを用いて製造される半導体レイヤ又はＴＦＴもまた、開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本明細書中に開示される構成要素、プロセス、及びデバイスのより完全な理解は、添付の図面を参照することにより得ることができる。これらの図は、利便性及び本発明の成果を実証する容易さに基づく概略的な表示にすぎず、それゆえに、これらデバイス又はその構成要素の相対的サイズ及び寸法を示し、及び／又は例示的実施の形態の範囲を定義若しくは制限することを意図するものでない。
【００２４】
明確にするために特定の用語が以下の説明において使用されているが、これらの用語は図面の説明のために選択される実施の形態の特定の構造のみに言及することを意図し、本発明の範囲を定義し若しくは限定することを意図するものでない。これらの図面及び以下の説明において、同じ数字の表示が同じ機能の構成要素に言及することを理解すべきである。
【００２５】
図１において、ＴＦＴ構造１０が概略図示され、該構造は支持体１６から構成され、該支持体が金属接点１８（ゲート電極）と接触状態にあり、さらに、ゲート誘電体層１４から構成され、この層の上部に２つの金属接点、即ち、ソース電極２０及びドレイン電極２２が付着される。これら金属接点２０及び２２の上部及びそれらの間には、図示のように亜鉛半導体レイヤ１２が設けられている。
【００２６】
図２は、別のＴＦＴ構造３０が概略図示され、該構造は、支持体３６、ゲート電極３８、ソース電極４０とドレイン電極４２、ゲート誘電体層３４、及び酸化亜鉛半導体レイヤ３２から構成される。
【００２７】
図３は、支持体（図示せず）／インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）／アルミニウム−酸化チタン（ＡＴＯ）から構成される更なるＴＦＴ構造５０を概略図示し、ＩＴＯ５６はゲート電極であり、ＡＴＯ５４は誘電体層であり、酸化亜鉛半導体レイヤ５２の上には、ソース電極６０及びドレイン電極６２が付着されている。
【００２８】
図４は、支持体７６、ゲート電極７８、ソース電極８０、ドレイン電極８２、酸化亜鉛半導体レイヤ７２、及びゲート誘電体層７４から構成される更なるＴＦＴ構造７０を概略図示する。
【００２９】
本発明のＴＦＴの半導体は、少なくとも１ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有する。
【００３０】
酸化亜鉛半導体レイヤは溶液処理技術によって形成される。この技術は、亜鉛塩の溶液及び錯化剤を有する。この溶液は、基板と接触して置かれ、酸化亜鉛レイヤを形成するために加熱される。
【００３１】
一実施の形態において、亜鉛塩は硝酸亜鉛である。硝酸亜鉛は、化学式Ｚｎ（ＮＯ３）２を有する。他の実施の形態において、塩化亜鉛、臭化亜鉛、臭化亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、及びそれらの水和物などの代替する亜鉛塩が使用できる。
【００３２】
錯化剤は、ＺｎＯ薄膜の形成を容易にし、薄膜均一性を改良するために溶液の粘性を増加させるために添加される。錯化剤は、例えば、カルボキシル酸又はオルガノアミンでもよい。実施の形態において、錯化剤は、例えばヘキサメチレンテトラミン、エタノールアミン、アミノプロパノール、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノール、Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノエタノール、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノシクロヘキサンなどや、それらの混合物から成る群から選択されるオルガノアミンでもよい。一実施の形態において、錯化剤はヘキサメチレンテトラミンである。ヘキサメチレンテトラミンは、化学式（ＣＨ２）６Ｎ４を有し、ヘキサミン、ウロトロピン、又は１,３,５,７−テトラアザアダマンタンとしても知られている。
【００３３】
基板、及び亜鉛塩と錯化剤から成る溶液は、基板を溶液に浸せきすることによって、又は、基板に溶液を付着させることによって接触が可能である。基板は、支持体、及び溶液との接触前に支持体上に既に付着されているＴＦＴのその他の層若しくは構成要素から構成される。
【００３４】
結晶性ＺｎＯ種は、亜鉛塩及び錯化剤を有する溶液から基板上に徐々に付着されて、所望のＺｎＯ半導体レイヤを形成する。この溶液の種々のパラメータは最適化することができる。溶液中の錯化剤に対する塩のモル比は約０．５から約１０である。亜鉛（［Ｚｎ２＋］）の濃度は、約０．０１Ｍから約５．０Ｍであればよい。更なる実施の形態において、亜鉛（［Ｚｎ２＋］）の濃度は、約０．０５Ｍから約０．１Ｍでもよい。この溶液は、室温（即ち、約２５℃）付近の開始温度を有することもある。
【００３５】
例えば有機溶剤及び水を有する適切な液体が、溶液の溶媒として使用することができる。適切な有機溶剤は、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、メシチレンなどの炭化水素溶媒類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、エチレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、メトキシブタノール、ジメトキシグリコールなどのアルコール類、アセトン、ブタノン、ペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ニトロベンゼン、シアノベンゼン、アセトニトリル、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、及びそれらの混合物を含む。
【００３６】
実施の形態において、他の構成要素は、半導体レイヤに組み入れられる溶液に含まれることができる。このような構成要素として、例えば、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）などのポリマー、金、銀などの金属ナノ粒子、酸化ケイ素、酸化ガリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化スズ、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物ナノ粒子、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００３７】
液体処理技術は、亜鉛塩及び錯化剤から構成される溶液、又は、亜鉛塩及び錯化剤から構成される溶液を基板上に付着させる液体に基板を浸せきさせることを有する。溶液を基板上に付着させる液体は、たとえばスピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スクリーンプリンティング、マイクロコンタクト・プリンティング、インクジェット・プリンティング、スタンピングなどによって得ることができる。
【００３８】
加熱は、約５０℃から約３００℃の範囲内の温度における亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液の加熱処理を意味する。この加熱は、例えば、亜鉛塩及び錯化剤から成る予め加熱された溶液を使用して一定の温度で瞬間的に加熱する方法で達成できる。実施の形態において、この加熱は、加熱機器が達し得る加熱速度が約０．５から約１００℃／分の範囲で段階的に加熱するようにして達成できる。加熱ステップは、室温（約２５℃）、又は約２５℃から約１００℃の温度から開始してもよい。更なる実施の形態において、この加熱は、約１００℃で、次に約２００℃、その次に約３００℃のようにそれぞれの温度で段階的に達成されてもよい。実施の形態において、加熱は、段階的な加熱と組み合わせた種々の温度において段階的に達成されてもよい。この加熱は、例えば最初に約３００℃、次に約２００℃であるように、高温度で、次に低温度で達成されてもよい。一部の特定の実施の形態において、すべての加熱は約１００℃未満の温度において行なわれる。特定の実施の形態において、加熱は、約９０℃の温度まで約１℃／分の速度で加熱することによって行なわれる。この溶液は、約１分から約２４時間の期間にわたって加熱され得る。一般に、溶液及び基板は共に加熱される。
【００３９】
このプロセスは、冷却位相を更に有することもある。「冷却」は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液の温度を加熱の最終温度から、特にほぼ室温まで下げることを意味する。この冷却は、例えば加熱機器の電源を切って自己冷却のようにして、又は、例えば約０．１℃／分から約１００℃／分のように特定の冷却速度で制御された方法で、達成することができる。実施の形態において、約０．１℃／分から約１０℃／分の徐冷速度は、半導体レイヤ及び基板における機械的ひずみを軽減するために、特に約２００℃より高い温度から用いられることもある。
【００４０】
このプロセスは、洗浄（クリーニング）位相を更に有することもある。「洗浄」は、ＺｎＯ薄膜の表面上の反応していない亜鉛塩、錯化剤、沈殿物、及び／又は溶媒を除去するために、冷却ステップの後でＺｎＯ薄膜から成る基板を洗浄することを意味する。例えば、有機溶媒及び水を含む適切な液体がすすぎのために使用することかできる。適切な有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、メシチレンなどの炭化水素溶媒類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、エチレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、メトキシブタノール、ジメトキシグリコールなどのアルコール類、アセトン、ブタノン、ペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ニトロベンゼン、シアノベンゼン、アセトニトリル、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、及びそれらの混合物が挙げられる。洗浄は、例えばＺｎＯ薄膜から成る基板を溶媒で洗浄し、又は、ＺｎＯ薄膜から成る基板を溶媒に浸せきすることなどによって行なうことができる。洗浄は、ほぼ室温（２５℃）から約３００℃までの温度で行なうことができるが、一般には室温で行なわれる。超音波洗浄機器は、洗浄を容易にするために随意的に使用できる。
【００４１】
このプロセスは、乾燥位相を更に有することもある。「乾燥」は、加熱ステップの有無にかかわらず、洗浄ステップの後にＺｎＯ薄膜の表面から残留する液体を除去することを意味する。特定の実施の形態において、乾燥位相は、約１分から約１２０分の間にわたって１００℃から約１５０℃の範囲内の温度で実行される。
【００４２】
本発明の酸化亜鉛半導体レイヤは、例えば約０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓの電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを使用する、大画面ディスプレイ、高周波識別（ＲＦＩＤ）タグなどの電子デバイスにおいて使用することができる。
【００４３】
酸化亜鉛半導体レイヤは、約１０ナノメートルから約１マイクロメートルの厚さ、特に約２０ナノメートルから約２００ナノメートルの厚さを有する。ＴＦＴデバイスは、幅Ｗ及び長さＬの半導体チャネルを含む。半導体チャネル幅は、例えば、約０．１マイクロメートルから約５ミリメートルであればよく、特定のチャネル幅は約５マイクロメートルから約１ミリメートルである。半導体チャネル長は、約０．１マイクロメートルから約１マイクロメートルの範囲であればよく、特定のチャネル長は約５マイクロメートルから約１００マイクロメートルである。
【００４４】
支持体は、適切な材料、例えばシリコン、ガラス、アルミニウム、又はプラスチックから構成されることもできる。支持体の厚さは、約１０マイクロメートルから１０ミリメートル以上であってもよく、代表的な厚さは、ガラスプレート若しくはシリコンウエハなどの剛性支持体に対して約１乃至約１０ミリメートルである。特に、本発明のプロセスにより、３００℃付近又はそれより低い溶融温度若しくは軟化温度を有する支持体の使用が可能になる。
【００４５】
ゲート電極は、薄膜金属フィルム、導電性高分子フィルム、導電性インクやペースト、若しくは支持体自体から形成される導電性フィルム、例えば、高濃度ドープシリコンであればよい。ゲート電極材料の例は、アルミニウム、ニッケル、金、銀、銅、亜鉛、インジウム、酸化亜鉛ガリウム、インジウム・スズ酸化物、インジウム−酸化アンチモン、ポリスチレンスルホン酸でドープされたポリ（３,４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ−ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマー、カーボンブラック／黒鉛若しくは高分子バインダ内のコロイド状の銀を分散したものから構成される導電性インク／ペースト、例えば、アチソン・コロイズ社（Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能なエレクトロダグ（ＥＬＥＣＴＲＯＤＡＧ）（登録商標）であるが、これらに限定されない。ゲート電極は、真空蒸着、金属若しくは導電性金属酸化物のスパッタリング、スピンコーティング、キャスティング、若しくはプリンティングによる導電性ポリマー溶液若しくは導電性インクからのコーティングによって作成することができる。ゲート電極の厚さは、例えば金属フィルムに対して約１０から約２００ナノメートルの範囲にあり、高分子導体に対して約１から約１０マイクロメートルの範囲にある。ソース電極及びドレイン電極としての使用に適した一般的な材料は、アルミニウム、亜鉛、インジウム、酸化亜鉛ガリウムなどの導電性金属酸化物、インジウム・スズ酸化物、インジウム−酸化アンチモン、導電性ポリマー、及び導電性インクなどのゲート電極材料のそれらを含む。ソース電極及びドレイン電極のそれぞれの一般的な厚さは、例えば約４０ナノメートルから約１マイクロメートルであり、より特定された厚さは、約１００から約４００ナノメートルである。
【００４６】
ゲート誘電体層は、概して無機材料フィルム又は有機ポリマーフィルムであり得る。ゲート誘電体層として適切な無機材料の説明するための例は、アルミニウム−酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、チタン酸バリウム・ジルコニウムなどを有し、ゲート誘電体層のための有機ポリマーの説明するための例は、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド類、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂などを有する。ゲート誘電体層の厚さは、使用される誘電体材料の誘電率に応じて例えば約１０ナノメータから約２０００ナノメータの範囲にある。ゲート誘電体層の代表的な厚さは約１００ナノメータから約５００ナノメータの範囲にある。このゲート誘電体層は、例えば約１０−１２Ｓ／ｃｍ未満の導電率を有することもある。
【００４７】
実施の形態において、ゲート誘電体層、ゲート電極、半導体レイヤ、ソース電極、及びドレイン電極は、ゲート電極及び半導体レイヤが共にゲース誘電体層に接触し、ソース電極とドレイン電極が共に半導体レイヤに接触した状態で順に形成される。この用語「シーケンスにおいて」は、連続的且つ同時的構成を有する。たとえば、ソース電極及びドレイン電極は、同時又は連続的に形成されることができる。
【００４８】
半導体レイヤが付着される誘電体層又は支持体は、−ＯＨ、−ＮＨ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２などの表面極性官能基を含み、又は、それらを含むように表面が改質されることもある。特定の結晶性ＺｎＯ種が表面極性官能基と強く相互作用し、これらが誘電体層若しくは支持体に強く装着されることは見出されている。
【００４９】
「基板（サブストレート）」は、支持体、又は、例えば誘電体層を備えた支持体、ゲート電極と誘電体層を備えた支持体、ソース電極とドレイン電極とを備えた支持体、誘電体層とソース電極とドレイン電極とを備え半導体レイヤを含まない支持体などの、誘電体層及び／若しくは電極（ゲート、ソース、及び／又はドレイン）から成る支持体を意味する。
【００５０】
ｎ−チャネルＴＦＴでは、ソース電極は接地され、一般に例えば約０ボルトから約８０ボルトのバイアス電圧がドレイン電極に印加され、一般に約−２０ボルトから約＋８０ボルト間の電圧がゲート電極に印加されるときに半導体チャネルにわたって搬送される電荷キャリアを収集する。
【００５１】
実施の形態において、ＴＦＴデバイスの酸化亜鉛半導体レイヤは概して、例えば約１ｃｍ２／Ｖｓ（平方センチメートル／ボルト／秒）より大きい電界効果移動性を提示し、例えば約１０３より大きいオン／オフ比率を提示する。オン／オフ比率は、トランジスタがオフのときのソース−ドレイン電流に対するトランジスタがオンのときのソース−ドレイン電流の比率を意味する。
【００５２】
種々の上記で開示され且つ他の特徴と機能、あるいはそれらの代替手段が、多くの他の異なるシステムやアプリケーションと所望に組み合わされ得ることを理解されたい。種々の現在予見されない若しくは予測できない代替例、修正、変更若しくは改善は、添付の請求の範囲によって網羅されることも意図され、当業者によってその後実行され得る。請求の範囲において特に記載されない限り、請求の範囲のステップ若しくは構成要素は、特定の順番、番号、位置、サイズ、形状、角度、色又は材料に関する明細書若しくは他の請求の範囲から示されたり、意味されるべきではない。
【００５３】
実施例
〜２６０ｎｍのスパッタリングされた酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）層が塗布されたガラス支持体（〜２×２ｃｍ）、及び酸化アルニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び酸化スズ（ＴｉＯ２）（ＡＴＯ；Ｃｉ＝７０ｎＦ／ｃｍ２）を使用した。ガラスが支持材料の機能を果たし、ＩＴＯがゲート電極の機能を果たし、ＡＴＯが誘電体層の機能を果たす。基板はアルゴン・プラズマによって洗浄し、次にヘキサメチレンテトラミンに対する亜鉛（Ｚｎ２＋）のモル比が１：１であり、室温での亜鉛濃度（［Ｚｎ２＋］）が約０．１Ｍである、硝酸亜鉛とヘキサメチレンテトラミンを含む容器中に浸せきさせた。この容器は約１℃／分の速度で９０℃まで加熱した。反応温度が９０℃に達した後で、容器を室温まで冷却した。基板は蒸留水で５分間超音波洗浄されて、沈殿したフィルムの表面に付着した沈殿物を除去した。基板は１時間にわたって２５℃で乾燥し、ホットプレート上で１５０℃で３０分間乾燥させた。最後に、チャネル長が９０ミクロン、チャネル幅が５０００ミクロンのアルミニウム製ソース−ドレイン電極対のアレイが、亜鉛層の上部で蒸発されて、図３と同様に亜鉛ＴＦＴを形成する。
【００５４】
ＴＦＴ性能は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）４２００ ＳＣＳ半導体特性システムを使用して評価された。飽和したキャリア移動度μは、以下の式に従って算出した。
ＩＳＤ ＝ Ｃｉμ(Ｗ／２Ｌ)(ＶＧ−ＶＴ)
ここで、ＩＳＤは、飽和領域におけるドレイン電流であり、Ｗ及びＬはそれぞれチャネル幅とチャネル長であり、Ｃｉは誘電体層の単位領域ごとの静電容量であり、ＶＧ及びＶＴは、それぞれゲート電圧及びしきい値電圧である。デバイスの伝達特性及び出力特性は、ＺｎＯがＮ型半導体であることを示した。Ｌ＝９０ミクロン及びＷ＝５，０００ミクロンの寸法を有する種々のＴＦＴを使用して、１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓの平均移動度、及び１０４の電流オン／オフ比率割合が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明のＴＦＴの第１の例示的実施の形態である。
【図２】図２は、本発明のＴＦＴの第２の例示的実施の形態である。
【図３】図３は、本発明のＴＦＴの第３の例示的実施の形態である。
【図４】図４は、本発明のＴＦＴの第４の例示的実施の形態である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、３０、５０、７０ ＴＦＴ構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法、及び、この方法によって製造される半導体レイヤならびに／若しくは薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、高移動度、優れた環境安定性、及び高透過性などの顕著な特徴をさらに提供することもできる非中毒性無機半導体である。
【０００３】
しかしながら、半導体を製造するための方法は、ＺｎＯ半導体レイヤの移動度に影響を及ぼすことがある。高移動度を有するＺｎＯ半導体は、無線周波数マグネトロン・スパッタリングのみを介して一般に製造される。微細に制御された環境において無線周波数マグネトロン・スパッタリングによって作成されるＺｎＯ薄膜半導体は、高いＦＥＴ（電界効果トランジスタ）移動度（＞３０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ）を示しているが、この技術は低コストＴＦＴ（薄膜トランジスタ）製造工程と適合性がない。このような機器は高価であり、結果として生産コストが高くなる。
【０００４】
２００６年６月１２日に出願され、その開示が本明細書中に完全に組み込まれる米国特許出願シリアル番号第１１/４５０，９９８号に記載される別のアプローチにおいて、ＺｎＯ前駆体がＺｎＯ半導体レイヤを形成するために使用された。しかしながら、この方法は、高移動度を達成するために３５０℃から５５０℃の温度でのアニーリング工程を必要とする。このような温度は、重合性支持体、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドのフィルムやシートのような、こうした温度で変形する支持体には適応されない。
【０００５】
ＺｎＯ半導体はさらに、溶液中にＺｎＯナノ粒子又はナノロッドを使用して低（環境）温度で形成されている。しかしながら、このアプローチは、ナノ粒子又はナノロッドを作成するための追加ステップを含んでいた。非特許文献１を参照されたい。
【０００６】
ＴＦＴは一般に、支持体上に、導電性ゲート、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極をソース及びドレインの各電極から分離した電気絶縁ゲート誘電体層、及び、ゲート誘電体層と接触状態にあり、ソース電極とドレイン電極とを橋渡しする半導体レイヤから構成される。良好な移動度及び／又は他の所望の特性を有する低温度で酸化亜鉛半導体を製造することは有益である。
【非特許文献１】Ｂ．サン他著「コロイダル・ナノロッドの自己集合に基づく溶液処理酸化亜鉛電界効果トランジスタ」（ナノ・レット、第５巻、第１２号、２４０８−２４１３ページ、２００５年）（Ｂ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ．，”Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｎａｎｏｒｏｄｓ，”Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．５， Ｎｏ．１２， ｐｐ．２４０８−２４１３（２００５））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、種々の実施の形態において、ＺｎＯ半導体レイヤ、及び／又はこれを含む薄膜トランジスタを製造するための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施の形態において、酸化亜鉛半導体を製造する方法は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を提供し、基板を溶液に接触させ、溶液を加熱して酸化亜鉛半導体レイヤを形成することを有する。
【０００９】
一部の実施の形態において、亜鉛塩は、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、及び酢酸亜鉛から成る群から選択されてもよい。より具体的な実施の形態において、亜鉛塩は硝酸亜鉛である。
【００１０】
他の実施の形態において、錯化剤は、カルボキシル酸又はオルガノアミンでもよい。特定の実施の形態において、錯化剤は、ヘキサメチレンテトラミン、エタノールアミン、アミノプロパノール、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエタノール、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノシクロヘキサン、及びそれらの混合物から成る群から選択されるオルガノアミンである。より具体的な実施の形態において、錯化剤はヘキサメチレンテトラミンである。
【００１１】
更なる実施の形態において、溶液中の錯化剤に対する亜鉛塩のモル比は、約０．５から約１０であればよい。
【００１２】
他の実施の形態において、溶液中のＺｎ２＋の濃度は、約０．０１Ｍから約５．０Ｍであればよい。
【００１３】
他の実施の形態において、基板は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液にその基板を浸せきさせることによって溶液に接触され得る。更なる実施の形態において、基板は、溶液を基板上に付着させることによって溶液に接触され得る。更なる別の実施の形態において、液体付着方法は、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スクリーンプリンティング、マイクロコンタクト・プリンティング、インクジェット・プリンティング、及びスタンピングから成る群から選択され得る。
【００１４】
更なる実施の形態において、加熱は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を、約５０℃から約３００℃の範囲の温度まで加熱することによって実行されることもできる。他の実施の形態において、加熱はさらに、約５０℃から約１５０℃の範囲内の温度まで加熱することによって実行されることもできる。一部の実施の形態において、溶液は、１分から約２４時間までの期間にわたって加熱されることもある。一部の実施の形態において、溶液は約１分から約６時間までの期間にわたって加熱される。更なる実施の形態において、加熱は、毎分約０．５℃から約１００℃までの速度で加熱することによって実行されてもよい。
【００１５】
この方法は、基板をすすぎ、乾燥させることを更に含むことがある。
【００１６】
一部の実施の形態において、結果として生じる薄膜トランジスタは、少なくとも０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度を有し得る。
【００１７】
他の実施の形態において、結果として生じる半導体レイヤは、約１０３より大きい電流オン／オフ割合を有し得る。
【００１８】
更なる実施の形態において、基板は、ガラス、シリコン、又は高分子材料のフィルムやシートを有し得る。
【００１９】
他の実施の形態において、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法が提供される。この方法は、硝酸亜鉛及びヘキサメチレンテトラミンから成る溶液を提供することを有し、ヘキサメチレンテトラミン濃度に対する亜鉛濃度の比率は、約０．５から約１０である。上記方法は、基板を溶液に浸せきさせること、及び、この水溶液を約０．５℃／分から約１０．０℃／分の割合で約５０℃から約１００℃の範囲内の温度まで加熱して酸化亜鉛半導体レイヤを形成することを有する。
【００２０】
更なる実施の形態において、支持体は３００℃未満の熱変形温度を有してもよい。一部の実施の形態において、支持体は、例えばポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドフィルムやシートなどの高分子支持体である可能性がある。
【００２１】
なおまた更なる実施の形態において、本発明のＴＦＴの半導体は、少なくとも１ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有し得る。他の実施の形態において、ＴＦＴは少なくとも５ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有する。
【００２２】
これらのプロセスを用いて製造される半導体レイヤ又はＴＦＴもまた、開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本明細書中に開示される構成要素、プロセス、及びデバイスのより完全な理解は、添付の図面を参照することにより得ることができる。これらの図は、利便性及び本発明の成果を実証する容易さに基づく概略的な表示にすぎず、それゆえに、これらデバイス又はその構成要素の相対的サイズ及び寸法を示し、及び／又は例示的実施の形態の範囲を定義若しくは制限することを意図するものでない。
【００２４】
明確にするために特定の用語が以下の説明において使用されているが、これらの用語は図面の説明のために選択される実施の形態の特定の構造のみに言及することを意図し、本発明の範囲を定義し若しくは限定することを意図するものでない。これらの図面及び以下の説明において、同じ数字の表示が同じ機能の構成要素に言及することを理解すべきである。
【００２５】
図１において、ＴＦＴ構造１０が概略図示され、該構造は支持体１６から構成され、該支持体が金属接点１８（ゲート電極）と接触状態にあり、さらに、ゲート誘電体層１４から構成され、この層の上部に２つの金属接点、即ち、ソース電極２０及びドレイン電極２２が付着される。これら金属接点２０及び２２の上部及びそれらの間には、図示のように亜鉛半導体レイヤ１２が設けられている。
【００２６】
図２は、別のＴＦＴ構造３０が概略図示され、該構造は、支持体３６、ゲート電極３８、ソース電極４０とドレイン電極４２、ゲート誘電体層３４、及び酸化亜鉛半導体レイヤ３２から構成される。
【００２７】
図３は、支持体（図示せず）／インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）／アルミニウム−酸化チタン（ＡＴＯ）から構成される更なるＴＦＴ構造５０を概略図示し、ＩＴＯ５６はゲート電極であり、ＡＴＯ５４は誘電体層であり、酸化亜鉛半導体レイヤ５２の上には、ソース電極６０及びドレイン電極６２が付着されている。
【００２８】
図４は、支持体７６、ゲート電極７８、ソース電極８０、ドレイン電極８２、酸化亜鉛半導体レイヤ７２、及びゲート誘電体層７４から構成される更なるＴＦＴ構造７０を概略図示する。
【００２９】
本発明のＴＦＴの半導体は、少なくとも１ｃｍ２/Ｖ・ｓｅｃの移動度を有する。
【００３０】
酸化亜鉛半導体レイヤは溶液処理技術によって形成される。この技術は、亜鉛塩の溶液及び錯化剤を有する。この溶液は、基板と接触して置かれ、酸化亜鉛レイヤを形成するために加熱される。
【００３１】
一実施の形態において、亜鉛塩は硝酸亜鉛である。硝酸亜鉛は、化学式Ｚｎ（ＮＯ３）２を有する。他の実施の形態において、塩化亜鉛、臭化亜鉛、臭化亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、及びそれらの水和物などの代替する亜鉛塩が使用できる。
【００３２】
錯化剤は、ＺｎＯ薄膜の形成を容易にし、薄膜均一性を改良するために溶液の粘性を増加させるために添加される。錯化剤は、例えば、カルボキシル酸又はオルガノアミンでもよい。実施の形態において、錯化剤は、例えばヘキサメチレンテトラミン、エタノールアミン、アミノプロパノール、ジエタノールアミン、２−メチルアミノエタノール、Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノエタノール、メトキシエチルアミン、メトキシプロピルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノシクロヘキサンなどや、それらの混合物から成る群から選択されるオルガノアミンでもよい。一実施の形態において、錯化剤はヘキサメチレンテトラミンである。ヘキサメチレンテトラミンは、化学式（ＣＨ２）６Ｎ４を有し、ヘキサミン、ウロトロピン、又は１,３,５,７−テトラアザアダマンタンとしても知られている。
【００３３】
基板、及び亜鉛塩と錯化剤から成る溶液は、基板を溶液に浸せきすることによって、又は、基板に溶液を付着させることによって接触が可能である。基板は、支持体、及び溶液との接触前に支持体上に既に付着されているＴＦＴのその他の層若しくは構成要素から構成される。
【００３４】
結晶性ＺｎＯ種は、亜鉛塩及び錯化剤を有する溶液から基板上に徐々に付着されて、所望のＺｎＯ半導体レイヤを形成する。この溶液の種々のパラメータは最適化することができる。溶液中の錯化剤に対する塩のモル比は約０．５から約１０である。亜鉛（［Ｚｎ２＋］）の濃度は、約０．０１Ｍから約５．０Ｍであればよい。更なる実施の形態において、亜鉛（［Ｚｎ２＋］）の濃度は、約０．０５Ｍから約０．１Ｍでもよい。この溶液は、室温（即ち、約２５℃）付近の開始温度を有することもある。
【００３５】
例えば有機溶剤及び水を有する適切な液体が、溶液の溶媒として使用することができる。適切な有機溶剤は、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、メシチレンなどの炭化水素溶媒類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、エチレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、メトキシブタノール、ジメトキシグリコールなどのアルコール類、アセトン、ブタノン、ペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ニトロベンゼン、シアノベンゼン、アセトニトリル、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、及びそれらの混合物を含む。
【００３６】
実施の形態において、他の構成要素は、半導体レイヤに組み入れられる溶液に含まれることができる。このような構成要素として、例えば、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）などのポリマー、金、銀などの金属ナノ粒子、酸化ケイ素、酸化ガリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化スズ、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物ナノ粒子、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００３７】
液体処理技術は、亜鉛塩及び錯化剤から構成される溶液、又は、亜鉛塩及び錯化剤から構成される溶液を基板上に付着させる液体に基板を浸せきさせることを有する。溶液を基板上に付着させる液体は、たとえばスピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スクリーンプリンティング、マイクロコンタクト・プリンティング、インクジェット・プリンティング、スタンピングなどによって得ることができる。
【００３８】
加熱は、約５０℃から約３００℃の範囲内の温度における亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液の加熱処理を意味する。この加熱は、例えば、亜鉛塩及び錯化剤から成る予め加熱された溶液を使用して一定の温度で瞬間的に加熱する方法で達成できる。実施の形態において、この加熱は、加熱機器が達し得る加熱速度が約０．５から約１００℃／分の範囲で段階的に加熱するようにして達成できる。加熱ステップは、室温（約２５℃）、又は約２５℃から約１００℃の温度から開始してもよい。更なる実施の形態において、この加熱は、約１００℃で、次に約２００℃、その次に約３００℃のようにそれぞれの温度で段階的に達成されてもよい。実施の形態において、加熱は、段階的な加熱と組み合わせた種々の温度において段階的に達成されてもよい。この加熱は、例えば最初に約３００℃、次に約２００℃であるように、高温度で、次に低温度で達成されてもよい。一部の特定の実施の形態において、すべての加熱は約１００℃未満の温度において行なわれる。特定の実施の形態において、加熱は、約９０℃の温度まで約１℃／分の速度で加熱することによって行なわれる。この溶液は、約１分から約２４時間の期間にわたって加熱され得る。一般に、溶液及び基板は共に加熱される。
【００３９】
このプロセスは、冷却位相を更に有することもある。「冷却」は、亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液の温度を加熱の最終温度から、特にほぼ室温まで下げることを意味する。この冷却は、例えば加熱機器の電源を切って自己冷却のようにして、又は、例えば約０．１℃／分から約１００℃／分のように特定の冷却速度で制御された方法で、達成することができる。実施の形態において、約０．１℃／分から約１０℃／分の徐冷速度は、半導体レイヤ及び基板における機械的ひずみを軽減するために、特に約２００℃より高い温度から用いられることもある。
【００４０】
このプロセスは、洗浄（クリーニング）位相を更に有することもある。「洗浄」は、ＺｎＯ薄膜の表面上の反応していない亜鉛塩、錯化剤、沈殿物、及び／又は溶媒を除去するために、冷却ステップの後でＺｎＯ薄膜から成る基板を洗浄することを意味する。例えば、有機溶媒及び水を含む適切な液体がすすぎのために使用することかできる。適切な有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、メシチレンなどの炭化水素溶媒類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、エチレングリコール、メトキシエタノール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシプロパノール、メトキシブタノール、ジメトキシグリコールなどのアルコール類、アセトン、ブタノン、ペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類、テトラヒドロフラン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ニトロベンゼン、シアノベンゼン、アセトニトリル、Ｎ,Ｎ−ジメチルホルムアミド、及びそれらの混合物が挙げられる。洗浄は、例えばＺｎＯ薄膜から成る基板を溶媒で洗浄し、又は、ＺｎＯ薄膜から成る基板を溶媒に浸せきすることなどによって行なうことができる。洗浄は、ほぼ室温（２５℃）から約３００℃までの温度で行なうことができるが、一般には室温で行なわれる。超音波洗浄機器は、洗浄を容易にするために随意的に使用できる。
【００４１】
このプロセスは、乾燥位相を更に有することもある。「乾燥」は、加熱ステップの有無にかかわらず、洗浄ステップの後にＺｎＯ薄膜の表面から残留する液体を除去することを意味する。特定の実施の形態において、乾燥位相は、約１分から約１２０分の間にわたって１００℃から約１５０℃の範囲内の温度で実行される。
【００４２】
本発明の酸化亜鉛半導体レイヤは、例えば約０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓの電界効果移動度が高い薄膜トランジスタを使用する、大画面ディスプレイ、高周波識別（ＲＦＩＤ）タグなどの電子デバイスにおいて使用することができる。
【００４３】
酸化亜鉛半導体レイヤは、約１０ナノメートルから約１マイクロメートルの厚さ、特に約２０ナノメートルから約２００ナノメートルの厚さを有する。ＴＦＴデバイスは、幅Ｗ及び長さＬの半導体チャネルを含む。半導体チャネル幅は、例えば、約０．１マイクロメートルから約５ミリメートルであればよく、特定のチャネル幅は約５マイクロメートルから約１ミリメートルである。半導体チャネル長は、約０．１マイクロメートルから約１マイクロメートルの範囲であればよく、特定のチャネル長は約５マイクロメートルから約１００マイクロメートルである。
【００４４】
支持体は、適切な材料、例えばシリコン、ガラス、アルミニウム、又はプラスチックから構成されることもできる。支持体の厚さは、約１０マイクロメートルから１０ミリメートル以上であってもよく、代表的な厚さは、ガラスプレート若しくはシリコンウエハなどの剛性支持体に対して約１乃至約１０ミリメートルである。特に、本発明のプロセスにより、３００℃付近又はそれより低い溶融温度若しくは軟化温度を有する支持体の使用が可能になる。
【００４５】
ゲート電極は、薄膜金属フィルム、導電性高分子フィルム、導電性インクやペースト、若しくは支持体自体から形成される導電性フィルム、例えば、高濃度ドープシリコンであればよい。ゲート電極材料の例は、アルミニウム、ニッケル、金、銀、銅、亜鉛、インジウム、酸化亜鉛ガリウム、インジウム・スズ酸化物、インジウム−酸化アンチモン、ポリスチレンスルホン酸でドープされたポリ（３,４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＳＳ−ＰＥＤＯＴ）などの導電性ポリマー、カーボンブラック／黒鉛若しくは高分子バインダ内のコロイド状の銀を分散したものから構成される導電性インク／ペースト、例えば、アチソン・コロイズ社（Ａｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手可能なエレクトロダグ（ＥＬＥＣＴＲＯＤＡＧ）（登録商標）であるが、これらに限定されない。ゲート電極は、真空蒸着、金属若しくは導電性金属酸化物のスパッタリング、スピンコーティング、キャスティング、若しくはプリンティングによる導電性ポリマー溶液若しくは導電性インクからのコーティングによって作成することができる。ゲート電極の厚さは、例えば金属フィルムに対して約１０から約２００ナノメートルの範囲にあり、高分子導体に対して約１から約１０マイクロメートルの範囲にある。ソース電極及びドレイン電極としての使用に適した一般的な材料は、アルミニウム、亜鉛、インジウム、酸化亜鉛ガリウムなどの導電性金属酸化物、インジウム・スズ酸化物、インジウム−酸化アンチモン、導電性ポリマー、及び導電性インクなどのゲート電極材料のそれらを含む。ソース電極及びドレイン電極のそれぞれの一般的な厚さは、例えば約４０ナノメートルから約１マイクロメートルであり、より特定された厚さは、約１００から約４００ナノメートルである。
【００４６】
ゲート誘電体層は、概して無機材料フィルム又は有機ポリマーフィルムであり得る。ゲート誘電体層として適切な無機材料の説明するための例は、アルミニウム−酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、チタン酸バリウム・ジルコニウムなどを有し、ゲート誘電体層のための有機ポリマーの説明するための例は、ポリエステル類、ポリカーボネート類、ポリ（ビニルフェノール）、ポリイミド類、ポリスチレン、ポリ（メタクリレート）類、ポリ（アクリレート）類、エポキシ樹脂などを有する。ゲート誘電体層の厚さは、使用される誘電体材料の誘電率に応じて例えば約１０ナノメータから約２０００ナノメータの範囲にある。ゲート誘電体層の代表的な厚さは約１００ナノメータから約５００ナノメータの範囲にある。このゲート誘電体層は、例えば約１０−１２Ｓ／ｃｍ未満の導電率を有することもある。
【００４７】
実施の形態において、ゲート誘電体層、ゲート電極、半導体レイヤ、ソース電極、及びドレイン電極は、ゲート電極及び半導体レイヤが共にゲース誘電体層に接触し、ソース電極とドレイン電極が共に半導体レイヤに接触した状態で順に形成される。この用語「シーケンスにおいて」は、連続的且つ同時的構成を有する。たとえば、ソース電極及びドレイン電極は、同時又は連続的に形成されることができる。
【００４８】
半導体レイヤが付着される誘電体層又は支持体は、−ＯＨ、−ＮＨ２、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２などの表面極性官能基を含み、又は、それらを含むように表面が改質されることもある。特定の結晶性ＺｎＯ種が表面極性官能基と強く相互作用し、これらが誘電体層若しくは支持体に強く装着されることは見出されている。
【００４９】
「基板（サブストレート）」は、支持体、又は、例えば誘電体層を備えた支持体、ゲート電極と誘電体層を備えた支持体、ソース電極とドレイン電極とを備えた支持体、誘電体層とソース電極とドレイン電極とを備え半導体レイヤを含まない支持体などの、誘電体層及び／若しくは電極（ゲート、ソース、及び／又はドレイン）から成る支持体を意味する。
【００５０】
ｎ−チャネルＴＦＴでは、ソース電極は接地され、一般に例えば約０ボルトから約８０ボルトのバイアス電圧がドレイン電極に印加され、一般に約−２０ボルトから約＋８０ボルト間の電圧がゲート電極に印加されるときに半導体チャネルにわたって搬送される電荷キャリアを収集する。
【００５１】
実施の形態において、ＴＦＴデバイスの酸化亜鉛半導体レイヤは概して、例えば約１ｃｍ２／Ｖｓ（平方センチメートル／ボルト／秒）より大きい電界効果移動性を提示し、例えば約１０３より大きいオン／オフ比率を提示する。オン／オフ比率は、トランジスタがオフのときのソース−ドレイン電流に対するトランジスタがオンのときのソース−ドレイン電流の比率を意味する。
【００５２】
種々の上記で開示され且つ他の特徴と機能、あるいはそれらの代替手段が、多くの他の異なるシステムやアプリケーションと所望に組み合わされ得ることを理解されたい。種々の現在予見されない若しくは予測できない代替例、修正、変更若しくは改善は、添付の請求の範囲によって網羅されることも意図され、当業者によってその後実行され得る。請求の範囲において特に記載されない限り、請求の範囲のステップ若しくは構成要素は、特定の順番、番号、位置、サイズ、形状、角度、色又は材料に関する明細書若しくは他の請求の範囲から示されたり、意味されるべきではない。
【００５３】
実施例
〜２６０ｎｍのスパッタリングされた酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）層が塗布されたガラス支持体（〜２×２ｃｍ）、及び酸化アルニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び酸化スズ（ＴｉＯ２）（ＡＴＯ；Ｃｉ＝７０ｎＦ／ｃｍ２）を使用した。ガラスが支持材料の機能を果たし、ＩＴＯがゲート電極の機能を果たし、ＡＴＯが誘電体層の機能を果たす。基板はアルゴン・プラズマによって洗浄し、次にヘキサメチレンテトラミンに対する亜鉛（Ｚｎ２＋）のモル比が１：１であり、室温での亜鉛濃度（［Ｚｎ２＋］）が約０．１Ｍである、硝酸亜鉛とヘキサメチレンテトラミンを含む容器中に浸せきさせた。この容器は約１℃／分の速度で９０℃まで加熱した。反応温度が９０℃に達した後で、容器を室温まで冷却した。基板は蒸留水で５分間超音波洗浄されて、沈殿したフィルムの表面に付着した沈殿物を除去した。基板は１時間にわたって２５℃で乾燥し、ホットプレート上で１５０℃で３０分間乾燥させた。最後に、チャネル長が９０ミクロン、チャネル幅が５０００ミクロンのアルミニウム製ソース−ドレイン電極対のアレイが、亜鉛層の上部で蒸発されて、図３と同様に亜鉛ＴＦＴを形成する。
【００５４】
ＴＦＴ性能は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）４２００ ＳＣＳ半導体特性システムを使用して評価された。飽和したキャリア移動度μは、以下の式に従って算出した。
ＩＳＤ ＝ Ｃｉμ(Ｗ／２Ｌ)(ＶＧ−ＶＴ)
ここで、ＩＳＤは、飽和領域におけるドレイン電流であり、Ｗ及びＬはそれぞれチャネル幅とチャネル長であり、Ｃｉは誘電体層の単位領域ごとの静電容量であり、ＶＧ及びＶＴは、それぞれゲート電圧及びしきい値電圧である。デバイスの伝達特性及び出力特性は、ＺｎＯがＮ型半導体であることを示した。Ｌ＝９０ミクロン及びＷ＝５，０００ミクロンの寸法を有する種々のＴＦＴを使用して、１．０ｃｍ２／Ｖ・ｓの平均移動度、及び１０４の電流オン／オフ比率割合が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明のＴＦＴの第１の例示的実施の形態である。
【図２】図２は、本発明のＴＦＴの第２の例示的実施の形態である。
【図３】図３は、本発明のＴＦＴの第３の例示的実施の形態である。
【図４】図４は、本発明のＴＦＴの第４の例示的実施の形態である。
【符号の説明】
【００５６】
１０、３０、５０、７０ ＴＦＴ構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を提供することと、
前記溶液に基板を接触させることと、
前記基板上に酸化亜鉛半導体レイヤを形成するように前記溶液を加熱することと、
を含む、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法。
【請求項２】
前記亜鉛塩は、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、臭化亜鉛、シュウ酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、及びそれらの水和物から成る群から選択される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記錯化剤は、カルボキシル酸又はオルガノアミンである、請求項１の方法。
【請求項４】
請求項１の方法によって形成された薄膜トランジスタ。
【請求項１】
亜鉛塩及び錯化剤から成る溶液を提供することと、
前記溶液に基板を接触させることと、
前記基板上に酸化亜鉛半導体レイヤを形成するように前記溶液を加熱することと、
を含む、薄膜トランジスタのための酸化亜鉛半導体レイヤを製造する方法。
【請求項２】
前記亜鉛塩は、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、臭化亜鉛、シュウ酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛、及びそれらの水和物から成る群から選択される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記錯化剤は、カルボキシル酸又はオルガノアミンである、請求項１の方法。
【請求項４】
請求項１の方法によって形成された薄膜トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８８５９３（Ｐ２００８−２８８５９３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２９２０８（Ｐ２００８−１２９２０８）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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