ＭＩＳ積層構造体の作製方法およびＭＩＳ積層構造体
【課題】コスト低減の図れるスイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体およびそれらの作製方法を提供する。
【解決手段】支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔S〕、絶縁材料層〔I〕、および導電性酸化物材料層〔M〕(照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である導電性酸化物材料層)を順次成膜してMIS積層構成体を形成する成膜工程(a)と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、MIS積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程(b)と、前記MIS積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理で除去するエッチング処理工程(c)とによりＭＩＳ積層構造体を作製し、これに電極を設けてスイッチング素子とする。
【解決手段】支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔S〕、絶縁材料層〔I〕、および導電性酸化物材料層〔M〕(照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である導電性酸化物材料層)を順次成膜してMIS積層構成体を形成する成膜工程(a)と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、MIS積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程(b)と、前記MIS積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理で除去するエッチング処理工程(c)とによりＭＩＳ積層構造体を作製し、これに電極を設けてスイッチング素子とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光発光素子やメモリ素子に接続されて電荷移動を制御するスイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体およびそれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光発光素子には、薄膜トランジスタなどからなるスィッチング素子が電荷移動を制御するために接続されるが、近年、このようなスィッチング素子の半導体材料として、有機半導体を適用する技術開発が非常に進展している。すなわち、有機半導体をスィッチング素子の半導体材料として採用することによって素子作製時に、インクジェットプリンティングプロセス、スピンコーティングプロセス、印刷プロセスなどのウェット系の低温プロセスが採用でき、プロセスのコスト低減化が可能になると同時に、プラスチック基板化が図れ、さらにデバイスのフレキシブル化も期待できる。
【０００３】
一方、電荷移動度など有機半導体材料の半導体特性は現状において十分とは言えず、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載されているように、低温プロセスで形成可能な無機半導体材料の開発も盛んに行われている。
無機半導体材料を半導体層とするスィッチング素子の作製法としては、特許文献２に記載されているウェットエッチングとドライエッチング処理を併用して各層をパターン化する方法や、特許文献３に記載されているウェットエッチング処理のみにより作製する方法が採用されている。
上記何れの方法においても、フォトリソグラフィーによりレジストマスクを形成する工程は必須である。
【０００４】
従来のフォトリソグラフィーとエッチング処理による薄膜トランジスタの作製方法を図１に示す。図１はトップゲート型薄膜トランジスタの構造例を示す概略断面図である。
図１において、１０１は半導体薄膜のフォトリソグラフィー工程を示す。半導体薄膜１０１１上にフォトレジスト（レジスト）１０１２を塗布し、フォトリソグラフィー１０１３にてパターン化したフォトレジストをエッチングマスク１０１４で覆って、半導体薄膜を加工する。１０２はソース・ドレイン電極のフォトリソグラフィー工程、１０３はゲート絶縁膜のフォトリソグラフィー工程、１０４はゲート電極のフォトリソグラフィー工程を示す。
すなわち、従来の作製方法により、図１の１０５に示すような薄膜トランジスタの基本構造を作製する場合には、４回のフォトリソグラフィー工程が必要である。プロセスコストは、フォトマスク枚数、および工程数に応じて増加する。従って、いかにフォトリソグラフィーの回数を低減できるかが、デバイスの低コスト化の課題になる。また、プラスチック基板上の無機半導体材料を加工する際に、ドライエッチング法を採用した場合、樹脂基板材料へのプラズマダメージを回避する方法も課題になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９４６２８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６７１４号公報
【特許文献３】特開２００７−１２３７００号公報
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３２（２００４）４８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、製造プロセスを簡略化でき、素子の微細化にも有利で従来技術よりもコスト低減が図れ、電荷移動制御の可能なスイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体、およびその作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の〔１〕〜〔７〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。
【０００８】
〔１〕：上記課題は、レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするＭＩＳ積層構造体の作製方法により解決される。
【０００９】
〔２〕：上記〔１〕に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法において、前記熱処理工程では、レーザ光の波長が３６０〜４２０nmの範囲にある半導体レーザを用いることを特徴とする。
【００１０】
〔３〕：上記〔１〕または〔２〕に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法において、前記エッチング処理工程では、湿式エッチング法を用いることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕：上記課題は、〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載の方法で作製したＭＩＳ積層構造体であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕が順次成膜されたＭＩＳ積層構成体を有することを特徴とするＭＩＳ積層構造体により解決される。
【００１２】
〔５〕：上記〔４〕に記載のＭＩＳ積層構造体において、前記半導体材料層〔Ｓ〕として、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含むことを特徴とする。
【００１３】
〔６〕：上記〔４〕または〔５〕に記載のＭＩＳ積層構造体において、前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形であることを特徴とする。
【００１４】
〔７〕：上記〔４〕乃至〔６〕のいずれかに記載のＭＩＳ積層構造体において、前記ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成されて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＭＩＳ積層構造体の作製方法によれば、支持基板上に設けられた、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構成体に、レーザを照射して加熱により導電性酸化物材料層と半導体材料層を熱変化（結晶化）させ、その熱変化部分と非変化部分とのエッチング選択性を利用したエッチング処理により、前記ＭＩＳ積層構造体を形成することができる。すなわち、従来のフォトリソグラフィーの手法を用いることなく、熱処理とエッチング処理のみの簡便なプロセスにより、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体を作製することができる。製造プロセスの簡略化によってコストの低減化が図れると共に、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成される。
例えば、従来のフォトリソグラフィーを用いる場合、通常、４枚のフォトマスクを用いて４回のフォトリソグラフィー工程が必要であるが、本発明の方法を用いることにより、フォトマスクが不要になる。
本発明のＭＩＳ積層構造体によれば、集光したレーザ光を用いて加工するため、ＭＩＳ積層構成からなる構造体、および電極の端部がレーザビーム形状に倣い曲線状（円形）になり、角がとれた形状となることから、素子上に保護膜などを積層した際に素子端部での応力集中を防ぐことができ、素子の安定動作につながるといった形状的な特長を有している。また、微細で規則的な素子構成とされるため、安定したスイッチング動作が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
前述のように本発明におけるＭＩＳ積層構造体の作製方法は、レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
以下、図面をもとに本発明を説明する。
図４（４１）は支持基板上に形成されたＭＩＳ積層構成体から、ＭＩＳ積層構造体を形成する本発明の作製方法を示す模式図である。
図４（４１）において、符号４０１は成膜工程（ａ）を示す。
符号４０１１は支持基板を示す。支持基板４０１１の材料としては、ガラス、石英、シリコンなどを用いることができる。また、プラスチック基板を用いることもできる。プラスチック材料としては、例えば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などを用いることができる。
【００１８】
符号４０１２は半導体材料層〔Ｓ〕（Semiconductor）を示す。半導体材料層を成す材料としては、酸溶液でエッチング除去できる材料を用いる。酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化錫（ＳｎＯ2）などの酸化物材料を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、Ｉｎ2Ｏ3および／またはＧａ2Ｏ3など他の金属酸化物を含有させてもよい。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いても構わない。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては２０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
符号４０１３は絶縁材料層〔Ｉ〕（Insulator）を示す。絶縁材料としては、ＺｎＳ、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、もしくは前記材料の混合物から選ばれる薄膜を用いることができる。例えば、硫化亜鉛と酸化シリコンを混合した絶縁材料（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）を用いてもよい。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては５〜５０ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００１９】
符号４０１４は導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）を示す。導電性酸化物材料としては、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）などを用いることができる。また、これら導電性酸化物材料にＡｌ、Ｇａ、Ｚｎなどの金属元素を添加した材料でも構わない。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては５０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００２０】
一般に導電性酸化物材料をスパッタリング法で成膜する場合、化学量論組成からの酸素の抜けを補うため、アルゴンガスに酸素ガスを添加した雰囲気中で成膜する反応性スパッタ法が用いられる。ところが、本実施形態では、化学量論組成に対して酸素量が少ない状態(酸素欠損の状態)の導電性酸化物材料層を形成するため、好ましくは、酸素ガスを添加せずアルゴンガスのみの雰囲気で成膜する。酸素欠損がある状態の導電性酸化物材料層とすることで透過率が低下し、前記〔１〕（請求項１）に示すように光の吸収能が増加する。導電性酸化物薄膜の透過率は測定波長４００ｎｍにおいて１０〜３０％の範囲にあることが好ましい。前記導電性酸化物材料、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）などは、スパッタ成膜における雰囲気ガスをアルゴンのみとすることで、簡便に透過率が制御できる材料であり、本発明によるレーザ照射加熱を利用する加工法には敵する材料である。
【００２１】
以上のように、図４（４０１）に示す成膜工程では、半導体材料層（４０１２）、絶縁材料層（４０１３）、前記導電性酸化物材料層（４０１４）を順次積層（例えば、連続成膜して積層）し、ＭＩＳ積層構成体を作製する。
【００２２】
図４（４１）において、符号４０２はレーザ照射工程（ｂ）を示す。
レーザ照射工程（ｂ）では、集光されたレーザ光（ビーム）を前記導電性酸化物材料層側からパワーレベルを変調させて照射し、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層〔Ｓ〕の一部を熱変化させる。レーザ光源には、波長３６０〜４２０ｎｍの青色レーザを用いる。対物レンズの開口数（ＮＡ）としては０．６５〜０．９５が好ましい。符号４０２１に、レーザ光パワーレベルの変調タイミング（変調パターンの例）を示す。レーザ光パワーレベルは、ＭＩＳ積層構造体の形状を形成する位置のタイミングで変調する。
【００２３】
図５に、本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：Ｘ方向に走査、光学ピックアップ：Ｙ方向に走査）の概念図を示す。
図５において、符号５０１はレーザ光源を示す。レーザ光源には、半導体レーザを用いることが好ましい。半導体レーザは、駆動電流の外部制御によりパワーレベルを高速変調することができる。また、比較的安価な対物レンズであっても光の回折限界付近まで集光することができ、容易に微細なレーザ光スポットが形成できる。これにより、微細な領域（レーザ照射部位）において導電性酸化物材料を熱変化させることができ、熱処理工程を有効に実施することができる。
【００２４】
符号５０２はサンプルを示し、符号５０３はサンプルを設置するステージを示す。符号５０４は光学ピックアップを設置するステージを示す。サンプル設置ステージ（５０３）は、Ｘ方向に走査でき、Ｘ方向に走査する速度は、例えば、０．１〜１ｍ／ｓｅｃの範囲で可変できるものである。光学ピックアップを設置するステージは、Ｙ方向に走査でき、Ｙ方向に送る分解能は数ｎｍ程度である。
【００２５】
また、サンプル設置ステージを回転させ、光学ピックアップ設置ステージをＸ方向に走査させることにより、レーザ照射しても構わない。図９にレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：θ方向に回転、光学ピックアップ：Ｘ方向に走査）の概念図を示す。
図９において、符号９０１はレーザ光源を示す。レーザ光源には、前記Ｘ−Ｙ走査によるレーザ照射装置と同じものを用いることができる。９０２は対物レンズを示し、９０３は集光されたレーザ光を示す。符号９０４は光学ピックアップを設置するステージを示す。ピックアップ設置ステージはＸ方向に走査できる。符号９０５はサンプルを示し、符号９０６はサンプルを設置するステージを示す。サンプル設置ステージ（９０６）は、θ方向に回転動作することができる。回転速度は、例えば、０．１〜１０ｍ／ｓｅｃの範囲で可変できるものである。ピックアップ設置ステージ（９０４）のＸ走査と、サンプル設置ステージ（９０６）のθ走査を組合せことによって、サンプル面全面に対してらせん状にレーザ照射することができる。
【００２６】
以上のように、２軸のステージ走査によって、レーザ光をＸ−Ｙの所定位置に対して走査する方法、および、レーザ光をＸ−θの所定位置に対して走査する方法によって、図４（４１）の符号４０２１に示したパワーレベルの変調によりＭＩＳ積層構成体を熱変化、すなわち、導電材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる。
【００２７】
前記図４（４１）の符号４０３は、ＭＩＳ積層構成体の熱変化されていない部分をエッチング処理により除去してＭＩＳ積層構造体を形成するエッチング処理工程（ｃ）を示す。エッチング処理工程（ｃ）においては、簡便な湿式エッチング法を用いることができる。
符号４０３１のエッチング溶液としては、塩酸溶液（ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ）、硝酸溶液（ＨＮＯ3＋Ｈ2Ｏ）、シュウ酸溶液（（ＣＯＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ）、フッ化水素酸相溶液（ＨＦ＋Ｈ2Ｏ）などの酸系水溶液を用いることができる。これらの酸溶液の混合溶液を用いても構わない。エッチング溶液は、導電性酸化物材料の種類や結晶状態によって選択する。処理は室温（加熱しない状態）で行ってもよく、溶液を数十℃に加熱した状態で行ってもよい。
【００２８】
本発明のＭＩＳ積層構造体の作製方法においては、前述のようにエッチング処理工程（ｃ）により、ＭＩＳ積層構成体の熱変化されていない部分を湿式エッチングにより除去してＭＩＳ積層構造体を形成する。図４（４０４）に湿式エッチング（ウェットエッチング）処理後のＭＩＳ積層構造体の形状を示す。図４（４０４）において、符号４０４１はＭＩＳ積層構造体を側面から見た断面形状を示し、符号４０４２はＭＩＳ積層構造体を上面から見た断面形状を示す。
符号４０４１１は支持基板、符号４０４１２は半導体材料層、符号４０４１３は絶縁材料層、符号４０４１４は導電性酸化物材料層を示し、ＭＩＳ積層構成になっている。各構成材料としては前述の材料等が用いられる。
【００２９】
符号４０４１２に示す半導体材料層の加工サイズは、符号４０４１４に示す導電性酸化物からなる導電材料層のサイズよりも大きなサイズになっている。
また、集光したレーザ光照射によって形成することから、符号４０４１４に示す導電性酸化物からなる構造体の形状は円形（もしくは楕円形）、符号４０４１２に示す半導体材料からなる構造体の形状は楕円形もしくは端部が曲線である形状となっている。つまり、前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形である。
【００３０】
符号４０４２１は構造体の幅を示し、例えば、０．３μｍ〜１μｍの範囲にある。符号４０４２２は半導体材料領域の長さを示し、例えば、０．５μｍ〜５μｍの範囲にある。符号４０４２３は、導電性酸化物領域および絶縁性材料領域の長さを示し、例えば、０．１μｍ〜２μｍの範囲にある。ＭＩＳ積層構造体をもとにスィッチング素子を形成する場合、符号４０４２３の長さがゲート長に対応する。符号４０４１５は構造体の高さを示し、例えば、１００〜５００ｎｍの範囲にある。
【００３１】
上記本発明におけるＭＩＳ積層構造体の作製方法の原理を表１にまとめる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１において、符号１０１はＭＩＳ積層構造体の形状の特徴を示す。符号１０１１に示すようにＭＩＳ積層構造体は導電材料（導電性酸化物材料層）〔Ｍ〕［上層Ｍ：導電性酸化物材料（Metal）］、絶縁材料層〔Ｉ〕［中層Ｉ：絶縁材料(Insulator)］、半導体材料層〔Ｓ〕［下層Ｓ：半導体材料(Semiconductor)］の積層構造をとる。
表１に記載の符号１０１２は形状の特徴を示す。ＭＩＳ積層構成において、上層に位置する導電性酸化物材料層と絶縁材料層とで構成されるゲート領域よりも、下層に位置する半導体材料層の領域は大きい。表１の欄外に記載した素子構造体断面（１０１３）に示すように、半導体層領域には、ソース電極とドレイン電極のコンタクト領域を設ける必要があるためである。
【００３４】
表１の符号１０２には、ＭＩＳ積層構造体の作製方法における特性を示す。符号１０２１はＭＩＳ積層構成材料（酸化物積層構成）を示す。符号１０２２はレーザ光の吸収能の違いを示す。前記〔１〕（請求項１）に示すように、ＭＩＳ積層構成の上層に酸素欠損によって透過率が低下した状態の導電性酸化物材料層を配置することによって、レーザ照射とエッチング処理による簡便な方法で、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層からなる構造体を形成することができる。
【００３５】
表１において、符号１０２３はレーザ光照射工程における各構成層の蓄熱状態の違いを示す。本発明のスイッチング素子構造体の作製方法においては、前述のように、レーザ光照射により、導電材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播する熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる。つまり、ＭＩＳ積層構成体は積層構成であることから、レーザ光照射側の上層よりも下層に熱が籠もりやすい。このため、レーザ照射による発熱は下層に蓄熱されて半導体材料層の一部を熱変化させる。符号１０２４はエッチング溶液に対する選択性を示す。ウェットエッチング処理の酸溶液に対して、上層の導電材料層と下層の半導体材料には選択性が生じる材料を用い、絶縁材料には選択性が生じない材料を用いる。
【００３６】
符号１０２５は加工形状を示す。図４（４１）、図４（４０４）で示したように、上層の導電性酸化物材料層と下層の半導体材料層の熱変化部分は凸形状でパターン化できる。この際に、蓄熱および熱拡散によって下層の半導体材料層の熱変化領域は拡がり、パターン化領域は上層よりも下層の半導体材料層が大きくなり、いわゆる拡張する。また、中層の絶縁性材料層はエッチング選択性を持たない材料であることから、上層の導電性材料層がエッチングマスクとなり、導電性材料層パターンと同じサイズで加工できる。その結果、符号１０１３の断面図に示すようなＭＩＳ積層構成からなる構造体を、一回のレーザ照射とウェットエッチング処理によって作製することができる。
【００３７】
図６の概略断面図に、ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成された構造体の形状を示す。
図６において、符号６０はＭＩＳ積層構造体の断面形状であり、符号６１はレーザ照射工程におけるレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。
ＭＩＳ積層構造体（６０）における符号６０１はプラスチック材料（ポリカーボネート）からなる支持基板である。符号６０１１はポリカーボネート基板表面に形成された凸部を示す。符号６０１２は凸部の高さを示す。凸部の高さは１０〜５０ｎｍである。
符号６０２はレーザ光照射工程とエッチング処理工程によりパターン化された半導体材料層であり、半導体材料は先に記載した材料と同様のものが用いられている。符号６０３は、前記プロセスでパターン化された絶縁材料層であり、絶縁材料としては、先に記載した材料と同様のものが用いられている。符号６０４は前記プロセスでパターン化された導電性酸化物材料層であり、導電性酸化物材料としては、先に記載した材料と同様のものが用いられている。
【００３８】
図６のレーザ光パワーレベル変調タイミング（６１）において、符号６１１はレーザパワーレベルの変調波形である。レーザ光パワーレベルを３水準で変調した。すなわち、低レベル（６１１１）、中レベル（６１１２）、高レベル（６１１３）の３水準である。
図６に示すように、ＭＩＳ積層構成からなる素子構造体を形成する際に、構造体の中心位置のタイミングで高パワーレベル（６１１３）のレーザ光を照射する。その結果、ＭＩＳ積層構成体の内部に伝播した熱によって、構造体中心に位置するプラスチック基板表面を凸形状に変形することができる。すなわち、プラスチック基板上にＭＩＳ積層構成からなる素子構造体を形成する場合には、レーザ光パワーレベルの照射条件によって図６の符号６０１１に示すようにプラスチック基板表面に凸形状（６０１１）を有するスイッチング素子構造体とすることができ、従来のフォトリソグラフィーを用いた加工方法とは異なる形状とすることができる。
【００３９】
次に、ＭＩＳ積層構造体をもとにスイッチング素子を製造する方法について説明する。
前記ＭＩＳ積層構造体上に、導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）と、レーザ光を前記導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕側から照射して該Ｍ２の一部を熱変化させるレーザ光照射工程（ｅ）と、前記導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去して電極（ソース電極、ドレイン電極等）を形成するエッチング処理工程（ｆ）とを含んでなる作製方法により、スイッチング素子を好ましく作製することができる。なお、電極の形成法は、これに限られるものではなく、例えば、通常のフォトリソグラフィーとエッチング処理のプロセスや、インクジェットプリンティングのプロセスを用いて、ソース・ドレイン電極を形成し、スィッチング素子の構造を作製することができる。
【００４０】
図７（４２）はＭＩＳ積層構造体上に電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成してスイッチング素子とする本発明の作製方法を示す模式図である。
図７（４２）において、符号４０５は導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）を示す。符号４０５１は、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）を示す。
導電性酸化物材料としては、ＭＩＳ積層構造体の導電材料層〔Ｍ〕と同様に、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含有するものが好ましく用いられる。例えば、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2−ＺｎＯ（ＩＺＯ）などを用いることができる。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚は、５０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。また、前記導電性酸化物材料層を成す酸化物材料として、酸素欠損状態のＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）が好ましく用いられる。スイッチング素子構造体の導電材料層〔Ｍ〕と同じように、化学量論組成に対して酸素量が少ない状態（酸素欠損状態）の導電性酸化物材料層を形成するためには、成膜雰囲気はアルゴンガスのみの条件でスパッタリングが行われるのが好ましい。
【００４１】
図７（４２）の符号４０６は、レーザ光照射工程（ｅ）を示す。
レーザ照射工程（ｅ）では、集光されたレーザ光（ビーム）を導電材料層〔Ｍ２〕側からパワーレベルを変調させて照射し、導電材料層〔Ｍ２〕の一部を熱変質させる。前述のスイッチング素子構造体の形成におけるレーザ光照射工程（ｂ）と同様のレーザ光源を用いる。
図７（４２）における符号４０６１は、積層工程（ｄ）で導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕が成膜された構造体の上方視（上面図）である。
符号４０６２は、構造体を上方から見た場合のレーザ光の走査方向を示す。符号４０６３には、レーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。レーザ光パワーレベルは、ソース電極、ドレイン電極を形成する位置のタイミングで変調する（例えば、２段階）。前述のスイッチング素子構造体の形成において説明したのと同様のレーザ照射装置（図５）を用いることができる。つまり、レーザ光をＸ−Ｙの所定位置に対して走査し、図７の符号（４０６３）に示したパワーレベルの変調によりソース電極、ドレイン電極とする導電性酸化物を熱変化（熱変質）させる。
【００４２】
図７（４２）における符号４０７は導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去して電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成するエッチング処理工程［ウェットエッチング処理工程］（ｆ）を示す。エッチング処理工程（ｆ）における湿式エッチングにはエッチング溶液として酸溶液が好ましく用いられる。
前述のスイッチング素子構造体のエッチング処理工程（ｃ）と同様に、符号４０７１のエッチング溶液としては、塩酸溶液（ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ）、硝酸溶液（ＨＮＯ3＋Ｈ2Ｏ）、シュウ酸溶液（（ＣＯＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ）、フッ化水素酸相溶液（ＨＦ＋Ｈ2Ｏ）などの酸系水溶液を用いることができる。これらの酸溶液の混合溶液を用いても構わない。エッチング溶液は、導電性酸化物材料の種類や結晶状態によって選択する。処理は室温（加熱しない状態）で行ってもよく、溶液を数十℃に加熱した状態で行ってもよい。
以上のような作製方法により、ＭＩＳ積層構造体にソース電極およびドレイン電極を形成することができる。
【００４３】
図７（４０８）の断面図に、ＭＩＳ積層構造体にソース電極とドレイン電極を形成した状態を示す。
図７（４０８）において、符号４０８１はスイッチング素子の側面形状を示す断面図であり、符号４０８２はスイッチング素子の上面形状を示す断面図である。
符号４０８１１は導電性酸化物材料よりなる電極（ソース電極、ドレイン電極）を示す。導電性酸化物材料は、前述したＭＩＳ積層構造体における材料と同様である。ソース電極、ドレイン電極は半導体領域（４０４１２）に接して形成されている。また、集光したレーザ光照射によって形成することから、前記図４（４０４）で示したように端部は曲線形状（円弧を有する形状）になっている。符号４０８２１は、ソース電極とドレイン電極の幅を示し、例えば、０．５μｍ〜２μｍの範囲にある。符号４０８１２はソース電極とドレイン電極の高さを示し、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、前記図４（４０４）で示したＭＩＳ積層構成体の高さ（４０４１５）にほぼ一致した高さになっている。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制約を受けるものではない。
【００４５】
（参考例１）
実施例に先だって、基板上に半導体材料層を単層構成で設け、これにレーザ光を照射した後、湿式エッチング（ウエットエッチング）処理を施して所定の構造パターンの形成を試みた。図３にプロセスを示す。
図３において、符号３１１はサンプル構成およびレーザ照射の様子を示す。符号３１１１はポリカーボネート基板、符号３１１２はＩｎＧａＺｎＯ薄膜を示す。ＩｎＧａＺｎＯ薄膜はスパッタリング法で成膜した。膜厚は１００ｎｍである。成膜温度は室温（基板加熱をしない状態）であり、成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）である。符号３１１３はレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。
レーザ光として、波長４０５ｎｍのレーザ光を照射した。レーザ光照射後にウェットエッチング処理を行った。エッチング溶液には塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。エッチング後の状態を符号３１３に記載したように、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜全面がエッチング除去されてしまった。すなわち、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜は光吸収能が低いため、レーザ光を照射していても熱変化（例えば、結晶化等の熱変質）しない。このため、レーザ照射部分と、非照射部分とでエッチング選択性が生じず、サンプル全面がエッチング除去されてしまい、所定の構造パターンの形成はできなかった。
【００４６】
（実施例１）
図８の模式図に示す工程によりＭＩＳ積層構造体を作製した。（参考例１）に示したように、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜のみの場合は、レーザ照射とウェットエッチング処理による加工はできないが、ＭＩＳ積層構成とすることによって、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜を含む積層構成の加工が可能になる。
図８において、ＭＩＳ積層構成体は、ポリカーボネート基板［支持基板］（３２１１）上に、ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１：１）薄膜［半導体材料層］（３２１２）、ＺｎＳとＳｉＯ2の混合（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）薄膜［絶縁材料層］（３２１３）、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）薄膜［導電性酸化物材料層］（３２１４）を順次積層して形成した。各層は、スパッタリング法で成膜した。成膜温度は室温（基板加熱をしない状態）であり、成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）である。各層の膜厚は、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜が５０ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2薄膜が３０ｎｍ、ＩＴＯ薄膜が１００ｎｍである。
前記〔１〕（請求項１）に示すように、上記層構成において導電性酸化物層であるＩＴＯ薄膜（３２１４）の状態に特徴がある。
【００４７】
まず、ＩＴＯ薄膜の状態について説明する。図１０には、ＩＴＯ薄膜の成膜条件による透過率の変化を示す。ＩＴＯ薄膜の成膜は、ＤＣスパッタリング法を用い、スパッタリングターゲットとして、複合酸化物の状態であるＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）ターゲットを用い、基板温度を室温（基板加熱しない状態）にして成膜した。ターゲット材の組成比（重量比wt％）は、Ｉｎ2Ｏ3（９５wt％）−ＳｎＯ2（５wt％）である。ＩＴＯ薄膜の膜厚は１５０ｎｍである。成膜圧力は０．８Ｐａ（パスカル）に設定した。雰囲気ガスとしてアルゴン(Ａｒ)と酸素（Ｏ2）を用いて、ＡｒとＯ2の比率を変化させて、数種類のＩＴＯ薄膜作製し透過率を測定した。測定には、紫外可視分光光度計（島津製作所社製 UV-2500(PC)SGLP）を用いた。
図１０において、横軸はＡｒとＯ2の混合比率を、酸素流量比[Ｏ2流量／（Ｏ2＋Ａｒ流量）]（％）で示している。縦軸は透過率（％）を示す。透過率は波長２５０〜８００nmの範囲で測定し、そのうち、図１０には波長４００nmにおける透過率の値を示している。図示したように、波長４００nmにおける透過率は、酸素流量比が小さくなると低下する。酸素流量比＝０％、つまり、酸素ガスを添加せずＡｒガスのみの雰囲気で成膜したＩＴＯ薄膜の透過率は２２％であった。酸素流量比を下げることによる透過率の低下は、ＩＴＯ薄膜からの酸素のヌケ（酸素欠損）による。酸素欠損状態とは、ＩＴＯ薄膜の場合、本来の組成比はＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2であるが、Ｉｎ2Ｏｘ−ＳｎＯｙとすると、酸化物の価数ｘ、ｙは、ｘ＜３、ｙ＜２のように酸素が化学量論組成よりも少ない状態の部分が薄膜の少なくとも一部に存在している状態を示す。波長４００nmにおける透過率を１０〜３０％にすることで、レーザ光の吸収能を上げて、後記するように、レーザ光照射によって薄膜が発熱し熱で変化する状態とする。スパッタ成膜における酸素流量比の制御で簡便に透過率を下げられる限界が１０％であるため、透過率の下限は１０％に設定している。また、透過率が３０％よりも高くなると、レーザ光照射によって導電性酸化物薄膜を熱変化させるために、非常に高いエネルギーが必要になり、高価なレーザ照射装置が必要になる。安価な半導体レーザが採用できなくなる。また、前記〔１〕（請求項１）に記載するように、ＩＴＯ薄膜の結晶状態は、少なくとも薄膜の一部がアモルファス相である。
【００４８】
次に、上記のような状態のＩＴＯ薄膜を最上層に積層したＭＩＳ積層構成の加工方法を図８をもとに示す。レーザ照射とエッチング処理により前記ＭＩＳ積層構成を凸形状の構造体に加工した。
図８の符号３２１はサンプル構成およびレーザ照射の様子を示す。符号３２１５はレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。レーザ光のパワーレベルは３水準で変調した。図８に示すように、低レベル２ｍＷ、中レベル８ｍＷ、高レベル１４ｍＷの３水準である。
また、符号３２２はウェットエッチング処理であり、図３で示したのと同じようにエッチング溶液には塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。
図８の符号３２３はウェットエッチング処理後のサンプルの状態を示す。積層構成の最上層に位置するＩＴＯ薄膜（３２１４）は、レーザ光の吸収により発熱する。その発熱によってＩＴＯ薄膜（３２１４）の一部が熱変化すると共に、熱が下層に位置するＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）にも伝播してＩｎＧａＺｎＯ薄膜の一部が熱変化（結晶化）する。熱変化（結晶化）の様子を図１１に示す。
【００４９】
図１１は、前記ＭＩＳ積層構成のＸ線回折測定結果である。Ｘ線回折測定結果をもとに、ＭＩＳ積層構成の結晶状態を説明する。ＭＩＳ積層構成は、図８の３２１に示す層構成であり、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）、ＺｎＳ−ＳｉＯ２薄膜（３２１３）、ＩＴＯ薄膜（３２１４）の積層構成である。測定には、Ｘ線回折装置（フィリップス社製 Ｘ’Pert ＭＲＤ）を用いた。Ｘ線源にはＣｕｋα線を用い、加速電圧は４５ｋeＶ、電流値は４０ｍＡに設定した。図１１において、１１０１は成膜状態のＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイルであり、１１０２は凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイルである。１１０２に示す加工後の回折パターンは、Ｘ線照射領域内に多数個の構造体が含まれる状態で測定した結果である。成膜後（１１０１）は、３０°付近にＩＴＯ薄膜の（２２２）面に対応する小さな回折ピークとアモルファス相からのブロードなピークが観測され、ＭＩＳ積層構成は、結晶相とアモルファス相が混在した状態であることを示す。一方、凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイル（１１０２）には、ＩＴＯ薄膜の（２２２）面、（４００）面、（４４０）面、（６２２）面に対応するシャープな回折ピークが観測され、多結晶状態のＭＩＳ構造体が形成されていることを示す。
【００５０】
以上のように、ウェットエッチング処理によって、ＩＴＯ薄膜（３２１４）の熱変化部分は、レーザ光非照射部分よりもエッチング速度が低下するため、エッチングされずに凸形状の構造体に加工できる。凸形状に加工されたＩＴＯからなる構造体がエッチングマスクとなり、下層のＺｎＳ−ＳｉＯ2（３２１２）もエッチングされずに残留する。最下層に位置するＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）も同様に、レーザ照射部分と非照射部分とのエッチング選択性が生じて凸形状の構造体に加工できる。
【００５１】
符号３２３１は、加工後の状態をサンプル上方から観察した走査型電子顕微鏡写真である（ＳＥＭ像）。ＳＥＭ像において、明コントラストで観測される小さな円形（３２３４）がＩＴＯからなる構造パターンであり、その下層に大きな長円形で見える部分（３２３２）がＩｎＧａＺｎＯからなる構造パターンである。そのほかの暗コントラスト部分はポリカーボネート基板の表面である。つまり、上層のＩＴＯ薄膜での発熱が下層では拡がること、および積層構成であるために下層では熱が籠もりやすい状態にあることから、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜の熱変化（熱変質）領域が拡がり、上層のＩＴＯの構造パターンよりも下層のＩｎＧａＺｎＯの構造パターンが大きなサイズで形成されている。
【００５２】
以上のように、レーザ照射加熱による材料の熱変化（熱変質）と、その熱変化部分と非変化部分とのエッチング選択性を利用したウェットエッチング処理により、フォトリソグラフィーを用いずにＭＩＳ積層構成体を加工することができ、スイッチング素子構造体が作製される。本発明によれば、参考例１では凸形状の構造パターンに加工できなかったＩｎＧａＺｎＯからなる半導体材料層も良好に所定の構造パターンとして形成が可能になる。
【００５３】
（実施例２）
前述の図７（４２）に示すプロセスに準じて、実施例１で作製したＭＩＳ積層構造体上に、導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕として、ＩＴＯ薄膜（４０５１）を形成した。ＩＴＯ薄膜はスパッタリング法により形成し、酸素欠損状態とするために、成膜雰囲気をアルゴンガスのみの条件とした。ＩＴＯ薄膜の膜厚は１５０ｎｍである。
形成したＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕側から図７（４２）の符号４０６３のようにパワーレベルを変調させてレーザ光を照射し、ＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕の一部を熱変化させた。次いで、ＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去してソース電極とドレイン電極を形成した。なお、エッチング溶液には、実施例１において用いたのと同様、塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。ソース電極、ドレイン電極は半導体領域に接して形成されていた。形状は、図７（４２）の符号４０８に示されているのと同様に端部が曲線形状、いわゆる円弧を有する形状になっていた。
【００５４】
本発明によれば、レーザ照射による熱処理とエッチング処理のみの簡便なプロセスにより、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体の作製、および前記構造体に電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成してなるスイッチング素子の作製が実施でき、製造プロセスの簡略化によってコストの低減化が図れる。集光したレーザ光をＭＩＳ積層構成体に照射し、エッチング処理により加工するため、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成されて信頼性の高い素子が安定して作製できる。
また、本発明によるＭＩＳ積層構造体およびその作製方法は、スイッチング素子に限定されるものではなく、光センサーなどの受光素子の光電変換部として用いることもできる。本作製方法によれば、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成できることから、高分解能であるセンサーの実現が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のフォトリソグラフィーとエッチング処理によるトップゲート型薄膜トランジスタの製造工程を示す工程フローである。
【図２】実施例１で形成されたＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイルである。
【図３】参考例１において、基板上に半導体材料層を単層構成で設けてレーザ光照射とウエットエッチング処理を施した場合の様子を示す説明図である。
【図４】本発明においてＭＩＳ積層構成体からＭＩＳ積層構造体を形成する工程を示す模式図(41)と湿式エッチング処理後の素子構造体の断面図（404）である。
【図５】本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：Ｘ方向に走査、光学ピックアップ：Ｙ方向に走査）の概念図である。
【図６】本発明においてＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板表面に凸部が形成された構造体の形状を示す概略断面図である。
【図７】本発明においてＭＩＳ積層構造体上に電極を形成する工程を示す模式図(42)とＭＩＳ積層構造体に電極を形成した状態を示す断面図（408）である。
【図８】実施例１のＭＩＳ積層構造体の作製において適用した工程を示す模式図である。
【図９】本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：θ方向に回転、光学ピックアップ：Ｘ方向に走査）の概念図である。
【図１０】実施例１で測定したＩＴＯ薄膜の波長４００ｎｍにおける透過率と酸素流量比[Ｏ2流量／（Ｏ2＋Ａｒ流量）]（％）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
（図１の符号）
１０１ 半導体薄膜のフォトリソグラフィー工程
１０１１ 半導体薄膜
１０１２ フォトレジスト
１０１３ フォトリソグラフィー
１０１４ エッチングマスク
１０２ ソース・ドレイン電極のフォトリソグラフィー工程
１０２１ ソース、ドレイン電極薄膜
１０２２ フォトレジスト
１０２３ フォトリソグラフィー工程
１０３ ゲート絶縁膜のフォトリソグラフィー工程
１０３１ ゲート絶縁膜
１０３２ フォトレジスト
１０３３ フォトリソグラフィー工程
１０４ ゲート電極のフォトリソグラフィー工程
１０４１ ゲート電極薄膜
１０４２ フォトレジスト
１０４３ フォトリソグラフィー工程
１０５ 薄膜トランジスタ構造
１０５１ 支持基板
１０５２ 半導体薄膜
１０５３ ゲート絶縁膜
１０５４ ソース電極
１０５５ ドレイン電極
１０５６ ゲート電極
（図２の符号）
１１０１ 成膜状態のＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイル
１１０２ 凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイル
（図３の符号）
３１１ サンプル構成およびレーザ照射の様子
３１１１ ポリカーボネート基板
３１１２ ＩｎＧａＺｎＯ薄膜
３１１３ レーザ光パワーレベルの変調タイミング
３１２ ウェットエッチング処理
３１３ エッチング後の状態
（図４の符号）
４１ ＭＩＳ積層構成作製方法
４０１ 成膜工程（ａ）
４０１１ 支持基板
４０１２ 半導体材料層〔Ｓ〕（Semiconductor）
４０１３ 絶縁材料層〔Ｉ〕（Insulator）
４０１４ 導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）
４０２ レーザ照射工程（ｂ）
４０２１ レーザ光パワーレベルの変調タイミング（変調パターンの例）
４０３ エッチング処理工程［ウェットエッチング処理工程］（ｃ）
４０３１ エッチング溶液
４０４ ウェットエッチング処理後のスィッチング素子構造体の形状
４０４１ スイッチング素子構造体を側面から見た断面形状
４０４２ スイッチング素子構造体を上面から見た断面形状
４０４１２ 半導体材料層
４０４１３ 絶縁材料層
４０４１４ 導電性酸化物材料層
（図５の符号）
５０１ レーザ光源
５０２ サンプル
５０３ サンプルを設置するステージ
５０４ 光学ピックアップを設置するステージ
（図６の符号）
６０ ＭＩＳ積層構造体
６０１ 支持基板
６０１１ ポリカーボネート基板表面に形成された凸部
６０１２ 凸部の高さ
６０２ 半導体材料層
６０３ 絶縁材料層
６０４ 導電材料層
６１ レーザ光パワーレベルの変調のタイミング
６１１ レーザパワーレベルの変調波形
６１１１ レーザ光パワー（低レベル）
６１１２ レーザ光パワー（中レベル）
６１１３ レーザ光パワー（高レベル）
（図７の符号）
４２ ソース、ドレイン電極作製方法
４０５ 導電材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）
４０５１ 酸化物からなる導電材料層〔Ｍ〕（Metal）
４０６ レーザ光照射工程（ｅ）
４０６１ 構造体の上方視（上面図）
４０６２ レーザ光の走査方向
４０６３ レーザ光パワーレベルの変調のタイミング
４０７ ウェットエッチング処理工程（ｆ）
４０７１ エッチング溶液
４０８ スイッチング素子構造体にソース電極とドレイン電極を形成した状態
４０８１ スィッチング素子の側面形状を示す断面図
４０８２ スィッチング素子の上面形状を示す断面図
４０８１１ 導電性酸化物よりなる電極
４０４１２ 少なくとも酸化亜鉛を含有する半導体材料層
４０４１３ 絶縁材料層
４０４１４ 酸化物（導電性酸化物）からなる導電材料層
（図８の符号）
３２１ レーザ光照射工程
３２１１ ポリカーボネート基板［支持基板］
３２１２ ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）薄膜［半
導体材料層］
３２１３ ＺｎＳとＳｉＯ２の混合薄膜［絶縁材料層］
３２１４ Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）薄膜［導電材料層］
３２１５ レーザ光パワーレベル変調タイミング
３２２ ウェットエッチング処理
３２３ ウェットエッチング処理後のサンプルの状態
３２３１ ＳＥＭ像
３２３２ 凸形状ＩｎＧａＺｎＯパターン
（図９の符号）
９０１ レーザ光源
９０２ 対物レンズ
９０３ レーザ光
９０４ ピックアップ設置ステージ
９０５ サンプル
９０６ サンプル設置ステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光発光素子やメモリ素子に接続されて電荷移動を制御するスイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体およびそれらの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光発光素子には、薄膜トランジスタなどからなるスィッチング素子が電荷移動を制御するために接続されるが、近年、このようなスィッチング素子の半導体材料として、有機半導体を適用する技術開発が非常に進展している。すなわち、有機半導体をスィッチング素子の半導体材料として採用することによって素子作製時に、インクジェットプリンティングプロセス、スピンコーティングプロセス、印刷プロセスなどのウェット系の低温プロセスが採用でき、プロセスのコスト低減化が可能になると同時に、プラスチック基板化が図れ、さらにデバイスのフレキシブル化も期待できる。
【０００３】
一方、電荷移動度など有機半導体材料の半導体特性は現状において十分とは言えず、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載されているように、低温プロセスで形成可能な無機半導体材料の開発も盛んに行われている。
無機半導体材料を半導体層とするスィッチング素子の作製法としては、特許文献２に記載されているウェットエッチングとドライエッチング処理を併用して各層をパターン化する方法や、特許文献３に記載されているウェットエッチング処理のみにより作製する方法が採用されている。
上記何れの方法においても、フォトリソグラフィーによりレジストマスクを形成する工程は必須である。
【０００４】
従来のフォトリソグラフィーとエッチング処理による薄膜トランジスタの作製方法を図１に示す。図１はトップゲート型薄膜トランジスタの構造例を示す概略断面図である。
図１において、１０１は半導体薄膜のフォトリソグラフィー工程を示す。半導体薄膜１０１１上にフォトレジスト（レジスト）１０１２を塗布し、フォトリソグラフィー１０１３にてパターン化したフォトレジストをエッチングマスク１０１４で覆って、半導体薄膜を加工する。１０２はソース・ドレイン電極のフォトリソグラフィー工程、１０３はゲート絶縁膜のフォトリソグラフィー工程、１０４はゲート電極のフォトリソグラフィー工程を示す。
すなわち、従来の作製方法により、図１の１０５に示すような薄膜トランジスタの基本構造を作製する場合には、４回のフォトリソグラフィー工程が必要である。プロセスコストは、フォトマスク枚数、および工程数に応じて増加する。従って、いかにフォトリソグラフィーの回数を低減できるかが、デバイスの低コスト化の課題になる。また、プラスチック基板上の無機半導体材料を加工する際に、ドライエッチング法を採用した場合、樹脂基板材料へのプラズマダメージを回避する方法も課題になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９４６２８号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６７１４号公報
【特許文献３】特開２００７−１２３７００号公報
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３２（２００４）４８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、製造プロセスを簡略化でき、素子の微細化にも有利で従来技術よりもコスト低減が図れ、電荷移動制御の可能なスイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体、およびその作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の〔１〕〜〔７〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。
【０００８】
〔１〕：上記課題は、レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするＭＩＳ積層構造体の作製方法により解決される。
【０００９】
〔２〕：上記〔１〕に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法において、前記熱処理工程では、レーザ光の波長が３６０〜４２０nmの範囲にある半導体レーザを用いることを特徴とする。
【００１０】
〔３〕：上記〔１〕または〔２〕に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法において、前記エッチング処理工程では、湿式エッチング法を用いることを特徴とする。
【００１１】
〔４〕：上記課題は、〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載の方法で作製したＭＩＳ積層構造体であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕が順次成膜されたＭＩＳ積層構成体を有することを特徴とするＭＩＳ積層構造体により解決される。
【００１２】
〔５〕：上記〔４〕に記載のＭＩＳ積層構造体において、前記半導体材料層〔Ｓ〕として、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含むことを特徴とする。
【００１３】
〔６〕：上記〔４〕または〔５〕に記載のＭＩＳ積層構造体において、前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形であることを特徴とする。
【００１４】
〔７〕：上記〔４〕乃至〔６〕のいずれかに記載のＭＩＳ積層構造体において、前記ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成されて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＭＩＳ積層構造体の作製方法によれば、支持基板上に設けられた、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構成体に、レーザを照射して加熱により導電性酸化物材料層と半導体材料層を熱変化（結晶化）させ、その熱変化部分と非変化部分とのエッチング選択性を利用したエッチング処理により、前記ＭＩＳ積層構造体を形成することができる。すなわち、従来のフォトリソグラフィーの手法を用いることなく、熱処理とエッチング処理のみの簡便なプロセスにより、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体を作製することができる。製造プロセスの簡略化によってコストの低減化が図れると共に、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成される。
例えば、従来のフォトリソグラフィーを用いる場合、通常、４枚のフォトマスクを用いて４回のフォトリソグラフィー工程が必要であるが、本発明の方法を用いることにより、フォトマスクが不要になる。
本発明のＭＩＳ積層構造体によれば、集光したレーザ光を用いて加工するため、ＭＩＳ積層構成からなる構造体、および電極の端部がレーザビーム形状に倣い曲線状（円形）になり、角がとれた形状となることから、素子上に保護膜などを積層した際に素子端部での応力集中を防ぐことができ、素子の安定動作につながるといった形状的な特長を有している。また、微細で規則的な素子構成とされるため、安定したスイッチング動作が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
前述のように本発明におけるＭＩＳ積層構造体の作製方法は、レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするものである。
【００１７】
以下、図面をもとに本発明を説明する。
図４（４１）は支持基板上に形成されたＭＩＳ積層構成体から、ＭＩＳ積層構造体を形成する本発明の作製方法を示す模式図である。
図４（４１）において、符号４０１は成膜工程（ａ）を示す。
符号４０１１は支持基板を示す。支持基板４０１１の材料としては、ガラス、石英、シリコンなどを用いることができる。また、プラスチック基板を用いることもできる。プラスチック材料としては、例えば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などを用いることができる。
【００１８】
符号４０１２は半導体材料層〔Ｓ〕（Semiconductor）を示す。半導体材料層を成す材料としては、酸溶液でエッチング除去できる材料を用いる。酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化錫（ＳｎＯ2）などの酸化物材料を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、Ｉｎ2Ｏ3および／またはＧａ2Ｏ3など他の金属酸化物を含有させてもよい。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いても構わない。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては２０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
符号４０１３は絶縁材料層〔Ｉ〕（Insulator）を示す。絶縁材料としては、ＺｎＳ、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、もしくは前記材料の混合物から選ばれる薄膜を用いることができる。例えば、硫化亜鉛と酸化シリコンを混合した絶縁材料（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）を用いてもよい。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては５〜５０ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００１９】
符号４０１４は導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）を示す。導電性酸化物材料としては、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）などを用いることができる。また、これら導電性酸化物材料にＡｌ、Ｇａ、Ｚｎなどの金属元素を添加した材料でも構わない。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚としては５０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００２０】
一般に導電性酸化物材料をスパッタリング法で成膜する場合、化学量論組成からの酸素の抜けを補うため、アルゴンガスに酸素ガスを添加した雰囲気中で成膜する反応性スパッタ法が用いられる。ところが、本実施形態では、化学量論組成に対して酸素量が少ない状態(酸素欠損の状態)の導電性酸化物材料層を形成するため、好ましくは、酸素ガスを添加せずアルゴンガスのみの雰囲気で成膜する。酸素欠損がある状態の導電性酸化物材料層とすることで透過率が低下し、前記〔１〕（請求項１）に示すように光の吸収能が増加する。導電性酸化物薄膜の透過率は測定波長４００ｎｍにおいて１０〜３０％の範囲にあることが好ましい。前記導電性酸化物材料、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）などは、スパッタ成膜における雰囲気ガスをアルゴンのみとすることで、簡便に透過率が制御できる材料であり、本発明によるレーザ照射加熱を利用する加工法には敵する材料である。
【００２１】
以上のように、図４（４０１）に示す成膜工程では、半導体材料層（４０１２）、絶縁材料層（４０１３）、前記導電性酸化物材料層（４０１４）を順次積層（例えば、連続成膜して積層）し、ＭＩＳ積層構成体を作製する。
【００２２】
図４（４１）において、符号４０２はレーザ照射工程（ｂ）を示す。
レーザ照射工程（ｂ）では、集光されたレーザ光（ビーム）を前記導電性酸化物材料層側からパワーレベルを変調させて照射し、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層〔Ｓ〕の一部を熱変化させる。レーザ光源には、波長３６０〜４２０ｎｍの青色レーザを用いる。対物レンズの開口数（ＮＡ）としては０．６５〜０．９５が好ましい。符号４０２１に、レーザ光パワーレベルの変調タイミング（変調パターンの例）を示す。レーザ光パワーレベルは、ＭＩＳ積層構造体の形状を形成する位置のタイミングで変調する。
【００２３】
図５に、本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：Ｘ方向に走査、光学ピックアップ：Ｙ方向に走査）の概念図を示す。
図５において、符号５０１はレーザ光源を示す。レーザ光源には、半導体レーザを用いることが好ましい。半導体レーザは、駆動電流の外部制御によりパワーレベルを高速変調することができる。また、比較的安価な対物レンズであっても光の回折限界付近まで集光することができ、容易に微細なレーザ光スポットが形成できる。これにより、微細な領域（レーザ照射部位）において導電性酸化物材料を熱変化させることができ、熱処理工程を有効に実施することができる。
【００２４】
符号５０２はサンプルを示し、符号５０３はサンプルを設置するステージを示す。符号５０４は光学ピックアップを設置するステージを示す。サンプル設置ステージ（５０３）は、Ｘ方向に走査でき、Ｘ方向に走査する速度は、例えば、０．１〜１ｍ／ｓｅｃの範囲で可変できるものである。光学ピックアップを設置するステージは、Ｙ方向に走査でき、Ｙ方向に送る分解能は数ｎｍ程度である。
【００２５】
また、サンプル設置ステージを回転させ、光学ピックアップ設置ステージをＸ方向に走査させることにより、レーザ照射しても構わない。図９にレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：θ方向に回転、光学ピックアップ：Ｘ方向に走査）の概念図を示す。
図９において、符号９０１はレーザ光源を示す。レーザ光源には、前記Ｘ−Ｙ走査によるレーザ照射装置と同じものを用いることができる。９０２は対物レンズを示し、９０３は集光されたレーザ光を示す。符号９０４は光学ピックアップを設置するステージを示す。ピックアップ設置ステージはＸ方向に走査できる。符号９０５はサンプルを示し、符号９０６はサンプルを設置するステージを示す。サンプル設置ステージ（９０６）は、θ方向に回転動作することができる。回転速度は、例えば、０．１〜１０ｍ／ｓｅｃの範囲で可変できるものである。ピックアップ設置ステージ（９０４）のＸ走査と、サンプル設置ステージ（９０６）のθ走査を組合せことによって、サンプル面全面に対してらせん状にレーザ照射することができる。
【００２６】
以上のように、２軸のステージ走査によって、レーザ光をＸ−Ｙの所定位置に対して走査する方法、および、レーザ光をＸ−θの所定位置に対して走査する方法によって、図４（４１）の符号４０２１に示したパワーレベルの変調によりＭＩＳ積層構成体を熱変化、すなわち、導電材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる。
【００２７】
前記図４（４１）の符号４０３は、ＭＩＳ積層構成体の熱変化されていない部分をエッチング処理により除去してＭＩＳ積層構造体を形成するエッチング処理工程（ｃ）を示す。エッチング処理工程（ｃ）においては、簡便な湿式エッチング法を用いることができる。
符号４０３１のエッチング溶液としては、塩酸溶液（ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ）、硝酸溶液（ＨＮＯ3＋Ｈ2Ｏ）、シュウ酸溶液（（ＣＯＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ）、フッ化水素酸相溶液（ＨＦ＋Ｈ2Ｏ）などの酸系水溶液を用いることができる。これらの酸溶液の混合溶液を用いても構わない。エッチング溶液は、導電性酸化物材料の種類や結晶状態によって選択する。処理は室温（加熱しない状態）で行ってもよく、溶液を数十℃に加熱した状態で行ってもよい。
【００２８】
本発明のＭＩＳ積層構造体の作製方法においては、前述のようにエッチング処理工程（ｃ）により、ＭＩＳ積層構成体の熱変化されていない部分を湿式エッチングにより除去してＭＩＳ積層構造体を形成する。図４（４０４）に湿式エッチング（ウェットエッチング）処理後のＭＩＳ積層構造体の形状を示す。図４（４０４）において、符号４０４１はＭＩＳ積層構造体を側面から見た断面形状を示し、符号４０４２はＭＩＳ積層構造体を上面から見た断面形状を示す。
符号４０４１１は支持基板、符号４０４１２は半導体材料層、符号４０４１３は絶縁材料層、符号４０４１４は導電性酸化物材料層を示し、ＭＩＳ積層構成になっている。各構成材料としては前述の材料等が用いられる。
【００２９】
符号４０４１２に示す半導体材料層の加工サイズは、符号４０４１４に示す導電性酸化物からなる導電材料層のサイズよりも大きなサイズになっている。
また、集光したレーザ光照射によって形成することから、符号４０４１４に示す導電性酸化物からなる構造体の形状は円形（もしくは楕円形）、符号４０４１２に示す半導体材料からなる構造体の形状は楕円形もしくは端部が曲線である形状となっている。つまり、前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形である。
【００３０】
符号４０４２１は構造体の幅を示し、例えば、０．３μｍ〜１μｍの範囲にある。符号４０４２２は半導体材料領域の長さを示し、例えば、０．５μｍ〜５μｍの範囲にある。符号４０４２３は、導電性酸化物領域および絶縁性材料領域の長さを示し、例えば、０．１μｍ〜２μｍの範囲にある。ＭＩＳ積層構造体をもとにスィッチング素子を形成する場合、符号４０４２３の長さがゲート長に対応する。符号４０４１５は構造体の高さを示し、例えば、１００〜５００ｎｍの範囲にある。
【００３１】
上記本発明におけるＭＩＳ積層構造体の作製方法の原理を表１にまとめる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１において、符号１０１はＭＩＳ積層構造体の形状の特徴を示す。符号１０１１に示すようにＭＩＳ積層構造体は導電材料（導電性酸化物材料層）〔Ｍ〕［上層Ｍ：導電性酸化物材料（Metal）］、絶縁材料層〔Ｉ〕［中層Ｉ：絶縁材料(Insulator)］、半導体材料層〔Ｓ〕［下層Ｓ：半導体材料(Semiconductor)］の積層構造をとる。
表１に記載の符号１０１２は形状の特徴を示す。ＭＩＳ積層構成において、上層に位置する導電性酸化物材料層と絶縁材料層とで構成されるゲート領域よりも、下層に位置する半導体材料層の領域は大きい。表１の欄外に記載した素子構造体断面（１０１３）に示すように、半導体層領域には、ソース電極とドレイン電極のコンタクト領域を設ける必要があるためである。
【００３４】
表１の符号１０２には、ＭＩＳ積層構造体の作製方法における特性を示す。符号１０２１はＭＩＳ積層構成材料（酸化物積層構成）を示す。符号１０２２はレーザ光の吸収能の違いを示す。前記〔１〕（請求項１）に示すように、ＭＩＳ積層構成の上層に酸素欠損によって透過率が低下した状態の導電性酸化物材料層を配置することによって、レーザ照射とエッチング処理による簡便な方法で、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層からなる構造体を形成することができる。
【００３５】
表１において、符号１０２３はレーザ光照射工程における各構成層の蓄熱状態の違いを示す。本発明のスイッチング素子構造体の作製方法においては、前述のように、レーザ光照射により、導電材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播する熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる。つまり、ＭＩＳ積層構成体は積層構成であることから、レーザ光照射側の上層よりも下層に熱が籠もりやすい。このため、レーザ照射による発熱は下層に蓄熱されて半導体材料層の一部を熱変化させる。符号１０２４はエッチング溶液に対する選択性を示す。ウェットエッチング処理の酸溶液に対して、上層の導電材料層と下層の半導体材料には選択性が生じる材料を用い、絶縁材料には選択性が生じない材料を用いる。
【００３６】
符号１０２５は加工形状を示す。図４（４１）、図４（４０４）で示したように、上層の導電性酸化物材料層と下層の半導体材料層の熱変化部分は凸形状でパターン化できる。この際に、蓄熱および熱拡散によって下層の半導体材料層の熱変化領域は拡がり、パターン化領域は上層よりも下層の半導体材料層が大きくなり、いわゆる拡張する。また、中層の絶縁性材料層はエッチング選択性を持たない材料であることから、上層の導電性材料層がエッチングマスクとなり、導電性材料層パターンと同じサイズで加工できる。その結果、符号１０１３の断面図に示すようなＭＩＳ積層構成からなる構造体を、一回のレーザ照射とウェットエッチング処理によって作製することができる。
【００３７】
図６の概略断面図に、ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成された構造体の形状を示す。
図６において、符号６０はＭＩＳ積層構造体の断面形状であり、符号６１はレーザ照射工程におけるレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。
ＭＩＳ積層構造体（６０）における符号６０１はプラスチック材料（ポリカーボネート）からなる支持基板である。符号６０１１はポリカーボネート基板表面に形成された凸部を示す。符号６０１２は凸部の高さを示す。凸部の高さは１０〜５０ｎｍである。
符号６０２はレーザ光照射工程とエッチング処理工程によりパターン化された半導体材料層であり、半導体材料は先に記載した材料と同様のものが用いられている。符号６０３は、前記プロセスでパターン化された絶縁材料層であり、絶縁材料としては、先に記載した材料と同様のものが用いられている。符号６０４は前記プロセスでパターン化された導電性酸化物材料層であり、導電性酸化物材料としては、先に記載した材料と同様のものが用いられている。
【００３８】
図６のレーザ光パワーレベル変調タイミング（６１）において、符号６１１はレーザパワーレベルの変調波形である。レーザ光パワーレベルを３水準で変調した。すなわち、低レベル（６１１１）、中レベル（６１１２）、高レベル（６１１３）の３水準である。
図６に示すように、ＭＩＳ積層構成からなる素子構造体を形成する際に、構造体の中心位置のタイミングで高パワーレベル（６１１３）のレーザ光を照射する。その結果、ＭＩＳ積層構成体の内部に伝播した熱によって、構造体中心に位置するプラスチック基板表面を凸形状に変形することができる。すなわち、プラスチック基板上にＭＩＳ積層構成からなる素子構造体を形成する場合には、レーザ光パワーレベルの照射条件によって図６の符号６０１１に示すようにプラスチック基板表面に凸形状（６０１１）を有するスイッチング素子構造体とすることができ、従来のフォトリソグラフィーを用いた加工方法とは異なる形状とすることができる。
【００３９】
次に、ＭＩＳ積層構造体をもとにスイッチング素子を製造する方法について説明する。
前記ＭＩＳ積層構造体上に、導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）と、レーザ光を前記導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕側から照射して該Ｍ２の一部を熱変化させるレーザ光照射工程（ｅ）と、前記導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去して電極（ソース電極、ドレイン電極等）を形成するエッチング処理工程（ｆ）とを含んでなる作製方法により、スイッチング素子を好ましく作製することができる。なお、電極の形成法は、これに限られるものではなく、例えば、通常のフォトリソグラフィーとエッチング処理のプロセスや、インクジェットプリンティングのプロセスを用いて、ソース・ドレイン電極を形成し、スィッチング素子の構造を作製することができる。
【００４０】
図７（４２）はＭＩＳ積層構造体上に電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成してスイッチング素子とする本発明の作製方法を示す模式図である。
図７（４２）において、符号４０５は導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）を示す。符号４０５１は、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）を示す。
導電性酸化物材料としては、ＭＩＳ積層構造体の導電材料層〔Ｍ〕と同様に、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含有するものが好ましく用いられる。例えば、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2−ＺｎＯ（ＩＺＯ）などを用いることができる。成膜にはスパッタリング法を用いることができ、膜厚は、５０〜２００ｎｍの範囲に設定するのが好ましい。また、前記導電性酸化物材料層を成す酸化物材料として、酸素欠損状態のＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）が好ましく用いられる。スイッチング素子構造体の導電材料層〔Ｍ〕と同じように、化学量論組成に対して酸素量が少ない状態（酸素欠損状態）の導電性酸化物材料層を形成するためには、成膜雰囲気はアルゴンガスのみの条件でスパッタリングが行われるのが好ましい。
【００４１】
図７（４２）の符号４０６は、レーザ光照射工程（ｅ）を示す。
レーザ照射工程（ｅ）では、集光されたレーザ光（ビーム）を導電材料層〔Ｍ２〕側からパワーレベルを変調させて照射し、導電材料層〔Ｍ２〕の一部を熱変質させる。前述のスイッチング素子構造体の形成におけるレーザ光照射工程（ｂ）と同様のレーザ光源を用いる。
図７（４２）における符号４０６１は、積層工程（ｄ）で導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕が成膜された構造体の上方視（上面図）である。
符号４０６２は、構造体を上方から見た場合のレーザ光の走査方向を示す。符号４０６３には、レーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。レーザ光パワーレベルは、ソース電極、ドレイン電極を形成する位置のタイミングで変調する（例えば、２段階）。前述のスイッチング素子構造体の形成において説明したのと同様のレーザ照射装置（図５）を用いることができる。つまり、レーザ光をＸ−Ｙの所定位置に対して走査し、図７の符号（４０６３）に示したパワーレベルの変調によりソース電極、ドレイン電極とする導電性酸化物を熱変化（熱変質）させる。
【００４２】
図７（４２）における符号４０７は導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去して電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成するエッチング処理工程［ウェットエッチング処理工程］（ｆ）を示す。エッチング処理工程（ｆ）における湿式エッチングにはエッチング溶液として酸溶液が好ましく用いられる。
前述のスイッチング素子構造体のエッチング処理工程（ｃ）と同様に、符号４０７１のエッチング溶液としては、塩酸溶液（ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏ）、硝酸溶液（ＨＮＯ3＋Ｈ2Ｏ）、シュウ酸溶液（（ＣＯＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ）、フッ化水素酸相溶液（ＨＦ＋Ｈ2Ｏ）などの酸系水溶液を用いることができる。これらの酸溶液の混合溶液を用いても構わない。エッチング溶液は、導電性酸化物材料の種類や結晶状態によって選択する。処理は室温（加熱しない状態）で行ってもよく、溶液を数十℃に加熱した状態で行ってもよい。
以上のような作製方法により、ＭＩＳ積層構造体にソース電極およびドレイン電極を形成することができる。
【００４３】
図７（４０８）の断面図に、ＭＩＳ積層構造体にソース電極とドレイン電極を形成した状態を示す。
図７（４０８）において、符号４０８１はスイッチング素子の側面形状を示す断面図であり、符号４０８２はスイッチング素子の上面形状を示す断面図である。
符号４０８１１は導電性酸化物材料よりなる電極（ソース電極、ドレイン電極）を示す。導電性酸化物材料は、前述したＭＩＳ積層構造体における材料と同様である。ソース電極、ドレイン電極は半導体領域（４０４１２）に接して形成されている。また、集光したレーザ光照射によって形成することから、前記図４（４０４）で示したように端部は曲線形状（円弧を有する形状）になっている。符号４０８２１は、ソース電極とドレイン電極の幅を示し、例えば、０．５μｍ〜２μｍの範囲にある。符号４０８１２はソース電極とドレイン電極の高さを示し、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあり、前記図４（４０４）で示したＭＩＳ積層構成体の高さ（４０４１５）にほぼ一致した高さになっている。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制約を受けるものではない。
【００４５】
（参考例１）
実施例に先だって、基板上に半導体材料層を単層構成で設け、これにレーザ光を照射した後、湿式エッチング（ウエットエッチング）処理を施して所定の構造パターンの形成を試みた。図３にプロセスを示す。
図３において、符号３１１はサンプル構成およびレーザ照射の様子を示す。符号３１１１はポリカーボネート基板、符号３１１２はＩｎＧａＺｎＯ薄膜を示す。ＩｎＧａＺｎＯ薄膜はスパッタリング法で成膜した。膜厚は１００ｎｍである。成膜温度は室温（基板加熱をしない状態）であり、成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）である。符号３１１３はレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。
レーザ光として、波長４０５ｎｍのレーザ光を照射した。レーザ光照射後にウェットエッチング処理を行った。エッチング溶液には塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。エッチング後の状態を符号３１３に記載したように、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜全面がエッチング除去されてしまった。すなわち、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜は光吸収能が低いため、レーザ光を照射していても熱変化（例えば、結晶化等の熱変質）しない。このため、レーザ照射部分と、非照射部分とでエッチング選択性が生じず、サンプル全面がエッチング除去されてしまい、所定の構造パターンの形成はできなかった。
【００４６】
（実施例１）
図８の模式図に示す工程によりＭＩＳ積層構造体を作製した。（参考例１）に示したように、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜のみの場合は、レーザ照射とウェットエッチング処理による加工はできないが、ＭＩＳ積層構成とすることによって、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜を含む積層構成の加工が可能になる。
図８において、ＭＩＳ積層構成体は、ポリカーボネート基板［支持基板］（３２１１）上に、ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ2Ｏ3：Ｇａ2Ｏ3：ＺｎＯ＝１：１：１）薄膜［半導体材料層］（３２１２）、ＺｎＳとＳｉＯ2の混合（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）薄膜［絶縁材料層］（３２１３）、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）薄膜［導電性酸化物材料層］（３２１４）を順次積層して形成した。各層は、スパッタリング法で成膜した。成膜温度は室温（基板加熱をしない状態）であり、成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）である。各層の膜厚は、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜が５０ｎｍ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2薄膜が３０ｎｍ、ＩＴＯ薄膜が１００ｎｍである。
前記〔１〕（請求項１）に示すように、上記層構成において導電性酸化物層であるＩＴＯ薄膜（３２１４）の状態に特徴がある。
【００４７】
まず、ＩＴＯ薄膜の状態について説明する。図１０には、ＩＴＯ薄膜の成膜条件による透過率の変化を示す。ＩＴＯ薄膜の成膜は、ＤＣスパッタリング法を用い、スパッタリングターゲットとして、複合酸化物の状態であるＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）ターゲットを用い、基板温度を室温（基板加熱しない状態）にして成膜した。ターゲット材の組成比（重量比wt％）は、Ｉｎ2Ｏ3（９５wt％）−ＳｎＯ2（５wt％）である。ＩＴＯ薄膜の膜厚は１５０ｎｍである。成膜圧力は０．８Ｐａ（パスカル）に設定した。雰囲気ガスとしてアルゴン(Ａｒ)と酸素（Ｏ2）を用いて、ＡｒとＯ2の比率を変化させて、数種類のＩＴＯ薄膜作製し透過率を測定した。測定には、紫外可視分光光度計（島津製作所社製 UV-2500(PC)SGLP）を用いた。
図１０において、横軸はＡｒとＯ2の混合比率を、酸素流量比[Ｏ2流量／（Ｏ2＋Ａｒ流量）]（％）で示している。縦軸は透過率（％）を示す。透過率は波長２５０〜８００nmの範囲で測定し、そのうち、図１０には波長４００nmにおける透過率の値を示している。図示したように、波長４００nmにおける透過率は、酸素流量比が小さくなると低下する。酸素流量比＝０％、つまり、酸素ガスを添加せずＡｒガスのみの雰囲気で成膜したＩＴＯ薄膜の透過率は２２％であった。酸素流量比を下げることによる透過率の低下は、ＩＴＯ薄膜からの酸素のヌケ（酸素欠損）による。酸素欠損状態とは、ＩＴＯ薄膜の場合、本来の組成比はＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2であるが、Ｉｎ2Ｏｘ−ＳｎＯｙとすると、酸化物の価数ｘ、ｙは、ｘ＜３、ｙ＜２のように酸素が化学量論組成よりも少ない状態の部分が薄膜の少なくとも一部に存在している状態を示す。波長４００nmにおける透過率を１０〜３０％にすることで、レーザ光の吸収能を上げて、後記するように、レーザ光照射によって薄膜が発熱し熱で変化する状態とする。スパッタ成膜における酸素流量比の制御で簡便に透過率を下げられる限界が１０％であるため、透過率の下限は１０％に設定している。また、透過率が３０％よりも高くなると、レーザ光照射によって導電性酸化物薄膜を熱変化させるために、非常に高いエネルギーが必要になり、高価なレーザ照射装置が必要になる。安価な半導体レーザが採用できなくなる。また、前記〔１〕（請求項１）に記載するように、ＩＴＯ薄膜の結晶状態は、少なくとも薄膜の一部がアモルファス相である。
【００４８】
次に、上記のような状態のＩＴＯ薄膜を最上層に積層したＭＩＳ積層構成の加工方法を図８をもとに示す。レーザ照射とエッチング処理により前記ＭＩＳ積層構成を凸形状の構造体に加工した。
図８の符号３２１はサンプル構成およびレーザ照射の様子を示す。符号３２１５はレーザ光パワーレベルの変調のタイミングを示す。レーザ光のパワーレベルは３水準で変調した。図８に示すように、低レベル２ｍＷ、中レベル８ｍＷ、高レベル１４ｍＷの３水準である。
また、符号３２２はウェットエッチング処理であり、図３で示したのと同じようにエッチング溶液には塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。
図８の符号３２３はウェットエッチング処理後のサンプルの状態を示す。積層構成の最上層に位置するＩＴＯ薄膜（３２１４）は、レーザ光の吸収により発熱する。その発熱によってＩＴＯ薄膜（３２１４）の一部が熱変化すると共に、熱が下層に位置するＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）にも伝播してＩｎＧａＺｎＯ薄膜の一部が熱変化（結晶化）する。熱変化（結晶化）の様子を図１１に示す。
【００４９】
図１１は、前記ＭＩＳ積層構成のＸ線回折測定結果である。Ｘ線回折測定結果をもとに、ＭＩＳ積層構成の結晶状態を説明する。ＭＩＳ積層構成は、図８の３２１に示す層構成であり、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）、ＺｎＳ−ＳｉＯ２薄膜（３２１３）、ＩＴＯ薄膜（３２１４）の積層構成である。測定には、Ｘ線回折装置（フィリップス社製 Ｘ’Pert ＭＲＤ）を用いた。Ｘ線源にはＣｕｋα線を用い、加速電圧は４５ｋeＶ、電流値は４０ｍＡに設定した。図１１において、１１０１は成膜状態のＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイルであり、１１０２は凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイルである。１１０２に示す加工後の回折パターンは、Ｘ線照射領域内に多数個の構造体が含まれる状態で測定した結果である。成膜後（１１０１）は、３０°付近にＩＴＯ薄膜の（２２２）面に対応する小さな回折ピークとアモルファス相からのブロードなピークが観測され、ＭＩＳ積層構成は、結晶相とアモルファス相が混在した状態であることを示す。一方、凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイル（１１０２）には、ＩＴＯ薄膜の（２２２）面、（４００）面、（４４０）面、（６２２）面に対応するシャープな回折ピークが観測され、多結晶状態のＭＩＳ構造体が形成されていることを示す。
【００５０】
以上のように、ウェットエッチング処理によって、ＩＴＯ薄膜（３２１４）の熱変化部分は、レーザ光非照射部分よりもエッチング速度が低下するため、エッチングされずに凸形状の構造体に加工できる。凸形状に加工されたＩＴＯからなる構造体がエッチングマスクとなり、下層のＺｎＳ−ＳｉＯ2（３２１２）もエッチングされずに残留する。最下層に位置するＩｎＧａＺｎＯ薄膜（３２１２）も同様に、レーザ照射部分と非照射部分とのエッチング選択性が生じて凸形状の構造体に加工できる。
【００５１】
符号３２３１は、加工後の状態をサンプル上方から観察した走査型電子顕微鏡写真である（ＳＥＭ像）。ＳＥＭ像において、明コントラストで観測される小さな円形（３２３４）がＩＴＯからなる構造パターンであり、その下層に大きな長円形で見える部分（３２３２）がＩｎＧａＺｎＯからなる構造パターンである。そのほかの暗コントラスト部分はポリカーボネート基板の表面である。つまり、上層のＩＴＯ薄膜での発熱が下層では拡がること、および積層構成であるために下層では熱が籠もりやすい状態にあることから、ＩｎＧａＺｎＯ薄膜の熱変化（熱変質）領域が拡がり、上層のＩＴＯの構造パターンよりも下層のＩｎＧａＺｎＯの構造パターンが大きなサイズで形成されている。
【００５２】
以上のように、レーザ照射加熱による材料の熱変化（熱変質）と、その熱変化部分と非変化部分とのエッチング選択性を利用したウェットエッチング処理により、フォトリソグラフィーを用いずにＭＩＳ積層構成体を加工することができ、スイッチング素子構造体が作製される。本発明によれば、参考例１では凸形状の構造パターンに加工できなかったＩｎＧａＺｎＯからなる半導体材料層も良好に所定の構造パターンとして形成が可能になる。
【００５３】
（実施例２）
前述の図７（４２）に示すプロセスに準じて、実施例１で作製したＭＩＳ積層構造体上に、導電性酸化物材料層〔Ｍ２〕として、ＩＴＯ薄膜（４０５１）を形成した。ＩＴＯ薄膜はスパッタリング法により形成し、酸素欠損状態とするために、成膜雰囲気をアルゴンガスのみの条件とした。ＩＴＯ薄膜の膜厚は１５０ｎｍである。
形成したＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕側から図７（４２）の符号４０６３のようにパワーレベルを変調させてレーザ光を照射し、ＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕の一部を熱変化させた。次いで、ＩＴＯ薄膜〔Ｍ２〕の熱変化していない部分を湿式エッチングにより除去してソース電極とドレイン電極を形成した。なお、エッチング溶液には、実施例１において用いたのと同様、塩酸水溶液（ＨＣl＋Ｈ2Ｏ）を用いた。塩酸水溶液の混合比率はＨＣｌ（３．５wt％）であり、エッチング処理は室温、つまり加熱しない状態で行った。ソース電極、ドレイン電極は半導体領域に接して形成されていた。形状は、図７（４２）の符号４０８に示されているのと同様に端部が曲線形状、いわゆる円弧を有する形状になっていた。
【００５４】
本発明によれば、レーザ照射による熱処理とエッチング処理のみの簡便なプロセスにより、スイッチング素子の基本構造であるＭＩＳ積層構造体の作製、および前記構造体に電極（ソース電極、ドレイン電極）を形成してなるスイッチング素子の作製が実施でき、製造プロセスの簡略化によってコストの低減化が図れる。集光したレーザ光をＭＩＳ積層構成体に照射し、エッチング処理により加工するため、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成されて信頼性の高い素子が安定して作製できる。
また、本発明によるＭＩＳ積層構造体およびその作製方法は、スイッチング素子に限定されるものではなく、光センサーなどの受光素子の光電変換部として用いることもできる。本作製方法によれば、微細で規則的なＭＩＳ積層構造体が形成できることから、高分解能であるセンサーの実現が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のフォトリソグラフィーとエッチング処理によるトップゲート型薄膜トランジスタの製造工程を示す工程フローである。
【図２】実施例１で形成されたＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイルである。
【図３】参考例１において、基板上に半導体材料層を単層構成で設けてレーザ光照射とウエットエッチング処理を施した場合の様子を示す説明図である。
【図４】本発明においてＭＩＳ積層構成体からＭＩＳ積層構造体を形成する工程を示す模式図(41)と湿式エッチング処理後の素子構造体の断面図（404）である。
【図５】本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：Ｘ方向に走査、光学ピックアップ：Ｙ方向に走査）の概念図である。
【図６】本発明においてＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板表面に凸部が形成された構造体の形状を示す概略断面図である。
【図７】本発明においてＭＩＳ積層構造体上に電極を形成する工程を示す模式図(42)とＭＩＳ積層構造体に電極を形成した状態を示す断面図（408）である。
【図８】実施例１のＭＩＳ積層構造体の作製において適用した工程を示す模式図である。
【図９】本発明のレーザ光照射工程で用いられるレーザ照射装置（サンプル設置ステージ：θ方向に回転、光学ピックアップ：Ｘ方向に走査）の概念図である。
【図１０】実施例１で測定したＩＴＯ薄膜の波長４００ｎｍにおける透過率と酸素流量比[Ｏ2流量／（Ｏ2＋Ａｒ流量）]（％）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
（図１の符号）
１０１ 半導体薄膜のフォトリソグラフィー工程
１０１１ 半導体薄膜
１０１２ フォトレジスト
１０１３ フォトリソグラフィー
１０１４ エッチングマスク
１０２ ソース・ドレイン電極のフォトリソグラフィー工程
１０２１ ソース、ドレイン電極薄膜
１０２２ フォトレジスト
１０２３ フォトリソグラフィー工程
１０３ ゲート絶縁膜のフォトリソグラフィー工程
１０３１ ゲート絶縁膜
１０３２ フォトレジスト
１０３３ フォトリソグラフィー工程
１０４ ゲート電極のフォトリソグラフィー工程
１０４１ ゲート電極薄膜
１０４２ フォトレジスト
１０４３ フォトリソグラフィー工程
１０５ 薄膜トランジスタ構造
１０５１ 支持基板
１０５２ 半導体薄膜
１０５３ ゲート絶縁膜
１０５４ ソース電極
１０５５ ドレイン電極
１０５６ ゲート電極
（図２の符号）
１１０１ 成膜状態のＭＩＳ積層構成のＸ線回折プロファイル
１１０２ 凸形状に加工した後のＭＩＳ積層構造体のＸ線回折プロファイル
（図３の符号）
３１１ サンプル構成およびレーザ照射の様子
３１１１ ポリカーボネート基板
３１１２ ＩｎＧａＺｎＯ薄膜
３１１３ レーザ光パワーレベルの変調タイミング
３１２ ウェットエッチング処理
３１３ エッチング後の状態
（図４の符号）
４１ ＭＩＳ積層構成作製方法
４０１ 成膜工程（ａ）
４０１１ 支持基板
４０１２ 半導体材料層〔Ｓ〕（Semiconductor）
４０１３ 絶縁材料層〔Ｉ〕（Insulator）
４０１４ 導電性酸化物材料層〔Ｍ〕（Metal）
４０２ レーザ照射工程（ｂ）
４０２１ レーザ光パワーレベルの変調タイミング（変調パターンの例）
４０３ エッチング処理工程［ウェットエッチング処理工程］（ｃ）
４０３１ エッチング溶液
４０４ ウェットエッチング処理後のスィッチング素子構造体の形状
４０４１ スイッチング素子構造体を側面から見た断面形状
４０４２ スイッチング素子構造体を上面から見た断面形状
４０４１２ 半導体材料層
４０４１３ 絶縁材料層
４０４１４ 導電性酸化物材料層
（図５の符号）
５０１ レーザ光源
５０２ サンプル
５０３ サンプルを設置するステージ
５０４ 光学ピックアップを設置するステージ
（図６の符号）
６０ ＭＩＳ積層構造体
６０１ 支持基板
６０１１ ポリカーボネート基板表面に形成された凸部
６０１２ 凸部の高さ
６０２ 半導体材料層
６０３ 絶縁材料層
６０４ 導電材料層
６１ レーザ光パワーレベルの変調のタイミング
６１１ レーザパワーレベルの変調波形
６１１１ レーザ光パワー（低レベル）
６１１２ レーザ光パワー（中レベル）
６１１３ レーザ光パワー（高レベル）
（図７の符号）
４２ ソース、ドレイン電極作製方法
４０５ 導電材料層〔Ｍ２〕を成膜する積層工程（ｄ）
４０５１ 酸化物からなる導電材料層〔Ｍ〕（Metal）
４０６ レーザ光照射工程（ｅ）
４０６１ 構造体の上方視（上面図）
４０６２ レーザ光の走査方向
４０６３ レーザ光パワーレベルの変調のタイミング
４０７ ウェットエッチング処理工程（ｆ）
４０７１ エッチング溶液
４０８ スイッチング素子構造体にソース電極とドレイン電極を形成した状態
４０８１ スィッチング素子の側面形状を示す断面図
４０８２ スィッチング素子の上面形状を示す断面図
４０８１１ 導電性酸化物よりなる電極
４０４１２ 少なくとも酸化亜鉛を含有する半導体材料層
４０４１３ 絶縁材料層
４０４１４ 酸化物（導電性酸化物）からなる導電材料層
（図８の符号）
３２１ レーザ光照射工程
３２１１ ポリカーボネート基板［支持基板］
３２１２ ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１）薄膜［半
導体材料層］
３２１３ ＺｎＳとＳｉＯ２の混合薄膜［絶縁材料層］
３２１４ Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（ＩＴＯ）薄膜［導電材料層］
３２１５ レーザ光パワーレベル変調タイミング
３２２ ウェットエッチング処理
３２３ ウェットエッチング処理後のサンプルの状態
３２３１ ＳＥＭ像
３２３２ 凸形状ＩｎＧａＺｎＯパターン
（図９の符号）
９０１ レーザ光源
９０２ 対物レンズ
９０３ レーザ光
９０４ ピックアップ設置ステージ
９０５ サンプル
９０６ サンプル設置ステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項２】
前記熱処理工程では、レーザ光の波長が６０〜４２０nmの範囲にある半導体レーザを用いることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項３】
前記エッチング処理工程では、湿式エッチング法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で作製したＭＩＳ積層構造体であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕が順次成膜されたＭＩＳ積層構成体を有することを特徴とするＭＩＳ積層構造体。
【請求項５】
前記半導体材料層〔Ｓ〕として、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項４に記載のＭＩＳ積層構造体。
【請求項６】
前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＭＩＳ積層構造体。
【請求項７】
前記ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成されて成ることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のＭＩＳ積層構造体。
【請求項１】
レーザ光の照射とエッチング処理を用いて、半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、導電性酸化物材料層〔Ｍ〕からなるＭＩＳ積層構造体を作製する方法であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕として、照射するレーザ光を吸収し、薄膜の少なくとも一部がアモルファス相である材料を順次成膜してＭＩＳ積層構成体を形成する成膜工程（ａ）と、集光した状態のレーザ光を前記導電性酸化物材料層側から照射して該導電性酸化物材料層の一部を熱変化させると共に、ＭＩＳ積層構成体内部に伝播した熱により前記半導体材料層の一部を熱変化させる熱処理工程（ｂ）と、前記ＭＩＳ積層構成体の熱変化していない部分をエッチング処理により除去するエッチング処理工程（ｃ）と、を含むことを特徴とするＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項２】
前記熱処理工程では、レーザ光の波長が６０〜４２０nmの範囲にある半導体レーザを用いることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項３】
前記エッチング処理工程では、湿式エッチング法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＩＳ積層構造体の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で作製したＭＩＳ積層構造体であって、支持基板上に、少なくとも半導体材料層〔Ｓ〕、絶縁材料層〔Ｉ〕、および導電性酸化物材料層〔Ｍ〕が順次成膜されたＭＩＳ積層構成体を有することを特徴とするＭＩＳ積層構造体。
【請求項５】
前記半導体材料層〔Ｓ〕として、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、およびＺｎＯから選ばれる材料を含むことを特徴とする請求項４に記載のＭＩＳ積層構造体。
【請求項６】
前記ＭＩＳ積層構造体の加工部形状が略円形もしくは長円形であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＭＩＳ積層構造体。
【請求項７】
前記ＭＩＳ積層構造体の形成された下面に位置する支持基板の表面に凸部が形成されて成ることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のＭＩＳ積層構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図５】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図５】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−５０４２８（Ｐ２０１０−５０４２８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６８６７（Ｐ２００８−３１６８６７）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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