特許 6149725 半導体装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6149725

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/786 20060101AFI20170612BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20170612BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20170612BHJP

   H01L 29/417 20060101ALI20170612BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20170612BHJP

   H05B 33/26 20060101ALI20170612BHJP

   H05B 33/02 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 616V

   H01L29/78 618B

   H01L29/78 616U

   H01L29/78 616K

   H01L21/28 301B

   H01L29/50 M

   H01L21/28 A

   H05B33/14 A

   H05B33/26 Z

   H05B33/02

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-268344(P2013-268344)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-29038(P2015-29038A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2016年7月25日

(31)【優先権主張番号】特願2013-112308(P2013-112308)

(32)【優先日】2013年5月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2013-138988(P2013-138988)

(32)【優先日】2013年7月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】旭硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 俊成

(72)【発明者】

【氏名】宮川 直通

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 和弘

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 暁

(72)【発明者】

【氏名】光井 彰

【審査官】 竹口 泰裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３２７７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４００８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１２５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３５２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−４５２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１９１２１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 細野秀雄, 他8名，“酸化物ＴＦＴ駆動有機ＥＬ用電子注入層物質：アモルファスＣ１２Ａ１２エレクトライド”，第６０回応用物理学会春季学術講演予稿集，２０１３年 ３月１１日，29p-G13-1

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２１／３３６、２９／７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および半導体層を有する半導体装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を有することを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記エレクトライドの薄膜において、アルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲である、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記エレクトライドの薄膜は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上の電子密度を有する、請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記エレクトライドの薄膜の厚さは、１００ｎｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の半導体装置。

【請求項5】

前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含む、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体装置。

【請求項6】

前記半導体層は、前記ソース電極と前記ゲート電極の間に配置され、または
前記半導体層は、前記ソース電極よりも前記ゲート電極から遠い側に配置される、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の半導体装置。

【請求項7】

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップ
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項8】

さらに、
（ａ）基板上に半導体層を形成するステップと、
（ｂ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｃ）ゲート電極を形成するステップと、
を有し、
前記（ａ）のステップと前記（ｂ）のステップの間に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップを実施する、請求項７に記載の製造方法。

【請求項9】

さらに、
（ａ）基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｂ）半導体層を形成するステップと、
（ｃ）ゲート電極を形成するステップと、
を有し、
前記（ａ）のステップと前記（ｂ）のステップの間に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップを実施する、請求項７に記載の製造方法。

【請求項10】

さらに、
（ａ）基板上にゲート電極を形成するステップと、
（ｂ）半導体層を形成するステップと、
（ｃ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
を有し、
前記（ｂ）のステップと前記（ｃ）のステップの間に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップを実施する、請求項７に記載の製造方法。

【請求項11】

さらに、
（ａ）基板上にゲート電極を形成するステップと、
（ｂ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｃ）半導体層を形成するステップと、
を有し、
前記（ｂ）のステップと前記（ｃ）のステップの間に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップを実施する、請求項７に記載の製造方法。

【請求項12】

前記エレクトライドの薄膜において、アルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲である、請求項７乃至１１のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項13】

前記エレクトライドの薄膜は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上の電子密度を有する、請求項７乃至１２のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項14】

前記エレクトライドの薄膜の厚さは、１００ｎｍ以下である、請求項７乃至１３のいずれか一つに記載の製造方法。

【請求項15】

前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含む、請求項７乃至１４のいずれか一つに記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、絶縁基板上にソース、ドレインおよびゲート等の各電極、ならびに半導体層を成膜することにより構成された薄膜トランジスタ等の半導体装置が注目されている（例えば、特許文献１）。そのような半導体装置は、例えば、電気光学装置のような各種電子デバイス等に適用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１２３８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述のような半導体装置においては、さらなる高性能化および高機能化のため、ソース電極と半導体層の間、およびドレイン電極と半導体層の間における接触抵抗のさらなる低減が求められている。

【0005】

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて、高性能化および高機能化が図られた半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明では、そのような半導体装置を製造する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】

【0006】

本発明では、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および半導体層を有する半導体装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を有することを特徴とする半導体装置が提供される。

【0007】

ここで、本発明による半導体装置では、前記エレクトライドの薄膜において、アルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲であっても良い。

【0008】

また、本発明による半導体装置において、前記エレクトライドの薄膜は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上の電子密度を有しても良い。

【0009】

また、本発明による半導体装置において、前記エレクトライドの薄膜の厚さは、１００ｎｍ以下であっても良い。

【0010】

また、本発明による半導体装置において、前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含んでも良い。

【0011】

また、本発明による半導体装置において、前記半導体層は、前記ソース電極と前記ゲート電極の間に配置され、または
前記半導体層は、前記ソース電極よりも前記ゲート電極から遠い側に配置されても良い。

【0012】

さらに、本発明では、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および半導体層を有する半導体装置の製造方法であって、
（１）前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を形成するステップ
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

【0013】

ここで、本発明による製造方法は、さらに、
（ａ）基板上に半導体層を形成するステップと、
（ｂ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｃ）ゲート電極を形成するステップと、
を有し、
前記（１）のステップは、前記（ａ）のステップと前記（ｂ）のステップの間に、実施されても良い。

【0014】

また、本発明による製造方法は、さらに、
（ａ）基板上にソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｂ）半導体層を形成するステップと、
（ｃ）ゲート電極を形成するステップと、
を有し、
前記（１）のステップは、前記（ａ）のステップと前記（ｂ）のステップの間に、実施されても良い。

【0015】

また、本発明による製造方法は、さらに、
（ａ）基板上にゲート電極を形成するステップと、
（ｂ）半導体層を形成するステップと、
（ｃ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
を有し、
前記（１）のステップは、前記（ｂ）のステップと前記（ｃ）のステップの間に、実施されても良い。

【0016】

また、本発明による製造方法は、さらに、
（ａ）基板上にゲート電極を形成するステップと、
（ｂ）ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
（ｃ）半導体層を形成するステップと、
を有し、
前記（１）のステップは、前記（ｂ）のステップと前記（ｃ）のステップの間に、実施されても良い。

【0017】

また、本発明による製造方法では、前記エレクトライドの薄膜において、アルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲であっても良い。

【0018】

また、本発明による製造方法において、前記エレクトライドの薄膜は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上の電子密度を有しても良い。

【0019】

また、本発明による製造方法において、前記エレクトライドの薄膜の厚さは、１００ｎｍ以下であっても良い。

【0020】

また、本発明による製造方法において、前記半導体層は、酸化物半導体または有機半導体を含んでも良い。

【0021】

なお、本願において、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」を、単に「非晶質酸化物のエレクトライド」とも称し、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」を単に「エレクトライドの薄膜」とも称する。

【発明の効果】

【0022】

本発明では、従来に比べて、高性能化および高機能化が図られた半導体装置を提供することができる。また、本発明では、そのような半導体装置を製造する方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】従来の半導体装置の構成を概略的に示した断面図である。

【図2】非晶質酸化物のエレクトライドの概念的な構造を示した模式図である。

【図3】本発明の一実施例による半導体装置の構成を概略的に示した断面図である。

【図4】トップゲート構造−ボトムコンタクト方式で構成された本発明による半導体装置の一例を模式的に示した断面図である。

【図5】ボトムゲート構造−トップコンタクト方式で構成された本発明による半導体装置の一例を模式的に示した断面図である。

【図6】ボトムゲート構造−ボトムコンタクト方式で構成された本発明による半導体装置の一例を模式的に示した断面図である。

【図7】本発明の一実施例による半導体装置を製造する際のフローの一例を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について詳しく説明する。

【0025】

まず、本発明の特徴をより良く理解するため、図１を参照して、従来の半導体装置の構成について簡単に説明する。

【0026】

図１には、従来の半導体装置の概略的な断面を示す。

【0027】

図１に示すように、従来の半導体装置１は、基板１０と、半導体層５と、ソース電極２０と、ドレイン電極２２と、ゲート電極２４とを有する。

【0028】

半導体層５は、基板１０の上部に配置され、ソース電極２０およびドレイン電極２２は、半導体層５の上部に配置される。ソース電極２０およびドレイン電極２２の上部には、ゲート絶縁層３０を介して、ゲート電極２４が配置される。通常、半導体層５としては、酸化物半導体からなる層、または有機化合物半導体からなる層等が使用される。

【0029】

このような半導体装置１は、例えば、液晶パネルや電子ペーパーなどのような電気光学装置、および発光表示装置等に利用することができる。

【0030】

ここで、従来の半導体装置１においては、さらなる高性能化および高機能化のため、ソース電極２０と半導体層５の界面、およびドレイン電極１１と半導体層５の界面における接触抵抗の低減が求められている。この界面での接触抵抗が大きくなると、半導体装置１の動作特性が低下するためである。

【0031】

一般に、半導体層５がＮ型半導体の場合、金属製のソース電極２０／ドレイン電極２２と、半導体層５の界面での接触抵抗を抑制する際には、オーミック接合を利用することが効果的である。オーミック接合とは、半導体層側に空間電荷層が形成されないようにして、金属と半導体を接合させた状態を意味し、この場合、金属／半導体界面に、整流性は生じなくなる（すなわち、電子は両方向に流れる）。

【0032】

しかしながら、金属製のソース電極２０／ドレイン電極２２と半導体層５との界面に、そのようなオーミック接合を発現させるためには、ソース電極２０／ドレイン電極２２の仕事関数を、半導体層５の仕事関数よりも小さくする必要がある。しかしながら、通常、そのような仕事関数を有する金属材料は、あまり多くはない。また、仕事関数の低い金属は活性であり反応性が高く、他の成分と容易に反応層を形成するため、低仕事関数の金属と半導体層とを直接接合させることが難しかった。このため、このような対応では、ソース電極２０／ドレイン電極２２の材質が大きく制限されてしまうという問題が生じる。

【0033】

一方、金属製のソース電極２０／ドレイン電極２２の仕事関数が、半導体層５よりも大きい場合には、金属／半導体の界面に、ショットキー障壁が形成される。この場合、半導体側に生じる空間電荷層をできるだけ薄くして、トンネル効果によって接触抵抗を抑制することが考えられる。しかしながら、空間電荷層を薄くするためには、半導体層内のキャリア密度を著しく高める必要がある。従って、この方法も、現実的な対応策にはならない場合がある。

【0034】

これに対して、本発明では、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および半導体層を有する半導体装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を有することを特徴とする半導体装置が提供される。

【0035】

本発明による半導体装置は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が配置されるという特徴を有する。

【0036】

ここで、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜は、半導体的な電気的特性を示し、仕事関数が比較的低いという特徴を有する。例えば、この薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲（例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶ）である。また、この薄膜は、電子密度が高いという特徴を有する。薄膜の電子密度は、例えば、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の範囲である。

【0037】

本発明による半導体装置では、このような薄膜の存在により、前記ソース電極および前記ドレイン電極の片方または双方と前記半導体層との間における接触抵抗を、有意に低下させることができる。このため、本発明では、従来に比べて高い動作特性を有する半導体装置を提供することができる。

【0038】

本発明は、半導体層がＮ型半導体の場合に、より効果を奏する。特に、半導体層の仕事関数よりソース電極の仕事関数およびドレイン電極の仕事関数が大きい場合に効果を奏する。

【0039】

上述の通り、Ｎ型半導体の場合は半導体層よりもソース電極およびドレイン電極の仕事関数を低くすることでオーミック接合を発現させることができる。しかし、仕事関数の低い金属は活性であり反応性が高く、他の成分と容易に反応層を形成するため、オーミック接合を発現させることが難しかった。本発明に係るエレクトライドの薄膜は、低い仕事関数を有しているにも関わらず、高い化学的耐久性を有しており、さらに高いキャリア密度（電子密度）を有している。そのため、半導体層（Ｎ型半導体）とエレクトライドの薄膜との間にオーミック接合を発現させることができ、ソース電極およびドレイン電極（金属）との間にトンネル効果を発現させることができる。その結果、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間における接触抵抗を有意に低下させることができ、従来に比べて高性能な半導体装置を提供することができる。

【0040】

エレクトライドの薄膜の仕事関数は、半導体層の仕事関数よりも小さいことが好ましい。半導体層の仕事関数とエレクトライドの薄膜の仕事関数の差は、０超〜３．０ｅＶが好ましく、０．１〜２．５ｅＶがより好ましく、０．５〜２．０ｅＶがさらに好ましい。このような仕事関数の差を有することで、容易にオーミック接合を発現させることができ、接触抵抗を有意に低減させることができる。

【0041】

また、本発明は、半導体層が酸化物半導体の場合により効果を奏し、Ｎ型の酸化物半導体の場合に特に効果を奏する。例えば、半導体層として、酸化物半導体の一例であるＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）からなる層を適用する。ＩＧＺＯからなる層の仕事関数は、４．３ｅＶ〜４．５ｅＶである。ソース電極およびドレイン電極としてアルミニウム（Ａｌ）を適用するとき、Ａｌからなるソース電極およびドレイン電極の仕事関数は４．１ｅＶである。この場合、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層とを直接接合させると、反応層を生じオーミック接合は発現させにくい。これに対して、本発明では、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が配置される。このエレクトライドの薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲であり、例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶの範囲とすることができ、ＩＧＺＯからなる層の仕事関数と比較して充分低くすることができる。しかも、このエレクトライドの薄膜は化学的に安定なため反応層を形成しにくい。また、ソース電極およびドレイン電極（金属）とエレクトライドの薄膜の界面においては、エレクトライドの薄膜の電子密度が高いため、トンネル効果により接触抵抗が低下される。このため、オーミック接合を発現させることが容易となり、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。その結果、従来より高性能な半導体装置を提供することができる。

【0042】

また、本発明は、半導体層が有機物半導体の場合により効果を奏し、半導体層をＮ型の有機半導体として用いる場合に特に効果を奏する。有機半導体からなる層はキャリア密度が１０^１０ｃｍ^−１〜１０^１７ｃｍ^−１未満と一般的に低く、金属製のソース電極およびドレイン電極と接触抵抗が発生しやすい。有機半導体からなる層においてキャリアタイプは、有機半導体からなる層のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯと、ソース電極およびドレイン電極の仕事関数の相対関係に影響をうけることが知られ、有機半導体からなる層のＨＯＭＯとソース電極およびドレイン電極の仕事関数の差、もしくは有機半導体からなる層のＬＵＭＯとソース電極およびドレイン電極の仕事関数の差において、前者が後者より小さい場合はＰ型、前者が後者より大きい場合はＮ型となる傾向がある。エレクトライドの薄膜は、低い仕事関数を有するため、有機半導体からなる層に電子を注入することができる。すなわち、有機半導体からなる層をＮ型として用いることができる。

【0043】

例えば、半導体層として、有機物半導体の一例であるＣ６０フラーレンからなる層を適用する。Ｃ６０フラーレンの仕事関数は、４．６ｅＶである。ソース電極およびドレイン電極として金（Ａｕ）を適用するとき、Ａｕからなるソース電極およびドレイン電極の仕事関数は５．０ｅＶである。この場合、ソース電極およびドレイン電極の双方または片方と半導体層とを直接接合させると、ソース電極およびドレイン電極の仕事関数が大きいため、オーミック接合は発現させにくい。これに対して、本発明では、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜が配置される。このエレクトライドの薄膜の仕事関数は、２．４ｅＶ〜４．５ｅＶの範囲であり、例えば２．８ｅＶ〜３．２ｅＶの範囲とすることができ、Ｃ６０フラーレンからなる層の仕事関数と比較して充分低くすることができる。しかも、このエレクトライドの薄膜は化学的に安定なため反応層を形成しにくい。また、ソース電極およびドレイン電極（金属）とエレクトライドの薄膜の界面においては、エレクトライドの薄膜の電子密度が高いため、トンネル効果により接触抵抗が低下される。このため、オーミック接合を発現させることが容易となり、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。その結果、従来より高性能な半導体装置を提供することができる。

【0044】

また、エレクトライドの薄膜における電子親和力と仕事関数の差をΔＦとし、半導体層における電子親和力と仕事関数の差をΔＢとした場合に、ΔＦとΔＢとの差が０に近いことが好ましい。例えば、ΔＦとΔＢとの差の絶対値は０．５以下が好ましく、０．３以下がより好ましく、０がさらに好ましい。ΔＦとΔＢとの差の絶対値を極力小さくすることで、半導体層とエレクトライドの薄膜を接合したときに、それぞれの伝導帯の底のエネルギー準位が揃うため、半導体層とエレクトライドの薄膜との間の接触抵抗を低くすることが可能となる。半導体層として、酸化物半導体の一例であるＩＧＺＯからなる層を適用する例を説明する。エレクトライドの薄膜は、電子親和力が２．５ｅＶであり、仕事関数が３．０ｅＶである場合は、ΔＦは０．５ｅＶである。ＩＧＺＯからなる層は、電子親和力が４．２ｅＶであり、仕事関数が４．３ｅＶ〜４．５ｅＶである場合は、ΔＢは０．１ｅＶ〜０．３ｅＶである。ΔＦとΔＢとの差は０．４以下となり、非常に低い接触抵抗とすることができる。半導体層とエレクトライドの薄膜との間の接触抵抗を低下させることで、ソース電極およびドレイン電極の片方または双方と半導体層との間の接触抵抗を低下させることができる。その結果、従来より高性能な半導体装置を提供することができる。

【0045】

エレクトライドの薄膜は、高いイオン化ポテンシャルを有してよい。このエレクトライドの薄膜のイオン化ポテンシャルは７．０ｅＶ〜９．０ｅＶであっても良く、７．５ｅＶ〜８．５ｅＶであっても良い。

【0046】

また、半導体層が有機半導体の場合は、エレクトライドの薄膜のイオン化ポテンシャルが、有機半導体からなる層のイオン化ポテンシャルよりも大きいことが好ましい。エレクトライドの薄膜と有機半導体からなる層のイオン化ポテンシャルの差は、１．１ｅＶ〜３．５ｅＶであっても良く、１．３ｅＶ〜３．３ｅＶであっても良く、１．６ｅＶ〜３．０ｅＶであっても良い。

【0047】

さらに、エレクトライドの薄膜のイオン化ポテンシャルと仕事関数の差が、有機半導体からなる層のイオン化ポテンシャルと仕事関数の差よりも大きいことが、より好ましい。例えば、エレクトライドの薄膜のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）と仕事関数（ＷＦ）の差（ＩＰ−ＷＦ）を、ΔＥとする。有機半導体からなる層のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）と仕事関数（ＷＦ）の差を、ΔＡとする。この両者の差（ΔＥ−ΔＡ）は、１．３ｅＶ〜５．８ｅＶが好ましく、２．０ｅＶ〜５．０ｅＶがより好ましく、２．５ｅＶ〜４．５ｅＶが特に好ましい。

【0048】

例えば、本発明の半導体装置が薄膜電界効果型トランジスタの場合、トランジスタのオフ時（ゲート電圧が０、またはゲート電圧として負の電圧が印加される場合）にソース電極へホールが伝導し、オフ電流（リーク電流）が生じる場合がある。特に、半導体層として有機半導体を適用した場合、オフ電流の問題が生じやすい。オフ電流の発生は、消費電力の増加などを引き起こすおそれがある。

【0049】

しかし、上述のようにエレクトライドの薄膜が高いイオン化ポテンシャルを有し、さらに有機半導体からなる層に対してイオン化ポテンシャルが充分に大きく、特に有機半導体からなる層に対してイオン化ポテンシャルと仕事関数の差が充分に大きいと、優れたホールブロック効果が得られる。これは、上述のエレクトライドの薄膜のイオン化ポテンシャルの差（ΔＥ）と、有機半導体からなる層のイオン化ポテンシャルと仕事関数の差（ΔＡ）と、の差（ΔＥ−ΔＡ）が、ホール伝導におけるエネルギー障壁となるからである。充分高いエネルギー障壁を有することで、ホール伝導をブロックでき、オフ電流を抑制することが可能となる。

【0050】

（用語の定義について）
ここで、本発明による半導体装置に含まれる、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」に関連する用語について説明しておく。

【0051】

（非晶質酸化物のエレクトライド）
本願において、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」、すなわち「非晶質酸化物のエレクトライド」は、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質を溶媒とし、電子を溶質とする溶媒和からなる非晶質固体物質を意味する。非晶質酸化物中の電子は、陰イオンとして働く。電子はバイポーラロンとして存在しても良い。

【0052】

図２には、非晶質酸化物のエレクトライドの構造を概念的に示す。

【0053】

図２に示すように、非晶質酸化物のエレクトライド７０は、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質からなる溶媒７２中に、バイポーラロン７４と呼ばれる特徴的な部分構造が分散された状態で存在する。バイポーラロン７４は、２つのケージ７６が隣接し、さらにそれぞれのケージ７６に、電子（溶質）７８が包摂されて構成されている。ただし、非晶質酸化物の状態は上記に限られず、ひとつのケージ７６に２つの電子（溶質）７８が包接されてもよい。また、これらのケージが複数凝集した状態でもよく、凝集したケージは微結晶とみなすこともできるため、非晶質中に微結晶が含まれた状態も本発明において非晶質とみなす。

【0054】

本発明において、非晶質酸化物のエレクトライドは、バイポーラロンのケージ構造が保持される範囲で、カルシウム原子、アルミニウム原子、酸素原子のほかに、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢからなる群から選択される１以上の原子を含んでいても良い。また、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群から選択される１以上の原子、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫからなる群から選択される１以上の原子、またはＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から選択される１以上の原子を含んでいても良い、
また、本発明において、非晶質酸化物のエレクトライドは、２つのケージに包接されている２つの電子が、他の陰イオンに置換された化合物であっても良い。他の陰イオンとしては、例えば、Ｈ⁻、Ｈ_２⁻、Ｈ^２−、Ｏ⁻、Ｏ_２⁻、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、およびＳ^２−からなる群から選択される１以上の陰イオンが挙げられる。

【0055】

また、非晶質酸化物のエレクトライドは、半導体的な電気的特性を示し、低い仕事関数を有する。仕事関数は２．４ｅＶ〜４．５ｅＶであっても良く、２．８ｅＶ〜３．２ｅＶであることが好ましい。また、非晶質酸化物のエレクトライドは、高いイオン化ポテンシャルを有する。イオン化ポテンシャルは７．０ｅＶ〜９．０ｅＶであっても良く、７．５ｅＶ〜８．５ｅＶであっても良い。

【0056】

（エレクトライドの薄膜）
バイポーラロンは、光子エネルギーが１．５５ｅＶ〜３．１０ｅＶの可視光の範囲では光吸収がほとんどなく、４．６ｅＶ付近で光吸収を示す。従って、本発明によるエレクトライドの薄膜は、可視光において透明である。また、薄膜サンプルの光吸収特性を測定し、４．６ｅＶ付近の光吸収係数を測定することにより、薄膜サンプル中にバイポーラロンが存在するかどうか、すなわち薄膜サンプルが非晶質酸化物のエレクトライドを有するかどうかを確認することができる。

【0057】

本発明では、エレクトライドの薄膜におけるアルミニウム原子とカルシウム原子のモル比（Ｃａ／Ａｌ）は、０．３〜５．０の範囲が好ましい。０．３以上であると、高い電子密度を保持できる。また、５．０以下であると、薄膜の耐久性に優れる。０．５〜１．６の範囲がより好ましく、０．５５〜１．００の範囲が特に好ましい。薄膜の組成分析は、ＸＰＳ法、ＥＰＭＡ法またはＥＤＸ法等により行うことができる。膜厚が１００ｎｍ以下の場合はＸＰＳ法、５０ｎｍ以上の場合はＥＰＭＡ法、３μｍ以上の場合はＥＤＸ法による分析が可能である。

【0058】

本発明におけるエレクトライドの薄膜は、Ｘ線回折の測定をすると、ピークは観察されず、ハローのみが観察される。本発明では、エレクトライドの薄膜は、微結晶を含んでいても良い。薄膜内に微結晶が含有されているか否かは、例えば薄膜の断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真などから判断される。結晶状態における組成は、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３等で表わされる。

【0059】

本発明では、エレクトライドの薄膜において、前記４．６ｅＶの位置での光吸収値は、１００ｃｍ^−１以上であっても良く、２００ｃｍ^−１以上であっても良く、１０００ｃｍ^−１以上であっても良く、５０００ｃｍ^−１以上であっても良く、８０００ｃｍ^−１以上であっても良く、１００００ｃｍ^−１以上であっても良い。エレクトライドの薄膜において、４．６ｅＶの位置の吸収値は、５０ｎｍ以上の厚さの薄膜、好ましくは１００ｎｍ以上の厚さの薄膜を用いると、精度よく測定できる。

【0060】

本発明では、エレクトライドの薄膜は、電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３以上２．３×１０^２１ｃｍ^−３以下の範囲で電子を含むことが好ましい。電子密度は、１．０×１０^１８ｃｍ^−３以上がより好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、１×１０^２０ｃｍ^−３以上が特に好ましい。

【0061】

なお、エレクトライドの薄膜の電子密度は、ヨウ素滴定法により測定することができる。ちなみに、エレクトライドの薄膜におけるバイポーラロンの密度は、測定された電子密度を１／２倍することにより算定することができる。

【0062】

このヨウ素滴定法は、５ｍｏｌ／ｌのヨウ素水溶液中にエレクトライドの薄膜のサンプルを浸漬し、塩酸を加えて溶解させた後、この溶液中に含まれる未反応ヨウ素の量を、チオ硫酸ナトリウムで滴定検出する方法である。この場合、サンプルの溶解により、ヨウ素水溶液中のヨウ素は、以下の反応によりイオン化する：

Ｉ_２＋ｅ⁻→２Ｉ⁻ （１）式

また、チオ硫酸ナトリウムでヨウ素水溶液を滴定した場合、

２Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３＋Ｉ_２→２ＮａＩ＋Ｎａ_２Ｓ_４Ｏ_６ （２）式

の反応により、未反応のヨウ素がヨウ化ナトリウムに変化する。最初の溶液中に存在するヨウ素量から、（２）式で滴定検出されたヨウ素量を差し引くことにより、（１）式の反応で消費されたヨウ素量が算定される。これにより、エレクトライドの薄膜のサンプル中の電子密度を測定することができる。ヨウ素滴定法は、エレクトライドの薄膜が結晶質または非晶質のいずれにおいても適用可能である。

【0063】

本発明では、エレクトライドの薄膜の膜厚は、これに限られるものではないが、例えば、１００ｎｍ以下であっても良く、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。０．５ｎｍ以上であっても良い。

【0064】

エレクトライドの薄膜は、ケージ中の電子のホッピング伝導により、導電性を有する。本発明によるエレクトライドの薄膜の室温での直流電気伝導率は、１０^−１１Ｓ・ｃｍ^−１〜１０^−１Ｓ・ｃｍ^−１であっても良く、また、１０^−７Ｓ・ｃｍ^−１〜１０^−３Ｓ・ｃｍ^−１であっても良い。

【0065】

エレクトライドの薄膜は、バイポーラロン７４のほかに、部分構造として、酸素欠損に電子が一つ捕獲された、Ｆ^＋センターを有することがある。Ｆ^＋センターは複数のＣａ^２＋イオンに１つの電子が取り囲まれて構成されており、ケージは有さない。Ｆ^＋センターは３．３ｅＶを中心として、１．５５ｅＶ〜３．１０ｅＶの可視光の範囲で光吸収を有する。

【0066】

Ｆ^＋センターの濃度が５×１０^１８ｃｍ^−３未満であると、薄膜の透明性が高まるため、好ましい。Ｆ^＋センターの濃度が、１×１０^１８ｃｍ^−３以下であるとより好ましく、１×１０^１７ｃｍ^−３以下であるとさらに好ましい。なお、Ｆ^＋センターの濃度は、ＥＳＲにおける、ｇ値１．９９８の信号強度により測定できる。

【0067】

エレクトライドの薄膜において、４．６ｅＶの光子エネルギー位置における光吸収係数に対する、３．３ｅＶの位置における光吸収係数の比は、０．３５以下であっても良く、０．２５以下がより好ましく、０．１５以下がさらに好ましい。

【0068】

エレクトライドの薄膜は、多結晶薄膜と比較して、結晶粒界を有さないため、平坦性に優れている。本発明によるエレクトライドの薄膜の表面の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）は、０．１ｎｍ〜１０ｎｍであっても良く、また、０．２ｎｍ〜５ｎｍであっても良い。ＲＭＳが２ｎｍ以下であると、素子の特性が向上するため、より好ましい。また、ＲＭＳが１０ｎｍ以上であると素子の特性が低下するおそれがあるため、研磨工程などを追加する必要が生じる。上記のＲＭＳは、たとえば、原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。

【0069】

エレクトライドの薄膜の組成は、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の化学量論比と異なっていても良く、製造の際に用いたターゲットの組成比と異なっていても良い。

【0070】

（本発明の一実施例による半導体装置について）
次に、図３を参照して、本発明の一実施例による半導体装置について説明する。図３には、本発明の一実施例による半導体装置（第１の半導体装置）１００の断面を模式的に示す。

【0071】

図３に示すように、第１の半導体装置１００は、基板１１０と、半導体層１０５と、ソース電極１２０と、ドレイン電極１２２と、ゲート電極１２４とを有する。

【0072】

半導体層１０５は、基板１１０の上部に配置され、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、半導体層１０５の上部に配置される。ソース電極１２０およびドレイン電極１２２の上部には、ゲート絶縁層１３０を介して、ゲート電極１２４が配置される。

【0073】

ここで、第１の半導体装置１００は、ソース電極１２０と半導体層１０５の間、および／またはドレイン電極１２２と半導体層１０５の間に、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜（エレクトライドの薄膜）１５０が配置されているという特徴を有する。

【0074】

例えば、図３の例では、ソース電極１２０と半導体層１０５の間に、第１のエレクトライドの薄膜１５０ａが配置され、ドレイン電極１２２と半導体層１０５の間に、第２のエレクトライドの薄膜１５０ｂが配置されている。

【0075】

前述のように、このようなエレクトライドの薄膜１５０ａ、１５０ｂは、仕事関数が小さく、電子密度が高いという特徴を有する。

【0076】

従って、ソース電極１２０と半導体層１０５の間に、第１のエレクトライドの薄膜１５０ａを配置した場合、ソース電極１２０と半導体層１０５の界面の接触抵抗を有意に抑制することができるという効果が得られる。同様に、ドレイン電極１２２と半導体層１０５の間に、第２のエレクトライドの薄膜１５０ｂを配置した場合、ドレイン電極１２２と半導体層１０５の界面の接触抵抗を有意に抑制することができる。

【0077】

従って、第１の半導体装置１００は、従来に比べて有意に高い動作特性を発揮することができる。

【0078】

（半導体装置１００の構成部材について）
次に、半導体装置１００を構成する各部材について、簡単に説明する。

【0079】

（基板１１０）
基板１１０の材質は、特に限られない。基板１１０は、例えば、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、および樹脂基板等の絶縁基板であっても良い。

【0080】

あるいは、基板１１０は、半導体基板および金属基板であり、表面に絶縁層が形成されていても良い。

【0081】

（半導体層１０５）
半導体層１０５の材質は、特に限られない。半導体層１０５は、例えば、酸化物半導体および有機半導体など、一般的な半導体材料で構成されても良い。

【0082】

酸化物半導体としては、例えばＩｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇｄ、Ｃｄ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、およびＴａ等の遷移金属の酸化物や、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＺｎＯ・Ｒｈ_２Ｏ_３、ＣｕＧａＯ_２、およびＳｒＣｕ_２Ｏ_２等の酸化物が挙げられる。

【0083】

例えば、酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、およびＣｄのうちの少なくとも１種の酸化物を含んでも良い。酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、およびＧａのうちの少なくとも１種の酸化物を含むことが好ましく、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎのうちの少なくとも１種を含む酸化物（例えばＩｎ−Ｏ系）を含むことがより好ましい。

【0084】

例えば、酸化物半導体は、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎのうちの少なくとも２種、例えば全ての酸化物を含んでも良い。

【0085】

そのような酸化物半導体の一例は、ＩＧＺＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）、ＩＳＺＯ（Ｉｎ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＧＯ（Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ）、ＩＴＺＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、およびＩＨＺＯ（Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ）等である。このような酸化物半導体で構成される膜は、非晶質であっても良く、結晶質であっても良く、非晶質と結晶質とを含む状態であっても良い。

【0086】

一方、有機半導体としては、例えば、多環芳香族化合物、共役二重結合化合物、マクロ環化合物、金属フタロシアニン錯体、電荷移動錯体、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、オリゴチオフェン類、フラーレン類、カーボンナノチューブ、などが挙げられる。例えばポリピロール、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリチエニレンビニレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリアニリン、ポリジアセチレン、ポリアズレン、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリセレノフェン、ポリフラン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリインドール、ポリビリダジン、ナフタセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、トリフェノジオキサジン、トリフェノジリアジン、ヘキサセン−６，１５−キノン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド、ポリビニルピリジン、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、アントラセンテトラカルボン酸ジイミド、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４、およびこれらの誘導体を用いることができる。また、これらの具体例としては、一般的にＰ型半導体とされるペンタセン、テトラセン、α−セキシチオフェン（６Ｔ）、銅フタロシアニン、ビス（１，２，５−チアジアゾロ）−ｐ−キノビス（１，３−ジチオール）、ルブレン、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（略称：ＰＴＶ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｐ３ＨＴ）、（ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ｃｏ−ビチオフェン］）（略称：Ｆ８Ｔ２）等がある。また、一般にＮ型半導体とされる７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタン（略称：ＴＣＮＱ）ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物（略称：ＰＴＣＤＡ）、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（略称：ＮＴＣＤＡ）、Ｎ，Ｎ'−ジオクチル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（略称：ＰＴＣＤＩ−Ｃ８Ｈ）、銅（ＩＩ）１，２，３，４，８，９，１０，１１，１５，１６，１７，１８，２２，２３，２４，２５−フキサデカフルオロ−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン（略称：Ｆ１６ＣｕＰｃ）、３'，４'−ジブチル−５，５''−ビス（ジシアノメチレン）−５，５''−ジヒドロ−２，２'：５'，２''−テルチオフェン）（略称： ＤＣＭＴ）等がある。なお、有機半導体においてＰ型やＮ型の特性は、その物質固有のものではなく、キャリアを注入する電極との関係や注入の際の電界の強度に依存する。

【0087】

（ソース電極１２０、ドレイン電極１２２）
ソース電極１２０およびドレイン電極１２２の材質は、導電性を有する限り特に限られない。ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、例えば、金属で構成されても良い。
ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、およびＷから選定された少なくとも一つの元素を含む合金であっても良い。ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、例えば、ＩＴＯ、アンチモン酸化物（Ｓｂ_２Ｏ_３）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_２）、スズ酸化物（ＳｎＯ_２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３：アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３：ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ_２、ＴａドープＴｉＯ_２、およびＩＷＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−ＺｎＯ：三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物）等の金属酸化物材料で構成されても良い。また、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、可視光を透過する程度に薄くした金属を用いて、透明電極としてもよい。

【0088】

半導体層１０５が有機半導体で構成される場合、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２は、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、およびナトリウムなどの金属およびそれらを含む合金で構成されても良い。

【0089】

半導体層１０５は、仕事関数が３．５〜７．０ｅＶであっても良く、４．０〜５．０ｅＶであることが好ましい。

【0090】

半導体層１０５は、キャリア密度が１０^１１〜１０^１７ｃｍ^−３未満であっても良く、１０^１４〜１０^１６ｃｍ^−３であることが好ましい。

【0091】

（ゲート電極１２４）
ゲート電極１２４の材質は、導電性を有する限り特に限られない。

【0092】

ゲート電極１２４は、例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、およびＷから選ばれた元素、またはこれらの元素を成分とする金属もしくは合金、または上述した元素を組み合わせた合金等であっても良い。ゲート電極１２４は、例えば、ＩＴＯ、アンチモン酸化物（Ｓｂ_２Ｏ_３）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_２）、スズ酸化物（ＳｎＯ_２）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３：アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３：ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物）、ＮｂドープＴｉＯ_２、ＴａドープＴｉＯ_２、およびＩＷＺＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＷＯ_３−ＺｎＯ：三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物）等の金属酸化物材料で構成されても良い。また、ゲート電極１２４は、可視光を透過する程度に薄くした金属を用いて、透明電極としてもよい。

【0093】

ゲート絶縁層１３０は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒素を含む酸化ケイ素および酸素を含む窒化ケイ素などの無機絶縁材料や、アクリルやポリイミドなどの有機絶縁材料で構成されても良い。

【0094】

あるいは、ゲート絶縁層１３０は、珪素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基として少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）、フルオロ基を有する材料、いわゆるシロキサン系の材料で構成されても良い。

【0095】

ゲート絶縁層１３０は、単層であっても、２以上の層から構成されても良い。

【0096】

（半導体装置の構造について）
図３に示した第１の半導体装置１００は、いわゆるトップゲート構造−トップコンタクト方式で構成されている。しかしながら、半導体装置を構成する各部材の配置構造は、これに限られるものではない。

【0097】

ここで、半導体装置の構成部材の配置構造には、例えば、（ｉ）トップゲート構造−トップコンタクト方式、（ｉｉ）トップゲート構造−ボトムコンタクト方式、（ｉｉｉ）ボトムゲート構造−トップコンタクト方式、および（ｉｉｉ）ボトムゲート構造−ボトムコンタクト方式、等が存在する。

【0098】

以下、これらの配置構造について簡単に説明する。

【0099】

前述の図３には、トップゲート構造−トップコンタクト方式で構成された半導体装置１００の一例を示す。

【0100】

図３に示すように、この半導体装置１００では、ゲート電極１２４は、半導体層１０５の上部に配置されており（トップゲート構造）、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２も、半導体層１０５の上部に配置されている（トップコンタクト方式）。なお、半導体装置１００において、半導体層１０５は、チャネルエッチ型であっても、チャネル保護型であっても良い。

【0101】

次に、図４には、トップゲート構造−ボトムコンタクト方式で構成された半導体装置の一例を示す。

【0102】

図４に示すように、この半導体装置４００は、基板４１０上に形成された半導体層４０５と、ソース電極４２０およびドレイン電極４２２と、ゲート絶縁層４３０と、ゲート電極４２４とを有する。

【0103】

この例では、ゲート電極４２４は、半導体層４０５の上部に配置されている（トップゲート構造）。一方、ソース電極４２０およびドレイン電極４２２は、半導体層４０５の下側に配置されている（ボトムコンタクト方式）。

【0104】

なお、この図４に示した半導体装置４００の例では、ソース電極４２０と半導体層４０５の間に、第１のエレクトライドの薄膜４５０ａが配置され、ドレイン電極４２２と半導体層４０５の間に、第２のエレクトライドの薄膜４５０ｂが配置されている。ただし、第１のエレクトライドの薄膜４５０ａおよび第２のエレクトライドの薄膜４５０ｂの一方は、省略されても良い。

【0105】

次に、図５には、ボトムゲート構造−トップコンタクト方式で構成された半導体素子の一例を示す。

【0106】

図５に示すように、この半導体装置５００は、基板５１０上に、半導体層５０５と、ソース電極５２０およびドレイン電極５２２と、ゲート絶縁層５３０と、ゲート電極５２４とを有する。

【0107】

この例では、ゲート電極５２４は、半導体層５０５の下側に配置されている（ボトムゲート構造）。一方、ソース電極５２０およびドレイン電極５２２は、半導体層５０５の上側に配置されている（トップコンタクト方式）。なお、半導体装置５００において、半導体層５０５は、チャネルエッチ型であっても、チャネル保護型であっても良い。

【0108】

なお、この図５に示した半導体装置５００の例では、ソース電極５２０と半導体層５０５の間に、第１のエレクトライドの薄膜５５０ａが配置され、ドレイン電極５２２と半導体層５０５の間に、第２のエレクトライドの薄膜５５０ｂが配置されている。ただし、第１のエレクトライドの薄膜５５０ａおよび第２のエレクトライドの薄膜５５０ｂの一方は、省略されても良い。

【0109】

次に、図６には、ボトムゲート構造−ボトムコンタクト方式で構成された半導体素子の一例を示す。

【0110】

図６に示すように、この半導体装置６００は、基板６１０上に、半導体層６０５と、ソース電極６２０およびドレイン電極６２２と、ゲート絶縁層６３０と、ゲート電極６２４とを有する。

【0111】

この例では、ゲート電極６２４は、半導体層６０５の下側に配置されている（ボトムゲート構造）。一方、ソース電極６２０およびドレイン電極６２２も、半導体層６０５の下側に配置されている（ボトムコンタクト方式）。

【0112】

この図６に示した半導体装置６００の例では、ソース電極６２０と半導体層６０５の間に、第１のエレクトライドの薄膜６５０ａが配置され、ドレイン電極６２２と半導体層６０５の間に、第２のエレクトライドの薄膜６５０ｂが配置されている。ただし、第１のエレクトライドの薄膜６５０ａおよび第２のエレクトライドの薄膜６５０ｂの一方は、省略されても良い。

【0113】

このように、半導体装置の構造には、各種態様が存在する。本発明における半導体装置は、これらのいかなる態様で構成されても良い。本発明における半導体装置では、これらのいずれの構成においても、ソース電極と半導体層の界面、および／またはドレイン電極と半導体層の界面において、接触抵抗を有意に抑制することができるという効果が得られることは明らかであろう。

【0114】

また、本発明において、半導体装置の種類は、特に限られない。半導体装置は、例えば、図３〜図６に示したような、薄膜トランジスタのような電界効果型トランジスタであっても良い。

【0115】

また、半導体層として有機半導体を用いる場合は、ボトムコンタクト方式の構成とすることが好ましい。製造プロセスによる有機半導体の劣化をより防ぐことができる。

【0116】

（本発明による半導体装置の製造方法について）
次に、図７を参照して、図３に示した第１の半導体装置１００の製造方法の一例について説明する。

【0117】

図７には、第１の半導体装置を製造する際のフローの一例を概略的に示す。図７に示すように、この製造方法は、
基板上に半導体層を形成するステップ（ステップＳ１１０）と、
カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜するステップ（ステップＳ１２０）と、
ソース電極およびドレイン電極を形成するステップ（ステップＳ１３０）と、
ゲート電極を形成するステップ（ステップＳ１４０）と、
を有する。

【0118】

以下、各ステップについて説明する。なお、以下の説明では、明確化のため、各部材には、図３に示した参照符号を使用する。

【0119】

（ステップＳ１１０）
まず、基板１１０上に、半導体層１０５が成膜される。

【0120】

半導体層１０５の成膜方法は、特に限られず、従来から実施されている方法で、基板１１０上に半導体層１０５を成膜しても良い。

【0121】

半導体層１０５が酸化物半導体の場合、半導体層１０５は、一般的なスパッタリング法などにより、基板１１０上に成膜される。また、半導体層１０５が有機半導体の場合、半導体層１０５は、蒸着法、スピンコート法、または液滴吐出法などにより、基板１１０上に成膜される。

【0122】

成膜された半導体層１０５は、所望のパターンにパターン化される。例えば、半導体層１０５は、フォトリソグラフィー等を行うことにより、所望のパターンにパターン化することができる。また、有機半導体の場合は、液滴吐出法などにより、半導体層１０５のパターンを直接形成することもできる。

【0123】

（ステップＳ１２０）
次に、半導体層１０５の上に、エレクトライドの薄膜が成膜される。このエレクトライドの薄膜は、後に、第１のエレクトライドの薄膜１５０ａおよび／または第２のエレクトライドの薄膜１５０ｂとなる。

【0124】

一例として、エレクトライドの薄膜の成膜方法として、
電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのターゲットを準備する工程（Ｓ１２１）と、
前記ターゲットを用いて、酸素分圧が０．１Ｐａ未満の雰囲気下で、気相蒸着法により、半導体層上に成膜を行う工程（Ｓ１２２）と、
を有する成膜方法について説明する。

【0125】

（ステップＳ１２１）
まず、以降の工程Ｓ１２０で使用される成膜用のターゲットが準備される。

【0126】

ターゲットは、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドで構成される。

【0127】

（結晶質Ｃ１２Ａ７）
本願において、「結晶質Ｃ１２Ａ７」とは、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の結晶、およびこれと同等の結晶構造を有する同型化合物を意味する。本化合物の鉱物名は、「マイエナイト」である。

【0128】

本発明における結晶質Ｃ１２Ａ７は、結晶格子の骨格により形成されるケージ構造が保持される範囲で、Ｃ１２Ａ７結晶骨格のＣａ原子および／またはＡｌ原子の一部乃至全部が他の原子に置換された化合物、ならびにケージ中のフリー酸素イオンの一部乃至全部が他の陰イオンに置換された同型化合物であっても良い。なお、Ｃ１２Ａ７は、Ｃａ_１２Ａｌ_１４Ｏ_３３またはＣａ_２４Ａｌ_２８Ｏ_６６と表記されることがある。

【0129】

同型化合物としては、これに限られるものではないが、例えば、下記の（１）〜（５）の化合物が例示される。
（１）結晶中のＣａ原子の一部乃至全部が、Ｓｒ、Ｍｇ、およびＢａからなる群から選択される一以上の金属原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ原子の一部乃至全部がＳｒに置換された化合物としては、ストロンチウムアルミネートＳｒ_１２Ａｌ_１４Ｏ_３３があり、ＣａとＳｒの混合比が任意に変化された混晶として、カルシウムストロンチウムアルミネートＣａ_１２−ｘＳｒ_ＸＡｌ_１４Ｏ_３３（ｘは１〜１１の整数；平均値の場合は０超１２未満の数）などがある。
（２）結晶中のＡｌ原子の一部乃至全部が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＢからなる群から選択される一以上の原子に置換された同型化合物。例えば、Ｃａ_１２Ａｌ_１０Ｓｉ_４Ｏ_３５などが挙げられる。
（３）１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の結晶（上記（１）、（２）の化合物を含む）中の金属原子および／または非金属原子（ただし、酸素原子を除く）の一部が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＣｕからなる群から選択される一以上の原子、Ｌｉ、Ｎａ、およびＫからなる群から選択される一以上のアルカリ金属原子、またはＣｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂからなる群から選択される一以上の希土類原子と置換された同型化合物。
（４）ケージに包接されているフリー酸素イオンの一部乃至全部が、他の陰イオンに置換された化合物。他の陰イオンとしては、例えば、Ｈ⁻、Ｈ_２⁻、Ｈ^２−、Ｏ⁻、Ｏ_２⁻、ＯＨ⁻、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、およびＳ^２−からなる群から選択される一以上の陰イオンや、窒素（Ｎ）の陰イオンなどがある。
（５）ケージの骨格の酸素の一部が、窒素（Ｎ）などで置換された化合物。

【0130】

（結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド）
本願において、「結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド」とは、前述の「結晶質Ｃ１２Ａ７」において、ケージに包接されたフリー酸素イオン（ケージに包接された他の陰イオンを有する場合は、当該陰イオン）の一部乃至全部が電子に置換された化合物を意味する。

【0131】

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドにおいて、ケージに包接された電子は、ケージに緩く束縛され、結晶中を自由に動くことができる。このため、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、導電性を示す。特に、全てのフリー酸素イオンが電子で置き換えられた結晶質Ｃ１２Ａ７は、［Ｃａ_２４Ａｌ_２８Ｏ_６４］^４＋（４ｅ⁻）と表記されることがある。

【0132】

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド」は、Ｃａ原子、Ａｌ原子、およびＯ原子を含み、Ｃａ：Ａｌのモル比が１３：１３〜１１：１５の範囲であり、Ｃａ：Ａｌのモル比は、１２．５：１３．５〜１１．５：１４．５の範囲であることが好ましく、１２．２：１３．８〜１１．８：１４．２の範囲であることがより好ましい。

【0133】

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド製のターゲットの製造方法は、特に限られない。ターゲットは、例えば、従来のバルク状の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの製造方法を用いて製造しても良い。例えば、結晶質Ｃ１２Ａ７の焼結体を、Ｔｉ、Ａｌ、ＣａまたはＣなどの還元剤の存在下で、１１５０℃〜１４６０℃程度、好ましくは、１２００℃〜１４００℃程度に加熱処理することにより、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド製のターゲットを製造しても良い。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの粉体を圧縮して成形した圧粉体をターゲットとして用いてもよい。結晶質Ｃ１２Ａ７の焼結体を、カーボンおよび金属アルミニウムの存在下で、焼結体と金属アルミニウムが接触しない状態に保ちながら、１２３０℃〜１４１５℃で加熱処理することにより、効率的に大面積の結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド製のターゲットを作製できる。

【0134】

ここで、このターゲット、すなわち結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、２．０×１０^１７ｃｍ^−３〜２．３×１０^２１ｃｍ^−３の範囲である。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、１×１０^１８ｃｍ^−３以上であることが好ましく、１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることが好ましく、１×１０^２０ｃｍ^−３以上がより好ましく、５×１０^２０ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、１×１０^２１ｃｍ^−３以上が特に好ましい。ターゲットを構成する結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が高いほど、低い仕事関数を有するエレクトライドの薄膜が得られやすくなる。特に、仕事関数が３．０ｅＶ以下であるエレクトライドの薄膜を得るには、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、１．４×１０^２１ｃｍ^−３以上がより好ましく、１．７×１０^２１ｃｍ^−３以上がさらに好ましく、２×１０^２１ｃｍ^−３以上が特に好ましい。特に、すべてのフリー酸素イオン（他の陰イオンを有する場合は当該陰イオン）が電子で置換された場合、結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、２．３×１０^２１ｃｍ^−３となる。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が２．０×１０^１７ｃｍ^−３を下回ると、成膜によって得られるエレクトライドの薄膜の電子密度が小さくなる。

【0135】

結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度は、光吸収測定法により、測定することができる。結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドは、２．８ｅＶ付近に特有の光吸収を有するので、その吸収係数を測定することにより、電子密度を求めることができる。特に、試料が焼結体である場合は、焼結体を粉砕して、粉末としたのち、拡散反射法を用いると簡便である。

【0136】

得られたターゲットは、次工程で非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する際の原料ソースとして使用される。

【0137】

なお、ターゲットの表面は、使用前に、機械的手段等により研磨されても良い。一般に、従来の方法で得られた結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドのバルク体は、表面に、ごく薄い被膜（異物）を有する場合がある。表面にこのような被膜が形成されたターゲットをそのまま使用して、成膜処理を実施した場合、得られる薄膜の組成が所望の組成比から逸脱する可能性がある。しかしながら、ターゲット表面の研磨処理を実施しておくことにより、このような問題を有意に抑制することができる。

【0138】

（ステップＳ１２２）
次に、前述の工程Ｓ１２１において作製されたターゲットを用いて、気相蒸着法により、半導体層上に成膜が行われる。

【0139】

本願において、「気相蒸着法」とは、物理気相成膜（ＰＶＤ）法、ＰＬＤ法、スパッタリング法、および真空蒸着法を含む、ターゲット原料を気化させてからこの原料を基板上に堆積させる成膜方法の総称を意味する。

【0140】

「気相蒸着法」の中でも、特に、スパッタリング法が好ましい。スパッタリング法では、大面積領域に、比較的均一に薄膜を成膜することができる。なお、スパッタリング法には、ＤＣ（直流）スパッタリング法、高周波スパッタリング法、ヘリコン波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、およびマグネトロンスパッタリング法等が含まれる。

【0141】

以下、スパッタリング法により成膜を行う場合を例に、工程Ｓ１２２について説明する。

【0142】

エレクトライドの薄膜を成膜する際の被成膜基板の温度は、特に限られず、室温〜例えば７００℃までの範囲の、いかなる温度を採用しても良い。なお、エレクトライドの薄膜を成膜する際に、基板を必ずしも「積極的に」加熱する必要はないことに留意する必要がある。ただし、蒸着源の輻射熱によって、被成膜基板の温度が「付随的に」上昇する場合はあり得る。例えば、被成膜基板の温度は、５００℃以下であっても良く、２００℃以下であっても良い。

【0143】

被成膜基板を「積極的に」加熱しない場合、基板の材料として、例えばガラスやプラスチックのような、７００℃を超える高温側で耐熱性が低下する材料を使用することが可能になる。

【0144】

成膜時の酸素分圧（チャンバー内の酸素分圧）は、０．１Ｐａ未満であることが好ましい。酸素分圧は、０．０１Ｐａ以下であることが好ましく、１×１０^−３Ｐａ以下であることがより好ましく、１×１０^−４Ｐａ以下であることがさらに好ましく、１×１０^−５Ｐａ以下であることが特に好ましい。酸素分圧が０．１Ｐａ以上になると、成膜された薄膜に酸素が取り込まれ、電子密度が低下するおそれがある。

【0145】

一方、成膜時の水素分圧は、０．００４Ｐａ未満であることが好ましい。０．００４Ｐａ以上であると、成膜された薄膜中に水素またはＯＨ成分が取り込まれ、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の電子密度が低下する可能性がある。

【0146】

使用されるスパッタガスとしては、特に限られない。スパッタガスは、不活性ガスまたは希ガスであっても良い。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ_２ガスが挙げられる。また、希ガスとしては、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）、およびＸｅ（キセノン）が挙げられる。これらは、単独で使用しても、他のガスと併用しても良い。あるいは、スパッタガスは、ＮＯ（一酸化窒素）のような還元性ガスであっても良い。

【0147】

スパッタガス（チャンバー内の圧力）の圧力は、特に限られず、所望の薄膜が得られるように、自由に選定することができる。特に、スパッタガス（チャンバー内の圧力）の圧力Ｐ（Ｐａ）は、基板とターゲットの間の距離をｔ（ｍ）とし、ガス分子の直径をｄ（ｍ）としたとき、

８．９×１０^−２２／（ｔｄ^２）＜Ｐ＜４．５×１０^−２０／（ｔｄ^２） （３）式

を満たすように選定されても良い。この場合、スパッタ粒子の平均自由行程が、ターゲット〜被成膜基板間の距離とほぼ等しくなり、スパッタ粒子が残存酸素と反応することが抑制される。また、この場合、スパッタリング法の装置として、背圧が比較的高く、安価で簡易的な真空装置を用いることが可能となる。

【0148】

以上、スパッタリング法を例に、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜を成膜する方法について、簡単に説明した。しかしながら、非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜の成膜方法は、これに限られるものではなく、前述の２つの工程（工程Ｓ１２１およびＳ１２２）を適宜変更したり、あるいは各種工程を追加しても良いことは明らかである。

【0149】

例えば、前述の工程Ｓ１２２において、スパッタリング法により、非晶質酸化物のエレクトライドの成膜を開始する前に、ターゲットに対して、プレスパッタリング処理（ターゲットのドライエッチング処理）が実施されても良い。

【0150】

プレスパッタリング処理を実施することにより、ターゲットの表面が清浄化され、その後の成膜処理（本成膜）において、所望の組成の薄膜を形成することが容易となる。

【0151】

例えば、ターゲットを長時間使用すると、ターゲットの表面に酸素が取り込まれ、ターゲットを構成する結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライドの電子密度が低下する場合がある。このようなターゲットを使用した場合、成膜された薄膜においても、電子密度が低下するおそれがある。また、ターゲットを長時間使用すると、ターゲット（すなわち結晶質Ｃ１２Ａ７エレクトライド）を構成する各成分のスパッタ速度の違いにより、ターゲットの組成が、最初の組成から逸脱するおそれがある。このようなターゲットを使用した場合、成膜された薄膜においても、組成が所望の値から逸脱するおそれがある。しかしながら、プレスパッタリング処理を実施することにより、このような問題が抑制される。

【0152】

なお、プレスパッタリング処理に使用されるガスは、本成膜の際に使用されるスパッタガスと同一であっても異なっていても良い。特に、プレスパッタリング処理に使用されるガスは、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ｎ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）、および／またはＮＯ（一酸化窒素）であることが好ましい。

【0153】

このような方法で、パターン化された半導体層１０５の上部に、エレクトライドの薄膜が成膜される。

【0154】

その後、エレクトライドの薄膜を、フォトリソグラフィー処理等により、所望のパターンにパターン化することにより、第１および／または第２のエレクトライドの薄膜１５０ａ、１５０ｂを形成することができる。

【0155】

半導体層１０５が酸化物半導体の場合、スパッタリング法により、被成膜基板を大気に晒さずに半導体層１０５とエレクトライドの薄膜を連続して形成することができる。トップゲート構造−トップコンタクト方式、またはボトムゲート構造−トップコンタクト方式においては、半導体層１０５とエレクトライドの薄膜を連続して形成することが好ましい。

【0156】

エレクトライドの薄膜は、パターン化した後に熱処理することが好ましい。熱処理温度は、３００℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましい。被膜および被成膜基板の耐えられる温度以下とし、７００℃以下が好ましい。所定の温度における保持時間は、１分〜２時間であってもよく、１０分〜１時間であってもよい。また、熱処理するタイミングは、エレクトライドの薄膜をパターン化した後でもよいし、エレクトライドの薄膜上にソース電極およびドレイン電極を形成した後（例えば図３の例）でもよいし、エレクトライドの薄膜上に半導体層を形成した後（例えば図４の例）でもよい。熱処理することで、パターン化する際などにエレクトライドの薄膜がダメージを受けた場合に回復を図ることができる。

【0157】

（ステップＳ１３０）
次に、第１および／または第２のエレクトライドの薄膜１５０ａ、１５０ｂの上部に、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２が形成される。

【0158】

ソース電極１２０およびドレイン電極１２２の形成には、従来より実施されている各種方法が利用できる。

【0159】

ソース電極１２０およびドレイン電極１２２を形成する導電層を成膜後に、膜のフォトリソグラフィー処理等を行うことにより、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２を形成することができる。

【0160】

ここで、ソース電極１２０は、第１のエレクトライドの薄膜１５０ａの上に配置され、および／またはドレイン電極１２２は、第２のエレクトライドの薄膜１５０ｂの上に配置される。

【0161】

これにより、ソース電極１２０と半導体層１０５の界面、および／またはドレイン電極１２２と半導体層１０５の界面の接触抵抗が低減される。

【0162】

図３の断面図では、半導体層１０５とソース電極１０２および／またはドレイン電極１２２は直接接触する部分がない例を模式的に示している。しかし、本発明においては、エレクトライドの薄膜が存在することで接触抵抗の低減を図ることができれば、半導体層とソース電極および／またはドレイン電極とが直接接触する部分を有していても構わない。例えば、半導体層とエレクトライドの薄膜を連続して成膜し、フォトリソグラフィー処理により一括でパターン化する。半導体層のパターンの側面は、エレクトライドの薄膜に覆われない構成となりやすい。次に、エレクトライドの薄膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。このとき、半導体層のパターンの側面は、ソース電極およびドレイン電極と接触する構成としても良い。

【0163】

（ステップＳ１４０）
次に、ソース電極１２０およびドレイン電極１２２を覆うように、ゲート絶縁膜１３０が形成される。

【0164】

ゲート絶縁膜１３０は、ディップ法、スピンコート法、液滴吐出法、キャスト法、スピ
ナー法、印刷法などの塗布法や、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの方法によって成膜しても良い。

【0165】

その後、ゲート絶縁膜１３０上に、ゲート電極１２４が形成される。ゲート電極１２４の形成には、従来より実施されている各種方法が利用できる。例えば、ゲート電極１２４は、スパッタリング法および蒸着法等により形成されても良い。ゲート電極１２４を形成する導電層を成膜後に、膜のフォトリソグラフィー処理等を行うことにより、ゲート電極１２４を形成することができる。

【0166】

以上の工程により、第１の半導体装置１００を製造することができる。

【0167】

なお、以上の記載では、図３に示した第１の半導体装置１００を例に、本発明による半導体装置を製造する方法の一例について説明した。

【0168】

しかしながら、同様の方法により、半導体装置４００、半導体装置５００、さらには半導体装置６００を製造できることは、当業者には明らかである。すなわち、図７に示した各ステップの順番を変更することにより、各構成の半導体装置を製造することができる。

【0169】

また、本発明の半導体装置に用いられる基板、電極、半導体層のすべてを透明な材料とすることで透明な半導体装置を製造することができる。

【0170】

また、本発明の半導体装置は発光表示装置に利用できる。発光表示装置が備える有機エレクトロルミネッセンス素子は、以下のいずれかの構成であっても良い。
（１）基板、陽極、および陰極をこの順に有し、基板側を光取出し面とする構成であり、エレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（２）基板、陽極、および陰極をこの順に有し、陰極側を光取出し面とする構成であり、エレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（３）基板、陰極、および陽極をこの順に有し、基板側を光取出し面とする構成であり、エレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。
（４）基板、陰極、および陽極をこの順に有し、陽極側を光取出し面とする構成であり、エレクトライドの薄膜が、陽極と陰極の間に存在するか、または陰極を構成する。

【0171】

有機エレクトロルミネッセンス素子に含まれる「エレクトライドの薄膜」は、本発明における半導体装置に含まれる、「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドの薄膜」であっても良い。

【0172】

また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極との間に、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、および電子注入層を順に有する構成であっても良い。ただし、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、および／または電子注入層は省略されても良い。エレクトライドの薄膜は、例えば電子注入層を構成することができる。電子注入層にエレクトライドの薄膜を利用する場合、発光層と電子注入層（エレクトライドの薄膜）の間には、金属酸化物で構成される電子輸送層が配置されてもよい。電子輸送層は、アモルファス、結晶質、またはアモルファスと結晶質の混合相の形態であってもよい。例えば、電子輸送層は、ＺｎＯ−ＳｉＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２−ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、またはＳｎＯ_２で構成されても良い。

【産業上の利用可能性】

【0173】

本発明は、例えば、電気光学装置のような各種電子デバイス等に使用される半導体装置等に適用することができる。例えば、テレビなどのディスプレイ、洗濯機や冷蔵庫などの電化製品、携帯電話やコンピュータなどの情報処理機器などの電子機器に用いることができる。また、本発明の半導体装置は、自動車や各種産業機器などが具備する電子機器にも用いることができる。

【符号の説明】

【0174】

１ 従来の半導体装置
５ 半導体層
１０ 基板
２０ ソース電極
２２ ドレイン電極
２４ ゲート電極
３０ ゲート絶縁層
７０ 非晶質酸化物のエレクトライド
７２ 溶媒（非晶質）
７４ バイポーラロン
７６ ケージ
７８ 電子（溶質）
１００ 第１の半導体装置
１０５ 半導体層
１１０ 基板
１２０ ソース電極
１２２ ドレイン電極
１２４ ゲート電極
１３０ ゲート絶縁層
１５０ａ、１５０ｂ エレクトライドの薄膜
４００、５００、６００ 半導体装置
４０５、５０５、６０５ 半導体層
４１０、５１０、６１０ 基板
４２０、５２０、６２０ ソース電極
４２２、５２２、６２２ ドレイン電極
４２４、５２４、６２４ ゲート電極
４３０、５３０、６３０ ゲート絶縁層
４５０ａ、４５０ｂ、５５０ａ、５５０ｂ、６５０ａ、６５０ｂ エレクトライドの薄膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】