特表 2024-539464 酸化物半導体、その製造方法およびそれを含む半導体デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-28

(54)【発明の名称】酸化物半導体、その製造方法およびそれを含む半導体デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/368 20060101AFI20241018BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20241018BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20241018BHJP

   H01L 21/363 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/368 Z

H01L29/78 618B

H01L29/78 618A

H01L21/363

H01L29/78 618D

H01L29/78 612Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529920

(86)(22)【出願日】2022-11-25

(85)【翻訳文提出日】2024-05-17

(86)【国際出願番号】 KR2022018899

(87)【国際公開番号】W WO2023096425

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】10-2021-0166178

(32)【優先日】2021-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517434736

【氏名又は名称】コリア インスティチュート オブ セラミック エンジニアリング アンド テクノロジー

(71)【出願人】

【識別番号】515276668

【氏名又は名称】アイユーシーエフ－エイチワイユー（インダストリー－ユニバーシティ コーオペレーション ファウンデーション ハンヤン ユニバーシティ）

【氏名又は名称原語表記】ＩＵＣＦ－ＨＹＵ （ＩＮＤＵＳＴＲＹ－ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＣＯＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＨＡＮＹＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ）

【住所又は居所原語表記】２２２， Ｗａｎｇｓｉｍｎｉ－ｒｏ， Ｓｅｏｎｇｄｏｎｇ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ ０４７６３， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100221501

【弁理士】

【氏名又は名称】式見 真行

(74)【代理人】

【識別番号】100132252

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 環

(72)【発明者】

【氏名】ホ，スウォン

(72)【発明者】

【氏名】ユン，ヨンジュン

(72)【発明者】

【氏名】チョ，ソンボム

(72)【発明者】

【氏名】パク，インピョ

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヒョンウ

(72)【発明者】

【氏名】パク，ジンソン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヘミ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ヒョンソン

(72)【発明者】

【氏名】ファン，ブキョン

【テーマコード（参考）】

5F053

5F103

5F110

【Ｆターム（参考）】

5F053AA03

5F053AA06

5F053DD20

5F053FF01

5F053PP03

5F103AA08

5F103BB22

5F103DD30

5F103LL13

5F103NN06

5F103PP03

5F110BB01

5F110CC07

5F110EE03

5F110EE04

5F110FF01

5F110FF02

5F110FF27

5F110FF29

5F110FF30

5F110GG01

5F110GG06

5F110GG13

5F110GG15

5F110GG25

5F110GG42

5F110GG43

5F110GG58

5F110HK02

5F110HK03

5F110HK04

5F110HK07

(57)【要約】

アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有するＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体は、優れた導電性およびバンドギャップを有し、かかる半導体は薄膜トランジスタなどに適用され得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物を含む、酸化物半導体。

【請求項2】

酸化物におけるアルミニウム（Ａｌ）とアンチモン（Ｓｂ）のモル比が、１０：１～１：１０である、請求項１に記載の酸化物半導体。

【請求項3】

酸化物が、以下の式１で表される
［式１］
Ａｌ_ｘＳｂ_ｙＯ_ｚ
（式中、１≦ｘ≦８、１≦ｙ≦８、および１≦ｚ≦１５）、請求項１に記載の酸化物半導体。

【請求項4】

酸化物が、ＡｌＳｂＯ_４、ＡｌＳｂＯ_３、Ａｌ_４Ｓｂ_２Ｏ_９、Ａｌ_２Ｓｂ_４Ｏ_１３、Ａｌ_４Ｓｂ_２Ｏ_１１、およびＡｌ_２Ｓｂ_４Ｏ_９からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項１に記載の酸化物半導体。

【請求項5】

酸化物半導体が、８０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上のｎ型導電性および１．５ｅＶ以上のバンドギャップを有する、請求項１に記載の酸化物半導体。

【請求項6】

請求項１に記載の酸化物半導体の製造方法であって、
アルミニウム前駆体を含有する第１前駆体溶液およびアンチモン前駆体を含有する第２前駆体溶液を混合して、ゾル－ゲル溶液を調製すること、および
ゾル－ゲル溶液を基材上にコーティングして、酸化物半導体薄膜を形成すること
を含む、方法。

【請求項7】

アルミニウム前駆体が、塩化アルミニウム、塩化アルミニウム六水和物、酢酸アルミニウム、二酢酸アルミニウム、アルミニウムアセチルアセトネート、硫酸アルミニウム水和物、水酸化アルミニウム水和物、およびアルミニウムイソプロポキシドからなる群より選択される少なくとも１つであり、
アンチモン前駆体が、塩化アンチモン（ＩＩＩ）、塩化アンチモン（Ｖ）、酢酸アンチモン（ＩＩＩ）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）、硫化アンチモン（Ｖ）、フッ化アンチモン（ＩＩＩ）、フッ化アンチモン（Ｖ）、およびアンチモンエトキシドからなる群より選択される少なくとも１つである、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項8】

ゾル－ゲル溶液が、アセトニトリル、エチレングリコール、２－メトキシエタノール、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、および脱イオン水からなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項9】

ゾル－ゲル溶液の濃度が、０．０５Ｍ～３Ｍの範囲にある、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項10】

ゾル－ゲル溶液が、脱イオン水、過酸化水素、モノエタノールアミン、およびアセチルアセトンからなる群より選択される１つ以上の添加剤を更に含む、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項11】

ゾル－ゲル溶液の調製が、２５℃～１４０℃にて１時間～７２時間で実施される、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項12】

コーティング後の熱処理を更に含み、熱処理が、１５０℃～１０００℃の温度にて３０分～５時間で空気または窒素雰囲気中にて実施される、請求項６に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項13】

請求項１に記載の酸化物半導体の製造方法であって、
アルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体を基材上にスパッタリング堆積させて、アルミニウムおよびアンチモンを含有する酸化物半導体薄膜を形成することを含む、方法。

【請求項14】

アルミニウム前駆体が、酸化アルミニウムを含み、およびアンチモン前駆体が、酸化アンチモンを含む、請求項１３に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項15】

スパッタリング堆積が、アルゴンガスおよび酸素ガスを注入することによって実施され、アルゴンガスおよび酸素ガスの分圧比が、２０：０．１～２０：２の範囲にある、請求項１３に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項16】

スパッタリング堆積の後の熱処理を更に含み、熱処理が、１５０℃～１０００℃の温度にて３０分～５時間で空気または窒素雰囲気中にて実施される、請求項１３に記載の酸化物半導体の製造方法。

【請求項17】

基材と、基材上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成され、請求項１の酸化物半導体を含む半導体層と、半導体層上に形成された電極と、を含む半導体デバイス。

【請求項18】

半導体層の厚さが５ｎｍ～５０ｎｍである、請求項１７に記載の半導体デバイス。

【請求項19】

請求項１７に記載の半導体デバイスを含む、薄膜トランジスタ。

【請求項20】

請求項１９に記載の薄膜トランジスタを含む、ディスプレイデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化物半導体、その製造方法およびそれを含む半導体デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

酸化物半導体は、酸化亜鉛、酸化カドミウム、および酸化インジウムなどの酸化物質をドーピングすることによって、その導電性が制御され、かつそのバンドギャップが調節された半導体材料である。これは、一般的に、広いバンドギャップを有する透明な半導体材料である。

【0003】

酸化物半導体は、広いバンドギャップを有し、低エネルギーの可視光または赤外光を吸収できないので、可視光域（３６０～８００ｎｍ）で光を透過させる特性を有する。酸化物半導体は、近年、その優れた光学的および電気的特性により、透明な半導体の分野において極めて重要な材料になっている。それらは、透明ディスプレイ、透明センサおよび透明ソーラーセルなどの様々な工業的分野における高い潜在的用途を有する半導体材料である。

【0004】

例えば、酸化亜鉛などの酸化物半導体は、ドーピングにより導電性を制御でき、または合金化によりバンドギャップを制御できる半導体材料である。かかる酸化物半導体の鍵となる特徴は、広いバンドギャップにあり、それらは可視光域での極めて高い光透過性を有、そのため透明となる。

【0005】

東京工業大学（日本）の細野秀雄教授は、韓国特許第０９３９９９８号にて、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、高電荷移動性の透明半導体、およびそれを用いた薄膜トランジスタを開示した。ＩＧＺＯは、インジウム、ガリウム、亜鉛および酸素から成る酸化物質である。これは、３ｅＶ以上の広いバンドギャップを有する半導体材料である。酸化物半導体としてのＩＧＺＯは、薄膜トランジスタの製造に使用でき、よって、ディスプレイ分野においてバックプレーンパネルデバイスとして既に使用されている。ＩＧＺＯを用いて薄膜トランジスタを製造する場合、アモルファスシリコン薄膜トランジスタより電荷移動性が優れており、よって、それらはディスプレイ分野においてバックプレーン回路およびスイッチングデバイスとして使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】韓国特許第０９３９９９８号公報（２０１０年１月２６日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

現在、酸化物半導体として使用されているＩＧＺＯに置き換わる新たな材料を見出すため、本発明者らは、酸化物のビッグデータからデータマイニングによってリサーチ可能なエリアを確保し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に関連する導電性およびバンドギャップなどの物理特性を分析し、そしてデータスクリーニングにより候補をフィルタリングし、それによって、可能性のある元素の組み合わせを得た。

【0008】

また、本発明者らは、その構造のデータベースを構成し、相平衡ダイアグラム（図１参照）から結晶化の可能性が高い材料のリストを確保した。導電性およびバンドギャップなどの物理特性を機械学習技術により分析した結果、アルミニウム（Ａｌ）とアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物が、ＩＧＺＯに置き換わる材料として最終的に決定された。

【0009】

従って、本発明の目的は、薄膜トランジスタに適用できる優れた導電性およびバンドギャップを有する新しい酸化物半導体、およびその製造方法を提供することにある。加えて、本発明のもう１つの目的は、かかる酸化物半導体を使用した、半導体デバイス、薄膜トランジスタ、およびディスプレイデバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物を含む酸化物半導体を提供する。

【0011】

加えて、本発明は、アルミニウム前駆体を含有する第１前駆体溶液およびアンチモン前駆体を含有する第２前駆体溶液を混合して、ゾル－ゲル溶液を調製すること、およびゾル－ゲル溶液を基材上にコーティングして、酸化物半導体薄膜を形成することを含む、酸化物半導体の製造方法を提供する。

【0012】

加えて、本発明は、アルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体を基材上にスパッタリング－堆積させて、アルミニウムおよびアンチモンを含有する酸化物半導体薄膜を形成することを含む、酸化物半導体の製造方法を提供する。

【0013】

加えて、本発明は、基材と、基材上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成された酸化物半導体を含む半導体層と、半導体層上に形成された電極と、を含む半導体デバイスを提供する。

【0014】

加えて、本発明は、半導体デバイスを含む、薄膜トランジスタを提供する。

【0015】

加えて、本発明は、薄膜トランジスタを含む、ディスプレイデバイスを提供する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体は、優れた導電性およびバンドギャップを有し、よって、薄膜トランジスタなどの半導体デバイスに適用できる。かかるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスは、性能を向上させるためにディスプレイデバイスに設けられ得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、１つの実施形態によるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体の相平衡ダイアグラムである。

【図2】図２は、１つの実施形態による酸化物半導体を含むデバイスの断面図である（１００：基材、２００：誘電体層、３００：半導体層、４００：電極）。

【図3】図３は、酸化物半導体薄膜の表面のＡＦＭ像の例である。

【図4】図４ａ～４ｃは、さまざまなＡｌ：Ｓｂモル比で溶液法により製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図5】図５ａ～５ｃは、さまざまなＡｌ：Ｓｂモル比で溶液法により製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図6】図６ａ～６ｄは、溶液法の後、さまざまな条件で熱処理した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図7】図７ａ～７ｄは、溶液法の後、さまざまな条件で熱処理した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図8】図８ａ～８ｄは、溶液法によりさまざまな薄膜厚さで製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図9】図９ａおよび９ｂは、さまざまな添加剤を用いた溶液法により製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図10】図１０は、１つの実施形態による酸化物半導体のＴＧ-ＤＴＡ分析結果を示す。

【図11】図１１は、１つの実施形態による酸化物半導体のＸＲＤ分析結果を示す。

【図12】図１２は、１つの実施形態による酸化物半導体のＸＰＳ分析結果を示す。

【図13】図１３ａ～１３ｅは、さまざまなＡｌ：Ｓｂモル比で堆積法により製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図14】図１４ａ～１４ｃは、Ａｒ：Ｏ_２のさまざまな分圧比で堆積法により製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図15】図１５ａ～１５ｄは、堆積法の後、さまざまな温度で熱処理した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【図16】図１６ａ～１６ｃは、堆積法によりさまざまな薄膜厚さで製造した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明のさまざまな実施形態および実施例を、図面を参照しながら詳述する。

【0019】

本発明の説明において、関連する既知の構成または機能についての詳細な説明が本発明の本質をあいまいにすると認められる得るならば、かかる詳細な説明は除外される。加えて、説明の目的で、添付の図面における個々の要素の寸法は誇張して示され、または省略され得、それらは実際の寸法と異なり得る。

【0020】

本明細書において、ある要素が他の要素に形成され、接続され、または組み合わせられると説明される場合、これは、１つの要素が他の要素に対して、直接的に、または他の要素を介して間接的に、形成され、接続され、または組み合わせられることの全ての場合を意味する。加えて、各構成部材の上および下との用語の基準は、物体を観察する方向によって異なり得ることについて理解されるべきである。

【0021】

本明細書において、各構成部材（または構成成分）について言う用語は、それらを互いに区別するために使用されるものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものでない。加えて、本明細書において、単数表現は、文脈において他に特定されていない限り、複数をカバーするものとして解釈される。

【0022】

本明細書において、用語「含む」は、特定の特徴、領域、工程、方法、要素、および／または構成部材（または構成成分）を特定するよう意図したものである。これは、反対の説明が特になされていない限り、任意の他の特徴、領域、工程、方法、要素、および／または構成部材の存在または追加を排除するものでない。

【0023】

本明細書において、用語「第１」、「第２」などは、さまざまな構成部材を説明するために使用される。しかし、構成部材はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素を他のものから区別する目的で使用される。

【0024】

酸化物半導体
本発明による酸化物半導体は、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物を含む。

【0025】

ある実施形態として、本発明による酸化物半導体は、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物から成り得る。すなわち、本発明による酸化物半導体は、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）および酸素（Ｏ）のみから成り得る。

【0026】

アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物の含有量は、本発明の酸化物半導体の総重量に基づいて、５０重量％以上、７０重量％以上、８０重量％以上、９０重量％以上、９５重量％以上、９７重量％以上、９９重量％以上、９９．５重量％以上、９９．９重量％以上、または１００重量％であり得る。

【0027】

本発明による酸化物半導体において、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）の間のモル比は、所定の範囲に調節されることが望ましい。

【0028】

ある実施形態として、酸化物におけるアルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）のモル比は、１０：１～１：１０であり得る。

【0029】

例えば、酸化物におけるアルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）のモル比は、１０：１～１：１０、１０：１～１：８、１０：１～１：６、１０：１～１：４、１０：１～１：２、１０：１～１：１、８：１～１：１０、６：１～１：１０、４：１～１：１０、２：１～１：１０、１：１～１：１０、８：１～１：８、６：１～１：６、４：１～１：４、３：１～１：３、２：１～１：２、１．５：１～１：１．５、または約１：１であり得る。

【0030】

加えて、酸化物におけるアルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）および酸素（Ｏ）のモル比は、所定の範囲に調節され得る。

【0031】

ある実施形態において、酸化物は以下の式１によって表される。
［式１］
Ａｌ_ｘＳｂ_ｙＯ_ｚ
（式中、１≦ｘ≦８、１≦ｙ≦８、および１≦ｚ≦１５）

【0032】

式１において、ｘは、例えば、１以上、２以上、３以上、または４以上であり得、および８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下、または２以下であり得、特に、１～８、１～６、１～４、１～３、１～２、２～８、３～８、４～８、または２～６であり得る。

【0033】

式１において、ｙは、例えば、１以上、２以上、３以上、または４以上であり得、および８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下、または２以下であり得、特に、１～８、１～６、１～４、１～３、１～２、２～８、３～８、４～８、または２～６であり得る。

【0034】

式１において、ｚは、例えば、１以上、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、または８以上であり得、および１５以下、１４以下、１３以下、１２以下、１１以下、１０以下、９以下、または８以下であり得、特に、１～１５、１～１３、１～１１、１～１０、１～９、１～８、１～６、１～５、３～１５、５～１５、７～１５、８～１５、１０～１５、または１２～１５であり得る。

【0035】

加えて、ｘ、ｙ、およびｚは、上記で例示した範囲以内の整数であり得る。

【0036】

特に、式１において、ｘは１または２であり得、ｙは１または２であり得、ｚは３～５の整数であり得る。より詳細には、式１において、ｘは１であり得、ｙは１であり得、ｚは４であり得る。

【0037】

加えて、式１において、ｘ、ｙ、およびｚは、金属元素（Ａｌ、Ｓｂ）および酸素元素（Ｏ）の酸化数または価数の観点からバランスを充たす範囲内で決定され得る。特に、Ａｌは＋３価、Ｓｂは＋３または＋５価、および酸素は－２価であるので、ｘ、ｙ、およびｚの値は、これらの元素が組み合わされた化学式の価数バランスを充たすように限定され得る。例えば、式１において、Ｓｂが＋５価のとき、価数バランスを充たす化学式は、ＡｌＳｂＯ_４を含み得、Ｓｂが＋３価のとき、価数バランスを充たす化学式は、ＡｌＳｂＯ_３を含み得る。しかしながら、これに加えて、価数バランスを充たす限り、構成元素（Ａｌ、ＳｂおよびＯ）のモル比に応じて、さまざまな化学式が可能である。

【0038】

特に、式１の酸化物は、ＡｌＳｂＯ_４、ＡｌＳｂＯ_３、Ａｌ_４Ｓｂ_２Ｏ_９、Ａｌ_２Ｓｂ_４Ｏ_１３、Ａｌ_４Ｓｂ_２Ｏ_１１、およびＡｌ_２Ｓｂ_４Ｏ_９からなる群より選択される少なくとも１つであり得るが、これらに限定されない。

【0039】

加えて、本発明による酸化物半導体は、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物以外に、追加の構成成分を更に含み得る。追加の構成成分は、例えば、酸化アルミニウム、酸化アンチモン、または他の酸化物であり得る。

【0040】

ある実施形態において、酸化物半導体は、結晶性を有し得る。特に、これは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトラムにおいて１つ以上の結晶性ピークを有し得る。別の実施形態において、酸化物半導体は、アモルファス性を有し得る。特に、これは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトラムにおいて結晶性ピークを有さないものであり得る。

【0041】

酸化物半導体は、薄膜として製造されたときに所定の範囲内の表面粗さを有し得る（図３参照）。例えば、ＲＭＳ粗さ（Ｒｑ）は、０．５ｎｍ以上、０．７ｎｍ以上、１ｎｍ以上、１．２ｎｍ以上、または１．４ｎｍ以上であり得、および３ｎｍ以下、２．５ｎｍ以下、２ｎｍ以下、１．７ｎｍ以下、または１．５ｎｍ以下であり得、特定の例として、１ｎｍ～２ｎｍであり得る。

【0042】

本発明による酸化物半導体は、薄膜トランジスタなどに適用可能な導電性およびバンドギャップを有する。

【0043】

例えば、本発明による酸化物半導体は、ｎ型特性を有し得る。

【0044】

酸化物半導体のｎ型導電性は、５０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、７０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、８０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、９０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、９５ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、９７ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、９８ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、または９９ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上であり得る。加えて、酸化物半導体のｎ型導電性は、３００ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下、２００ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下、または１２０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下であり得る。特定の例として、酸化物半導体のｎ型導電性は、８０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ～１２０ １／ｆΩ／ｍ／ｓであり得る。

【0045】

加えて、本発明による酸化物半導体は、組成に応じてｐ型特性を有し得る。

【0046】

酸化物半導体のｐ型導電性は、５ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、１０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、１５ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上、または２０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上であり得る。加えて、酸化物半導体のｐ型導電性は、１００ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下、７０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下、５０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下、または３０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以下であり得る。特定の例として、酸化物半導体のｐ型導電性は、１０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ～５０ １／ｆΩ／ｍ／ｓであり得る。

【0047】

導電性は、第一原理計算およびボルツマン輸送方程式ならびにホール効果測定を用いて計算され得る。

【0048】

酸化物半導体のバンドギャップは、１ｅＶ以上、１．２ｅＶ以上、１．３ｅＶ以上、１．４ｅＶ以上、１．５ｅＶ以上、または１．６ｅＶ以上であり得る。加えて、酸化物半導体のバンドギャップは、３ｅＶ以下、２．５ｅＶ以下、２ｅＶ以下、または１．８ｅＶ以下であり得る。特定の例として、酸化物半導体のバンドギャップは、１．５ｅＶ～２ｅＶであり得る。バンドギャップは、例えば、ＵＶ可視光分光計でサンプルの吸光度を測定し、光学バンドギャップを計算するためのＴａｕｃプロットを描くことによって測定され得る。

【0049】

ある実施形態において、酸化物半導体は、８０ １／ｆΩ／ｍ／ｓ以上のｎ型導電性および１．５ｅＶ以上の測定バンドギャップを有し得る。

【0050】

従って、本発明による酸化物半導体を含む半導体デバイス、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、優れた性能を有し得る。

【0051】

Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスの電界効果移動度（μ_ＦＥ）は、例えば、０．００１ｃｍ^２／Ｖｓ以上、０．０１ｃｍ^２／Ｖｓ以上、０．１ｃｍ^２／Ｖｓ以上、０．２ｃｍ^２／Ｖｓ以上、０．３ｃｍ^２／Ｖｓ以上、０．４ｃｍ^２／Ｖｓ以上、または０．５ｃｍ^２／Ｖｓ以上、および１０ｃｍ^２／Ｖｓ以下、７ｃｍ^２／Ｖｓ以下、５ｃｍ^２／Ｖｓ以下、３ｃｍ^２／Ｖｓ以下、２ｃｍ^２／Ｖｓ以下、１ｃｍ^２／Ｖｓ以下、０．９ｃｍ^２／Ｖｓ以下、０．８ｃｍ^２／Ｖｓ以下、０．７ｃｍ^２／Ｖｓ以下、または０．６ｃｍ^２／Ｖｓ以下であり得る。特定の例として、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスの電界効果移動度（μ_ＦＥ）は、０．０１ｃｍ^２／Ｖｓ～１０ｃｍ^２／Ｖｓ、０.１ｃｍ^２／Ｖｓ～１０ｃｍ^２／Ｖｓ、０．０１ｃｍ^２／Ｖｓ～１ｃｍ^２／Ｖｓ、または０．１ｃｍ^２／Ｖｓ～５ｃｍ^２／Ｖｓであり得る。

【0052】

Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのオン／オフ比は、例えば、１．０×１０^２以上、１．０×１０^３以上、１．０×１０^４以上、３．０×１０^４以上、５．０×１０^４以上、７．０×１０^４以上、または９．０×１０^４以上、および１．０×１０^７以下、５．０×１０^６以下、３．０×１０^６以下、１．０×１０^６以下、５．０×１０^５以下、３．０×１０^５以下、または１．０×１０^５以下であり得る。特定の例として、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのオン／オフ比は、１．０×１０^２～１．０×１０^７、１．０×１０^２～１．０×１０^５、１．０×１０^３～１．０×１０^７、または１．０×１０^３～１．０×１０^５であり得る。

【0053】

Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのスレッショルド電圧（Ｖ_ｔｈ）は、例えば、－４０Ｖ以上、－３０Ｖ以上、－２０Ｖ以上、－１０Ｖ以上、０Ｖ以上、＋３Ｖ以上、＋５Ｖ以上、または＋７Ｖ以上、および＋４０Ｖ以下、＋３０Ｖ以下、＋２０Ｖ以下、または＋１０Ｖ以下であり得る。特定の例として、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのスレッショルド電圧（Ｖ_ｔｈ）は、－４０Ｖ～＋４０Ｖ、－１０Ｖ～＋３０Ｖ、または０Ｖ～２０Ｖであり得る。

【0054】

Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのサブスレッショルドスイング（ＳＳ）は、例えば、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上、０．５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上、１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上、１．５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上、または２Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以上、および３０Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下、１０Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下、５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下、または３Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下であり得る。特定の例として、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスのサブスレッショルドスイング（ＳＳ）は、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～３０Ｖ／ｄｅｃａｄｅ、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～１０Ｖ／ｄｅｃａｄｅ、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～３Ｖ／ｄｅｃａｄｅ、または１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～３０Ｖ／ｄｅｃａｄｅであり得る。

【0055】

ある実施形態において、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスは、ｎ型特性、０．１ｃｍ^２／Ｖｓ～１０ｃｍ^２／Ｖｓの電界効果移動度（μ_ＦＥ）、１．０×１０^３～１．０×１０^７のオン／オフ比、－４０Ｖ～＋４０Ｖのスレッショルド電圧（Ｖ_ｔｈ）、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～１０Ｖ／ｄｅｃａｄｅのサブスレッショルドスイング（ＳＳ）を有し得る。

【0056】

もう１つの実施形態において、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体デバイスは、ｐ型特性、０．０１ｃｍ^２／Ｖｓ～１ｃｍ^２／Ｖｓの電界効果移動度（μ_ＦＥ）、１．０×１０^２～１．０×１０^５のオン／オフ比、－４０Ｖ～＋４０Ｖのスレッショルド電圧（Ｖ_ｔｈ）、０．１Ｖ／ｄｅｃａｄｅ～３Ｖ／ｄｅｃａｄｅのサブスレッショルドスイング（ＳＳ）を有し得る。

【0057】

酸化物半導体の製造方法（溶液法）
本発明によれば、酸化物半導体は、溶液法または堆積法により製造され得る。

【0058】

ある実施形態によれば、酸化物半導体は、溶液法、例えばゾル－ゲル法により製造され得る。

【0059】

例えば、酸化物半導体の製造方法は、アルミニウム前駆体を含有する第１前駆体溶液およびアンチモン前駆体を含有する第２前駆体溶液を混合して、ゾル－ゲル溶液を調製すること、およびゾル－ゲル溶液を基材上にコーティングして、酸化物半導体薄膜を形成することを含む。

【0060】

酸化物半導体を製造するために使用されるアルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体のタイプは特に限定されない。

【0061】

例えば、アルミニウム前駆体は、塩化アルミニウム、塩化アルミニウム六水和物、酢酸アルミニウム、二酢酸アルミニウム、アルミニウムアセチルアセトネート、硫酸アルミニウム水和物、水酸化アルミニウム水和物、およびアルミニウムイソプロポキシドからなる群より選択される少なくとも１つであり得る。

【0062】

加えて、アンチモン前駆体は、塩化アンチモン（ＩＩＩ）、塩化アンチモン（Ｖ）、酢酸アンチモン（ＩＩＩ）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）、硫化アンチモン（Ｖ）、フッ化アンチモン（ＩＩＩ）、フッ化アンチモン（Ｖ）、およびアンチモンエトキシドからなる群より選択される少なくとも１つであり得る。

【0063】

第１前駆体溶液は、第１溶媒を含み得、および第２前駆体溶液は、第２溶媒を含み得る。

【0064】

第１溶媒および第２溶媒は、アルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体を溶解または分散させ得る溶媒である限り、特に限定されない。

【0065】

特に、第１溶媒および第２溶媒は、各々、アセトニトリル、エチレングリコール、２－メトキシエタノール、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、および脱イオン水からなる群より選択される少なくとも１つであってよい。

【0066】

従って、ゾル－ゲル溶液は、アセトニトリル、エチレングリコール、２－メトキシエタノール、エタノール、メタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、および脱イオン水からなる群より選択される少なくとも１つの溶媒を含み得る。ゾル－ゲル溶液は、１種または２種の溶媒の混合溶媒を含み得る。例として、これは、アセトニトリルおよびエチレングリコールの混合溶媒を含み得る。

【0067】

ある例において、アルミニウム前駆体は、酢酸アルミニウム、二酢酸アルミニウムまたはその他を含み、アンチモン前駆体は、酢酸アンチモンまたはその他を含み、およびゾル－ゲル溶液は、２－メトキシエタノール、メタノール、エタノールまたはその他のアルコール系溶媒を含む。

【0068】

もう１つの例において、アルミニウム前駆体は、酢酸アルミニウムなどを含み、アンチモン前駆体は、塩化アンチモンなどを含み、およびゾル－ゲル溶液は、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドまたはその他の非プロトン性極性溶媒を含む。

【0069】

もう１つの例において、アルミニウム前駆体は、塩化アルミニウムなどを含み、アンチモン前駆体は、塩化アンチモンなどを含み、およびゾル－ゲル溶液は、アセトニトリルとエチレングリコールとの混合溶媒を含む。混合溶媒におけるアセトニトリルとエチレングリコールとの重量比は、１０：１～１：１０であり得る。

【0070】

ゾル－ゲル溶液の濃度（すなわち、前駆体の濃度）は０．０１Ｍ以上、０．０５Ｍ以上、０．１Ｍ以上、または０．５Ｍ以上であり得、および１０Ｍ以下、５Ｍ以下、３Ｍ以下、２Ｍ以下、１．５Ｍ以下、または１Ｍ以下であり得る。特定の例として、ゾル－ゲル溶液の濃度は、０．０５Ｍ～３Ｍの範囲にあり得る。

【0071】

第１前駆体溶液および第２前駆体溶液は、１つ以上の添加剤を更に含み得る。添加剤は、例えば、脱イオン水、過酸化水素、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、およびアセチルアセトンからなる群より選択され得る。従って、ゾル－ゲル溶液は、脱イオン水、過酸化水素、モノエタノールアミン、およびアセチルアセトンからなる群より選択される１つ以上の添加剤を更に含み得る。添加剤の含有量は、ゾル－ゲル溶液の総重量に基づいて、０．０１重量％以上、０．１重量％以上、または０．５重量％以上、および２０重量％以下、１０重量％以下、５重量％以下、または１重量％以下であり得る。特定の例において、ゾル－ゲル溶液は、ゾル－ゲル溶液の総重量に基づいて、１重量％～２０重量％の脱イオン水を更に含み得る。もう１つの特定の例において、ゾル－ゲル溶液は、ゾル－ゲル溶液の総重量に基づいて、０．１重量％～５重量％のモノエタノールアミンを更に含み得る。

【0072】

第１前駆体溶液および第２前駆体溶液は、ホットプレートなどの加熱デバイスを用いて、一定温度条件下にて撹拌されて、ゾル－ゲル溶液が調製される。ゾル－ゲル溶液の調製の間の温度（ゾル－ゲル反応温度）は、２０℃以上、４０℃以上、６０℃以上、または８０℃以上であり得、および２００℃以下、１５０℃以下、または１２０℃以下であり得る。ゾル－ゲル溶液を調製するのに必要な時間は、１時間以上、２時間以上、または３時間以上であり得、および１０時間以下、８時間以下、または６時間以下であり得る。特定の例として、ゾル－ゲル溶液の調製は、２５℃～１４０℃にて１時間～７２時間で実施され得る。

【0073】

コーティングは、スピンコーティング、ディップコーティング、バーコーティングまたはドクターブレードを用いて実施され得る。スピンコーティングの速度は、例えば５００ｒｐｍ以上、１０００ｒｐｍ以上、または１５００ｒｐｍ以上であり得、および６０００ｒｐｍ以下、４０００ｒｐｍ以下、または３０００ｒｐｍ以下であり得る。

【0074】

コーティング後に得られるコーティング層は、熱処理に付してよい。

【0075】

熱処理は、空気または窒素雰囲気にて実施され得る。

【0076】

熱処理温度は、６０℃以上、９０℃以上、１００℃以上、１２０℃以上、または１５０℃以上であり得、および１０００℃以下、９００℃以下、７００℃以下、５００℃以下、３００℃以下、または２００℃以下であり得る。熱処理時間は、１０秒以上、３０秒以上、１分以上、５分以上、１０分以上、または３０分以上であり得、および７時間以下、５時間以下、３時間以下、２時間以下、または１時間以下であり得る。特定の例として、熱処理は、１５０℃～１０００℃の温度で３０分～５時間で実施され得る。より詳細には、熱処理は、１時間、３時間、または５時間で実施され得る。

【0077】

熱処理は、１回、または２回以上実施され得る。例えば、９０℃～２００℃の温度で３０秒～１時間の熱処理、９０℃～２００℃の温度で１分～１時間の熱処理、１５０℃～９００℃の温度で３０分～５時間の熱処理、および８０℃～３００℃の温度で１０分～３時間の熱処理から選択される少なくとも１つが実施され得る。あるいは、それらの２つ以上が連続的に実施され得る。

【0078】

熱処理は、オーブンまたは電気炉などの加熱デバイスを通って実施され得る。

【0079】

加えて、熱処理の前に先立って、コーティング層を乾燥およびゲル化させるための熱処理工程が実施され得る。乾燥およびゲル化のための熱処理は、ホットプレートなどを用いる一般的な熱処理であり得る。例えば、乾燥およびゲル化のための熱処理温度は、１００℃以上、１１０℃以上、１２０℃以上、または１３０℃以上であり得、および２００℃以下、１８０℃℃以下、１６０℃以下、１５０℃以下、または１４０℃以下であり得る。加えて、乾燥およびゲル化のための熱処理時間は、３０秒以上、１分以上、３分以上、５分以上、または１０分以上であり得、および２時間以下、１時間以下、３０分以下、または２０分以下であり得る。

【0080】

酸化物半導体の製造方法（堆積法）
もう１つの実施形態によれば、酸化物半導体は、堆積（deposition）法によって製造され得る。特に、酸化物半導体は、真空堆積（蒸着）、より詳細には、スパッタリング堆積（sputtering deposition）によって製造され得る。

【0081】

例えば、酸化物半導体の製造方法は、アルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体を基材上にスパッタリング堆積（sputtering-depositing）させて、アルミニウムおよびアンチモンを含有する酸化物半導体薄膜を形成することを含む。

【0082】

アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを含み得、およびアンチモン前駆体は、酸化アンチモンを含み得る。

【0083】

酸化アルミニウムは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３を含み得、およびアンチモン前駆体は、例えば、Ｓｂ_２Ｏ_３を含み得る。

【0084】

従って、スパッタリング堆積によって製造される酸化物半導体は、例えば、以下の式２に示されるような組成を有し得る。
［式２］
（Ａｌ_２Ｏ_３）_１－ａ（Ｓｂ_２Ｏ_３）_ａ
（式中、０＜ａ＜１）

【0085】

スパッタリング堆積は、例えば、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング、マグネトロンスパッタリング、バイアススパッタリング、反応性スパッタリングなどを使用して実施され得る。

【0086】

スパッタリング堆積は、放電ガス、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガスなどの不活性ガスを使用し得る。加えて、スパッタリング堆積は、反応ガス、例えば酸素ガスなどを使用し得る。

【0087】

詳細には、スパッタリング堆積は、アルゴンガスおよび酸素ガスを注入することによって実施され得る。例えば、酸素ガスの分圧は、アルゴンガスの分圧に基づいて、０％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、または５％以上であり得、および２０％以下、１５％以下、または１０％以下であり得る。

【0088】

詳細には、アルゴンガスおよび酸素ガスの分圧比は、２０：０．１～２０：２の範囲にあり得る。より詳細には、アルゴンガスおよび酸素ガスの分圧比は、２０：０．１～２０：１．５、２０：０．１～２０：０．７、２０：０．１～２０：０．３、２０：０．３～２０：２、２０：０.７～２０：２、２０：０．３～２０：０．７であり得る。

【0089】

スパッタリング堆積の間に印加されるＲＦ電力は、２０Ｗ以上、２５Ｗ以上、３０Ｗ以上、または５０Ｗ以上であり得、および５００Ｗ以下、３００Ｗ以下、２００Ｗ以下、１５０Ｗ以下、または１００Ｗ以下であり得、特定の例として、２５Ｗ～２００Ｗであり得る。

【0090】

スパッタリング堆積の間の操作圧力は、０．１ｍＴｏｒｒ以上、０．２ｍＴｏｒｒ以上、０．５ｍＴｏｒｒ以上、または１ｍＴｏｒｒ以上であり得、および１０ｍＴｏｒｒ以下、５ｍＴｏｒｒ以下、３ｍＴｏｒｒ以下、または２ｍＴｏｒｒ以下であり得、特定の例として、０．２ｍＴｏｒｒ～３ｍＴｏｒｒであり得る。

【0091】

上記実施形態による酸化物半導体の製造方法は、スパッタリング堆積後の熱処理を更に含み得る。

【0092】

熱処理は、空気または窒素雰囲気にて実施され得る。

【0093】

熱処理温度は、６０℃以上、９０℃以上、１００℃以上、１２０℃以上、または１５０℃以上であり得、および１０００℃以下、９００℃以下、７００℃以下、５００℃以下、３００℃以下、または２００℃以下であり得る。熱処理時間は、１０秒以上、３０秒以上、１分以上、５分以上、１０分以上、または３０分以上であり得、および７時間以下、５時間以下、３時間以下、２時間以下、または１時間以下であり得る。特定の例として、熱処理は、１５０℃～１０００℃の温度にて３０分～５時間で実施され得る。より詳細には、熱処理は、１時間、３時間、または５時間で実施され得る。

【0094】

熱処理は、オーブンまたは電気炉などの加熱デバイスを通って実施され得る。

【0095】

あるいは、熱処理は、電子ビーム処理を通じて実施され得る。

【0096】

例えば、加熱されるべきターゲットを電子ビーム加速器のチャンバーの内部に配置し、放電ガスで充たし、その後、ＲＦ電力を印加して、放電ガスを電子とイオンに分離するようにプラズマ状態を形成する。ＤＣ電圧が印加されると、電子は、加速チューブを通過するときに電子ビームの形態で加速され、ターゲットの表面に速やかに到達して衝突する。かかる電子ビーム処理は、熱処理と同様の効果を有しつつ、これは、電子ビーム処理後の組成、結晶性および電気特性を向上させるという利点を有する。

【0097】

アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガスが、電子ビーム処理の間の放電ガスとして使用され得る。放電ガスの流量は、例えば、１ｓｃｃｍ以上、５ｓｃｃｍ以上、または１０ｓｃｃｍ以上であり得、および５０ｓｃｃｍ以下、３０ｓｃｃｍ以下、または１５ｓｃｃｍ以下であり得る。

【0098】

加えて、電子ビーム処理の間、プラズマの密度は、ラジオ周波数（ＲＦ）電力を調節することによって制御され得、および電子ビームの加速の程度は、直流（ＤＣ）電圧を調節することによって制御され得、これにより、さまざまな特性を有する金属酸化物層の製造が可能になる。

【0099】

例えば、電子ビーム処理の間のプラズマ密度を制御するためのＲＦ電力は、１００Ｗ以上、１５０Ｗ以上、２００Ｗ以上、２５０Ｗ以上、または３００Ｗ以上に調節され得、および７００Ｗ以下、５００Ｗ以下、４５０Ｗ以下、４００Ｗ以下、または３５０Ｗ以下に調節され得る。加えて、電子ビーム処理の間の電子ビーム加速のためのＤＣ電圧は、１００Ｖ以上、２００Ｖ以上、３００Ｖ以上、４００Ｖ以上、または５００Ｖ以上に調節され得、および１５００Ｖ以下、１３００Ｖ以下、１１００Ｖ以下、９００Ｖ以下、８００Ｖ以下、７００Ｖ以下、または６００Ｖ以下に調節され得る。加えて、電子ビーム処理時間は、１０秒以上、３０秒以上、１分以上、２分以上、または３分以上であり得、および３０分以下、２０分以下、１０分以下、７分以下、または５分以下であり得る。特定の例として、電子ビーム処理は、１５０Ｗ～５００ＷのＲＦ電力および２００Ｖ～１０００ＶのＤＣ電圧にて、３０秒～１０分間で実施され得る。

【0100】

このようにして調製される酸化物半導体薄膜は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、または３０ｎｍ以上の厚さを有し得、および５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、または５０ｎｍ以下であり得る。例として、酸化物半導体薄膜の厚さは、５ｎｍ～５０ｎｍであり得る。特定の例として、酸化物半導体薄膜の厚さは、１０ｎｍ～１００ｎｍであり得る。より詳細には、酸化物半導体薄膜の厚さは、１０ｎｍ～５０ｎｍ、１０ｎｍ～４０ｎｍ、１０ｎｍ～２５ｎｍ、２０ｎｍ～１００ｎｍ、２０ｎｍ～５０ｎｍ、２０ｎｍ～４０ｎｍ、４０ｎｍ～１００ｎｍ、または２０ｎｍ～４０ｎｍであり得る。

【0101】

半導体デバイス
本発明による酸化物半導体は、優れた導電性およびバンドギャップを有し、よって、これは半導体デバイスに適用され得る。従って、本発明は、上述の酸化物半導体を含む半導体デバイスを提供する。

【0102】

本発明による半導体デバイスは、基材と、基材上に形成された半導体層とを含み、半導体層は、上述の酸化物半導体を含む。加えて、半導体デバイスは、基材と半導体層との間に誘電体層を更に含み得る。加えて、半導体デバイスは、半導体層上に電極を更に含み得る。

【0103】

図２は、ある実施形態による酸化物半導体を含む半導体デバイスの断面図である。図２を参照して、ある実施形態による半導体デバイスは、基材（１００）と、基材（１００）上に形成された誘電体層（２００）と、酸化物半導体を含み、誘電体層（２００）上に形成された半導体層（３００）と、半導体層（３００）上に形成された電極（４００）とを含む。ここで、酸化物半導体は、上述したようなアルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物を含む。

【0104】

基材は、半導体デバイスを形成するための土台であり、材料の観点から特に限定されないが、例えば、シリコン、ガラス、プラスチック、金属箔などであってよい。基材は、板状であってよく、または基材上にモリブデン（Ｍｏ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を堆積およびパターニングすることよって所定のパターンを有するように形成されたものであってよい。あるいは、基材は、ゲート電極として使用される導電性材料としての金属または金属酸化物を含み得る。詳細には、これは、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）および銀（Ａｇ）の少なくとも１つを含み得る。基材の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以上、または１ｍｍ以上であり得、および１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、または２ｍｍ以下であり得る。

【0105】

誘電体層は、基材上に形成され、基材、半導体層および電極を絶縁するように機能する。誘電体層は、一般的な半導体プロセスにおいて使用される絶縁材料を含み得る。例えば、誘電体層は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、および窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）からなる群より選択される誘電体の少なくとも１つを含み得る。誘電体層は、真空堆積（または真空蒸着）、化学的気相堆積（または化学的気相成長）、物理的気相堆積（または物理蒸着）、原子層堆積、有機金属化学的気相堆積、プラズマ化学的気相堆積、分子線エピタキシー、ハイドライド気相エピタキシー、スパッタリング、スピンコーティング、およびディップコーティングなどの方法を使用して形成され得る。誘電体層は、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、または５０ｎｍ以上の厚さを有し得、および５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下であり得る。例として、誘電体層の厚さは、５０ｎｍ～２００ｎｍであり得る。

【0106】

半導体層は、上述した酸化物半導体から成り、すなわち、これは、アルミニウム（Ａｌ）およびアンチモン（Ｓｂ）を含有する酸化物を含む。半導体層は、上述した溶液法または堆積法により形成され得る。半導体層は、本発明の酸化物半導体以外の追加の酸化物半導体を更に含み得る。追加の酸化物半導体は、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、インジウムスズ亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム酸化物（ＩｎＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウムガリウム酸化物（ＩＧＯ）、亜鉛スズ酸化物（ＺＴＯ）、シリコンインジウム亜鉛酸化物（ＳＩＺＯ）、ガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、ハフニウムインジウム亜鉛酸化物（ＨＩＺＯ）、およびアルミニウム亜鉛スズ酸化物（ＡＺＴＯ）から選択される少なくとも１つであり得る。半導体層は、１ｎｍ以上、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、または３０ｎｍ以上の厚さを有し得、および５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、または５０ｎｍ以下であり得る。例として、半導体層の厚さは、５ｎｍ～５０ｎｍであり得る。特定の例として、半導体層の厚さは、１０ｎｍ～１００ｎｍであり得る。より詳細には、半導体層の厚さは、１０ｎｍ～５０ｎｍ、１０ｎｍ～４０ｎｍ、１０ｎｍ～２５ｎｍ、２０ｎｍ～１００ｎｍ、２０ｎｍ～５０ｎｍ、２０ｎｍ～４０ｎｍ、４０ｎｍ～１００ｎｍ、または２０ｎｍ～４０ｎｍであり得る。

【0107】

電極は、ソース電極およびドレイン電極を含み得、これらは、互いに離間して配置され、半導体層に電気的に接続され得る。電極は、金属材料から形成され得る。例えば、これは、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ネオジウム（Ｎｄ）、銅（Ｃｕ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、およびインジウムスズ亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）からなる群より選択される少なくとも１つを含み得るが、これらに限定されない。電極は、半導体層上に導電性フィルムを堆積し、その上にフォトレジストパターンを形成し、およびこれをマスクとして用いて導電性フィルムをパターニングすることによって、得られ得る。導電性フィルムは、真空堆積（または真空蒸着）、化学的気相堆積（または化学的気相成長）、物理的気相堆積（または物理蒸着）、原子層堆積、有機金属化学的気相堆積、プラズマ化学的気相堆積、分子線エピタキシー、ハイドライド気相エピタキシー、スパッタリング、スピンコーティング、およびディップコーティングなどの方法を使用して形成され得る。

【0108】

電極は、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、または５０ｎｍ以上の厚さを有し得、５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下であり得る。例として、電極の厚さは、１０ｎｍ～２００ｎｍであり得る。

【0109】

本発明の半導体デバイスは、ディスプレイデバイスに適用される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として使用され得、および特に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として使用され得る。

【0110】

従って、本発明は、上記の半導体デバイスを含む電界効果トランジスタおよび薄膜トランジスタを提供する。

【0111】

詳細には、本発明の半導体デバイスは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）デバイスに使用されるピクセル駆動デバイスなどのトランジスタとして使用され得る。

【0112】

本発明による半導体デバイスは、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、スレッショルド電圧（Ｖ_ｔｈ）、サブスレッショルドスイング（ＳＳ）の点で優れており、よって、従来使用されている酸化物半導体（例えばＩＧＺＯ）を置き換えることによって、ディスプレイデバイスなどに利用され得る。

【0113】

従って、本発明は、薄膜トランジスタを含むディスプレイデバイスも提供する。

【0114】

１つの例として、ディスプレイデバイスは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）デバイスであり、液晶ディスプレイデバイスは、偏光子（または偏光板）、液晶ディスプレイパネル、バックライトユニット、および他の光学シートを含み得る。詳細には、液晶ディスプレイパネルは、カラーフィルタ、液晶セル、および駆動基板を含み得、および駆動基板は薄膜トランジスタを備え得る。

【0115】

もう１つの例として、ディスプレイデバイスは、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）デバイスであり、有機発光ディスプレイデバイスは、偏光子および有機発光ディスプレイパネルを含み得る。詳細には、有機発光ディスプレイパネルは、有機発光基板および駆動基板を含み得、および駆動基板は薄膜トランジスタを備え得る。

【0116】

本発明の上述したようなＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体を含有する薄膜トランジスタを用いるディスプレイデバイスは、優れた性能を示すことができる。

【実施例】

【0117】

以下、本発明の理解の助けとするために実施例が記載される。しかしながら、本発明はこれら実施例の範囲に限定されない。

【0118】

実施例Ａ：溶液法によるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体の調製
工程１：ゾル－ゲル溶液の調製
０．１Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．１Ｍの酢酸アンチモンを、溶媒としての５ｍＬの２－メトキシエタノールに添加し、および触媒としての１２０μＬのモノエタノールアミンをこれに添加した。その後、撹拌機内で８０℃にて７００ＲＰＭで２時間撹拌して、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系ゾル－ゲル溶液を調製した。

【0119】

工程２：ゾル－ゲルコーティング層の調製
上記で調製したゾル－ゲル溶液を１μｍのシリンジフィルターでろ過した。１００ｎｍのＳｉＯ_２誘電体層を堆積したＳｉ基材の表面特性を増強（または改質）させるため、ＵＶ／オゾン（ＵＶＯ）処理を１０分間実施した。その後、１５０μＬのろ過したＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系ゾル－ゲル溶液を、基材上に適用（または塗布）し、スピンコーターを用いて、３０００ｒｐｍで２０秒間スピンコーティングを実施した。コーティング後、ホットプレート上にて１５０℃で１０分間の熱処理を実施して、コーティング層（薄膜）を形成した。

【0120】

工程３：熱処理
形成された薄膜を酸化して、薄膜の物理特性を増強させるため、電気炉を用いて熱処理を実施した。このとき、熱処理を１～５時間にて２００～８００℃の範囲のさまざまな温度条件にて実施した。

【0121】

その後、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製し、その特性をテストした。

【0122】

以下の表１および２に示す溶媒、前駆体およびプロセス条件を用いて、実施例Ａの方法に従って溶液法を実施することによって、さまざまな酸化物半導体を作製した。

【0123】

【表1】

【0124】

【表2】

【0125】

以下の表３は、実施例によるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体のバンドギャップおよび導電性を示し、これは、薄膜トランジスタに適用可能なレベルにあることが確認される。ここで、バンドギャップは、ＵＶ可視光分光計でサンプルの吸光度を測定し、Ｔａｕｃプロットを描くことによって計算し、および導電性は、第一原理計算およびボルツマン輸送方程式を用いて計算した。

【0126】

【表3】

【0127】

実施例Ａ1：ＡｌおよびＳｂの組成比における変更
２－メトキシエタノールまたはアセトニトリル／エチレングリコールを溶媒として使用し、アルミニウム前駆体およびアンチモン前駆体を含有するゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして厚さ２７ｎｍの酸化物半導体薄膜を得、４００℃で熱処理したこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。このとき、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体におけるＡｌ：Ｓｂの元素モル比が５：１、３：１、１：１、１：３、または１：５となるように調節するよう、前駆体モル比を変更した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0128】

図４ａ～５ｃは、さまざまなＡｌ：Ｓｂのモル比および溶媒を用いて溶液法により作製された酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、Ａｌ：Ｓｂのモル比および溶媒に依存して変化した。Ａｌ：Ｓｂのモル比が約１：１であったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0129】

実施例Ａ２：熱処理条件における変更
５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして厚さ２７ｎｍの酸化物半導体薄膜を得たこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。これにより得られた酸化物半導体薄膜を空気または窒素雰囲気中にて２００℃、４００℃、６００℃または８００℃の温度で熱処理した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0130】

図６ａ～７ｄは、溶液法の後、さまざまな条件で熱処理した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、熱処理の間の雰囲気（酸素または窒素）および熱処理温度に依存して変化した。熱処理温度が約４００～６００℃であったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0131】

実施例Ａ３：薄膜厚さにおける変更
５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして酸化物半導体薄膜を得、これを４００℃で熱処理したこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。このとき、酸化物半導体薄膜の厚さが４５ｎｍ、３５ｎｍ、２７ｎｍ、または１５ｎｍになるように調節するよう、スピンコーティングのｒｐｍを変更した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0132】

図８ａ～８ｄは、溶液法の後、さまざまな薄膜厚さで作製した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、酸化物半導体薄膜の厚さに依存して変化した。酸化物半導体薄膜の厚さが約２０～３０ｎｍであったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0133】

実施例Ａ４：添加剤の使用
５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして酸化物半導体薄膜を得、これを４００℃で熱処理したこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。このとき、０．２ｍＬの脱イオン水または０．１２０ｍＬのモノエタノールアミンを更にゾル－ゲル溶液に添加し、前記手順を実施した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0134】

図９ａおよび９ｂは、さまざまな添加剤を用いて溶液法により作製した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、添加剤に依存して変化した。添加剤を使用しなかったときに比較して、高いμ_ＦＥを示した。

【0135】

テスト実施例１：酸化物半導体デバイスの電気特性
実施例で作製した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の電気特性をテストした。ＴＦＴの電気特性を伝達曲線および出力曲線の双方を測定することによって規定した。伝達曲線において、Ｖ_Ｇを－４０Ｖ～４０Ｖの範囲で０．５Ｖきざみで合計１６１点に適用して、およびＶ_Ｄを、０.１Ｖ～２０．１Ｖの間でさまざまな値を適用することによって測定した。出力曲線において、Ｖ_Ｄを、０～４０Ｖの範囲で０．５Ｖきざみで合計８１点にて測定し、およびＶ_Ｇを、０～２５Ｖの範囲で５Ｖきざみで測定した。測定は、Hewlett Packard 4145B半導体パラメータ分析器を用いて実施した。

【0136】

テスト実施例２：ＴＧ－ＤＴＡ
Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体についての合成状態を、熱重量－示差熱分析器（ＴＧ-ＤＴＡ）を用いて確認した。

【0137】

５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして酸化物半導体を得たこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。このようにして得られた酸化物半導体を、ＴＧ-ＤＴＡによって、０℃～１２００℃の変化する温度での熱処理に付しながら分析した。

【0138】

図１０は、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体のＴＧ－ＤＴＡ分析結果を示す。これは、５００℃付近で最も安定な状態であり、十分な合成が達成されたことを示す。

【0139】

テスト実施例３：ＸＲＤ
Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体の結晶性および結晶化温度を、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析により測定した。

【0140】

５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして厚さ１００ｎｍの酸化物半導体薄膜を得たこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。これにより得られた酸化物半導体を空気中にて２００℃、４００℃、６００℃、８００℃、および１０００℃の温度でそれぞれ熱処理し、ＸＲＤ分析を実施した。

【0141】

図１１は、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体のＸＲＤ分析結果を示す。２００℃、４００℃および６００℃では特性ピークは現れず、これらはアモルファスであったことを示し、８００℃および１００℃では特性ピークが現れ、これらは結晶性であったことを示す。

【0142】

テスト実施例４：ＸＰＳ
Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体の組成比を、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により分析した。

【0143】

５ｍＬの２－メトキシエタノールを溶媒として使用し、０．４Ｍのアルミニウムアセチルアセトネートおよび０．４Ｍの塩化アンチモンを前駆体として含有する０．８Ｍのゾル－ゲル溶液を調製し、その後、スピンコーティングして厚さ２７ｎｍの酸化物半導体薄膜を得、４００℃で熱処理したこと以外は、実施例Ａと同じ手順を繰り返した。

【0144】

図１２は、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体のＸＰＳ分析結果を示す。この結果から酸化物に含有される各元素の含有量を計算し、以下の表に示す。図１２で分析された酸化物半導体は、約１：１のＡｌおよびＳｂの元素モル比を有することが確認された。

【0145】

【表4】

【0146】

実施例Ｂ：スパッタリング堆積によるＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体の調製
工程１：前駆体の準備
純度９９．９９％のＡｌ_２Ｏ_３のターゲットおよび純度９９．９９％のＳｂ_２Ｏ_３のターゲットを、厚さ４ｍｍおよび長さ２インチでそれぞれ準備した。ターゲットに電流をスムースに伝達し、結合表面の温度を維持するために、バックプレートとして厚さ２ｍｍの銅（Ｃｕ）を組み合わせた。

【0147】

工程２：スパッタリング堆積
Ｓｉ／ＳｉＯ_２基材上にＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系薄膜を堆積した。これは、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｂ_２Ｏ_３のターゲットにＲＦ電力をそれぞれ適用することによる同時スパッタリング法を用いて実施した。ＲＦ電力は、Ａｌ_２Ｏ_３に対して２５～１５０Ｗの範囲およびＳｂ_２Ｏ_３に対して１５～７０Ｗの範囲におけるさまざまな組み合わせで供給した。

【0148】

工程３：熱処理
形成した薄膜を合成し、および薄膜の物理特性を増強するために、電気炉を用いて熱処理を実施した。このとき、熱処理を２００～８００℃の範囲内のさまざまな温度条件で１～５時間実施した。

【0149】

このようにして得られた酸化物半導体薄膜上に厚さ１００ｎｍのＩＴＯ電極を堆積して、薄膜トランジススタ（ＴＦＴ）を作製し、その特性をテストした。

【0150】

実施例Ｂ１：Ａｌ：Ｓｂのモル比における変更
実施例Ｂと同じ手順を繰り返して、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体薄膜を得、これは４０℃で熱処理した。このとき、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体におけるＡｌ：Ｓｂのモル比が５：１、３：１、１：１、１：３、または１：５となるように調節するよう、Ａｌ前駆体およびＳｂ前駆体に適用されるＲＦ電力を変更した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0151】

図１３ａ～１３ｅは、さまざまなＡｌ：Ｓｂのモル比での堆積法により作製された酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、Ａｌ：Ｓｂのモル比に依存して変化した。Ａｌ：Ｓｂのモル比が約１：１であったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0152】

実施例Ｂ２：アルゴン：酸素の分圧比における変更
実施例Ｂと同じ手順を繰り返して、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体薄膜を得、これは４０℃で熱処理した。このとき、Ａｒ：Ｏ_２の分圧比が２０：０．１、２０：０．５、および２０：１．０となるようにそれぞれ調節しながら、スパッタリングを実施した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0153】

図１４ａ～１４ｃは、Ａｒ：Ｏ_２のさまざまな分圧比にて堆積法により作製された酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、Ａｌ：Ｏ_２の分圧比に依存して変化した。Ａｌ：Ｏ_２の分圧比が約２０：１であったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0154】

実施例Ｂ３：熱処理温度における変更
Ａｒ：Ｏ_２の分圧比を２０：０．１に設定し、ＲＦ電力をＡｌに対して１５０ＷおよびＳｂに対して３０Ｗに設定しながら、スパッタリング堆積を１０００秒間実施したこと以外は、実施例Ｂと同じ手順を繰り返して、厚さ３０ｎｍのＡｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体薄膜を得た。これにより得られた酸化物半導体薄膜を空気雰囲気中にて２００℃、４００℃、６００℃または８００℃の温度で熱処理した。その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0155】

図１５ａ～１５ｄは、堆積法の後、さまざまな温度で熱処理した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、熱処理温度に依存して変化した。熱処理温度が約４００℃であったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【0156】

実施例Ｂ４：薄膜厚さにおける変更
Ａｒ：Ｏ_２の分圧比を２０：０．１に設定し、ＲＦ電力をＡｌに対して１５０ＷおよびＳｂに対して３０Ｗに設定しながら、スパッタリング堆積を実施したこと以外は、実施例Ｂと同じ手順を繰り返して、Ａｌ－Ｓｂ－Ｏ系酸化物半導体薄膜を得た。

【0157】

このとき、スパッタリング堆積した酸化物半導体薄膜の厚さを１５ｎｍ、３０ｎｍ、または４５ｎｍに調節した。

【0158】

その後、ＩＴＯ電極を酸化物半導体薄膜上に堆積し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製して、その電気特性をテストした。

【0159】

図１６ａ～１６ｃは、堆積法を通じてさまざまな薄膜厚さで作製した酸化物半導体デバイスのテスト結果を示す。テストの結果、電界効果移動度（μ_ＦＥ）、オン／オフ比、Ｖ_ｔｈ、およびＳＳが、酸化物半導体薄膜の厚さに依存して変化した。酸化物半導体薄膜の厚さが約３０ｎｍであったときに、最も高いμ_ＦＥを示した。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図6d】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図7d】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図8d】

【図9a】

【図9b】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13a】

【図13b】

【図13c】

【図13d】

【図13e】

【図14a】

【図14b】

【図14c】

【図15a】

【図15b】

【図15c】

【図15d】

【図16a】

【図16b】

【図16c】

【国際調査報告】