用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液、n-型氧化物半导体膜制造方法和场效应晶体管制造方法技术

用于形成n‑型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液包括：A组元素，其为选自如下的至少一种：Sc、Y、Ln、B、Al、和Ga；B组元素，其为如下的至少一种：In和Tl；C组元素，其为选自如下的至少一种：第4族元素、第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第14族元素、第15族元素、和第16族元素；和溶剂。

Coating solution for forming n- type oxide semiconductor film, manufacturing method of n- oxide semiconductor film and manufacturing method of field effect transistor

The coating solution for the formation of the n oxide semiconductor film, which includes the A group elements, which are selected from at least one of the following: Sc, Y, Ln, B, Al, and Ga; the B group elements are at least one of the following: In and Tl; the C group elements are selected from at least one of the following fourth, fifth, sixth. Family elements, seventh family elements, eighth family elements, Ninth family elements, tenth family elements, fourteenth family elements, Fifteenth family elements, and sixteenth family elements; and solvents.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液、n-型氧化物半导体膜制造方法和场效应晶体管制造方法
本专利技术涉及用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液、用于制造n-型氧化物半导体膜的方法、和用于制造场效应晶体管的方法。
技术介绍
近年来，已经发现In-Ga-Zn-O(IGZO)n-型氧化物半导体是呈现出比非晶形的硅高的载流子迁移率的半导体。已经积极地开发在活性层中包括这些IGZO氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)(参见例如NPL1)。用于形成这样的氧化物半导体薄膜的典型方法包括溅射方法和激光消融方法。然而，这些真空工艺需要复杂且昂贵的设备并且涉及高的工艺成本，这是有问题的。所述真空工艺难以实现均匀的目标配方。特别地，所述真空工艺难以获得其中均匀地添加痕量元素的膜。此外，由于真空工艺的使用，难以减少所述膜中的氧空位的量。这导致所述膜的性质的不稳定性。在这样的情况下，近来已经注意到了液相方法，其简单且能够实现成本降低。然而，通过这些工艺制造的IGZO氧化物TFT仍然具有不足的性质(参见例如PTL1)。因此，目前，对于提供如下的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液存在需要：所述涂布液能够以简单的方式在低的工艺温度下形成具有期望的体积电阻率的大面积n-型氧化物半导体膜并且能够高度精确地形成具有期望形状的n-型氧化物半导体膜。引文列表专利文献PTL1：日本专利No.4767616非专利文献NPL1：Science,Vol.300,(2003)1269
技术实现思路
技术问题本专利技术目标是提供用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液能够以简单的方式在低的工艺温度下形成具有期望的体积电阻率的大面积的n-型氧化物半导体膜并且能够高度精确地形成具有期望形状的n-型氧化物半导体膜。问题的解决方案用于解决前述问题的手段如下。即，本专利技术的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液包括：A组元素，其为选自如下的至少一种：Sc、Y、Ln、B、Al、和Ga；B组元素，其为如下的至少一种：In和Tl；C组元素，其为选自如下的至少一种：第4族元素、第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第14族元素、第15族元素、和第16族元素；和溶剂。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以良好可控且简单的方式在低的工艺温度下均匀地制造具有期望的体积电阻率和期望的载流子密度的大面积的稳定的n-型氧化物半导体膜。此外，还可提供用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液能够高度精确地形成具有期望形状的n-型氧化物半导体膜。附图说明[图1]图1为说明底栅/底接触场效应晶体管的一个实例的示意性结构图。[图2]图2为说明底栅/顶接触场效应晶体管的一个实例的示意性结构图。[图3]图3为说明顶栅/底接触场效应晶体管的一个实例的示意性结构图。[图4]图4为说明顶栅/顶接触场效应晶体管的一个实例的示意性结构图。[图5A]图5A为说明本专利技术的场效应晶体管制造方法的一个实例的图(部分1)。[图5B]图5B为说明本专利技术的场效应晶体管制造方法的一个实例的图(部分2)。[图5C]图5C为说明本专利技术的场效应晶体管制造方法的一个实例的图(部分3)。[图5D]图5D为说明本专利技术的场效应晶体管制造方法的一个实例的图(部分4)。[图6]图6为实施例1-13中制备的精细图案的显微照片。[图7]图7为表示实施例1-28中制备的场效应晶体管的栅电压(Vgs)与在源电极和漏电极之间的电流(Ids)之间的关系的图。具体实施方式(用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液)本专利技术的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液至少包括A组元素、B组元素、C组元素、和溶剂，并且如果需要，进一步包括其它组分。B组元素为本专利技术的涂布液的主要构成元素。A组元素防止归因于B组元素的氧空位的产生。C组元素实现替代掺杂(置换掺杂，substitutionaldoping)。<第一方面>在第一方面中，本专利技术的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液至少包括A组元素、B组元素、C组元素、和溶剂，并且如果需要，进一步包括其它组分。A组元素为选自如下的至少一种：Sc、Y、Ln(镧系元素)、B、Al、和Ga。这些元素属于第3族元素或第13族元素。B组元素为In和Tl的至少一种。这些元素属于第13族元素。C组元素为选自如下的至少一种：第4族元素、第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第14族元素、第15族元素、和第16族元素。第一方面的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液优选地通过如下获得：将作为无机盐、氧化物、氢氧化物、有机酸盐、金属烷氧化物(烷氧基金属)、有机金属(有机金属化合物，organometallics)、和金属络合物的至少一种形式的A组元素、B组元素、和C组元素溶解在所述溶剂中。所述无机盐、所述氧化物、所述氢氧化物、所述有机酸盐、所述金属烷氧化物、所述有机金属、和所述金属络合物没有特别限制，只要这些均匀地溶解于所述溶剂中。所述无机盐、所述氧化物、所述氢氧化物、所述有机酸盐、所述金属烷氧化物、所述有机金属、和所述金属络合物可在所述溶剂中解离以变成离子。当所述无机盐、所述氧化物、所述氢氧化物、所述有机酸盐、所述金属烷氧化物、所述有机金属、和所述金属络合物溶解于所述用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液中时，所述用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液中的浓度偏析几乎不发生。因此，所述用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液可长期使用。而且，由该涂布液制备的薄膜还具有均匀的配方，并且因此包括所述薄膜作为活性层的TFT还在性质方面具有优异的均匀性。要求氧化物半导体具有高的迁移率。B组元素为本专利技术的涂布液的主要构成元素并且在由本专利技术的涂布液制备的氧化物薄膜的电子结构中构成导带的底部。即，In和Tl的未被占据的5s-和6s-轨道构成具有低的有效质量的导带的底部，其实现了高的迁移率。同时，B组元素的氧化物容易产生氧空位以产生电子载流子。然而，这些氧空位不稳定，并且通过外部气氛和后工艺而容易变化，从而导致电性质的不稳定性。对氧具有高的亲和性的A组元素用于消除这样的不稳定性。当由本涂布液制备的氧化物薄膜包括一定量的A组元素时，可抑制氧空位的产生，同时保持B组元素形成的电子结构。氧空位的产生被组合使用的A组元素和B组元素所抑制。因此，在此状态下，电子载流子的数量不足。当将C组元素添加至所述涂布液时，可实现替代掺杂以产生足够数量的电子载流子。C组元素优选地在所述氧化物中以为正四价到八价的状态存在。该状态有效地产生电子载流子。类似于B组元素，A组元素在所述氧化物中典型地为三价并且既未导致载流子产生，也未导致补偿。C组元素的添加可实现良好可控的稳定的载流子产生。A组元素更优选为Sc、Y、和Ln(镧系元素)。这些元素和B组元素(In和Tl)的复合氧化物(复氧化物，络合物氧化物，complexoxide)均具有方铁锰矿结构。方铁锰矿结构是各向同性的并且是这样的结构：MO6(M为中心金属)八面体集中。即使X-射线衍射或电子束衍射显示非晶形的，该局部结构也得以保持。因此，当将C组元素添加至所述涂布液时，有效地实现了替代掺杂。A组元素的Al和Ga的氧化物具有刚玉结构和β-Ga2O3结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于形成n‑型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液包括：A组元素，其为选自如下的至少一种：Sc、Y、Ln、B、Al、和Ga；B组元素，其为如下的至少一种：In和Tl；C组元素，其为选自如下的至少一种：第4族元素、第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第14族元素、第15族元素、和第16族元素；和溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 JP 2015-181732;2016.07.22 JP 2016-144851.用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液包括：A组元素，其为选自如下的至少一种：Sc、Y、Ln、B、Al、和Ga；B组元素，其为如下的至少一种：In和Tl；C组元素，其为选自如下的至少一种：第4族元素、第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第14族元素、第15族元素、和第16族元素；和溶剂。2.根据权利要求1的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述A组元素为选自如下的至少一种：Sc、Y、和Ln。3.根据权利要求1或2的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述A组元素与所述B组元素的组合为能够形成方铁锰矿结构的复合氧化物的组合。4.根据权利要求1-3任一项的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述C组元素为选自如下的至少一种：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Se、和Te。5.用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，所述涂布液包括：A组元素，其为选自如下的至少一种：Zr、Hf、Ce、Si、和Ge；B组元素，其为选自如下的至少一种：Ti、Sn、和Pb；C组元素，其为选自如下的至少一种：第5族元素、第6族元素、第7族元素、第8族元素、第9族元素、第10族元素、第15族元素、和第16族元素；和溶剂。6.根据权利要求5的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述C组元素为选自如下的至少一种：V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Ru、Os、Ir、Pt、Sb、Bi、Se、和Te。7.根据权利要求1-6任一项的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述A组元素的原子总数(NA)和所述B组元素的原子总数(NB)满足下式(1)：[数学式1]0.02≤[NA/NB]≤0.2式(1)。8.根据权利要求1-7任一项的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述C组元素的原子总数(NC)和所述B组元素的原子总数(NB)满足下式(2)：[数学式2]0.0001≤[NC/NB]≤0.05式(2)。9.根据权利要求1-8任一项的用于形成n-型氧化物半导体膜的涂布液，其中所述涂布液是通过将包括所述A组元素的含A组元素的化合物、包括所述B组元素的含B组元素的化合物、和包括所述C组元素的含C组元素的化合物溶解在所述溶剂中而获得的，其中所述含A组元素的化合物包括选自如下的至少一种：无机盐、氧化物、氢氧化物、有机酸盐、金属烷氧化物、有机金...

【专利技术属性】
技术研发人员：植田尚之，中村有希，安部由希子，松本真二，曾根雄司，早乙女辽一，新江定宪，草柳岭秀，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本,JP