(57)【要約】【課題】ノーマリーオフのＴＦＴ特性を示す酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ、及びその製造方法を提供する。【解決手段】酸化インジウムと、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物をＭ２Ｏ３としたときに、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）の値が、０．１以上０．４以下で含む酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化インジウムと、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物をＭ２Ｏ３としたときに、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）の値が、０．１以上０．４以下で含む酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記酸化物半導体膜が非晶質である請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記薄膜トランジスタの構造が、エッチストッパー型の薄膜トランジスタである請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記酸化物半導体膜をスパッタリングで成膜する工程を含み、該スパッタリング中の酸素濃度を２〜２０体積％とし、基板温度を室温から２００℃以下とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記酸化物半導体膜を、ソース・ドレイン電極を形成後に、１５０〜４５０℃で０．５〜１２００分間熱処理する請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタに関する。より詳細には、本発明は、酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のアモルファスＩＧＺＯは薄膜トランジスタとして良好な特性を示すことが知られている。しかしながら、ＩＧＺＯを成分とする薄膜トランジスタは、成分がＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯからなる４元系の酸化物からなる。この場合、それぞれの金属成分のスパッタ率や、基板への付着率が異なるためにスパッタリングターゲットの組成と得られる薄膜の組成が変化したり、大型成膜装置にて成膜した場合にガラスの中心部分と周辺部分の組成が異なる場合があり、ガラス中心部と周辺部のトランジスタ特性（移動度、閾値電圧Ｖｔｈ、Ｓ値）が異なる場合があり、これらの均一性を上げることが困難な場合があった。
【０００３】
また、酸化インジウムを用いた結晶質薄膜トランジスタの報告もある（特許文献１）が、この場合は、ノーマリーオンの薄膜トランジスタ特性しか示さず、ノーマリーオフの非晶質薄膜トランジスタが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３０８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ノーマリーオフの薄膜トランジスタ特性を示す酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ、及びその製造方法を提供することである。本発明において「ノーマリーオフ」とは、閾値電圧の値が正である場合と定義する。閾値電圧は伝達曲線（ドレイン電流−ゲート電圧）のグラフのＸ切片から求める。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を行い、酸化インジウムと、特定元素の酸化物から選ばれた１種又は２種以上の酸化物とを含む酸化物半導体を含む酸化物薄膜トランジスタが、ノーマリーオフの薄膜トランジスタ特性を示すことを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
本発明によれば、以下の薄膜トランジスタ及びその製造方法が提供される。
１．酸化インジウムと、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物をＭ２Ｏ３としたときに、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）の値が、０．１以上０．４以下で含む酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ。
２．前記酸化物半導体膜が非晶質である上記１に記載の薄膜トランジスタ。
３．前記薄膜トランジスタの構造が、エッチストッパー型の薄膜トランジスタである上記１又は２に記載の薄膜トランジスタ。
４．前記酸化物半導体膜をスパッタリングで成膜する工程を含み、該スパッタリング中の酸素濃度を２〜２０体積％とし、基板温度を室温から２００℃以下とする上記１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
５．前記酸化物半導体膜を、ソース・ドレイン電極を形成後に、１５０〜４５０℃で０．５〜１２００分間熱処理する上記４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノーマリーオフの薄膜トランジスタ特性を示す酸化物薄膜トランジスタが提供できる。
本発明によれば、ノーマリーオフの薄膜トランジスタ特性を示す酸化物薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の薄膜トランジスタの実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の薄膜トランジスタの製造工程及び用いるフォトマスクを示す模式図である。
【図４】実施例及び比較例における薄膜トランジスタの製造工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の酸化物薄膜トランジスタ（以下、本発明の薄膜トランジスタということがある）は、酸化インジウムと、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物をＭ２Ｏ３としたときに、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）の値が、０．１以上０．４以下で含む酸化物半導体膜を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、酸化物半導体膜は非晶質膜に限定されないが、非晶質であれば、成膜時に酸素と反応し難く、トランジスタの特性が変化するおそれを低減できるため、より好ましい。本発明で使用する酸化物半導体膜は、酸化インジウムと、上記特定の正３価のランタノイド系金属酸化物を含有させることで、非晶質膜を得ることができる。尚、「非晶質膜」とは、Ｘ線回折により、結晶ピークを確認できない層を意味する。
本明細書中において、本発明における非晶質酸化物半導体膜を、半導体膜（薄膜）、非晶質酸化物膜（薄膜）又は非晶質半導体膜（薄膜）と呼ぶことがある。
【００１２】
酸化インジウムに、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物を含有させて、非晶質の酸化物半導体膜を形成させると、半導体膜のキャリヤー濃度を低減することができ、室温付近の温度において半導体膜のキャリヤー濃度を２×１０＋１７ｃｍ−３未満にすることが可能となり、良好な薄膜トランジスタ特性を示すようになる。室温付近の温度におけるキャリヤー濃度は、好ましくは１×１０＋１７ｃｍ−３未満である。キャリヤー濃度が２×１０＋１７ｃｍ−３以上では、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴということがある）として駆動しないおそれがある。また、ＴＦＴとして駆動したとしてもノーマリーオンになったり、閾値電圧が大きくマイナスになったり、Ｏｎ−Ｏｆｆ値が小さくなったりする場合がある。
【００１３】
本発明においては、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム及び酸化イッテリビウムからなる群から選ばれた１種又は２種以上の酸化物をＭ２Ｏ３としたときに、原子比Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）の値が、０．１以上０．４以下であることが必要である。このような原子比の範囲とすることにより、酸化インジウムが酸化物半導体の主成分となり、ノーマリーオフ特性で、高い移動度を保ち、Ｓ値が小さい（トランスファーカーブにおいて、立ち上がりが早い）トランジスタを達成することができる。
【００１４】
尚、各金属元素の含有量は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）測定により求めることができる。
また、各金属元素の含有量は、例えば、半導体膜を形成する際に使用するスパッタリングターゲットの各元素の存在量を調整することで実施できる。半導体膜の組成は、スパッタリングターゲットの組成とほぼ一致する。
【００１５】
尚、本発明の効果が得られる範囲において、半導体膜は、酸化インジウム及び前記特定の正３価のランタノイド系金属酸化物以外の成分を含有していてもよい。例えば、酸化ガリウム、酸化スカンジウム等を含有してもよい。
また、本発明で使用する半導体膜は、酸化インジウム及び前記特定の正３価のランタノイド系金属酸化物から実質的になっていてもよく、また、これらの成分のみからなっていてもよい。「実質的になる」とは、半導体膜は、酸化インジウム及び上記特定の正３価のランタノイド系金属酸化物に加えて上記の他の成分を含みうることを意味する。
【００１６】
本発明の薄膜トランジスタにおいて、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極等の構成部材は、公知のものが使用でき、特に限定されない。
例えば、各電極にはＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属薄膜が使用でき、ゲート絶縁膜には、酸化シリコン膜、酸化ハフニウム膜等の酸化物薄膜を使用できる。
【００１７】
図１は、本発明の薄膜トランジスタの実施形態を示す概略断面図である。
薄膜トランジスタ１は、基板１０及びゲート絶縁膜３０の間にゲート電極２０を挟持しており、ゲート絶縁膜３０上には半導体膜（チャンネル層）４０が活性層として積層されている。さらに、半導体膜４０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。半導体膜４０、ソース電極５０及びドレイン電極５２で囲まれた部分にチャンネル部６０を形成している。
尚、図１の薄膜トランジスタ１はいわゆるチャンネルエッチ型薄膜トランジスタである。本発明の薄膜トランジスタは、チャンネルエッチ型薄膜トランジスタに限定されず、本技術分野で公知の素子構成を採用できる。例えば、エッチストッパー型の薄膜トランジスタでもよい。
【００１８】
図２は、本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。尚、上述した薄膜トランジスタ１と同じ構成部材には同じ番号を付し、その説明を省略する。
薄膜トランジスタ２は、いわゆるエッチストッパー型の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタ２は、チャンネル部６０を覆うようにエッチストッパー７０が形成されている点を除き、上述した薄膜トランジスタ１と同じ構成である。半導体膜４０の端部付近及びエッチストッパー７０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
本発明では半導体膜４０に、酸化インジウムと、前記特定の正３価のランタノイド系金属酸化物を含む半導体膜を使用する。
尚、半導体膜を非晶質膜とすることにより、エッチング加工性に優れ、薄膜トランジスタの生産性を高くできる。
【００２０】
本発明の酸化物薄膜トランジスタは、薄膜トランジスタの構造が、エッチストッパー型の薄膜トランジスタであることが好ましい。
【００２１】
本発明の薄膜トランジスタとなる酸化物薄膜は、金属のエッチング液に容易に溶解する。これにより、電極形成と同時に酸化物薄膜のアイランドを形成することができるようになり、使用するフォトマスクの数を低減することができる。
【００２２】
酸化物薄膜が、ソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極をエッチングするエッチング液で溶解できないと、エッチング液及びフォトマスクを変更する手間が必要となり、工程が煩雑になり、工業的ではない。
【００２３】
次に、本発明の薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
本発明の薄膜トランジスタの製造方法（以下、本発明の方法ということがある）は、本発明の酸化物薄膜トランジスタを構成する酸化物半導体膜を、スパッタリングで成膜する工程を含み、該スパッタリング中の酸素濃度を２〜２０体積％とし、基板温度を室温から２００℃以下とすることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、酸化物半導体膜の成膜工程をスパッタリング工程で行っても、スパッタリングターゲットと同じ組成の薄膜が得られ、大型ガラス基板への適用が容易となる。また、スパッタリング中の酸素濃度を２〜２０体積％とすることにより、次工程で行われる、トランジスタの安定化処理工程において均一なトランジスタ特性を与えるようになる。
【００２５】
スパッタリング中の酸素濃度を２体積％未満や２０体積％超にすると、次工程のトランジスタの安定化処理工程（熱処理工程）において均一なトランジスタ特性が得られない場合がある。また、そのときの基板温度は、室温から２００℃以下とする。基板温度を室温より低くするには、冷却装置が必要となり経済的でなくなり、２００℃以上では、加熱コストが増大することがあり、また、酸化物薄膜が結晶化しやすくなる場合がある。酸化物薄膜が結晶化した場合等には、エッチング工程で残渣が発生したり、エッチングできなくなったりすることがあり、所望の形状のアイランドを形成できない場合がある。基板温度は、基板の種類及び耐熱性により、適宜調整すればよい。
【００２６】
本発明の方法においては、上記のようにしてスパッタリングで成膜された酸化物半導体膜を、ソース・ドレイン電極を形成後に、１５０〜４５０℃で０．５〜１２００分間熱処理することが好ましい。１５０℃より低いとノーマリーオンとなるおそれがあり、安定した薄膜トランジスタが得られない可能性がある。なお、４５０℃より高いと結晶質となるおそれがある。
【００２７】
半導体膜の熱処理には、大気下や窒素雰囲気下にランプアニ―ル装置、レーザーアニール装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
【００２８】
半導体膜を大気下や窒素雰囲気下に、１５０〜４５０℃、０．５〜１２００分の条件で熱処理することが好ましい。１５０℃未満では、半導体膜が十分に安定化しない場合があり、４５０℃超では、基板や半導体膜にダメージを与える場合がある。熱処理温度は、１８０℃〜３５０℃がさらに好ましく、特に、２００℃〜３００℃が好ましい。
【００２９】
また、熱処理時間が０．５分未満では、熱処理時間が短すぎて膜の熱安定化が不十分となる場合があり、１２００分超では時間が掛かりすぎ生産的ではない。熱処理時間は、１分〜６００分がさらに好ましく、特に、５分〜６０分が好ましい。
【００３０】
熱処理は、ソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極の形成後に行うのがよい。これら熱処理により、ソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極の抵抗値を低減することができ、且つ、酸化物薄膜トランジスタの特性を安定化することができる。
【００３１】
酸化物薄膜は、スパッタリングにより成膜されており、成膜直後は非平衡状態で薄膜化していることが多く、内部応力が均一でなかったり、厚み方向の密度に分布が生じたりする場合がある。この場合、酸化物薄膜は、平衡状態ではないので、場所によりその状態が均一でないため、トランジスタ特性（特に、Ｏｎ／Ｏｆｆ値、移動度、閾値電圧Ｖｔｈ、Ｓ値）にバラツキが発生する場合がある。熱処理することにより、酸化物薄膜トランジスタの特性を安定化することができる。また、ソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極と酸化物薄膜トランジスタ間の接触抵抗を低減したりする効果があり、より安定化したトランジスタ特性が得られるようになる。
【００３２】
以下、本発明の方法による、エッチストッパー型薄膜トランジスタの形成方法を、図３を参照しながら説明する。図３の右側の図は用いるマスクのパターンを示し、左側の図は、当該マスクによって形成される積層構造の、マスクパターン中に示す点線部分における断面図である。
【００３３】
ガラス（基板１０）上に、金属薄膜を形成し、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離、洗浄を行い、ゲート配線・ゲート電極２０を形成する。このとき、所望するゲート配線・ゲート電極２０の形状を形成するための第一のフォトマスクを使用する。
【００３４】
次に、ゲート絶縁膜３０として、ＳｉＮｘをＣＶＤにて成膜したあとに、ＳｉＯ２膜を成膜した。続いて、前記酸化物薄膜及びエッチストッパー７０となるＳｉＯ２薄膜を形成し、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離、洗浄を行い、所望のエッチストッパー形状を形成する。このとき、エッチングはドライプロセスで行うのがよい。
【００３５】
例えば、ＣＦ４と酸素をエッチングガスとして用いて、ドライプロセスによりＳｉＯ２をエッチングすることができる。このとき、所望の形状のエッチストッパーを形成するために、第二のフォトマスクを使用する。
【００３６】
次に、ソース・ドレイン電極５０，５２となる金属薄膜を形成し、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離、洗浄を行い、所望のソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極５０，５２を形成すると同時に、チャンネル部６０となる部分の金属薄膜を除去することができる。前記酸化物薄膜は、金属のエッチング液にて、容易にエッチングできるので、酸化物薄膜トランジスタとなるべきアイランド（島構造）を形成することができる。これにより、第三のフォトマスクで、ソース・ドレイン配線・ソース・ドレイン電極を形成するエッチング液で同時に、酸化物薄膜トランジスタとなるべきアイランド（島構造）を形成することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
＜薄膜トランジスタの作製＞
図４に示すエッチストッパー型の薄膜トランジスタを、フォトレジスト法にて作製した。
熱酸化膜３０（ＳｉＯ２膜）付きの導電性シリコン基板１０上に、酸化インジウム及び酸化ガドリニウムからなるターゲット［Ｇｄ／（Ｉｎ＋Ｇｄ）＝０．１５］を用いて、スパッタリング法で４０ｎｍの半導体膜（非晶質酸化物薄膜）４０を成膜した。スパッタリングは、背圧が５×１０−４Ｐａとなるまで真空排気したあと、アルゴン９．５ｓｃｃｍ、酸素０．５ｓｃｃｍを流しながら、圧力を０．２Ｐａに調整し、スパッタパワー１００Ｗにて室温で行った。
【００３９】
次に、Ｓｉをターゲットとして、アルゴン：７ｓｃｃｍ、酸素３ｓｃｃｍ流し、圧力０．５Ｐａにて１００ｎｍ成膜した。その後、レジストを塗布し、８０℃で１５分間プレベークした。その後、マスクを通してＵＶ光（光強度：３００ｍＪ／ｃｍ２）をレジスト膜に照射し、その後、３ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）にて現像した。純水で洗浄後、レジスト膜を１３０℃で１５分ポストベークし、チャンネル部６０の下部となる部分（エッチストッパー層）にパターンを形成した。ＣＦ４によるドライエッチングにより、エッチストッパー７０を形成した。レジスト剥離剤にて、レジストを剥離し、水洗し、エアーブローにより乾燥した。
【００４０】
その後、半導体膜４０、エッチストッパー７０上に、モリブデン金属膜を３００ｎｍ成膜した。
【００４１】
モリブデン金属膜にレジストを塗布し、８０℃で１５分間プレベークした。その後、マスクを通してＵＶ光（光強度：３００ｍＪ／ｃｍ２）をレジスト膜に照射し、その後、３ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）にて現像した。純水で洗浄後、レジスト膜を１３０℃で１５分ポストベークし、ソース電極５０及びドレイン電極５２の形状のレジストパターンを形成した。
【００４２】
レジストパターン付き基板を、燐酸・酢酸・硝酸の混合酸で処理することで、モリブデン金属膜及び非晶質酸化物薄膜４０を同時にエッチングした。この場合、エッチストッパーで保護されたチャンネル部上のモリブデン金属膜は、エッチングされ、チャンネル部６０が形成される。
【００４３】
レジストを剥離後、純水で洗浄しエアーブローして乾燥させた。その後、基板を熱処理した。具体的には、基板を熱風加熱炉内で空気中、３００℃で３０分間熱処理した。以上の工程により、薄膜トランジスタ（チャンネル部６０のソース・ドレイン電極間間隙（Ｌ）が１００μｍ、幅（Ｗ）が１０００μｍ）を作製した。
【００４４】
尚、上記の熱処理をモリブデン金属膜のエッチング後に実施すると、ソース・ドレイン配線／ソース・ドレイン電極の抵抗値を低減することができ、且つ、非晶質酸化物薄膜トランジスタとの接触抵抗を低減させる効果がある。
【００４５】
＜薄膜トランジスタの評価＞
半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００ＳＣＳ）を用い、室温、大気中、かつ遮光環境下で測定した。
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は３２．３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝１．６Ｖ、Ｓ値＝０．９８Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。ゲート電極に２０Ｖ電圧を１００分間印加した後のシフト電圧（ΔＶｔｈ）は、０．３Ｖであった。
【００４６】
基板の位置を変えて製造した薄膜トランジスタの性能にほとんど差はなく、安定していた。
【００４７】
＜半導体膜の評価＞
石英ガラス基板上に、上記のスパッタリングと同じ条件にて半導体膜を形成した。その後、熱風加熱炉内で、空気中、３００℃で３０分間熱処理した。得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ガドリニウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、６．３×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００４８】
半導体膜の組成をＩＣＰ装置で測定したところ、ターゲットの組成と同じであった。また、成膜基板内は均一な組成であった。
【００４９】
内部応力は、５×１０−１０ｄｙｎ・ｃｍ−２以下であり、小さな内部応力しか示さず、基板内での分布がほとんどない安定したものであった。
【００５０】
実施例２
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化ネオジムからなるターゲット［Ｎｄ／（Ｉｎ＋Ｎｄ）＝０．１０］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００５１】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は３２ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝１．２Ｖ、Ｓ値＝１．８Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００５２】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ネオジムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、２．９×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００５３】
実施例３
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化テルビウムからなるターゲット［Ｔｂ／（Ｉｎ＋Ｔｂ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００５４】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は２７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝２．８Ｖ、Ｓ値＝１．１Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００５５】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化テルビウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、３．７×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００５６】
実施例４
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化ネオジムからなるターゲット［Ｌａ／（Ｉｎ＋Ｌａ）＝０．２］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００５７】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は２４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝３．１Ｖ、Ｓ値＝１．５Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０５であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００５８】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ランタンに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、０．９５×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００５９】
実施例５
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化サマリウムからなるターゲット［Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ）＝０．２５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００６０】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は１８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝５．４Ｖ、Ｓ値＝１．３Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００６１】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化サマリウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、１．４×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００６２】
実施例６
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化ユウロピウムからなるターゲット［Ｅｕ／（Ｉｎ＋Ｅｕ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００６３】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は１５ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、Ｖｔｈ＝１．５Ｖ、Ｓ値＝１．８Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０５であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００６４】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ユロピウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、２．１×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００６５】
実施例７
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化ホルミウムからなるターゲット［Ｈｏ／（Ｉｎ＋Ｈｏ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００６６】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は１３ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝１．１Ｖ、Ｓ値＝２．２Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００６７】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ホルミウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、５．１×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００６８】
実施例８
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化エルビウムからなるターゲット［Ｅｒ／（Ｉｎ＋Ｅｒ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００６９】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は３５ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝４．５Ｖ、Ｓ値＝１．１Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０６であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００７０】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化エルビウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、５．１×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００７１】
実施例９
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化ツリウムからなるターゲット［Ｔｍ／（Ｉｎ＋Ｔｍ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００７２】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は１１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝６．２Ｖ、Ｓ値＝２．６Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０７であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００７３】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化ツリウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、２．７×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００７４】
実施例１０
スパッタリングターゲットとして、酸化インジウム、酸化イッテリビウムからなるターゲット［Ｙｂ／（Ｉｎ＋Ｙｂ）＝０．１５］を用いた他は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを作製した。
【００７５】
この薄膜トランジスタの電界効果移動度は１７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、閾値電圧Ｖｔｈ＝２．７Ｖ、Ｓ値＝１．９Ｖ／ｄｅｃ．、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０８であり、ノーマリーオフの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
【００７６】
また、得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウム、酸化イッテリビウムに起因する構造のピークは観察されず、ブロードなＸ線回折パターンが得られた。これにより、半導体膜が非晶質であることが確認できた。また、ホール測定により求めたキャリヤー濃度は、３．６×１０＋１６ｃｍ−３であった。
【００７７】
比較例１
スパッタリングターゲットに、酸化インジウム（純度９９．９％）からなるターゲット（不純物としてＳｎ，Ｔｉ，Ｚｒの総合計：１２０ｐｐｍを含む）を使用した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
【００７８】
その結果、この薄膜トランジスタの電界効果移動度は、４６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、Ｏｎ／ＯＦＦ比は、１０５であり、閾値電圧Ｖｔｈは−１２Ｖ、Ｓ値は２．４Ｖ／ｄｅｃ．でノーマリーオンの特性を示す薄膜トランジスタであった。
【００７９】
得られた薄膜のＸ線回折結果より、結晶質膜であることが判明した。また、ホール測定より求めたキャリヤー濃度は、１．４×１０１８ｃｍ−３であった。
【００８０】
比較例２
スパッタリングターゲットに、酸化インジウム及び酸化サマリウムからなるターゲット［Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ）＝０．４５］を使用した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
【００８１】
その結果、チャンネル層（実施例では半導体膜）が絶縁体となったため、ＴＦＴ特性は観察されなかった。
【００８２】
得られた薄膜のＸ線回折結果より、非晶質膜であることが判明した。また、ホール測定より求めたキャリヤー濃度は、１０１４ｃｍ−３以下であった。
【００８３】
比較例３
スパッタリングターゲットに、酸化インジウム及び酸化サマリウムからなるターゲット［Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ）＝０．０７］を使用し、また、熱処理（熱風加熱炉内で空気中、３００℃で３０分間熱処理）しなかった他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
【００８４】
その結果、チャンネル層は半導体であり、この薄膜トランジスタの電界効果移動度は４０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。しかしながら、Ｏｎ−Ｏｆｆ比は１０３と小さく、Ｓ値は４．２Ｖ／ｄｅｃ．であった。また、ノーマリーオンの特性を示す薄膜トランジスタであった。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。ゲート電極に２０Ｖ電圧を１００分間印加した後のシフト電圧（ΔＶｔｈ）は、０．２９Ｖであった。
【００８５】
尚、得られた薄膜のＸ線回折結果より、非晶質膜であることが判明した。また、ホール測定より求めたキャリヤー濃度は、４．８×１０１８ｃｍ−３であった。
【００８６】
比較例４
スパッタリングターゲットに、酸化インジウム、酸化スズ及び酸化サマリウムからなるターゲット［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｓｍ）＝０．９、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｓｍ）＝０．０７、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｎ＋Ｓｍ）＝０．０３であり、Ｓｍ／（Ｉｎ＋Ｓｍ）＝０．０３］を使用した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
【００８７】
その結果、チャンネル層（実施例では半導体膜）が導電体となったため、ＴＦＴ特性は観察されなかった。
【００８８】
得られた薄膜のＸ線回折結果より、結晶質膜であることが判明した。また、ホール測定より求めたキャリヤー濃度は、１．４×１０２０ｃｍ−３であった。
【００８９】
下記表１に、実施例及び比較例で用いた酸化物半導体膜の構成及び特性をまとめて示す。
【００９０】
【表１】
2010161227.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の非晶質酸化物薄膜トランジスタは、ディスプレイ用パネル、ＲＦＩＤタグ、Ｘ線ディテクタパネル・指紋センサ・フォトセンサ等のセンサ等に好適に使用できる。
【００９２】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、特に、エッチストッパー型の薄膜トランジスタの製造方法に適している。
【符号の説明】
【００９３】
１，２  薄膜トランジスタ
１０  基板
２０  ゲート電極
３０  ゲート絶縁膜
４０  半導体膜（チャンネル層）
５０  ソース電極
５２  ドレイン電極
６０  チャンネル部
７０  エッチストッパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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