(57)【要約】  透明性や電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などに優れ、さらに、電極間の重なり容量を低減した電界効果型トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。  電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物１０２１が用いられ、さらに、ゲート電極１０２５と、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３とが自己整合しており、結晶質酸化物１０２１が、正二価元素やインジウムとは異なる正三価元素を含む構成としてある。
2008126492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極、活性層、ソース電極及びドレイン電極を備えた電界効果型トランジスタにおいて、
前記活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられ、さらに、前記ゲート電極と、前記ソース電極及びドレイン電極とが自己整合していることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記結晶質酸化物が、正二価元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記正二価元素が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であることを特徴とする請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比（＝［Ｍ２］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記結晶質酸化物が、前記インジウムとは異なる正三価元素を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記正三価元素が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であることを特徴とする請求項５に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比（＝［Ｍ３］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であることを特徴とする請求項５又は６に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記結晶質酸化物が非縮退半導体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記結晶質酸化物が、ＰＡＮ耐性を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記電界効果型トランジスタが、トップゲート型トランジスタであり、前記ゲート電極が、透明基板上に形成された前記ソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクとして、形成されたことを特徴とする請求項1〜９のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記電界効果型トランジスタが、ボトムゲート型トランジスタであり、前記ソース電極及びドレイン電極が、透明基板上に形成された前記ゲート電極のパターンをマスクとして、形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられた電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記結晶質酸化物を、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で形成する活性層形成工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記酸素及び／又は水を含む雰囲気が、分子状酸素、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、水蒸気及び水酸化イオンのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記結晶質酸化物の成膜温度が、１５０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする請求項1２又は１３に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記活性層形成工程において、スパッタリング法が用いられることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられた電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記活性層となる非晶質の酸化物薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記非晶質の酸化物を、結晶化させて前記結晶質酸化物とする結晶化工程と
を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記結晶化工程において、加熱処理及び／又は酸素含有プラズマの照射処理が行われることを特徴とする請求項１６に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記結晶化工程において、加熱処理が行われ、該加熱処理の温度が、１５０℃以上３５０℃以下であることを特徴とする請求項１６に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記薄膜形成工程と結晶化工程の少なくとも一つが、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で行われ、前記酸素及び／又は水を含む雰囲気が、分子状酸素、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、水蒸気及び水酸化イオンのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記薄膜形成工程において、スパッタリング法が用いられることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
前記結晶質酸化物が、正二価元素を含むことを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２２】
前記正二価元素が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であることを特徴とする請求項２１に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比（＝［Ｍ２］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
前記結晶質酸化物が、前記インジウムとは異なる正三価元素を含むことを特徴とする請求項１２〜２３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２５】
前記正三価元素が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であることを特徴とする請求項２４に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２６】
前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比（＝［Ｍ３］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２７】
前記活性層の形成される基板に、オゾン雰囲気中で紫外線の照射処理、プラズマの照射処理、及び、過酸化水素を含有する洗浄液による洗浄処理のうちの、少なくとも一つの処理を行うことを特徴とする請求項１２〜２６のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２８】
前記結晶質酸化物が、非縮退半導体であることを特徴とする請求項１２〜２７のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２９】
前記結晶質酸化物が、ＰＡＮ耐性を有することを特徴とする請求項１２〜２８のいずれか一項に記載の電界効果型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、電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法に関する。この電界効果型トランジスタは、活性層として所定の電子キャリア濃度を有する結晶質酸化物が用いられ、さらに、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極とが自己整合している。また、上記電界効果型トランジスタの製造方法では、活性層として所定の電子キャリア濃度を有する結晶質酸化物が用いられる。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ（液晶表示装置）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などのアクティブマトリックス型の画像表示装置は、表示性能、省エネルギー等の理由から広く利用されている。特に、携帯電話やＰＤＡ（個人向け携帯情報端末）、パソコンやラップトップパソコン、テレビ等の表示装置として、ほぼ主流を占めるに至っている。これらの表示装置には、一般に、ＴＦＴ（電界効果型薄膜トランジスタ）基板が用いられている。【０００３】
例えば、液晶表示装置は、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶などの表示材料を充填し、この表示材料に対して画素ごとに選択的に電圧を印加するように構成されている。ここで、ＴＦＴ基板とは、非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜などの半導体薄膜（半導体膜とも呼ばれる）を活性層に用いるＴＦＴが配置されている基板をいう。上記画像表示装置は、ＴＦＴのアクティブマトリクス回路により駆動される。一般に、ＴＦＴ基板は、アレイ状にＴＦＴが配置されているので、「ＴＦＴアレイ基板」とも呼ばれる。【０００４】
なお、液晶表示装置などに用いられるＴＦＴ基板は、ＴＦＴと液晶表示装置の画面の１画素との組（これを１ユニットと呼ぶ）が、ガラス基板上に縦横に配設されている。ＴＦＴ基板は、ガラス基板上に、ゲート配線が例えば縦方向に等間隔で配置されており、ソース配線又はドレイン配線が横方向に等間隔で配置されている。また、ゲート電極，ソース電極及びドレイン電極が、各画素を構成する上記ユニット中にそれぞれ設けられている。【０００５】
ところで、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、シラン系のガスを用いて製造するため安全性や設備費用の点で問題があった。また、非晶質シリコン薄膜は、ＴＦＴとした場合の電子移動度が約０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度と低く、また、バンドギャップが小さいため可視光を吸収し誤動作するおそれがあった。また、多結晶シリコン薄膜は、比較的高温の熱工程を要し、エネルギー費用が高く、さらに、大型のガラス基板上に直接形成することは困難であった。
そこで、低温での成膜が可能な、酸化物半導体薄膜を用いるＴＦＴの開発が活発に行われている。また、上記ＴＦＴの開発とともに、酸化物半導体薄膜を用いる半導体デバイスなどの開発も行われている。さらに、平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）のより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の代わりに軽量で可撓性のある樹脂基板などを用いる試みも行われている。【０００６】
たとえば、特許文献１には、低温での成膜が可能な、酸化亜鉛を主成分とする酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタの技術が開示されている。
また、特許文献２には、活性層（チャンネル層）として、Ｉｎ、Ｚｎ及びＳｎの少なくとも一つを含む非晶質酸化物を用い、さらに、ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極とが自己整合している電界効果型トランジスタの技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、一般式ＺｎＸＭＹＩｎＺＯ(Ｘ＋３Ｙ／２＋３Ｚ／２)（式中、Ｍはアルミニウム又はガリウムである。）で表される、非晶質酸化物を含有する透明導電体材料の技術が開示されている。
また、特許文献４には、非晶質酸化物を含み構成される活性層を、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、及び酸素ラジカルのうちの少なくともいずれかを含む雰囲気中で形成する工程を有する電界効果型トランジスタの製造方法の技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９８０６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５２７号公報
【特許文献３】特開２０００−０４４２３６号公報
【特許文献４】特開２００６−１６５５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の薄膜トランジスタは、透明性やトランジスタとしての電気的特性などを向上させる必要があった。【０００８】
また、特許文献２の電界効果型トランジスタは、活性層に用いる透明半導体薄膜が非晶質であるため、特性の経時変化や熱変化が大きくなるおそれがあった。また、長期使用時の閾値電圧の変化が大きいなどの問題があった。特に、製造プロセスにおいて、例えば３００℃以上の熱がかかる場合、特性の熱変化は、工業化する上での大きな障害となっていた。この特性の熱変化は、以下のように推定される。すなわち、上記半導体薄膜は、キャリア数が大きすぎ、かつ、非晶質である、あるいは、成膜時の酸素分圧を上げることで無理に酸素を含有させている。これにより、酸素の移動が起こりやすくキャリア濃度が変化しやすくなる。
また、非晶質の透明半導体薄膜は、成膜時に多量の酸素を導入することが多いために制御が難しく、キャリア濃度の経時変化や環境温度による変化が生じやすい。このため、成膜時の酸素分圧を精密に制御する必要がある。すなわち、工業化する際の再現性、安定性などに問題があった。
さらに、非晶質であるため、ＰＡＮに代表されるエッチング液などへの耐薬品性が低く、半導体膜上の金属配線がウェットエッチングできない。また、屈折率が大きく多層膜の透過率が低下しやすいなどの欠点があった。また、非晶質であるため、雰囲気ガス中の酸素や水などを吸着する。このため、電気特性が変化し、歩留まりが低下するなどのおそれがあった。
すなわち、非晶質酸化物は、電子キャリア濃度の制御が難しく、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性に劣るという問題点があった。【０００９】
また、特許文献３に記載の透明導電体材料は、例えば透明電極などに好適に用いることができる。しかし、電界効果型トランジスタの活性層に用いるには、半導体としての特性を向上させる必要があった。特に、ｏｎ−ｏｆｆ比を大きくする必要があった。また、比抵抗が小さいためにノーマリーオンになってしまうといった問題があった。
さらに、この電界効果型トランジスタは、駆動能力の大きなトランジスタ特性を実現するために、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との重なり容量を低減することが要望されていた。【００１０】
また、特許文献４の電界効果型トランジスタの製造方法は、活性層に用いる透明半導体薄膜が非晶質であるため、特性の経時変化や熱変化が大きくなるおそれがあった。また、長期使用時の閾値電圧の変化が大きいなどの問題があった。特に、製造プロセスにおいて、例えば３００℃以上の熱がかかる場合、特性の熱変化は、工業化する上での大きな障害となっていた。この特性の熱変化は、以下のように推定される。すなわち、上記半導体薄膜は、キャリア数が大きすぎ、かつ、非晶質である、あるいは、成膜時の酸素分圧を上げることで無理に酸素を含有させている。これにより、酸素の移動が起こりやすくキャリア濃度が変化しやすくなる。
また、非晶質の透明半導体薄膜は、成膜時に多量の酸素を導入することが多いために制御が難しく、キャリア濃度の経時変化や環境温度による変化が生じやすい。このため、成膜時の酸素分圧を精密に制御する必要がある。すなわち、工業化する際の再現性、安定性などに問題があった。
さらに、非晶質であるため、ＰＡＮに代表されるエッチング液などへの耐薬品性が低く、半導体膜上の金属配線がウェットエッチングできない。また、屈折率が大きく多層膜の透過率が低下しやすいなどの欠点があった。また、非晶質であるため、雰囲気ガス中の酸素や水などを吸着する。このため、電気特性が変化し、歩留まりが低下するなどのおそれがあった。
すなわち、非晶質酸化物は、電子キャリア濃度の制御が難しく、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性に劣るという問題点があった。【００１１】
本発明は、係る課題に鑑みなされたものであり、透明性や電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などに優れ、さらに、電極間の重なり容量を低減した電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。
また、本発明は、係る課題に鑑みなされたものであり、透明性や電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などに優れた電界効果型トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。【００１２】
なお、本発明者らは、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）薄膜中のキャリア濃度の制御に関する研究開発を精力的に進めた。この結果、本発明者らは、結晶質酸化インジウムに正二価の金属酸化物を添加することによって、若しくは、結晶質酸化インジウムに正三価の金属酸化物を添加することによって、又は、結晶質酸化インジウムに正二価の金属酸化物と正三価の金属酸化物を添加することによって、酸化インジウム結晶膜中の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にできることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の電界効果型トランジスタは、ゲート電極、活性層、ソース電極及びドレイン電極を備えた電界効果型トランジスタにおいて、前記活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられ、さらに、前記ゲート電極と、前記ソース電極及びドレイン電極とが自己整合している。
このように、非晶質に比べて優れた特性を有する結晶質酸化物を半導体として用いることにより、電界効果型トランジスタの、透明性や電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。また、自己整合することにより、寄生容量を低減することができ、回路動作の高精度化・高速化を実現することができる。さらに、大面積均一性も向上するので、大型の画像表示装置の画像品質を向上させることができる。【００１４】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、正二価元素を含むとよい。
このようにすると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果があり、電子キャリア濃度を低減することができる。
また、多結晶の結晶質酸化物からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると、減少する。しかし、この薄膜は、大きな電子移動度を有することができる。
さらに、結晶質酸化物からなる薄膜は、酸素の固定がより安定化する。また、この電界効果移動度は高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲が拡大される。【００１５】
また、好ましくは、前記正二価元素が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換する。これにより、効果的に電子キャリア濃度を低下させることが期待できる。【００１６】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比（＝［Ｍ２］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であるとよい。
このようにすると、半導体特性を容易に設定することができるとともに、半導体の付加価値を向上させることができる。【００１７】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、前記インジウムとは異なる正三価元素を含むとよい。
このようにすると、酸素欠損の発生を抑える効果がある。また、正二価元素と正三価元素を同時に使用すれば、さらに効果的にキャリア発生を抑制することができる。
また、多結晶の結晶質酸化物からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると、減少する。しかし、この薄膜は、大きな電子移動度を有することができる。
さらに、結晶質酸化物からなる薄膜は、酸素の固定がより安定化する。また、この電界効果移動度は高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲が拡大される。【００１８】
また、好ましくは、前記正三価元素が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素の強いイオン結合性によって、結晶質酸化物が効果的に安定化する。
また、ランタノイド元素として、Ｌａ,Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕなどが挙げられる。【００１９】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比（＝［Ｍ３］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であるとよい。
このようにすると、半導体特性を容易に設定することができるとともに、半導体の付加価値を向上させることができる。【００２０】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が非縮退半導体であるとよい。
このようにすると、ｏｆｆ電流を小さくすることができ、ｏｎ／ｏｆｆ比を大きくすることができる。
また、非縮退半導体とは、非縮退伝導を示す半導体をいい、ここでの非縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅＶ以上の状態をいう。【００２１】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、ＰＡＮ耐性を有するとよい。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、半導体デバイスを効率よく製造することができる。【００２２】
また、好ましくは、前記電界効果型トランジスタが、トップゲート型トランジスタであり、前記ゲート電極が、透明基板上に形成された前記ソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクとして、形成されるとよい。
このようにすると、自己整合することができ、寄生容量が低減され、回路動作の高精度化・高速化を実現することができる。【００２３】
また、好ましくは、前記電界効果型トランジスタが、ボトムゲート型トランジスタであり、前記ソース電極及びドレイン電極が、透明基板上に形成された前記ゲート電極のパターンをマスクとして、形成されるとよい。
このようにすると、自己整合することができ、寄生容量が低減され、回路動作の高精度化・高速化を実現することができる。【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の電界効果型トランジスタの製造方法は、活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられた電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記結晶質酸化物を、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で形成する活性層形成工程を有する。
このようにすると、活性層を形成する際、酸化物が結晶化され結晶質酸化物とすることができる。したがって、例えば、後工程において、専用の結晶化工程を設けなくてもすみ、生産性を向上させることができる。また、非晶質に比べて優れた特性を有する結晶質酸化物を半導体として用いる。これにより、電界効果型トランジスタの、透明性や電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。【００２５】
また、好ましくは、前記酸素及び／又は水を含む雰囲気が、分子状酸素、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、水蒸気及び水酸化イオンのうちの少なくともいずれかを含むとよい。
このようにすると、酸素欠損の発生を効果的に抑えることができるので、酸素欠損により生じるキャリアが減少し、電子キャリア濃度を低減することができる。【００２６】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物の成膜温度が、１５０℃以上３５０℃以下であるとよい。
このようにすると、確実に結晶質酸化物を成膜することができる。さらに、基板の熱変形などを抑制することができる。【００２７】
また、好ましくは、前記活性層形成工程において、スパッタリング法が用いられるとよい。
このようにすると、量産性を向上させることができる。【００２８】
上記目的を達成するために、本発明の電界効果型トランジスタの製造方法は、活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物が用いられた電界効果型トランジスタの製造方法であって、前記活性層となる非晶質の酸化物薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記非晶質の酸化物を、結晶化させて前記結晶質酸化物とする結晶化工程とを有する。
このようにすると、工程設計の自由度を大きくすることができる。すなわち、通常、非晶質の酸化物は、ＰＡＮ系エッチング液や蓚酸系エッチング液に対して可溶であるため、金属層などとともに、一括エッチングすることができる。また、非晶質の酸化物を結晶化させると、この結晶化された酸化物は、ＰＡＮ系エッチング液や蓚酸系エッチング液にも溶解しなくなる。したがって、ハーフトーン露光と選択エッチングを組み合わせることにより、生産性を向上させることができる。【００２９】
また、好ましくは、前記結晶化工程において、加熱処理及び／又は酸素含有プラズマの照射処理が行われるとよい。
このようにすると、容易に酸化物が結晶化され結晶質酸化物とすることができる。【００３０】
また、好ましくは、前記結晶化工程において、加熱処理が行われ、該加熱処理の温度が、１５０℃以上３５０℃以下であるとよい。
このようにすると、確実に結晶質酸化物を成膜することができる。さらに、基板の熱変形などを抑制することができる。【００３１】
また、好ましくは、前記薄膜形成工程と結晶化工程の少なくとも一つが、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で行われ、前記酸素及び／又は水を含む雰囲気が、分子状酸素、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、水蒸気及び水酸化イオンのうちの少なくともいずれかを含むとよい。
このようにすると、酸素欠損の発生を効果的に抑えることができる。したがって、酸素欠損により生じるキャリアが減少し、電子キャリア濃度を低減することができる。【００３２】
また、好ましくは、前記薄膜形成工程において、スパッタリング法が用いられるとよい。
このようにすると、量産性を向上させることができる。【００３３】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、正二価元素を含むとよい。
このようにすると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果があり、電子キャリア濃度を低減することができる。
また、多結晶の結晶質酸化物からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると、減少する。しかし、この薄膜は、大きな電子移動度を有することができる。
さらに、結晶質酸化物からなる薄膜は、酸素の固定がより安定化する。また、この電界効果移動度は高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲が拡大される。【００３４】
また、好ましくは、前記正二価元素が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換する。これにより、効果的に電子キャリア濃度を低下させることが期待できる。【００３５】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比（＝［Ｍ２］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であるとよい。
このようにすると、半導体特性を容易に設定することができるとともに、半導体の付加価値を向上させることができる。【００３６】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、前記インジウムとは異なる正三価元素を含むとよい。
このようにすると、酸素欠損の発生を抑える効果がある。また、正二価元素と正三価元素を同時に使用すれば、さらに効果的にキャリア発生を抑制することができる。
また、多結晶の結晶質酸化物からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると、減少する。しかし、この薄膜は、大きな電子移動度を有することができる。
さらに、結晶質酸化物からなる薄膜は、酸素の固定がより安定化する。また、この電界効果移動度は高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲が拡大される。【００３７】
また、好ましくは、前記正三価元素が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素の強いイオン結合性によって、結晶質酸化物が効果的に安定化する。
また、ランタノイド元素として、Ｌａ,Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕなどが挙げられる。【００３８】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、少なくとも、前記結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する前記正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比（＝［Ｍ３］／［Ａ］）を変化させると、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない対数的に比例して増加する結晶質酸化物であるとよい。
このようにすると、半導体特性を容易に設定することができるとともに、半導体の付加価値を向上させることができる。【００３９】
また、好ましくは、前記活性層の形成される基板に、オゾン雰囲気中で紫外線の照射処理、プラズマの照射処理、及び、過酸化水素を含有する洗浄液による洗浄処理のうちの、少なくとも一つの処理を行うとよい。
このようにすると、基板の表面に付着していた不純物が除去され、表面が清浄化される。【００４０】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が非縮退半導体であるとよい。
このようにすると、ｏｆｆ電流を小さくすることができ、ｏｎ／ｏｆｆ比を大きくすることができる。
また、非縮退半導体とは、非縮退伝導を示す半導体をいい、ここでの非縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅＶ以上の状態をいう。【００４１】
また、好ましくは、前記結晶質酸化物が、ＰＡＮ耐性を有するとよい。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、半導体デバイスを効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの要部の概略断面図を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）は結晶質酸化物の形成された断面図を示しており、（ｂ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｃ）はゲート絶縁膜、レジスト及びゲート電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの第一応用例の、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）は結晶質酸化物の形成された断面図を示しており、（ｂ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｃ）はゲート絶縁膜、レジスト及びゲート電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの第二応用例の、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）はゲート電極の形成された断面図を示しており、（ｂ）はゲート絶縁膜が積層され、結晶質酸化物が形成された断面図を示しており、（ｃ）はレジスト、ソース電極及びドレイン電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示している。
【図５】図５は、成膜例１及び成膜例２に係る結晶質酸化物を作製したスパッタ装置の概略図を示している。
【図６】図６は、成膜例１に係る結晶質酸化物の結晶化温度と電子キャリア濃度のグラフを示している。
【図７】図７は、成膜例１に係る結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度のグラフを示している。
【図８】図８は、成膜例２に係る結晶質酸化物における、添加物の原子比と電気抵抗率のグラフを示している。
【図９】図９は、製作例１に係る電界効果型薄膜トランジスタの電流−電圧特性のグラフを示している。
【図１０】図１０は、本発明の第一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
【図１１】図１１は、本発明の第一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）は洗浄された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層の形成された断面図を示しており、(ｃ)はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｄ）はゲート絶縁膜の積層された断面図を示しており、（ｅ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
【図１２】図１２は、本発明の第二実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
【図１３】図１３は、本発明の第二実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）は洗浄された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層となる非晶質の酸化物が成膜された断面図を示しており、（ｃ）は活性層である結晶質酸化物が形成された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｅ）はゲート絶縁膜の積層された断面図を示しており、（ｆ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
【図１４】図１４は、本発明の第三実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
【図１５】図１５は、本発明の第三実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）はゲート電極及びゲート絶縁膜の形成された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層及び導電体層が成膜され、ハーフトーンマスクによるレジストが形成された断面図を示しており、（ｃ）は活性層及び導電体層がエッチングされ、レジストが再形成された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示している。
【図１６】図１６は、成膜例３及び成膜例４に係る結晶質酸化物を作製したスパッタ装置の概略図を示している。
【図１７】図１７は、成膜例３に係る結晶質酸化物の結晶化温度と電子キャリア濃度のグラフを示している。
【図１８】図１８は、成膜例３に係る結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度のグラフを示している。
【図１９】図１９は、成膜例４に係る結晶質酸化物における、添加物の原子比と電気抵抗率のグラフを示している。
【図２０】図２０は、製作例２に係る電界効果型薄膜トランジスタの電流−電圧特性のグラフを示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
［電界効果型トランジスタの一実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの要部の概略断面図を示している。
図１において、電界効果型薄膜トランジスタ１００１（適宜、ＴＦＴ１００１と略称する。）は、トップゲート型の薄膜トランジスタである。このＴＦＴ１００１は、結晶質酸化物１０２１と、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３と、ゲート絶縁膜１０２４と、ゲート電極１０２５とを備えている。
結晶質酸化物１０２１は、活性層であり、透明なガラス基板１０１０上に形成される。ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３は、結晶質酸化物１０２１及びガラス基板１０１０上に所定の隙間を空けて形成される。ゲート絶縁膜１０２４は、結晶質酸化物１０２１、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３上に積層される。ゲート電極１０２５は、結晶質酸化物１０２１の上方のゲート絶縁膜１０２４上に形成される。
なお、ＴＦＴ１００１は、上記構成のトップゲート型のＴＦＴに限定されるものではなく、例えば、ボトムゲート型などの様々な構成のＴＦＴであってもよい。また、ＴＦＴ１００１が形成される基体は、ガラス基板１０１０に限定されるものではなく、たとえば、透明な樹脂基板や可撓性を有する透明な樹脂フィルムなどであってもよい。【００４４】
本実施形態の電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、活性層として、インジウムを含有し、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満の結晶質酸化物１０２１が用いられ、さらに、ゲート電極１０２５は、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３を用いた自己整合によって、形成されている。
次に、上記自己整合について、図面を参照して説明する。【００４５】
図２は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）は結晶質酸化物の形成された断面図を示しており、（ｂ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｃ）はゲート絶縁膜、レジスト及びゲート電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
先ず、図２（ａ）に示すように、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、透明なガラス基板１０１０上にスパッタリング法等により、透明なアモルファス酸化インジウム薄膜（ここで、酸化亜鉛５ｗｔ％＋酸化インジウム９５ｗｔ％のターゲットを使用する。）が堆積し、パターニングされる。続いて、空気中で、３００℃１時間の熱処理が施され、これにより、上記アモルファス酸化インジウム薄膜が、結晶質酸化物１０２１（結晶質酸化インジウム薄膜）となる。【００４６】
次に、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１０及び結晶質酸化物１０２１上に、電気伝導度の大きなＩＺＯ膜（ここで、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％＋酸化インジウム８９．３ｗｔ％のターゲットを使用する。）が堆積する。続いて、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３となるＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積する。さらに、このＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が、電気伝導度の大きなＩＺＯ膜とともにパターニングされ、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３が形成される。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜とＩＺＯ膜を区別せずに図示してある。
ここで、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜及びＩＺＯ膜は、燐酸、酢酸及び硝酸からなる水溶液（適宜、ＰＡＮと略称する。）により、ともにパターニングされる。すなわち、結晶質酸化物１０２１は、ＰＡＮに対する耐性を有しているので、選択的にソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３を形成できる。【００４７】
次に、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１０１０及び結晶質酸化物１０２１上に、Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、若しくは、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、又は、これらを二つ以上含む混合化合物等の透光性を有するゲート絶縁膜１０２４が堆積し、続いて、ポジレジスト膜１０２６が塗布される。
ここで、ゲート絶縁膜１０２４と結晶質酸化物１０２１（活性層）との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜１０２４の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、活性層に適合したゲート絶縁膜１０２４を選定する必要がある。Ａｌ２Ｏ３膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、ＳｉＯ２膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のＳｉＮＸ膜を用いれば、電界効果移動度を大きくすることができる。また、これらの化合物の混合からなる膜を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電界効果移動度の大きなＴＦＴを形成できる。また、ゲート絶縁膜１０２４及び結晶質酸化物１０２１の形成プロセスは、室温で行うことができるので、ＴＦＴ構造として、トップゲート型及びボトムゲート型のいずれをも形成することができる。【００４８】
次に、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３をマスクとして、基板側から（図中、ガラス基板１０１０の下方から）ポジレジスト膜１０２６が、例えば、波長４３６ｎｍのｇ線又は波長３６５ｎｍのｉ線等で露光される。
ここで、ガラス基板１０１０は透明であり、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３は遮光性を有しており、ゲート絶縁膜１０２４は透明であり、また、結晶質酸化物１０２１は、その吸収端がおよそ３．７ｅＶである。したがって、これよりエネルギーの弱い光、すなわち、長い波長の光源で、ポジレジスト膜１０２６が露光される。また、上記波長範囲では、結晶質酸化物１０２１における光の吸収がほぼ無いので、光照射による半導体層（結晶質酸化物１０２１）の劣化を回避することができる。【００４９】
次に、ポジレジスト膜１０２６を現像すると、ポジレジスト膜１０２６は、ソース電極１０２２及ドレイン電極１０２３のパターンに対応する非露光部分が残り、それ以外の露光部分が除去される。残ったポジレジスト膜１０２６のゲート電極１０２５に対応する端部は、先に形成されたソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３の端部と一致する。すなわち、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３をマスクパターンとしてゲート電極１０２５が形成される。
続いて、ポジレジスト膜１０２６及びゲート絶縁膜１０２４上に、ゲート電極１０２５となる金属薄膜が堆積する。【００５０】
次に、リフトオフ法によりポジレジスト膜１０２６が剥離されると、図２（ｄ）に示すように、ゲート電極１０２５が形成される。このように、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、ゲート電極１０２５が、ガラス基板１０１０上に形成されたソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３のパターンをマスクとして、形成されることにより、ゲート電極１０２５が自己整合される。
また、チャンネル長＝５０μｍ、チャンネル幅＝５００μｍのトップゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ１００１を作製したところ、ゲート電極１０２５とソース電極１０２２との重なり幅は、約０．５μｍ以下であり、また、ゲート電極１０２５とドレイン電極１０２３との重なり幅は、約０．５μｍ以下であった。なお、ゲート電極１０２５を専用のマスクを用いて作製したところ、ゲート電極１０２５とソース電極１０２２との重なり幅が約３μｍであり、また、ゲート電極１０２５とドレイン電極１０２３との重なり幅が同じく約３μｍであった。【００５１】
これにより、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、ソース電極１０２２とゲート電極１０２５との電極重なり容量、及び、ドレイン電極１０２３とゲート電極１０２５との電極重なり容量が低減される。したがって、電界効果型薄膜トランジスタ１００１を動作させるときに、不要な電流を消費するといった不具合が抑制され、駆動能力が向上する。また、寄生容量が低減されるので、回路動作の高精度化や高速化が実現される。
さらに、電界効果型薄膜トランジスタ１００１が容量性の負荷を駆動する場合には、スイッチング速度は、半導体層の移動度のみで決定されるものではなく、電極重なり容量にも依存している。すなわち、この電極重なり容量が低減されるので、電界効果型薄膜トランジスタ１００１のスイッチング速度を速くすることができる。
また、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、液晶セルのような容量性の負荷が接続される場合であっても、電極重なり容量が低減されている。したがって、負荷する電圧を低く抑えるとともに、重なり容量に起因する表示のばらつきが抑制され、画像表示装置の画像品質を向上させることができる。【００５２】
（自己整合の第一応用例）
次に、自己整合の第一及び第二応用例について、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの第一応用例の、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）は結晶質酸化物の形成された断面図を示しており、（ｂ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｃ）はゲート絶縁膜、レジスト及びゲート電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
先ず、図３（ａ）に示すように、トップゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ１００１ａは、透明なガラス基板１０１０上に、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ及びＩＺＯ膜（ここで、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％＋酸化インジウム８９．３ｗｔ％のターゲットを使用する。）が成膜され、フォトリソ法によりエッチング加工され、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３が形成される。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜とＩＺＯ膜を区別せずに図示してある。【００５３】
次に、図３（ｂ）に示すように、透明アモルファス酸化インジウム薄膜（ここで、酸化亜鉛５ｗｔ％＋酸化インジウム９５ｗｔ％のターゲットを使用する。）を堆積しパターニングする。ここで、エッチング液として蓚酸水溶液を用いることにより、透明アモルファス酸化インジウム薄膜及びＩＺＯ膜を選択的にエッチングすることができる。
続いて、空気中で、３００℃１時間の熱処理が施され、これにより、上記透明アモルファス酸化インジウム薄膜が結晶質酸化物１０２１（結晶質酸化インジウム薄膜）となる。【００５４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ソース電極１０２２、ドレイン電極１０２３及び結晶質酸化物１０２１上に、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物からなるゲート絶縁膜１０２４が堆積し、続いて、ポジレジスト膜１０２６が塗布される。
次に、上述したように、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３をマスクとして、基板側から（図中、ガラス基板１０１０の下方から）ポジレジスト膜１０２６が、例えば、波長４３６ｎｍのｇ線又は波長３６５ｎｍのｉ線等で露光される。【００５５】
次に、ポジレジスト膜１０２６が現像されると、ポジレジスト膜１０２６は、ソース電極１０２２及ドレイン電極１０２３のパターンに対応する非露光部分が残り、それ以外の露光部分が除去される。残ったポジレジスト膜１０２６のゲート電極１０２５に対応する端部は、先に形成されたソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３の端部と一致する。続いて、ポジレジスト膜１０２６及びゲート絶縁膜１０２４上に、ゲート電極１０２５となる金属薄膜が堆積する。【００５６】
次に、リフトオフ法によりポジレジスト膜１０２６を剥離すると、図３（ｄ）に示すように、ゲート電極１０２５が形成される。このように、電界効果型薄膜トランジスタ１００１ａは、ゲート電極１０２５が、ガラス基板１０１０上に形成されたソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３のパターンをマスクとして、形成されることにより、ゲート電極１０２５が自己整合される。【００５７】
（自己整合の第二応用例）
図４は、本発明の一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの第二応用例の、自己整合を説明するための要部の概略図であり、（ａ）はゲート電極の形成された断面図を示しており、（ｂ）はゲート絶縁膜が積層され、結晶質酸化物が形成された断面図を示しており、（ｃ）はレジスト、ソース電極及びドレイン電極の積層された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示している。
先ず、図４（ａ）に示すように、ボトムゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ１００１ｂは、透明なガラス基板１０１０上に、金属薄膜からなるゲート電極１０２５が形成される。【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１０及びゲート電極１０２５上に、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物からなるゲート絶縁膜１０２４が堆積し、さらに、スパッタ法等により透明アモルファス酸化インジウム薄膜（ここで、酸化亜鉛５ｗｔ％＋酸化インジウム９５ｗｔ％のターゲットを使用する。）が堆積する。ここで、真空を破らずに、ゲート絶縁膜１０２４と透明アモルファス酸化インジウム薄膜を成膜できるので、半導体層（結晶質酸化物１０２１）とゲート絶縁膜１０２４の界面に不純物が侵入することを防げる。続いて、通常のフォトリソ法により、透明アモルファス酸化インジウム薄膜をエッチング加工し、パターニングする。その後、空気中で、３００℃１時間の熱処理が施され、これにより、上記透明アモルファス酸化インジウム薄膜が結晶質酸化物１０２１（結晶質酸化インジウム薄膜）となる。【００５９】
次に、図４（ｃ）に示すように、ポジレジスト膜１０２６が塗布され、ゲート電極１０２５をマスクとして、基板側から（図中、ガラス基板１０１０の下方から）ポジレジスト膜１０２６が、例えば、波長４３６ｎｍのｇ線で露光される。また、この露光は、直進性の強いレーザー光をスキャンすることで行うことができる。
続いて、ポジレジスト膜１０２６が現像されると、ポジレジスト膜１０２６は、ゲート電極１０２５のパターンに対応する非露光部分が残り、それ以外の露光部分が除去される。残ったポジレジスト膜１０２６のソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３に対応する端部は、先に形成されたゲート電極１０２５の端部と一致する。さらに、ゲート絶縁膜１０２４、結晶質酸化物１０２１及びポジレジスト膜１０２６上に、ＩＺＯ膜（ここで、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％＋酸化インジウム８９．３ｗｔ％のターゲットを使用する。）及びＭｏ／Ａｌ／Ｍｏが成膜される。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜とＩＺＯ膜を区別せずに図示してある。【００６０】
次に、リフトオフ法によりポジレジスト膜１０２６が剥離されると、図４（ｄ）に示すように、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３が形成される。このように、電界効果型薄膜トランジスタ１００１ｂは、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３が、ガラス基板１０１０上に形成されたゲート電極１０２５のパターンをマスクとして、形成される。すなわち、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３は、ゲート電極１０２５を用いた自己整合によって、形成される。
また、チャンネル長＝５０μｍ、チャンネル幅＝５００μｍのボトムゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ１００１ｂを作製したところ、ゲート電極１０２５とソース電極１０２２との重なり幅は、約０．１μｍであり、また、ゲート電極１０２５とドレイン電極１０２３との重なり幅は、約０．１μｍであった。なお、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３を専用のマスクを用いて作製したところ、ゲート電極１０２５とソース電極１０２２との重なり幅が約４μｍであり、また、ゲート電極１０２５とドレイン電極１０２３との重なり幅が同じく約４μｍであった。【００６１】
上述したように、電界効果型薄膜トランジスタ１００１、１００１ａ、１００１ｂは、ゲート電極１０２５とソース電極１０２２との重なり容量、及び、ゲート電極１０２５とドレイン電極１０２３との重なり容量を低減する。これにより、電界効果型薄膜トランジスタ１００１、１００１ａ、１００１ｂは、駆動能力が改善され、かつ、消費電力の少ないトランジスタとなる。さらに、作製工程において、ゲート電極１０２５や、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３を形成するためのマスク数及びマスク工程を減らすことができる。したがって、製造原価のコストダウンを図ることができる。【００６２】
ＴＦＴ１００１は、Ｉｎ(インジウム)を含有した結晶質酸化物１０２１がＮ型半導体（本実施形態では、活性層）として用いられている。また、結晶質酸化物１０２１の電子キャリア濃度は、１０１８／ｃｍ３未満としてある。ここで、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満とした理由は、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上の酸化物をＴＦＴ１００１の活性層に用いた場合、ｏｎ−ｏｆｆ比を十分に大きくすることができないからである。また、ＴＦＴ１００１のゲート電圧が無印加時でも、ソース電極１０２２とドレイン電極１０２３の間に大きな電流が流れてしまい、ノーマリーオフ動作を実現できないからである。【００６３】
また、本発明に係る結晶質酸化物１０２１の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば２５℃であり、具体的には約０〜４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係る結晶質酸化物１０２１の電子キャリア濃度は、約０〜４０℃の範囲全てにおいて、１０１８／ｃｍ３未満を満足する必要はない。例えば、約２５℃において、キャリア電子密度１０１８／ｃｍ３未満が実現されていればよい。また、好ましくは、電子キャリア濃度をさらに下げ、１０１７／ｃｍ３以下とするとよく、より好ましくは１０１６／ｃｍ３以下にするとよい。このようにすると、ノーマリーオフのＴＦＴ１００１が歩留まり良く得られる。【００６４】
また、結晶質酸化物１０２１における電子キャリア濃度の下限値は、ＴＦＴの活性層として適用できれば特に限定されるものではない。したがって、本発明においては、後述する各実施例のように結晶酸化物の材料、組成比、製造条件、後処理条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、１０１２／ｃｍ３以上１０１８／ｃｍ３未満とする。また、好ましくは１０１３／ｃｍ３以上１０１７／ｃｍ３以下、さらに好ましくは、１０１５／ｃｍ３以上１０１６／ｃｍ３以下の範囲にするとよい。このようにすると、所定の大きさの電子移動度を有し、かつ、ノーマリーオフのＴＦＴ１００１が歩留まり良く得られる。
また、電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求める。約１０１７／ｃｍ３未満の電子キャリア濃度の測定は、ＡＣホール測定で行うことが好ましい。この理由は、ＤＣホール測定では測定値のばらつきが大きく、測定の信頼性が低くなるおそれがあるからである。【００６５】
また、ＴＦＴ１００１の活性層（半導体薄膜）は、結晶質を含む薄膜（すなわち、結晶質酸化物１０２１）としてある。この結晶質酸化物１０２１は、半導体薄膜の少なくとも一部又は全部を結晶質とすることで、半導体薄膜を非晶質とした場合に比べて、キャリア濃度の低減や制御を容易とすることができ、さらに、ＴＦＴ１００１を構成した際に動作が安定化する。このため、ＴＦＴ１００１の電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性及び耐久性などといった性能を向上させることができる。
なお、薄膜に含ませる結晶質は、単結晶又は多結晶（エピタキシャル膜を含む。）のいずれであってもよいが、工業的に製造が容易で、大面積化が可能な多結晶膜が好ましい。また、単結晶は、製造プロセスや使用時における屈曲や衝撃でクラックが発生するおそれがあるため、このことからも多結晶が好ましい。
また、本発明において、結晶質酸化物１０２１とは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、特定の回折線を示す酸化物をいう。一方、非晶質酸化物とは、ハローパターンが観測され、特定の回折線を示さない酸化物をいう。【００６６】
また、好ましくは、本発明に係る半導体薄膜の伝導帯と価電子帯とのエネルギーバンドギャップを約２．８ｅＶ以上とするとよい。このようにすると、可視光の照射により、価電子帯の電子が励起されて漏れ電流が流れやすくなるおそれがあるという不具合を有効に回避することができる。【００６７】
また、好ましくは、結晶質酸化物１０２１が非縮退半導体であるとよい。
このようにすると、ｏｆｆ電流を小さくすることができ、ｏｎ／ｏｆｆ比を大きくすることができる。【００６８】
上記結晶質酸化物１０２１は、正二価元素を含有している。
このようにすると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができる。また、ＩＴＯなどで知られている通り、キャリアの平均自由工程は、結晶状態の結晶粒子の大きさより小さいことから、結晶粒子の大きさに依存しない。このことから、結晶質酸化物１０２１は、高電子移動度の結晶薄膜となることができる。さらに、酸化インジウムでは、添加している元素が二価の金属元素であることから、この二価の金属元素と酸素がイオン結合している。したがって、正二価元素の酸化物は、キャリア散乱因子にはならず、電子移動度を高く保つことができる。  
また、この多結晶の結晶質酸化物１０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、大きな電子移動度を有することができる。さらに、正二価元素を含有することにより、結晶質酸化物１０２１からなる薄膜は、より安定化する。また、電界効果移動度が高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲を広げることもできる。
なお、上記正二価元素とは、イオン状態での価数として正二価を取りうる元素のことをいい、同様に、正三価元素とは、イオン状態での価数として正三価を取りうる元素のことをいう。【００６９】
また、好ましくは、上記正二価元素は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｚｎなどの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換し、これにより、効果的に電子キャリア濃度を低下させる。なお、添加したＺｎなどの金属の固溶置換している量に制限はなく、一部でも固溶置換していればよく、結晶質酸化物１０２１は、混合酸化物であってもよい。
また、Ｚｎとその他の二価のＭｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕを同時に添加してもよい。たとえば、ＺｎとＭｇを同時に添加する場合、単独でＺｎを添加した場合と比べて、電子移動度は増加する。その程度は、室温での電子移動度において、約１０ｃｍ２／（Ｖ・ｓｅｃ）であり、アモルファスシリコンに比べて、１桁以上大きな増加となる。さらに、同じ条件で成膜した場合、Ｍｇ含有量の増加に対して、電気抵抗率も増加し、電子移動度は低下するので、好ましくは、ＺｎとＭｇからなる正二価元素の含有量は、全金属原子に対して、０．５原子％超、１０原子％未満とするとよい。この理由は、０．５原子％以下では、結晶化しても電気抵抗の向上が見られなかったりするからであり、また、１０原子％以上では、結晶化しにくくなり、結晶化温度を高く設定する必要がでてきて、エネルギーの消費が大きくなり、経済的でなくなるからである。【００７０】
すなわち、結晶質酸化物１０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ２］／［Ａ］＜０．１
であるとよい。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができる。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。
また、より好ましくは、０．０１≦［Ｍ２］／［Ａ］＜０．０８である。なお、例えば、Ｚｎの代わりにＭｇを選択しても、ほぼ同様の結果が得られ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕは、それぞれほぼ同様の効果を奏する。【００７１】
上記記載においては、結晶質酸化物１０２１に含有された二価の金属元素の添加量によって、酸素欠損により発生するキャリア量を制御している。すなわち、成膜後、酸化インジウム膜を、酸素を含む雰囲気中で後処理して結晶化させることにより、結晶化によるキャリアの制御と、空気中の酸素との反応により酸素欠損量を制御（低減あるいは増加）することも好ましいものである。効果的に酸素欠損量を制御するには、酸素を含む雰囲気中の温度を１５０℃以上５００℃以下、好ましくは、２００℃以上３５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上３００℃以下で行うのがよい。結晶化と酸素との反応を同時に行うことも好ましい方法である。
なお、酸素を含む雰囲気中で成膜し、さらに、結晶化のための熱処理を行うことによって、キャリア制御と酸素欠損を消滅させることにより、所定の電子キャリア濃度（１０１８／ｃｍ３未満）にしたり、成膜後の後処理でも酸素を含む雰囲気中で後処理してもよい。また、所定の電子キャリア濃度（１０１８／ｃｍ３未満）を得られるのであれば、成膜時には、酸素分圧制御は行わないで、成膜後の後処理を、酸素を含まない雰囲気中で行ってもよい。【００７２】
また、上記結晶質酸化物１０２１は、正二価元素の代わりに、インジウムとは異なる正三価元素を含有していてもよい。
このようにしても、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができる。また、この多結晶の結晶質酸化物１０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、大きな電子移動度を有することができる。さらに、正三価元素を含有することにより、結晶質酸化物１０２１からなる薄膜は、より安定化する。また、電界効果移動度が高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲を広げることもできる。さらに、酸化インジウムでは、添加している元素が三価の金属元素であることから、この三価の金属元素と酸素がイオン結合している。したがって、正三価元素の酸化物は、キャリア散乱因子にはならず、電子移動度を高く保つことができる。【００７３】
また、好ましくは、上記正三価元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素の強いイオン結合性によって、結晶質酸化物が効果的に安定化する。また、イオン半径の差の小さいイオンから構成される複合酸化インジウムは、結晶相がより安定化する。たとえば、Ｉｎ−ランタノイド元素−酸素系の結晶質酸化物１０２１では、ランタノイド元素の原子番号が大きくなるほどイオン半径は小さくなり、インジウムのイオン半径に近づく。これにより、原子番号の小さなイオンでは、熱処理での安定な結晶質酸化インジウム膜は得難いが、好ましくは、ランタノイド元素の含有量は、全金属原子に対して、０．５原子％〜５原子％とするとよい。このようにすると、安定な結晶質膜を得ることができ、また、原子番号の大きなイオンでは、熱処理で安定な結晶質酸化インジウム膜が得やすくなり、非常に安定な結晶質膜を得ることができる。
また、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素は、酸素との結合が強く（金属の仕事関数がＩｎ金属より小さい）、結晶化したときに酸素欠陥を生じにくい。したがって、酸素欠損に起因するキャリアの発生を効果的抑制することができる。【００７４】
また、上述したように、結晶質酸化物１０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する、インジウムとは異なる正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ３］／［Ａ］＜０．０５
であるとよい。この理由は、０．５原子％以下では、添加の効果が得られない場合があり、また、５原子％以上では、結晶化温度が高くなりすぎ、実用的でないからである。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができ、また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。
なお、例えば、Ｂの代わりにＹを選択しても、ほぼ同様の結果が得られ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素は、それぞれほぼ同様の効果を奏する。【００７５】
また、上記正二価元素と正三価元素のうちいずれか一方を含有する構成に限定されるものではなく、たとえば、上記正二価元素と正三価元素を含有する構成としてもよく、このようにすると、さらに効果的にキャリアの発生を抑制することができる。すなわち、正二価元素を含有すると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができ、さらに、インジウムとは異なる正三価元素を含有すると、酸素欠陥が発生しにくくなり、酸素欠損に起因するキャリアの発生を効果的抑制することができる。また、この多結晶の結晶質酸化物１０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、大きな電子移動度を有することができる。【００７６】
また、結晶質酸化物１０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する、正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比、及び、インジウムとは異なる正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ２］／［Ａ］＜０．１
０．００５＜［Ｍ３］／［Ａ］＜０．０５
であるとよい。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができる。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。【００７７】
上述したように、正二価元素、及び／又は、インジウムとは異なる正三価元素を含有する結晶質酸化物１０２１を活性層に用いることにより、トランジスターオフ時のゲート電流が０．１マイクロアンペヤ未満のノーマリーオフで、ｏｎ−ｏｆｆ比が１０３超のトランジスタ特性を実現できる。
また、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、ピンチオフ状態では、ゲート端子に高電圧が印加され、活性層中には高密度の電子が存在している。したがって、本発明によれば、電子移動度が増加した分だけ、より飽和電流値を大きくすることができる。この結果、ｏｎ−ｏｆｆ比の増大、飽和電流の増大、スイッチング速度の増大など、トランジスタ特性の向上が期待できる。【００７８】
また、上記正二価元素や正三価元素を含有した結晶質酸化物１０２１は、例えば、スパッタ法により成膜される。
次に、結晶質酸化物１０２１からなる薄膜の成膜例１について説明する。【００７９】
（成膜例１）
（第1の成膜法：スパッタ法）
この成膜方法は、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ組成（ここで、ｍは２から２０の整数）を含有する酸化インジウム多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのがよい。気相成膜法の中でも、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタ法が最も適している。
しかしながら、通常の条件で該非晶質膜を作成すると、主として酸素欠損が生じ、これまで、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満、電気抵抗にして、１０２Ωｃｍ以上にすることができなかった。このような膜を用いた場合、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができない。【００８０】
そこで、本発明者らは、図５に示すスパッタ装置により、スパッタ法で作製したアモルファス酸化亜鉛含有酸化インジウムを作製した後、空気中に加熱結晶化させた。
図５は、成膜例１及び成膜例２に係る結晶質酸化物を作製したスパッタ装置の概略図を示している。
図５において、スパッタ装置１００５は、成膜室（チャンバー）１０５１内に、冷却・加熱機構付きの基板ホルダー１０５２、シャッター１０５３、電極１０５４及びシールド１０５５が設けられている。また、成膜室１０５１内を真空にするための、メインバルブ１５１１、ターボ分子ポンプ１５１２、油回転ポンプ１５１３、リークバルブ１５１４、真空計１５１５などを備えている。また、成膜室１０５１には、バリアブルリークバルブ１５１６を介して、酸素ガスやＡｒガスが供給される。また、電極１０５４は、絶縁体１５１７を介して成膜室１０５１に取り付けられており、ＤＣ電源から電力が供給され、さらに、冷却水により冷却される。また、基板１０５６が基板ホルダー１０５２に載置され、ターゲット１０５７が電極１０５４に取り付けられる。【００８１】
スパッタ法により、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にアモルファス酸化亜鉛含有酸化インジウム膜が堆積した。その後、空気中、３００℃にて１時間熱処理することにより、結晶質酸化インジウム膜が得られた。堆積前の処理として、基板の超音波による脱脂洗浄を行った。すなわち、基板は、アセトン、エタノール、超純水を用いて、各５分間洗浄され、その後、空気中１００℃にて乾燥させられた。
また、多結晶ターゲットには、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４を有する酸化インジウム多結晶体ターゲット（サイズ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ）を用いた。このターゲットの出発原料を、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ４（各４Ｎ試薬）とした。また、ターゲットは、この出発原料の湿式混合(溶媒：エタノール)、スプレイドライヤーによる乾燥造粒、一軸プレスによる成型、冷間静水圧プレスによる成型、及び、焼結（１４５０℃にて３６時間）によって、作製された。こうして作製したターゲットのバルク抵抗は、０．００５（Ωｃｍ）以下であり、導電性に優れたものであった。これにより、ＲＦ及びＤＣでのスパッタ成膜が可能になる。【００８２】
スパッタ室の到達真空を５×１０−４Ｐａにして、スパッタ中の酸素濃度を３％に制御してアルゴンガスにて０．３Ｐａにて成膜を行った。
スパッタチャンバー内の酸素分圧は、０．００９Ｐａ、基板温度は室温であった。
なお、ターゲットと成膜基板間の距離は、８０ｍｍであり、ＤＣスパッタの電力は１００Ｗから２００Ｗの範囲であった。【００８３】
得られた薄膜について、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは認められなかったことから、作製した直後の酸化亜鉛含有酸化インジウム薄膜はアモルファスであった。
その膜を、空気中、３００℃で、１時間熱処理した後に、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークが現れ、結晶質酸化インジウムのビックスバイト構造であることが判明し、結晶質酸化インジウムであった。【００８４】
さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．８ｎｍであり、膜厚は約１００ｎｍであった。ＩＣＰ法による分析の結果、結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対するＺｎの原子の数（＝［Ｚｎ］）の原子比は、［Ｚｎ］／［Ａ］＝０．０８であった。また、本成膜例では、［Ａ］＝［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］であった。なお、［Ｉｎ］は、結晶質酸化物に含まれるＩｎの原子の数である。
比抵抗は、約１０４Ωｃｍ以上であった。電子キャリア濃度は約１０１６／ｃｍ３以下であり、電子移動度は約５ｃｍ２／（Ｖ・秒）と推定された。
光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約３．５ｅＶと求まった。以上のことから、作製した結晶質酸化インジウム系薄膜は、ビックスバイト結晶相を呈しており、酸素欠損が少なく、電気抵抗が大きな透明な平坦薄膜であった。【００８５】
（結晶質酸化物の結晶化温度と電子キャリア濃度に関する測定結果）
図６は、成膜例１に係る結晶質酸化物の結晶化温度と電子キャリア濃度のグラフを示している。
図６において、細線は、酸化インジウムに、正二価元素（Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち、代表としてＺｎ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、細線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。細線の結晶質酸化物には、酸化亜鉛を約０．２〜６ｗｔ％含有し、残量が酸化インジウムであるスパッタリングターゲットを用いた。また、空気中にて各温度で１時間の熱処理を行い、ホール測定によりキャリア濃度を測定するとともに、同じサンプルを用いてＸ線回折法により結晶性を確認した。
また、点線は、酸化インジウムに、前記インジウム以外の正三価元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ，Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕのうち、代表としてＹｂ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、点線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。点線の結晶質酸化物には、酸化イッテルビウムを約０．２〜３ｗｔ％含有し、残量が酸化インジウムであるスパッタリングターゲットを用いた。また、空気中にて各温度で１時間の熱処理を行い、ホール測定によりキャリア濃度を測定するとともに、同じサンプルを用いてＸ線回折法により結晶性を確認した。
太い破線は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、破線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。【００８６】
測定に用いた各細線の結晶質酸化物、点線の結晶質酸化物及び破線の結晶質酸化物は、結晶化温度などを除き、上記成膜例１とほぼ同様に製作され、結晶化温度に対して電子キャリア濃度を測定した。
細線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約１８０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下し、結晶化温度が約２２０℃のポイントで電子キャリア濃度の低下がとまった。例えば、細線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約２５０℃のポイントで結晶化させると、電子キャリア濃度は約１×１０１５／ｃｍ３であった。また、Ｘ線回折により確認したところ、１８０℃以上の温度で加熱処理した酸化物は、明確なピークが観察され、ビックスバイト構造であることが確認できた。
また、点線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約２１０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下し、結晶化温度が約２３０℃のポイントで電子キャリア濃度の低下が止まった。例えば、点線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約２５０℃のポイントで結晶化させると、電子キャリア濃度は約１０１６／ｃｍ３であった。また、Ｘ線回折により確認したところ、１８０℃以上の温度で加熱処理した酸化物は、明確なピークが観察され、ビックスバイト構造であることが確認できた。
一方、破線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約２４０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下するが、結晶化温度が約２５０℃のポイントで電子キャリア濃度の低下が止まった。例えば、破線の結晶質酸化物は、結晶化温度が約２５０℃のポイントで結晶化させたとしても、電子キャリア濃度は約１０１９／ｃｍ３であった。
すなわち、点線の結晶質酸化物及び細線の結晶質酸化物は、結晶化温度を制御することにより、半導体として好ましい電子キャリア濃度（約１０１８／ｃｍ３未満）を有することができた。【００８７】
なお、電子キャリア濃度を測定するためのホール測定装置、及びその測定条件は下記のとおりであった、
［ホール測定装置］
東陽テクニカ製：Resi  Test８３１０
［測定条件］
室温（約２５℃）、約０．５［Ｔ］、約１０−４〜１０−１２Ａ、ＡＣ磁場ホール測定【００８８】
上記測定結果などから、効果的に電子キャリア濃度を制御するには、酸素を含む雰囲気中の温度を１５０℃以上５００℃以下、好ましくは、２００℃以上３５０℃以下、さらに好ましくは２５０℃以上３００℃以下で加熱するのがよい。
また、結晶化処理を、酸素を所定濃度含む雰囲気中で行うことによって、効果的に結晶化を制御することもできる。
さらに、図示してないが、正二価元素や正三価元素の添加量をさらに増やし、結晶化しやすくするために高温で成膜した後、さらに熱処理温度も高温で処理すると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。
また、本発明における電子キャリア濃度の下限としては、得られる酸化インジウム膜をどのような素子や回路あるいは装置に用いるかにもよるが、例えば１０１４／ｃｍ３である。
なお、本実施形態では、まず、低温で非晶質の酸化物が成膜され、次に、結晶化温度まで加熱して、所望のキャリア濃度の結晶質酸化物１０２１としているが、これに限定されるものではない。たとえば、成膜する際に、高温で成膜し結晶質酸化物１０２１を形成する方法としてもよい。
さらに、成膜時に酸素を含む雰囲気中で行い、かつ、成膜後の結晶化処理でも酸素を含む雰囲気中で処理してもよい。また、所定の電子キャリア濃度（１０１８／ｃｍ３未満）を得られるのであれば、成膜時には、酸素分圧制御は行わないで、成膜後の後の結晶化処理を、酸素を含む雰囲気中で行ってもよい。【００８９】
（結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度に関する測定結果）
次に、得られた結晶質酸化物１０２１の電子キャリア濃度と電子移動度に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
図７は、成膜例１に係る結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度のグラフを示している。
図７において、黒塗りの三角印は、酸化インジウムに、正二価元素（例えば、Ｚｎ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、三角印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。また、白塗りの三角印は、酸化インジウムに、正二価元素を含むアモルファスの酸化物について示している。
また、黒塗りの菱形印は、酸化インジウムに、ランタノイド元素（例えば、Ｙｂ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、菱形印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
さらに、丸印は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、丸印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。白塗りの菱形印は、酸化インジウムに、ランタノイド元素を含むアモルファスの酸化物について示している。
なお、菱形印の結晶質酸化物及び三角印の結晶質酸化物は、結晶化温度やランタノイド元素及び正二価元素の含有量などを制御して作製した。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にするためには、酸素分圧の条件、熱処理温度の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などにも依存する。【００９０】
三角印の結晶質酸化物及び菱形印の結晶質酸化物は、作製条件(結晶化温度や含有量など)を制御することにより、電子キャリア濃度が、約１０１６／ｃｍ３〜約１０１８／ｃｍ３であり、また、電子移動度が、数ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜十数ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。
なお、丸印の結晶質酸化物は、作製条件(結晶化温度)を制御しても、電子キャリア濃度が、約１０１９／ｃｍ３〜約１０２０／ｃｍ３であり、また、電子移動度が、約１００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。さらに、上記三角印の結晶質酸化物及び菱形印の結晶質酸化物の測定結果は一例であり、作製条件を制御することにより、図示してないが、より優れた特性を有する結晶質酸化物１０２１を作成することができた。
また、アモルファスである白塗りの三角印や菱形印は、電子キャリア濃度が、約１０１８／ｃｍ３を超えており、また、電子移動度が、十数ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜数十ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。【００９１】
また、通常の化合物中では、電子数が増大すると、電子間の衝突により電子移動度が減少する傾向を示すのに対し、菱形印の結晶質酸化物及び三角印の結晶質酸化物は、電子キャリア濃度が約１×１０１６〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度（Ｘ座標）と電子移動度（Ｙ座標）をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされた。さらに、結晶質酸化物１０２１に含有させる正二価元素や正三価元素の組合せなどに応じて、異なるほぼ右上りの直線となった。
この特異な特性を有効に利用することにより、電子キャリア濃度や電子移動度を所望する値に自在に設定することができ、様々な半導体デバイスにとってより好適な半導体特性を有する結晶質酸化物１０２１を提供することができる。また、半導体デバイスの付加価値を向上させることができる。【００９２】
すなわち、上記測定例では、電界効果型薄膜トランジスタ１００１の活性層として用いる結晶質酸化物１０２１の電子移動度を、１ｃｍ２／（Ｖ・ｓｅｃ）超、好ましくは５ｃｍ２／（Ｖ・秒）超にすることができ、これにより、ピンチオフ後の飽和電流を約１０μＡ超にでき、ｏｎ−ｏｆｆ比を約１０３超とすることができる。さらに、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満、好ましくは１０１６／ｃｍ３未満とすることができ、オフ時（ゲート電圧無印加時）のソース電極１０２２とドレイン電極１０２３間の電流を、約１０μＡ未満、好ましくは約０．１μＡ未満にすることができ、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。
また、電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、ピンチオフ状態のとき、ゲート電極１０２５に高電圧が印加され、活性層としての結晶質酸化物１０２１中に、高密度の電子が存在している。したがって、本発明によれば、電子移動度が増加した分だけ、より飽和電流値を大きくすることができ、ｏｎ−ｏｆｆ比の増大、飽和電流の増大、スイッチング速度の増大など、ほとんど全てのトランジスタ特性が向上する。
なお、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）膜は、気相法により成膜でき、成膜中の雰囲気に水分を、０．１Ｐａ程度添加することにより、アモルファス膜が得られる。このアモルファス酸化インジウム膜も、熱処理により結晶質酸化インジウムにすることができる。しかしながら、結晶膜を得ることはできるが、Ｉｎ２Ｏ３単独膜の場合、成膜中の雰囲気中に酸素ガスを３０％程度導入しても、安定した半導体特性を示さない。【００９３】
（成膜例２）
本成膜例では、結晶質酸化物１０２１が、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた直流型（ＤＣ）スパッタ法により成膜された。なお、直流型（ＤＣ）スパッタ法に限定されるものではなく、たとえば、高周波（ＲＦ）スパッタ法を用いてもよい。
なお、スパッタ装置は、上記成膜例１で使用したスパッタ装置を使用した。【００９４】
成膜用のガラス基板１０１０として、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。成膜前処理として、このガラス基板１０１０の超音波脱脂洗浄を行った。すなわち、ガラス基板１０１０は、アセトン、エタノール、超純水により各５分間洗浄され、その後、空気中１００℃にて乾燥させられた。また、ＵＶオゾン洗浄するとよく、密着性に優れた膜が得られる。
ターゲット材料としては、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４組成を含む酸化インジウム多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ）を用いた。
この焼結体の出発原料を、９９ｗｔ％Ｉｎ２Ｏ３：1ｗｔ％ＺｎＯ（各４Ｎ試薬）とした。また、焼結体は、この出発原料の湿式混合(溶媒：エタノール)、スプレイドライヤーによる乾燥造粒、一軸プレスによる成型、冷間静水圧プレスによる成型、及び、本焼結（１４５０℃にて３６時間）によって、作製された。こうして作製したターゲットの比抵抗は、０．００５(Ωｃｍ)であった。【００９５】
成膜室１０５１内の到達真空は、５×１０−４Ｐａであり、成膜中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、０．１〜２．０Ｐａの範囲で一定の値とした。そして、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素濃度1〜３０％の範囲で変化させた。
また、基板温度は、室温とし、ターゲットと成膜用膜基板との間の距離は、８０ｍｍであった。基板ホルダー１０５２には回転機構を装着しておき、回転させながら成膜することにより均一性に優れた薄膜を得られた。
投入電力は、ＤＣ１００Ｗであり、成膜レートは、５ｎｍ／ｍｍで行った。【００９６】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製した直後の酸化インジウム薄膜はアモルファス膜であることが示された。その後、２００℃以上に加熱した酸化インジウム薄膜の膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークが検出され、結晶質であることが確認された。
さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．８ｎｍであり、ＩＣＰ法による分析の結果、結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対するＺｎの原子の数（＝［Ｚｎ］）の原子比は、［Ｚｎ］／［Ａ］＝０．０１８であった。また、本成膜例では、［Ａ］＝［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］であった。なお、［Ｉｎ］は、結晶質酸化物に含まれるＩｎの原子の数である。【００９７】
（結晶質酸化物における、添加物比と電気抵抗率に関する測定結果）
次に、添加する正二価元素及び正三価元素の種類や組成などを変化させ、さらに、作製条件を制御して、複数の結晶質酸化物１０２１を作製した。
次に、これら結晶質酸化物１０２１の一部における、添加物比と電気抵抗率（比抵抗）に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
図８は、成膜例２に係る結晶質酸化物における、添加物の原子比と電気抵抗率のグラフを示している。
図８において、黒塗りの三角印は、酸化インジウムに、正二価元素（Ｍ＝Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち少なくとも一つ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、三角印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。また、白塗りの三角印は、酸化インジウムに、正二価元素を含むアモルファスの酸化物について示している。
また、菱形印は、酸化インジウムに、前記インジウム以外の正三価元素（Ｍ＝Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ，Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕのうち少なくとも一つ）を含む結晶質酸化物１０２１（適宜、菱形印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。また、白塗りの菱形印は、酸化インジウムに、前記インジウム以外の正三価元素を含むアモルファスの酸化物について示している。
さらに、丸印は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、丸印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。【００９８】
上記三角印の結晶質酸化物は、結晶質酸化物１０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正二価元素の添加物Ｍの原子の数（＝［Ｍ］）の原子比％（＝［Ｍ］／［Ａ］）が、約０．６％〜９．３％のとき、電気抵抗率が、約１０２Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍであった。すなわち、正二価元素の添加物Ｍを微量添加することにより、電気抵抗率を、約１０２Ωｃｍ以上に向上させることができ、また、原子比％をさらに大きくすると、電気抵抗率をさらに向上させることができた。例えば、基板温度２５℃、酸素分圧３％で成膜した亜鉛９．５原子％を含む酸化インジウム薄膜では、電気抵抗を約１０５Ωｃｍに向上させることができた。また、亜鉛の添加量１０原子％超で成膜した、アモルファスの酸化インジウム薄膜は、亜鉛の添加量を増やすと電気抵抗が低下し、導電性薄膜になった。
また、上記菱形印の結晶質酸化物は、結晶質酸化物１０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正三価元素の添加物Ｍの原子の数（＝［Ｍ］）の原子比％（＝［Ｍ］／［Ａ］）が、約０．３％〜４．２％のとき、電気抵抗率が、約１０２Ωｃｍ〜１０３Ωｃｍであった。また、正三価元素の添加量約６原子％で成膜した、アモルファスの酸化インジウム薄膜は、電気抵抗が低下し、導電性薄膜になった。
なお、丸印の結晶質酸化物は、電気抵抗率が、約１０−３Ωｃｍであった。【００９９】
上記測定結果から、結晶質酸化物１０２１として、亜鉛の添加量が約０．１原子％を超え、好ましくは約０．５原子％を超えており、かつ、亜鉛の添加量が約１２原子％以下、好ましくは約１０原子％以下であるとよい。また、結晶質酸化物１０２１は、結晶状態における結晶構造が酸化インジウムのビックスバイト構造を有し、透明結晶質酸化インジウム薄膜であるとよい。なお、この透明結晶質酸化インジウム薄膜を電界効果型薄膜トランジスタ１００１に用いることで、ノーマリーオフで、かつ、ｏｎ−ｏｆｆ比を１０３超のトランジスタを構成することができた。
また、結晶化温度をさらに高温にすることにより、添加する酸化亜鉛の量をさらに増量することは可能であるが、高温処理するエネルギーを考えると、工業的には好ましくない。
なお、本成膜例で示したスパッタ装置１００５や材料などを用いる場合は、スパッタによる成膜後の結晶化処理条件は、例えば、空気中で２００℃以上３００℃以下の範囲とするとよい。また、図示してないが、本成膜例の結晶質酸化物１０２１も、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。さらに、電気抵抗率を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含む雰囲気中で、成膜することも好ましい形態である。【０１００】
また、好ましくは、本実施形態の結晶質酸化物１０２１が、ＰＡＮ耐性を有するとよい。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、ＴＦＴ１００１を効率よく製造することができる。また、ソース電極１０２２やドレイン電極１０２３をＰＡＮ系エッチング液によりエッチングする際、ダメージを受けないので信頼性などが向上する。なお、本実施形態の結晶質酸化物１０２１は、非晶質の状態でパターニングされ、その後結晶化される。結晶化された結晶質酸化物１０２１は、通常ＰＡＮ耐性を有するので、ソース電極１０２２及びドレイン電極１０２３を容易にパターニングすることが可能となる。
なお、「ＰＡＮ耐性を有する」とは、ＰＡＮ系エッチング液によるエッチング速度が約１０ｎｍ／分未満であることをいう。なお、一般的に、ＰＡＮ系エッチング液（リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液）は、通常リン酸が約４５〜９５ｗｔ％、硝酸約０．５〜５ｗｔ％、酢酸約３〜５０ｗｔ％の範囲にあるものが用いられる。【０１０１】
（電界効果型薄膜トランジスタの製作例１）
次に、上記結晶質酸化物１０２１を用いた電界効果型薄膜トランジスタ１００１（図１，２参照）の製作例１について、説明する。
上述した手法により、チャンネル長＝５０μｍ、チャンネル幅＝５００μｍのトップゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ１００１を作製した。
本製作例の電界効果型薄膜トランジスタ１００１のｏｎ−ｏｆｆ比は、１０５以上であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度が得られた。さらに、閾値電圧（Ｖｔｈ）は、約＋２．０Ｖであり、ノーマリーオフの特性を示し、また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。さらに、ゲート電圧を印加しないとき、ソース電極１０２２とドレイン電極１０２３の間に約５Ｖの電圧を印加したところ、ソース電極１０２２とドレイン電極１０２３間の電流を約１０−７アンペヤにすることができた。
また、作製した電界効果型薄膜トランジスタ１００１に可視光を照射して同様の測定を行ったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。すなわち、本実施形態によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗率が高く、かつ、電子移動度が大きい活性層を有する薄膜トランジスタを実現できた。【０１０２】
（トランジスタの特性評価）
次に、本製作例１の電界効果型薄膜トランジスタ１００１の電流−電圧特性について、図面を参照して説明する。
図９は、製作例１に係る電界効果型薄膜トランジスタの電流−電圧特性のグラフを示している。
図９において、室温下で測定した電界効果型薄膜トランジスタ１００１の電流−電圧特性を示しており、ゲート電圧ＶＧＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、結晶質酸化物インジウム系半導体がｎ型であるという事実と矛盾しない。
また、ＩＤＳは、ＶＤＳ＝１０Ｖ付近で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、ＶＤＳ＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧ＶＧＳの閾値は約２．０Ｖであった。また、ＶＧ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×１０−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより、絶縁性半導体の結晶質酸化インジウム半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。【０１０３】
また、本作製例では、ガラス基板１０１０上に電界効果型薄膜トランジスタ１００１を作製したが、成膜自体は室温で行え、その後、低温プラズマ結晶化法などにより低温で結晶化させることができるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。また、本作製例で得られた結晶質酸化インジウム薄膜は、可視光の光吸収がほとんどなく、透明なフレキシブルＴＦＴを実現できる。【０１０４】
以上説明したように、本実施形態の電界効果型薄膜トランジスタ１００１は、上述した結晶質酸化物１０２１を活性層に用いることにより、トランジスタがオフのとき、ゲート電流が０．１マイクロアンペヤ未満のノーマリーオフであり、かつ、ｏｎ−ｏｆｆ比が１０３を超えるトランジスタ特性を実現できる。また、可視光に対して、透明性あるいは透光性を有し、さらに、フレキシブル性をも有することができる。また、電界効果型薄膜トランジスタ１００１の電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができるとともに、電極間の重なり容量を低減することができる。さらに、大面積均一性や再現性に優れたＴＦＴ基板を提供することができる。【０１０５】
以上、本発明の電界効果型トランジスタについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る電界効果型トランジスタは、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、電界効果型薄膜トランジスタは、上述した製作例のボトムゲート型やトップゲート型の構造に限定されるものではなく、様々な構造の電界効果型薄膜トランジスタであってもよい。【０１０６】
［電界効果型トランジスタの製造方法の第一実施形態］
図１０は、本発明の第一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
また、図１１は、本発明の第一実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）は洗浄された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層の形成された断面図を示しており、（ｃ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｄ）はゲート絶縁膜の積層された断面図を示しており、（ｅ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
図１０及び図１１（ａ）において、まず、ガラス基板２０１０が用意され、このガラス基板２０１０が洗浄される（ステップＳ２００１）。このようにすると、ガラス基板２０１０の表面に付着していた不純物が除去され、表面が清浄化される。したがって、ガラス基板２０１０上に積層される結晶質酸化物２０２１に不純物が拡散し、性能劣化を引き起こすといった不具合を防止することができる。また、表面を清浄化することにより、結晶質酸化物２０２１の密着性が向上する。【０１０７】
本実施形態では、過酸化水素を含有する洗浄液を用いて洗浄を行う。この洗浄液として、過酸化水素とアンモニアを含む水溶液、過酸化水素と塩化水素を含む水溶液、過酸化水素とフッ化水素を含む水溶液などが挙げられる。また、一般的に、洗浄方法として、洗浄液による超音波洗浄工程と純水による超音波リンス工程が繰り返され、最後に、窒素ガスなどの雰囲気中にて乾燥工程が行われる。
なお、ガラス基板２０１０の表面清浄化処理は、上記洗浄処理に限定されるものではない。たとえば、オゾン雰囲気中での紫外線の照射処理や、プラズマの照射処理などでもよい。また、これらを組み合わせて複数の清浄化処理を行ってもよい。
オゾン雰囲気中での紫外線の照射処理によって、清浄表面が得られる。すなわち、大気圧下の酸素含有雰囲気で紫外線が照射されると、オゾンが発生し、オゾンと紫外線により基板表面の汚染物質を除去する。
プラズマの照射処理は、プラズマ発生装置により低エネルギーのプラズマを発生させ、このプラズマをガラス基板２０１０に照射する処理である。これにより、基板表面の汚染物質を除去するとともに、基板表面の状態が変化し、結晶質酸化物２０２１の密着性が向上する。【０１０８】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ガラス基板２０１０上に、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、結晶質酸化物２０２１からなる活性層が形成される（ステップＳ２００２）。すなわち、透明なガラス基板２０１０上にスパッタリング法により、結晶質酸化物２０２１（ここで、酸化亜鉛５ｗｔ％＋酸化インジウム９５ｗｔ％のターゲットを使用する。）が成膜される。
また、酸素及び／又は水を含む雰囲気とは、分子状酸素、オゾンガス、窒素酸化物ガス（Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＯ）、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン、酸素ラジカル、水蒸気及び水酸化イオンなどのうちの少なくともいずれかを含む雰囲気をいう。さらに、酸素及び／又は水を含む雰囲気が、オゾンガス、窒素酸化物ガス、酸素含有ラジカル、原子状酸素、酸素イオン及び酸素ラジカルのうちの少なくともいずれかを含む雰囲気であるとき、これらが分子状酸素よりも酸化力が強いため、効果的に酸素欠損が少ない結晶質酸化物２０２１を成膜することができる。すなわち、酸素欠損の発生を効果的に抑えることができるので、酸素欠損により生じるキャリアが減少し、電子キャリア濃度を低減することができる。
なお、酸素含有ラジカルや酸素ラジカルは、ラジカル発生器により容易に発生させることができる。【０１０９】
また、結晶質酸化物２０２１が成膜される際、成膜温度が、１５０℃以上３５０℃以下であるとよく、より好ましくは、１５０℃以上２５０℃以下であるとよい。このようにすると、確実に結晶質酸化物２０２１を成膜することができ、さらに、ガラス基板２０１０の熱変形などを抑制することができる。
この理由は、１５０℃未満では、十分な結晶質酸化インジウムが得られず、非晶質酸化インジウムとなり、所定の電子キャリア密度の酸化物膜にならない場合があるからである。なお、かかる場合であっても、後に熱処理により結晶化させることにより、所望の電子キャリア密度の結晶質酸化物２０２１を得ることができる。また、ガラス基板２０１０として、様々なガラスを用いることができるが、熱変形温度の低いガラス（ソーダライムガラスなど）であっても、その熱変形温度は約３５０℃であるからである。【０１１０】
また、本実施形態では、スパッタリング法により結晶質酸化物２０２１を成膜している。このようにすると、量産性を向上させることができる。
なお、成膜方法は、上記スパッタ法に限定されるものではなく、たとえば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法、ラインビームレーザー蒸着法、電気析出法などを用いてもよい。【０１１１】
結晶質酸化物２０２１は、Ｉｎ（インジウム）を含有し、活性層として用いられている。また、結晶質酸化物２０２１の電子キャリア濃度は、１０１８／ｃｍ３未満としてある。ここで、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満とした理由は、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上の酸化物を電界効果型薄膜トランジスタ２００１の活性層に用いた場合、ｏｎ−ｏｆｆ比を十分に大きくすることができないからである。また、電界効果型薄膜トランジスタ２００１のゲート電圧が無印加のとき、ソース電極２０２２とドレイン電極２０２３の間に大きな電流が流れてしまい、ノーマリーオフ動作を実現できないからである。【０１１２】
また、本発明に係る結晶質酸化物２０２１の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば２５℃であり、具体的には約０〜４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係る結晶質酸化物２０２１の電子キャリア濃度は、約０〜４０℃の範囲全てにおいて、１０１８／ｃｍ３未満を満足する必要はない。例えば、約２５℃において、キャリア電子密度１０１８／ｃｍ３未満が実現されていればよい。また、好ましくは、電子キャリア濃度をさらに下げ、１０１７／ｃｍ３以下とするとよく、より好ましくは１０１６／ｃｍ３以下にするとよい。このようにすると、ノーマリーオフの電界効果型薄膜トランジスタ２００１が歩留まり良く得られる。【０１１３】
また、結晶質酸化物２０２１における電子キャリア濃度の下限値は、トランジスタの活性層として適用できれば特に限定されるものではない。したがって、本発明においては、結晶酸化物の材料、組成比、製造条件、後処理条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、１０１２／ｃｍ３以上１０１８／ｃｍ３未満とする。また、好ましくは１０１３／ｃｍ３以上１０１７／ｃｍ３以下、さらに好ましくは、１０１５／ｃｍ３以上１０１６／ｃｍ３以下の範囲にするとよい。このようにすると、所定の大きさの電子移動度を有し、かつ、ノーマリーオフの電界効果型薄膜トランジスタ２００１が歩留まり良く得られる。
また、電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求める。約１０１７／ｃｍ３未満の電子キャリア濃度の測定は、ＡＣホール測定で行うことが好ましい。この理由は、ＤＣホール測定では測定値のばらつきが大きく、測定の信頼性が低くなるおそれがあるからである。【０１１４】
また、電界効果型薄膜トランジスタ２００１の活性層（半導体薄膜）は、結晶質を含む薄膜（すなわち、結晶質酸化物２０２１）である。この結晶質酸化物２０２１は、半導体薄膜の少なくとも一部又は全部が結晶質である。これにより、半導体薄膜が非晶質である場合に比べて、キャリア濃度が低減され、かつ、容易に制御され、さらに、電界効果型薄膜トランジスタ２００１の動作が安定化する。このため、トランジスタの性能、たとえば、電気的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性及び耐久性などが向上する。
なお、薄膜に含まれる結晶質は、単結晶又は多結晶（エピタキシャル膜を含む。）のいずれであってもよいが、工業的に製造が容易で、大面積化が可能な多結晶膜が好ましい。また、単結晶は、製造プロセスや使用時における屈曲や衝撃でクラックが発生するおそれがあるため、このことからも多結晶が好ましい。
また、本発明において、結晶質酸化物２０２１とは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、特定の回折線を示す酸化物をいう。一方、非晶質酸化物とは、ハローパターンが観測され、特定の回折線を示さない酸化物をいう。【０１１５】
また、好ましくは、本発明に係る半導体薄膜の伝導帯と価電子帯とのエネルギーバンドギャップを約２．８ｅＶ以上とするとよく、このようにすることで、可視光の照射により、価電子帯の電子が励起されて漏れ電流が流れやすくなるおそれがあるという不具合を有効に回避することができる。【０１１６】
また、好ましくは、結晶質酸化物２０２１が非縮退半導体であるとよい。
このようにすると、ｏｆｆ電流を小さくすることができ、ｏｎ／ｏｆｆ比を大きくすることができる。【０１１７】
上記結晶質酸化物２０２１は、正二価元素を含有している。
このようにすると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができる。また、ＩＴＯなどで知られている通り、キャリアの平均自由工程は、結晶状態の結晶粒子の大きさより小さいことから、結晶粒子の大きさに依存しない。このことから、結晶質酸化物２０２１は、高電子移動度の結晶薄膜となることができる。さらに、酸化インジウムでは、添加している元素が二価の金属元素であることから、この二価の金属元素と酸素がイオン結合している。したがって、正二価元素の酸化物は、キャリア散乱因子にはならず、電子移動度を高く保つことができる。
また、この多結晶の結晶質酸化物２０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、大きな電子移動度を有することができる。さらに、正二価元素を含有することにより、結晶質酸化物２０２１からなる薄膜は、より安定化する。また、電界効果移動度が高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲を広げることもできる。
なお、上記正二価元素とは、イオン状態での価数として正二価を取りうる元素のことをいい、同様に、正三価元素とは、イオン状態での価数として正三価を取りうる元素のことをいう。【０１１８】
また、好ましくは、上記正二価元素は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕのうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｚｎなどの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換し、これにより、効果的に電子キャリア濃度を低下させる。なお、添加したＺｎなどの金属の固溶置換している量に制限はなく、一部でも固溶置換していればよく、結晶質酸化物２０２１は、混合酸化物であってもよい。
また、Ｚｎとその他の二価のＭｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕを同時に添加してもよい。たとえば、ＺｎとＭｇを同時に添加する場合、単独でＺｎを添加した場合と比べて、電子移動度は増加する。その程度は、室温での電子移動度において、約１０ｃｍ２／（Ｖ・ｓｅｃ）であり、アモルファスシリコンに比べて、１桁以上大きな増加となる。さらに、同じ条件で成膜した場合、Ｍｇ含有量の増加に対して、電気抵抗率も増加し、電子移動度は低下するので、好ましくは、ＺｎとＭｇからなる正二価元素の含有量は、全金属原子に対して、０．５原子％超、１０原子％未満とするとよい。この理由は、０．５原子％以下では、結晶化しても電気抵抗の向上が見られなかったりするからであり、また、１０原子％以上では、結晶化しにくくなり、結晶化温度を高く設定する必要がでてきて、エネルギーの消費が大きくなり、経済的でなくなるからである。【０１１９】
すなわち、結晶質酸化物２０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ２］／［Ａ］＜０．１
であるとよい。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができる。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。
また、より好ましくは、０．０１≦［Ｍ２］／［Ａ］＜０．０８である。なお、例えば、Ｚｎの代わりにＭｇを選択しても、ほぼ同様の結果が得られ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＣｕは、それぞれほぼ同様の効果を奏する。【０１２０】
上記記載においては、結晶質酸化物２０２１に含有された二価の金属元素の添加量によって、酸素欠損により発生するキャリア量を制御している。すなわち、二価の金属元素（及び／又は、後述する三価の金属元素）を添加することにより、結晶質酸化物２０２１における酸素欠損を制御（通常、低減）し、さらに、成膜時あるいは成膜後に、酸化インジウム膜を、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で処理して結晶化させることによって、酸素と反応させさらに酸素欠損量を制御（通常、低減）する。このようにすると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度が低減し、電界効果型薄膜トランジスタ２００１は、ノーマリーオフの特性を有することができる。【０１２１】
また、上記結晶質酸化物２０２１は、正二価元素の代わりに、インジウムとは異なる正三価元素を含有していてもよい。
このようにしても、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができる。また、この多結晶の結晶質酸化物２０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、結晶質酸化物２０２１は、大きな電子移動度を有することができる。さらに、正三価元素を含有することにより、結晶質酸化物２０２１からなる薄膜は、より安定化する。また、電界効果移動度が高く、かつ、安定した結晶質酸化物の組成範囲を広げることもできる。さらに、酸化インジウムでは、添加している元素が三価の金属元素であることから、この三価の金属元素と酸素がイオン結合している。したがって、正三価元素の酸化物は、キャリア散乱因子にはならず、電子移動度を高く保つことができる。【０１２２】
また、好ましくは、上記正三価元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素のうち少なくとも一つ以上の元素であるとよい。
このようにすると、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素の強いイオン結合性によって、結晶質酸化物２０２１が効果的に安定化する。また、イオン半径の差の小さいイオンから構成される複合酸化インジウムは、結晶相がより安定化する。たとえば、Ｉｎ−ランタノイド元素−酸素系の結晶質酸化物２０２１では、ランタノイド元素の原子番号が大きくなるほどイオン半径は小さくなり、インジウムのイオン半径に近づく。これにより、原子番号の小さなイオンでは、熱処理での安定な結晶質酸化インジウム膜は得難いが、好ましくは、ランタノイド元素の含有量は、全金属原子に対して、０．５原子％〜５原子％とするとよい。このようにすると、安定な結晶質膜を得ることができ、また、原子番号の大きなイオンでは、熱処理で安定な結晶質酸化インジウム膜が得やすくなり、非常に安定な結晶質膜を得ることができる。
また、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素は、酸素との結合が強く（金属の仕事関数がＩｎ金属より小さい）、結晶化したときに酸素欠陥を生じにくい。したがって、酸素欠損に起因するキャリアの発生を効果的抑制することができる。【０１２３】
また、上述したように、結晶質酸化物２０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する、インジウムとは異なる正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ３］／［Ａ］＜０．０５
であるとよい。この理由は、０．５原子％以下では、添加の効果が得られない場合があり、また、５原子％以上では、結晶化温度が高くなりすぎ、実用的でないからである。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができ、また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。
なお、例えば、Ｂの代わりにＹを選択しても、ほぼ同様の結果が得られ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素は、それぞれほぼ同様の効果を奏する。【０１２４】
また、上記正二価元素と正三価元素のうちいずれか一方を含有する方法に限定されるものではない。たとえば、上記正二価元素と正三価元素を含有してもよい。このようにすると、さらに効果的にキャリアの発生を抑制することができる。すなわち、正二価元素を含有すると、酸素欠損により生じるキャリアを消滅させる効果によって、電子キャリア濃度を低減することができ、さらに、インジウムとは異なる正三価元素を含有すると、酸素欠陥が発生しにくくなり、酸素欠損に起因するキャリアの発生を効果的抑制することができる。また、この多結晶の結晶質酸化物２０２１からなる薄膜の電子移動度は、単結晶の電子移動度と比較すると劣るものの、大きな電子移動度を有することができる。【０１２５】
また、結晶質酸化物２０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する、正二価元素の原子の数（＝［Ｍ２］）の原子比、及び、インジウムとは異なる正三価元素の原子の数（＝［Ｍ３］）の原子比が、
０．００５＜［Ｍ２］／［Ａ］＜０．１
０．００５＜［Ｍ３］／［Ａ］＜０．０５
であるとよい。
このようにすると、より安定な結晶質酸化物を得ることができる。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に制御できる。
なお、結晶質酸化物２０２１の成膜例については後述する。【０１２６】
次に、図１１（ｃ）に示すように、結晶質酸化物２０２１上に、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３となるＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積し、さらに、パターニングしてソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３が形成される（ステップＳ２００３）。
ここで、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜は、燐酸、酢酸及び硝酸からなる水溶液（適宜、ＰＡＮと略称する。）により、パターニングされる。すなわち、結晶質酸化物２０２１は、ＰＡＮに対する耐性を有しているので、選択的にソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３を形成できる。【０１２７】
次に、図１１（ｄ）に示すように、ガラス基板２０１０、結晶質酸化物２０２１、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３上に、ゲート絶縁膜２０２４が成膜される（ステップＳ２００４）。このゲート絶縁膜２０２４は、Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、若しくは、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、又は、これらを二つ以上含む混合化合物等からなる。
ここで、ゲート絶縁膜２０２４と結晶質酸化物２０２１（活性層）との界面に欠陥が存在すると、電子移動度が低下し、トランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜２０２４の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、活性層に適合したゲート絶縁膜２０２４を選定する必要がある。Ａｌ２Ｏ３膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、ＳｉＯ２膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のＳｉＮＸ膜を用いれば、電界効果移動度を大きくすることができる。また、これらの化合物の混合された膜を用いることにより、電界効果型薄膜トランジスタ２００１は、リーク電流及びヒステリシスが小さく、電界効果移動度が大きくなる。
また、酸化物からなるゲート絶縁膜２０２４を成膜する場合、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で成膜するとよい。このようにすると、ゲート絶縁膜２０２４の絶縁性を向上させることができる。【０１２８】
次に、図１１（ｅ）に示すように、活性層となる結晶質酸化物２０２１の上方の、ゲート絶縁膜２０２４上に、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積し、さらに、パターニングされ、ゲート電極２０２５が形成される（ステップＳ２００５）。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜を区別せずに図示してある。
なお、図示してないが、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３には、外部端子と接続するためのパッドが形成される。【０１２９】
以上説明したように、本実施形態の電界効果型トランジスタ２００１の製造方法によれば、活性層として、正二価元素、及び／又は、インジウムとは異なる正三価元素を含有する結晶質酸化物２０２１を、酸素及び／又は水を含有する雰囲気中で形成する。これにより、トランジスターオフ時のゲート電流が０．１マイクロアンペヤ未満のノーマリーオフで、ｏｎ−ｏｆｆ比が１０３超のトランジスタ特性を有する電界効果型薄膜トランジスタ２００１を製造することができる。また、活性層が、結晶質酸化物２０２１からなるので、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などが向上する。【０１３０】
［電界効果型トランジスタの製造方法の第二実施形態］
図１２は、本発明の第二実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
また、図１３は、本発明の第二実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）は洗浄された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層となる非晶質の酸化物が成膜された断面図を示しており、（ｃ）は活性層である結晶質酸化物が形成された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示しており、（ｅ）はゲート絶縁膜の積層された断面図を示しており、（ｆ）はゲート電極の形成された断面図を示している。
図１２及び図１３（ａ）において、まず、フィルム基板２０１１が用意され、第一実施形態の製造方法とほぼ同様にして、このフィルム基板２０１１が洗浄される（ステップＳ２０１１）。このようにすると、フィルム基板２０１１の表面に付着していた不純物が除去され、表面が清浄化される。したがって、フィルム基板２０１１上に積層される結晶質酸化物２０２１に不純物が拡散し、性能劣化を引き起こすといった不具合を防止することができる。また、表面を清浄化させることにより、結晶質酸化物２０２１の密着性が向上する。【０１３１】
本実施形態のフィルム基板２０１１は、ポリエチレンテレフタレートなどからなるフィルムであり、可撓性を有している。また、フィルム基板２０１１は、シロキサン系縮合物などがあらかじめハードコート加工されていてもよい。
なお、フィルム基板２０１１が、ポリエチレンテレフタレートからなる場合、熱変形させないためには、通常、フィルム基板２０１１は１８０℃以下にされる。【０１３２】
次に、図１３(ｂ)に示すように、フィルム基板２０１１上に、常温（約２５℃）の酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、活性層となる非晶質の酸化物２０２０（酸化物薄膜）が成膜される（ステップＳ２０１２）。すなわち、透明なフィルム基板２０１１上にスパッタリング法により、非晶質の酸化物２０２０（ここで、第一実施形態の製造方法とほぼ同様に、酸化亜鉛５ｗｔ％＋酸化インジウム９５ｗｔ％のターゲットを使用する。）が成膜される。【０１３３】
次に、図１３（ｃ）に示すように、酸素及び／又は水を含む雰囲気中における酸素含有低温プラズマの照射処理によって、非晶質の酸化物２０２０が結晶化し、結晶質酸化物２０２１となる（ステップＳ２０１３）。このようにすると、フィルム基板２０１１の熱変形温度より低い温度で、非晶質の酸化物２０２０を結晶化させることができるので、可撓性を有するフィルム基板２０１１に電界効果型薄膜トランジスタ２００１を作製することができる。
なお、本実施形態では、非晶質の酸化物２０２０を結晶化させるために、酸素含有低温プラズマの照射処理を行う方法としてあるが、これに限定されるものではない。たとえば、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、結晶化のための熱処理を行うことによって、所定の電子キャリア濃度（１０１８／ｃｍ３未満）を実現してもよい。
また、プラズマ発生装置（ＥＣＲプラズマ発生器、ＲＦプラズマ発生装置、ＤＣプラズマ発生装置など）にＯ２ガスを供給することにより、酸素プラズマは容易に発生する。【０１３４】
次に、図１３（ｄ）に示すように、結晶質酸化物２０２１上に、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３となるＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積し、さらに、パターニングしてソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３が形成される（ステップＳ２０１４）。【０１３５】
次に、図１３（ｅ）に示すように、ガラス基板２０１０、結晶質酸化物２０２１、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３上に、ゲート絶縁膜２０２４が成膜される（ステップＳ２０１５）。このゲート絶縁膜２０２４は、Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、若しくは、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、又は、これらを二つ以上含む混合化合物等からなる。
続いて、図１３（ｆ）に示すように、ゲート絶縁膜２０２４上に、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積し、さらに、パターニングされ、ゲート電極２０２５が形成される（ステップＳ２０１６）。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜を区別せずに図示してある。
なお、上記以外は、ほぼ第一実施形態の製造方法と同様な方法としてある。【０１３６】
以上説明したように、本実施形態の電界効果型トランジスタ２００１ａの製造方法によれば、第一実施形態の製造方法とほぼ同様の効果を奏することができ、さらに、可撓性を有するフィルム基板２０１１に電界効果型薄膜トランジスタ２００１ａを製造することができる。
なお、プラズマの照射は、フィルム基板２０１１を加熱しながら行ってもよい。【０１３７】
［電界効果型トランジスタの製造方法の第三実施形態］
図１４は、本発明の第三実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための概略フローチャート図を示している。
また、図１５は、本発明の第三実施形態に係る電界効果型薄膜トランジスタの製造方法を説明するための、要部の概略図であり、（ａ）はゲート電極及びゲート絶縁膜の形成された基板の断面図を示しており、（ｂ）は活性層及び導電体層が成膜され、ハーフトーンマスクによるレジストが形成された断面図を示しており、（ｃ）は活性層及び導電体層がエッチングされ、レジストが再形成された断面図を示しており、（ｄ）はソース電極及びドレイン電極の形成された断面図を示している。
図１４及び図１５（ａ）において、まず、ガラス基板２０１０が用意され、ガラス基板２０１０上に、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜が堆積し、さらに、パターニングされ、ゲート電極２０２５が形成される（ステップＳ２０２１）。なお、図中では、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜を区別せずに図示してある。続いて、ガラス基板２０１０及びゲート電極２０２５上に、ゲート絶縁膜２０２４が成膜される（ステップＳ２０２２）。このゲート絶縁膜２０２４は、Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＮＸ、若しくは、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物、又は、これらを二つ以上含む混合化合物等からなる。【０１３８】
次に、図１５（ｂ）に示すように、ガラス基板２０１０上に、常温（約２５℃）の酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、活性層となる非晶質の酸化物２０２０（酸化物薄膜）が成膜され（薄膜形成工程）、続いて、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３となる導電体層２０２６が成膜される（ステップＳ２０２３．１）。さらに、ハーフトーンマスク（図示せず）を用いて、レジスト２０２７が形成される。このレジスト２０２７は、ソース電極２０２２、ドレイン電極２０２３及び活性層（ゲート電極２０２５の上方に位置する結晶質酸化物２０２１）を覆う形状としてあり、活性層を覆う部分が他より薄く形成されている。
導電体層２０２６は、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３となるＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ薄膜とからなっている。【０１３９】
次に、図１５（ｃ）に示すように、まず、ＰＡＮ系エッチング液を用いて、導電体層２０２６及び非晶質の酸化物２０２０が一括してエッチングされる（ステップＳ２０２３．２）。続いて、ドライエッチングにより、レジスト２０２７が所定の厚さだけエッチングされ、活性層が露出するように、再形成されたレジスト２０２７ｂが形成される（ステップＳ２０２３．３）。さらに、非晶質の酸化物２０２０に対して、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、１５０℃以上３５０℃以下の温度にて、加熱処理が施され、酸化物２０２０が、活性層としての結晶質酸化物２０２１となる（結晶化工程）。これにより、結晶質酸化物２０２１はＰＡＮ耐性を有することができる。【０１４０】
次に、図１５（ｄ）に示すように、ＰＡＮ系エッチング液により導電体層２０２６がエッチングされ（ステップＳ２０２３．４）、結晶質酸化物２０２１が露出する。これにより、活性層としての結晶質酸化物２０２１、ソース電極２０２２及びドレイン電極２０２３が形成される（ステップＳ２０２３）。
なお、上記以外は、ほぼ第一実施形態の製造方法と同様な方法としてある。【０１４１】
以上説明したように、本実施形態の電界効果型トランジスタ２００１ｂの製造方法によれば、第一実施形態の製造方法とほぼ同様の効果を奏することができる。さらに、工程設計の自由度を大きくすることができる。すなわち、通常、非晶質の酸化物２０２０は、ＰＡＮ系エッチング液に対して可溶であるため、導電体層２０２６とともに、一括エッチングすることができ、生産性を向上させることができる。【０１４２】
また、上記正二価元素や正三価元素を含有した結晶質酸化物２０２１は、例えば、スパッタ法により成膜される。
次に、結晶質酸化物２０２１からなる薄膜の成膜例３について説明する。【０１４３】
（成膜例３）
この成膜方法は、Ｉｎ２Ｏ３(ＺｎＯ)ｍ組成（ここで、ｍは２から２０の整数）を含有する酸化インジウム多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのがよい。気相成膜法の中でも、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタ法が最も適している。
しかしながら、通常の条件で該非晶質膜を作成すると、主として酸素欠損が生じ、これまで、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満、電気抵抗にして、１０２Ωｃｍ以上にすることができなかった。このような膜を用いた場合、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができない。【０１４４】
そこで、本発明者らは、図１６に示すスパッタ装置により、スパッタ法で作製したアモルファス酸化亜鉛含有酸化インジウムを作製した後、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で加熱結晶化させた。
図１６は、成膜例３及び成膜例４に係る結晶質酸化物を作製したスパッタ装置の概略図を示している。
図１６において、スパッタ装置２００５は、成膜室（チャンバー）２０５１内に、冷却・加熱機構付きの基板ホルダー２０５２、シャッター２０５３、電極２０５４及びシールド２０５５が設けられている。また、成膜室２０５１内を真空にするための、メインバルブ２５１１、ターボ分子ポンプ２５１２、油回転ポンプ２５１３、リークバルブ２５１４、真空計２５１５などを備えている。また、成膜室２０５１には、バリアブルリークバルブ２５１６を介して、酸素ガスやＡｒガスが供給される。また、電極２０５４は、絶縁体２５１７を介して成膜室２０５１に取り付けられており、ＤＣ電源から電力が供給され、さらに、冷却水により冷却される。また、基板２０５６が基板ホルダー２０５２に載置され、ターゲット２０５７が電極２０５４に取り付けられる。【０１４５】
スパッタ法により、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にアモルファス酸化亜鉛含有酸化インジウム膜が堆積した。その後、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、３００℃にて１時間熱処理することにより、結晶質酸化インジウム膜(結晶質酸化物２０２１)が得られた。堆積前の処理として、基板の超音波による洗浄を行った。すなわち、基板は、過酸化水素とアンモニアを含む水溶液、及び、超純水を用いて、各５分間洗浄され、その後、空気中にて１００℃で乾燥させられた。
また、多結晶ターゲットには、Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）４を有する酸化インジウム多結晶体ターゲット（サイズ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ）が用いられた。このターゲットの出発原料を、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ４（各４Ｎ試薬）とした。また、ターゲットは、この出発原料の湿式混合(溶媒：エタノール)、スプレイドライヤーによる乾燥造粒、一軸プレスによる成型、冷間静水圧プレスによる成型、及び、焼結（１４５０℃にて３６時間）によって、作製された。こうして作製したターゲットのバルク抵抗は、０．００５（Ωｃｍ）以下であり、導電性に優れたものであった。これにより、ＲＦ及びＤＣでのスパッタ成膜が可能になる。【０１４６】
成膜は、まず、スパッタ室の到達真空を５×１０−４Ｐａにし、スパッタ中の酸素濃度を３％に制御し、アルゴンガスにてトータル圧力を０．３Ｐａに維持した状態で、行った。
スパッタチャンバー内の酸素分圧は、０．００９Ｐａ、基板温度は室温であった。
なお、ターゲットと成膜基板間の距離は、８０ｍｍであり、ＤＣスパッタの電力は１００Ｗから２００Ｗの範囲であった。【０１４７】
得られた薄膜について、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは認められなかった。このことから、作製した直後の酸化亜鉛含有酸化インジウム薄膜は、アモルファスであった。
その膜を、オゾンガスを含む酸素雰囲気中にて、２００℃で、１時間熱処理した。その後に、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークが現れ、結晶質酸化インジウムのビックスバイト構造であることが判明し、結晶質酸化インジウムであった。【０１４８】
さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．８ｎｍであり、膜厚は約１００ｎｍであった。ＩＣＰ法による分析の結果、結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対するＺｎの原子の数（＝［Ｚｎ］）の原子比は、［Ｚｎ］／［Ａ］＝０．０８であった。また、本成膜例では、［Ａ］＝［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］であった。なお、［Ｉｎ］は、結晶質酸化物に含まれるＩｎの原子の数である。
比抵抗は、約１０４Ωｃｍ以上であった。電子キャリア濃度は約１０１６／ｃｍ３以下であり、電子移動度は約５ｃｍ２／（Ｖ・秒）と推定された。
光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約３．５ｅＶと求まった。以上のことから、作製した結晶質酸化インジウム系薄膜は、ビックスバイト結晶相を呈しており、酸素欠損が少なく、電気抵抗が大きな透明な平坦薄膜であった。【０１４９】
（結晶質酸化物の結晶化温度と電子キャリア濃度に関する測定結果）
図１７は、成膜例３に係る結晶質酸化物の結晶化温度(基板温度)と電子キャリア濃度のグラフを示している。
図１７において、細線は、酸化インジウムに、正二価元素（Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち、代表としてＺｎ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、細線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。細線の結晶質酸化物には、酸化亜鉛を約０．２〜６ｗｔ％含有し、残量が酸化インジウムであるスパッタリングターゲットを用いた。また、オゾンガスを含む酸素雰囲気中にて各温度で１時間の熱処理を行い、ホール測定によりキャリア濃度を測定するとともに、同じサンプルを用いてＸ線回折法により結晶性を確認した。
また、点線は、酸化インジウムに、前記インジウム以外の正三価元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ，Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕのうち、代表としてＹｂ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、点線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。点線の結晶質酸化物には、酸化イッテルビウムを約０．２〜３ｗｔ％含有し、残量が酸化インジウムであるスパッタリングターゲットを用いた。また、オゾンガスを含む酸素雰囲気中にて各温度で１時間の熱処理を行い、ホール測定によりキャリア濃度を測定するとともに、同じサンプルを用いてＸ線回折法により結晶性を確認した。
太い破線は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、破線の結晶質酸化物と略称する。）について示している。【０１５０】
測定に用いた各細線の結晶質酸化物、点線の結晶質酸化物及び破線の結晶質酸化物は、結晶化温度などを除き、上記成膜例３とほぼ同様に製作され、結晶化温度に対して電子キャリア濃度を測定した。
細線の結晶質酸化物は、結晶化開始温度が約１００℃であり、基板温度が約１５０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下し、基板温度が約１８０℃のポイントでこの低下が止まった。例えば、基板温度が約２００℃のポイントで結晶化させると、電子キャリア濃度は約１×１０１５／ｃｍ３であった。また、Ｘ線回折により確認したところ、約１８０℃以上の温度で加熱処理した酸化物は、明確なピークが観察され、ビックスバイト構造であることが確認できた。
また、点線の結晶質酸化物は、結晶化開始温度が約１００℃であり、基板温度が約１６０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下し、基板温度が約２１０℃のポイントでこの低下が止まった。例えば、基板温度が約２５０℃のポイントで結晶化させると、電子キャリア濃度は約２×１０１５／ｃｍ３であった。また、Ｘ線回折により確認したところ、約２１０℃以上の温度で加熱処理した酸化物は、明確なピークが観察され、ビックスバイト構造であることが確認できた。
一方、破線の結晶質酸化物は、結晶化開始温度が約１００℃であり、基板温度が約１６０℃のポイントから電子キャリア濃度が急激に低下するが、基板温度が約１７０℃のポイントでこの低下が止まった。例えば、約２００℃で結晶化させたとしても、電子キャリア濃度は約１０１９／ｃｍ３であった。
すなわち、点線の結晶質酸化物及び細線の結晶質酸化物は、結晶化温度を制御することにより、半導体として好ましい電子キャリア濃度（約１０１８／ｃｍ３未満）を有することができた。【０１５１】
なお、電子キャリア濃度を測定するためのホール測定装置、及びその測定条件は下記のとおりであった。
［ホール測定装置］
東陽テクニカ製：Resi  Test８３１０
［測定条件］
室温（約２５℃）、約０．５［Ｔ］、約１０−４〜１０−１２Ａ、ＡＣ磁場ホール測定【０１５２】
上記測定結果などから、効果的に電子キャリア濃度を制御するには、酸素及び／又は水を含む雰囲気中の温度を１５０℃以上３５０℃以下、好ましくは、１５０℃以上３００℃以下、さらに好ましくは１５０℃以上２５０℃以下で加熱するのがよい。
また、結晶化処理を、酸素を所定濃度含む雰囲気中で行うことによって、効果的に結晶化を制御することができる。
さらに、図示してないが、正二価元素や正三価元素の添加量をさらに増やし、結晶化しやすくするために高温で成膜した後、さらに熱処理温度も高温で処理すると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。
また、本発明における電子キャリア濃度の下限としては、得られる酸化インジウム膜をどのような素子や回路あるいは装置に用いるかにもよるが、例えば１０１４／ｃｍ３である。
なお、図１７に示す作製例では、まず、酸素及び／又は水を含む雰囲気中にて低温で非晶質の酸化物２０２０が成膜され、次に、酸素及び／又は水を含む雰囲気中にて結晶化温度まで加熱し、所望のキャリア濃度の結晶質酸化物２０２１としたが、これに限定されるものではない。たとえば、成膜する際に、酸素及び／又は水を含む雰囲気中にて高温で成膜し、結晶質酸化物２０２１を形成する方法としてもよい。
さらに、所定の電子キャリア濃度（１０１８／ｃｍ３未満）を得られるのであれば、酸素又は水を含まない雰囲気にて成膜を行い、成膜後の結晶化処理を、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で行ってもよい。【０１５３】
（結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度に関する測定結果）
次に、得られた結晶質酸化物２０２１の電子キャリア濃度と電子移動度に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
図１８は、成膜例３に係る結晶質酸化物の電子キャリア濃度と電子移動度のグラフを示している。
図１８において、三角印は、酸化インジウムに、正二価元素（例えば、Ｚｎ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、三角印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
また、菱形印は、酸化インジウムに、ランタノイド元素（例えば、Ｙｂ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、菱形印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
さらに、丸印は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、丸印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
なお、菱形印の結晶質酸化物及び三角印の結晶質酸化物は、結晶化温度やランタノイド元素及び正二価元素の含有量などを制御して作製した。また、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にするためには、酸素分圧の条件（酸素及び／又は水を含む雰囲気の条件）、熱処理温度の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などにも依存する。【０１５４】
三角印の結晶質酸化物及び菱形印の結晶質酸化物は、作製条件(結晶化温度や含有量など)を制御することにより、電子キャリア濃度が、約１０１６／ｃｍ３〜約１０１８／ｃｍ３であり、また、電子移動度が、数ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜十数ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。
なお、丸印の結晶質酸化物は、作製条件(結晶化温度)を制御しても、電子キャリア濃度が、約１０１９／ｃｍ３〜約１０２０／ｃｍ３であり、また、電子移動度が、約１００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであった。さらに、上記三角印の結晶質酸化物及び菱形印の結晶質酸化物の測定結果は一例であり、作製条件を制御することにより、図示してないが、より優れた特性を有する結晶質酸化物２０２１を作成することができた。【０１５５】
また、通常の化合物中では、電子数が増大すると、電子間の衝突により電子移動度が減少する傾向を示すのに対し、菱形印の結晶質酸化物及び三角印の結晶質酸化物は、電子キャリア濃度が約１×１０１６〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度（Ｘ座標）と電子移動度（Ｙ座標）をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされた。さらに、結晶質酸化物２０２１に含有させる正二価元素や正三価元素の組合せなどに応じて、異なるほぼ右上りの直線となった。
この特異な特性を有効に利用することにより、電子キャリア濃度や電子移動度を所望する値に自在に設定することができ、様々な半導体デバイスにとってより好適な半導体特性を有する結晶質酸化物２０２１を提供することができる。また、半導体デバイスの付加価値を向上させることができる。【０１５６】
すなわち、上記測定例では、電界効果型薄膜トランジスタ２００１の活性層として用いる結晶質酸化物２０２１の電子移動度を、１ｃｍ２／（Ｖ・ｓｅｃ）超、好ましくは５ｃｍ２／（Ｖ・秒）超にすることができ、これにより、ピンチオフ後の飽和電流を約１０μＡ超にでき、ｏｎ−ｏｆｆ比を約１０３超とすることができる。さらに、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満、好ましくは１０１６／ｃｍ３未満とすることができ、オフ時（ゲート電圧無印加時）のソース電極２０２２とドレイン電極２０２３間の電流を、約１０μＡ未満、好ましくは約０．１μＡ未満にすることができ、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。
また、電界効果型薄膜トランジスタ２００１は、ピンチオフ状態のとき、ゲート電極２０２５に高電圧が印加され、活性層としての結晶質酸化物２０２１中に、高密度の電子が存在している。したがって、本発明によれば、電子移動度が増加した分だけ、より飽和電流値を大きくすることができ、ｏｎ−ｏｆｆ比の増大、飽和電流の増大、スイッチング速度の増大など、ほとんど全てのトランジスタ特性が向上する。
なお、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）膜は、気相法により成膜でき、成膜中の雰囲気に水分を、０．１Ｐａ程度添加することにより、アモルファス膜が得られる。このアモルファス酸化インジウム膜も、熱処理により結晶質酸化インジウムにすることができる。しかしながら、結晶膜を得ることはできるが、Ｉｎ２Ｏ３単独膜の場合、成膜中の雰囲気中に酸素ガスを３０％程度導入しても、安定した半導体特性を示さない。【０１５７】
（成膜例４）
本成膜例では、結晶質酸化物２０２１を、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた直流型（ＤＣ）スパッタ法により成膜した。なお、直流型（ＤＣ）スパッタ法に限定されるものではなく、たとえば、高周波（ＲＦ）スパッタ法により成膜してもよい。
なお、スパッタ装置は、上記成膜例３で使用したスパッタ装置を使用した。【０１５８】
成膜用のガラス基板２０１０として、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。成膜前処理として、このガラス基板１０の洗浄を行った。すなわち、基板は、過酸化水素とアンモニアを含む水溶液、及び、超純水により各５分間洗浄され、その後、空気中１００℃で乾燥させられた。また、ＵＶオゾン洗浄するとよく、密着性に優れた膜が得られる。
ターゲット材料としては、Ｉｎ２Ｏ３４（ＺｎＯ）４組成を含む酸化インジウム多結晶焼結体（サイズ：直径４インチ、厚さ５ｍｍ）を用いた。
この焼結体の出発原料を、９９ｗｔ％Ｉｎ２Ｏ３：1ｗｔ％ＺｎＯ（各４Ｎ試薬）とした。また、焼結体は、この出発原料の湿式混合（溶媒：エタノール）、スプレイドライヤーによる乾燥造粒、一軸プレスによる成型、冷間静水圧プレスによる成型、及び、本焼結（１４５０℃にて３６時間）によって、作製された。こうして作製したターゲットの比抵抗は、０．００５（Ωｃｍ）であった。【０１５９】
成膜室２０５１内の到達真空は、５×１０−４Ｐａであり、成膜中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、０．１〜２．０Ｐａの範囲で一定の値とした。そして、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素濃度1〜３０％の範囲で変化させた。
また、基板温度は、室温とし、ターゲットと成膜用膜基板との間の距離は、８０ｍｍであった。基板ホルダー２０５２には回転機構を装着しておき、回転させながら成膜することにより均一性に優れた薄膜を得られた。
投入電力は、ＤＣ１００Ｗであり、成膜レートは、５ｎｍ／ｍｍで行った。【０１６０】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製した直後の酸化インジウム薄膜はアモルファス膜であることが示された。その後、２００℃以上に加熱した酸化インジウム薄膜の膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークが検出され、結晶質であることが確認された。
さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．８ｎｍであり、ＩＣＰ法による分析の結果、結晶質酸化物に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対するＺｎの原子の数（＝［Ｚｎ］）の原子比は、［Ｚｎ］／［Ａ］＝０．０１８であった。また、本成膜例では、［Ａ］＝［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］であった。なお、［Ｉｎ］は、結晶質酸化物に含まれるＩｎの原子の数である。【０１６１】
（結晶質酸化物における、添加物比と電気抵抗率に関する測定結果）
次に、添加する正二価元素及び正三価元素の種類や組成などを変化させ、さらに、作製条件を制御して、複数の結晶質酸化物２０２１を作製した。
次に、これら結晶質酸化物２０２１の一部における、添加物比と電気抵抗率（比抵抗）に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
図１９は、成膜例４に係る結晶質酸化物における、添加物の原子比と電気抵抗率のグラフを示している。
図１９において、三角印は、酸化インジウムに、正二価元素（Ｍ＝Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕのうち少なくとも一つ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、三角印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
また、菱形印は、酸化インジウムに、前記インジウム以外の正三価元素（Ｍ＝Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ，Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ,Ｇｄ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ,Ｌｕのうち少なくとも一つ）を含む結晶質酸化物２０２１（適宜、菱形印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。
さらに、丸印は、酸化インジウムのみの結晶質酸化物（適宜、丸印の結晶質酸化物と略称する。）について示している。【０１６２】
上記三角印の結晶質酸化物は、結晶質酸化物２０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正二価元素の添加物Ｍの原子の数（＝［Ｍ］）の原子比％（＝［Ｍ］／［Ａ］）が、約０．６％〜９．７％のとき、電気抵抗率が、約１０１Ωｃｍ〜１０４Ωｃｍであった。すなわち、正二価元素の添加物Ｍを微量添加することにより、電気抵抗率を、約１０１Ωｃｍ以上に向上させることができ、また、原子比％をさらに大きくすると、電気抵抗率をさらに向上させることができた。例えば、基板温度２５℃、酸素分圧３％で成膜した亜鉛８．８原子％を含む非晶質の酸化インジウム薄膜では、酸素及び／又は水を含む雰囲気中にて加熱し結晶化させることにより、電気抵抗を約１０４Ωｃｍに向上させることができた。
また、上記菱形印の結晶質酸化物は、結晶質酸化物２０２１に含まれる全金属元素の原子の数（＝［Ａ］）に対する正三価元素の添加物Ｍの原子の数（＝［Ｍ］）の原子比％（＝［Ｍ］／［Ａ］）が、約０．３％〜４．２％のとき、電気抵抗率が、約数Ωｃｍ〜数十Ωｃｍであった。
なお、丸印の結晶質酸化物は、電気抵抗率が、約１０−３Ωｃｍであった。【０１６３】
上記測定結果から、結晶質酸化物２０２１として、亜鉛の添加量が約０．１原子％を超え、好ましくは約０．５原子％を超えており、かつ、亜鉛の添加量が約１２原子％以下、好ましくは約１０原子％以下であるとよい。また、結晶質酸化物２０２１は、結晶状態における結晶構造が酸化インジウムのビックスバイト構造を有し、透明結晶質酸化インジウム薄膜であるとよい。なお、この透明結晶質酸化インジウム薄膜を電界効果型薄膜トランジスタ２００１，２００１ａ，２００１ｂに用いることで、ノーマリーオフで、かつ、ｏｎ−ｏｆｆ比を１０３超のトランジスタを構成することができた。
また、結晶化温度をさらに高温にすることにより、添加する酸化亜鉛の量をさらに増量することは可能であるが、高温処理するエネルギーを考えると、工業的には好ましくない。
なお、本成膜例で示したスパッタ装置２００５や材料などを用いる場合は、スパッタによる成膜後の結晶化処理条件は、例えば、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で１５０℃以上３５０℃以下の範囲とするとよい。また、図示してないが、本成膜例の結晶質酸化物２０２１も、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。さらに、電気抵抗率を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素及び／又は水を含む雰囲気中で、成膜することも好ましい形態である。【０１６４】
また、好ましくは、上記実施形態の結晶質酸化物２０２１が、ＰＡＮ耐性を有するとよい。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、電界効果型薄膜トランジスタ２００１，２００１ａ，２００１ｂを効率よく製造することができる。また、ソース電極２０２２やドレイン電極２０２３をＰＡＮ系エッチング液によりエッチングする際、ダメージを受けないので信頼性などが向上する。
なお、「ＰＡＮ耐性を有する」とは、ＰＡＮ系エッチング液によるエッチング速度が約１０ｎｍ／分未満であることをいう。なお、一般的に、ＰＡＮ系エッチング液（リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液）は、通常リン酸が約４５〜９５ｗｔ％、硝酸約０．５〜５ｗｔ％、酢酸約３〜５０ｗｔ％の範囲にあるものが用いられる。【０１６５】
（電界効果型薄膜トランジスタの製作例２）
次に、上記結晶質酸化物２０２１を用いた電界効果型薄膜トランジスタ２００１(図１０参照)の製作例２について、説明する。
上述した手法により、チャンネル長＝５０μｍ、チャンネル幅＝５００μｍのトップゲート型の電界効果型薄膜トランジスタ２００１を作製した。
本製作例の電界効果型薄膜トランジスタ２００１のｏｎ−ｏｆｆ比は、１０５以上であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃの電界効果移動度が得られた。さらに、閾値電圧（Ｖｔｈ）は、約＋２．０Ｖであり、ノーマリーオフの特性を示し、また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。さらに、ゲート電圧を印加しないとき、ソース電極２０２２とドレイン電極２０２３の間に約５Ｖの電圧を印加したところ、ソース電極２０２２とドレイン電極２０２３間の電流を約１０−７アンペヤにすることができた。
また、作製した電界効果型薄膜トランジスタ２００１に可視光を照射して同様の測定を行ったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。すなわち、本実施形態によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗率が高く、かつ、電子移動度が大きい活性層を有する薄膜トランジスタを実現できた。【０１６６】
（トランジスタの特性評価）
次に、本製作例の電界効果型薄膜トランジスタ２００１の電流−電圧特性について、図面を参照して説明する。
図２０は、製作例２に係る電界効果型薄膜トランジスタの電流−電圧特性のグラフを示している。
図２０において、室温下で測定した電界効果型薄膜トランジスタ２００１の電流−電圧特性を示しており、ゲート電圧ＶＧＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、結晶質酸化物インジウム系半導体がｎ型であるという事実と矛盾しない。
また、ＩＤＳは、ＶＤＳ＝１０Ｖ付近で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、ＶＤＳ＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧ＶＧＳの閾値は約２．０Ｖであった。また、ＶＧ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×１０−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより、絶縁性半導体の結晶質酸化インジウム半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。【０１６７】
また、本製作例では、ガラス基板２０１０上に電界効果型薄膜トランジスタ２００１を作製したが、成膜自体は室温で行え、その後、低温プラズマ結晶化法などにより低温で結晶化させることができるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。また、本製作例で得られた結晶質酸化物２０２１は、可視光の光吸収がほとんどなく、透明なフレキシブルＴＦＴを実現できる。【０１６８】
以上、本発明の電界効果型トランジスタの製造方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、電界効果型薄膜トランジスタの製造方法は、上述したボトムゲート型やトップゲート型の電界効果型薄膜トランジスタの製造方法に限定されるものではなく、様々な構造の電界効果型薄膜トランジスタの製造方法に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明に係る電界効果型トランジスタは、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイのスイッチング素子として利用できる。また、プラスチックフィルムをはじめとするフレキシブル素材に半導体の薄膜を形成し、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用できる。【０１７０】
本発明に係る電界効果型トランジスタの製造方法は、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイのスイッチング素子の製造方法として利用できる。また、プラスチックフィルムをはじめとするフレキシブル素材に半導体の薄膜を形成し、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、ＩＣカードやＩＤタグなどの製造方法に幅広く応用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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