(57)【要約】【課題】製造コストを抑えることができ、かつ、安定した電気的特性を示す薄膜トランジスタ等に用いることができる酸化物半導体薄膜、及び安定した電気的特性を示す薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素と、を含有する酸化物半導体薄膜であって、前記酸化物半導体薄膜の一方の面が薬液成分を含み、他方の面よりもキャリア濃度が低い酸化物半導体薄膜。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素と、を含有する酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体薄膜の一方の面が薬液成分を含み、他方の面よりもキャリア濃度が低い酸化物半導体薄膜。
【請求項２】
前記一方の面が前記他方の面よりも広がり抵抗顕微鏡測定による広がり抵抗が高い請求項１に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項３】
前記一方の面を薄膜トランジスタのバックチャネル側、前記他方の面を薄膜トランジスタのフロントチャネル側として用いる請求項１又は２記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項４】
前記薬液成分がリン元素を含む請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項５】
前記酸化物半導体薄膜が加熱処理されたものであり、前記加熱処理の前に前記薬液処理がなされた請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項６】
前記加熱処理温度が２００℃以上である請求項５に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項７】
前記一方の面のキャリア濃度が、前記他方の面のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である請求項１〜６のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項８】
前記酸化物半導体薄膜がスズを５質量％以上含む請求項１〜７のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項９】
インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素と、を含有する酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体薄膜が第１チャネル層及び第２チャネル層を含む積層構造であり、
前記第２チャネル層は前記第１チャネル層と反対側の面が薬液成分を含み、
前記第２チャネル層の前記第１チャネル層と反対側の面が前記第１チャネル層よりもキャリア濃度が低い酸化物半導体薄膜。
【請求項１０】
前記第１チャネル層が加熱処理されたものであり、
前記第２チャネル層が前記第１チャネル層に接しており、
前記第２チャネル層が加熱処理されたものであり、
前記第２チャネル層が前記第２チャネル層の加熱処理前に薬液処理がなされたものである請求項９に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１１】
前記第２チャネル層は前記第１チャネル層の加熱処理後に第１チャネル層の上に成膜されたものであり、
前記第２チャネル層は第２チャネル層の加熱処理前に第１のチャネル層と接していない表面が薬液処理されたものであり、
前記薬液処理後に、積層体全体を加熱処理することにより第１チャネル層の再加熱処理と第２チャネル層の加熱処理とが同時になされた請求項１０に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１２】
前記第２チャネル層の第１チャネル層と反対側の面が前記第１チャネル層よりも広がり抵抗顕微鏡測定による広がり抵抗が高い請求項９〜１１のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１３】
前記第２チャネル層がスズを５質量％以上含む請求項９〜１２のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１４】
前記第１及び第２のチャネル層の加熱処理温度が２００℃以上である請求項１０〜１３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１５】
前記第２チャネル層の前記第１チャネル層と反対側の面のキャリア濃度が、前記第１チャネル層のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である請求項９〜１４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１６】
前記第２チャネル層のキャリア濃度が、前記第１チャネル層のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である請求項９〜１５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
【請求項１９】
酸化物半導体薄膜を加熱処理する前に、前記酸化物半導体薄膜の一方の面を薬液処理して、他方の面よりもキャリア濃度を低くする工程を含む酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２０】
前記薬液処理の後に、酸化物半導体薄膜を加熱処理する工程を含む請求項１９に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２１】
前記加熱処理の温度が２００℃以上である請求項１９又は２０に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２２】
第１チャネル層及び第２チャネル層を積層して積層体を作製する工程、及び前記第２チャネル層における前記第１チャネル層と反対側の面を薬液処理して、前記第１チャネル層よりもキャリア濃度を低くする工程を含む酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２３】
前記第１チャネル層を加熱処理する工程、前記第１チャネル層に接して前記第２チャネル層を形成して積層体を作製する工程、前記積層体の第２チャネル層における前記第１チャネル層と反対側の面を薬液処理する工程、及び前記積層体を加熱処理する工程を含む請求項２２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２のチャネル層の加熱処理の温度が２００℃以上である請求項２３に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２５】
前記薬液が、リン酸イオン（ＰＯ４３−）、リン酸一水素イオン（ＨＰＯ４２−）又はリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）から選択される１以上を溶液中に放出する特性を有する請求項１９〜２４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項２６】
前記薬液が、リン酸及びリン酸塩から選択される１以上を含む請求項１９〜２５に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体薄膜、その製造方法、その酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ、及びそれを含む電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用されている電子デバイスである。なかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、ＴＦＴが多用されている。
【０００３】
電界効果型トランジスタの主要部材である半導体層（チャネル層）の材料としては、シリコン半導体化合物が最も広く用いられている。一般に、高速動作が必要な高周波増幅素子や集積回路用素子等には、シリコン単結晶が用いられている。一方、液晶駆動用素子等には、大面積化の要求から非晶質性シリコン半導体（アモルファスシリコン）が用いられている。
【０００４】
アモルファスシリコンの薄膜は、比較的低温で形成できるものの、結晶性の薄膜に比べてスイッチング速度が遅いため、表示装置を駆動するスイッチング素子として使用したときに、高速な動画の表示に追従できない場合がある。具体的に、解像度がＶＧＡである液晶テレビでは、移動度が０．５〜１ｃｍ２／Ｖｓのアモルファスシリコンが使用可能であったが、解像度がＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡあるいはそれ以上になると２ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度が要求される。また、画質を向上させるため駆動周波数を上げるとさらに高い移動度が必要となる。
【０００５】
一方、結晶性のシリコン系薄膜は、移動度は高いものの、製造に際して多大なエネルギーと工程数を要する等の問題や、大面積化が困難という問題があった。例えば、シリコン系薄膜を結晶化する際に８００℃以上の高温や、高価な設備を使用するレーザーアニールが必要である。また、結晶性のシリコン系薄膜は、通常ＴＦＴの素子構成がトップゲート構成に限定されるためマスク枚数の削減等コストダウンが困難であった。
【０００６】
このような問題を解決するために、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を主成分として含む酸化物半導体薄膜や酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛を主成分として含む酸化物半導体薄膜を使用した薄膜トランジスタが検討されている。酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛を含む酸化物半導体薄膜は、一般的に５〜１０ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度を示すことが知られている。また、組成の異なる酸化物半導体薄膜を積層することにより、移動度４０ｃｍ２／Ｖｓ以上と高い移動度を実現できることが報告されている（特許文献１）。
【０００７】
一方、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛を含む酸化物半導体薄膜は、高い移動度を示すことに加えて、ソース・ドレイン電極等をパターニングする薬液に耐性があることが報告されている（特許文献２）。活性層にこの薄膜を用いることで、酸化物半導体薄膜上にエッチングストッパーを積層せずに、ウェットエッチングにより電極をパターニング（バックチャネルエッチング）できることから、薄膜トランジスタを製作する際のマスク工程を削減できるために、コストダウンが可能で生産性を向上させることが可能である。
【０００８】
また、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにおいて、バックチャネル側の寄生チャネルの発生を防止する検討が進んでいる（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５０５２６９３号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１１７８１０号パンフレット
【特許文献３】特開２０１１−２２２９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、製造コストを抑えることができ、かつ、安定した電気的特性を示す薄膜トランジスタ等に用いることができる酸化物半導体薄膜、及び安定した電気的特性を示す薄膜トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、以下の酸化物半導体薄膜等が提供される。
１．インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素と、を含有する酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体薄膜の一方の面が薬液成分を含み、他方の面よりもキャリア濃度が低い酸化物半導体薄膜。
２．前記一方の面が前記他方の面よりも広がり抵抗顕微鏡測定による広がり抵抗が高い１に記載の酸化物半導体薄膜。
３．前記一方の面を薄膜トランジスタのバックチャネル側、前記他方の面を薄膜トランジスタのフロントチャネル側として用いる１又は２記載の酸化物半導体薄膜。
４．前記薬液成分がリン元素を含む１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
５．前記酸化物半導体薄膜が加熱処理されたものであり、前記加熱処理の前に前記薬液処理がなされた１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
６．前記加熱処理温度が２００℃以上である５に記載の酸化物半導体薄膜。
７．前記一方の面のキャリア濃度が、前記他方の面のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である１〜６のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
８．前記酸化物半導体薄膜がスズを５質量％以上含む１〜７のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
９．インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素と、を含有する酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体薄膜が第１チャネル層及び第２チャネル層を含む積層構造であり、
前記第２チャネル層は前記第１チャネル層と反対側の面が薬液成分を含み、
前記第２チャネル層の前記第１チャネル層と反対側の面が前記第１チャネル層よりもキャリア濃度が低い酸化物半導体薄膜。
１０．前記第１チャネル層が加熱処理されたものであり、
前記第２チャネル層が前記第１チャネル層に接しており、
前記第２チャネル層が加熱処理されたものであり、
前記第２チャネル層が前記第２チャネル層の加熱処理前に薬液処理がなされたものである９に記載の酸化物半導体薄膜。
１１．前記第２チャネル層は前記第１チャネル層の加熱処理後に第１チャネル層の上に成膜されたものであり、
前記第２チャネル層は第２チャネル層の加熱処理前に第１のチャネル層と接していない表面が薬液処理されたものであり、
前記薬液処理後に、積層体全体を加熱処理することにより第１チャネル層の再加熱処理と第２チャネル層の加熱処理とが同時になされた１０に記載の酸化物半導体薄膜。
１２．前記第２チャネル層の第１チャネル層と反対側の面が前記第１チャネル層よりも広がり抵抗顕微鏡測定による広がり抵抗が高い９〜１１のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
１３．前記第２チャネル層がスズを５質量％以上含む９〜１２のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
１４．前記第１及び第２のチャネル層の加熱処理温度が２００℃以上である１０〜１３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
１５．前記第２チャネル層の前記第１チャネル層と反対側の面のキャリア濃度が、前記第１チャネル層のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である９〜１４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
１６．前記第２チャネル層のキャリア濃度が、前記第１チャネル層のキャリア濃度に対して１／１０倍以下である９〜１５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
１７．１〜１６のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜を含む薄膜トランジスタ。
１８．１７に記載の薄膜トランジスタを含む電子機器。
１９．酸化物半導体薄膜を加熱処理する前に、前記酸化物半導体薄膜の一方の面を薬液処理して、他方の面よりもキャリア濃度を低くする工程を含む酸化物半導体薄膜の製造方法。
２０．前記薬液処理の後に、酸化物半導体薄膜を加熱処理する工程を含む１９に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
２１．前記加熱処理の温度が２００℃以上である１９又は２０に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
２２．第１チャネル層及び第２チャネル層を積層して積層体を作製する工程、及び前記第２チャネル層における前記第１チャネル層と反対側の面を薬液処理して、前記第１チャネル層よりもキャリア濃度を低くする工程を含む酸化物半導体薄膜の製造方法。
２３．前記第１チャネル層を加熱処理する工程、前記第１チャネル層に接して前記第２チャネル層を形成して積層体を作製する工程、前記積層体の第２チャネル層における前記第１チャネル層と反対側の面を薬液処理する工程、及び前記積層体を加熱処理する工程を含む２２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
２４．前記第１及び第２のチャネル層の加熱処理の温度が２００℃以上である２３に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
２５．前記薬液が、リン酸イオン（ＰＯ４３−）、リン酸一水素イオン（ＨＰＯ４２−）又はリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）から選択される１以上を溶液中に放出する特性を有する１９〜２４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
２６．前記薬液が、リン酸及びリン酸塩から選択される１以上を含む１９〜２５に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、薄膜トランジスタ等の製造コストを抑えることができ、かつ、安定した電気的特性を与える酸化物半導体薄膜、及び安定した電気的特性を示す薄膜トランジスタが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態のＴＦＴの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の酸化物半導体薄膜］
本発明の第１の酸化物半導体薄膜（薄膜）は、インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素とを含有する。また、酸化物半導体薄膜の一方の面は薬液成分を含み、他方の面よりもキャリア濃度が低い。
【００１５】
本発明の第１の薄膜は、一方の面が薬液成分を含み、キャリア濃度が低く、即ち導電性が低い。このようにすることで、膜厚方向においてキャリア濃度が高い領域と低い領域を併存させることができ、ＴＦＴのチャネル層に用いた場合に、寄生チャネルの発生を防止し、安定した性能を得ることができる。
また、特許文献１のような高移動度な酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを同じ組成のスパッタリングターゲットを用いて実現することができる。
以下、便宜上、第１の酸化物半導体薄膜において上記薬液成分を含む面を「上面」、他方の面を「下面」と表記する場合がある。
【００１６】
薬液成分としては、後述するものが挙げられる。薄膜の上面が薬液成分を含むことは、ＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）により判別する。
【００１７】
酸化物半導体薄膜の上面のキャリア濃度は、通常、１０の１４乗台〜１０の１７乗台［ｃｍ−３］であり、好ましくは１０の１５乗台〜１０の１６乗台［ｃｍ−３］である。
酸化物半導体薄膜の下面のキャリア濃度は、通常、１０の１７乗台〜１０の２１乗台［ｃｍ−３］であり、好ましくは１０の１８乗台〜１０の２０乗台［ｃｍ−３］である。
本願明細書において、「１０のａ乗台」とは、１×１０ａ〜Ｘ×１０ａ（Ｘは１０未満の数値）の数値を意味する。
【００１８】
また、上面のキャリア濃度は、下面のキャリア濃度に対して好ましくは１／１０００００倍以上１／１０倍以下、より好ましくは１／１００００倍以上１／１００倍以下である。
【００１９】
酸化物半導体薄膜の上面と下面のキャリア濃度の比較は以下のように行う。即ち、上面のサンプルである薬液成分を含む単層と、下面のサンプルである薬液成分を含まない単層を作製し、それぞれについてホール効果を用いたキャリア濃度測定を行って評価する。
【００２０】
また、単層においては上面と下面のキャリア濃度差を測定することはできないが、キャリア濃度差が生じているかどうかは、広がり抵抗顕微鏡（ＳＳＲＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて判別することができる。キャリア濃度は、ＳＳＲＭの広がり抵抗と相関があり、広がり抵抗の低い領域は、キャリア濃度が高く、広がり抵抗が高い領域は、キャリア濃度が低くなる。
従って、上面、下面の各サンプルがなく、単一の酸化物半導体薄膜のみが存在する場合（例えば、完成したＴＦＴ素子について評価する場合）は、ＳＳＲＭ測定によって上面と下面のキャリア濃度差が生じているかを判別する。具体的には以下の通りである。
【００２１】
広がり抵抗の高低はチャネル層を含む断面を切り出した後に、ＳＳＲＭ測定から求める。断面のＹ軸（垂直）方向のＳＳＲＭ測定（ＳＳＲＭスペクトル）は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネル層及び保護絶縁膜を順次に横切るようにスキャンすることが好ましく、順次垂直に横切るようにスキャンすることがさらに好ましい。また、断面のＹ軸方向のＳＳＲＭ測定を順次Ｘ軸（水平）方向に拡張することで２次元のＳＳＲＭ像を取得することできる。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてチャネル層を含む断面ＴＥＭ像から、ゲート絶縁膜、チャネル層及び保護絶縁膜の膜厚を測定し、ＳＳＲＭ像と比較することにより、広がり抵抗の高い領域及び広がり抵抗の低い領域の位置関係を決定できる。広がり抵抗は、その測定原理より、プローブ材質、サンプル形状、測定表面状態等により絶対値が大きく変化するため、相対値より高低を判断できる。
【００２２】
広がり抵抗の低い領域は、チャネル部のＳＳＲＭスペクトル形状及びＳＳＲＭ像のしきい値抵抗より決定することができる。まず、ＳＳＲＭスペクトル形状より広がり抵抗の低い領域及び領域端部を決定する。任意のチャネル部のＳＳＲＭスペクトルに着目した場合、極小値が１つのスペクトルであれば、そのスペクトル幅を広がり抵抗の低い領域と定義する。ただし、スペクトル中に１０ｎｍ以上の領域に渡って、広がり抵抗値の変化が一桁以内のショルダー又はプラトーが存在する場合、極小値を基準ピークとするガウス関数を用い残差２乗和が最小となるようにフィッティングを行い（ショルダー及びプラトー部を含む高抵抗領域はフィッティング範囲から除外する）、ピーク分離後に領域幅を定義する。
【００２３】
尚、ショルダー又はプラトーは、広がり抵抗の極小値と比べ１桁以上高い広がり抵抗値を有するものに限定する。ここで、スペクトル幅は、ピークを挟みゲート絶縁膜の平均広がり抵抗値に比較し２桁以上抵抗値が低い最大抵抗値を有する２点の距離とし、その２点を該領域の端部とする。ゲート絶縁膜の平均広がり抵抗値とは、ＳＳＲＭ像のゲート絶縁膜に相当する部分の最大分布抵抗値と定義する。
【００２４】
極小値を２つ以上含むＳＳＲＭスペクトルの場合、各極小値を用い極小値を基準ピークとして、ガウス関数を用い残差２乗和が最小となるようにピーク分離を行う。最も抵抗値の低いピークを有するスペクトルを広がり抵抗の低い領域とし、上記の要領にて領域幅及び領域端を定義する。ただし、隣接するスペクトルのピーク抵抗値の比が１桁以内の場合、又は、ピーク分離後にピーク幅が１０ｎｍ未満となるものは、ピーク分離対象とはしない。
【００２５】
次に、各ＳＳＲＭスペクトルを断面Ｘ軸方向に拡張した、ＳＳＲＭ像において広がり抵抗の低い領域を面内にて定義する。代表的なＳＳＲＭスペクトル（好ましくはランダムに取得した５つ以上のＳＳＲＭスペクトル、より好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上）における抵抗の低い領域端（ゲート絶縁膜側）の抵抗値を取得し、その抵抗範囲における最小・最大抵抗値をしきい値抵抗として、ＳＳＲＭ像にしきい値抵抗値内の領域をプロットする。この際にゲート絶縁膜とチャネル層界面に沿ってプロットが並ぶが、ＳＳＲＭ像のＸ軸方向両端にプロットが連続して並ぶようにしきい値抵抗値の幅を広げることが可能である（ただし、両しきい値抵抗より一桁の範囲内にて拡張は可能である）。ＳＳＲＭ像のＸ軸方向にプロットが５割以上連続して並ぶようにしきい値範囲を調整した後、ゲート金属−ゲート絶縁膜界面より垂線を引き最初にプロットと交わった距離をゲート絶縁膜幅とする。本ゲート絶縁膜幅をＸ軸方向に拡張した場合、ヒストグラムのピーク値を平均ゲート絶縁膜幅と定義する。ＴＥＭ像と比較し、ゲート絶縁膜平均厚さ（ＴＥＭ像）に対して平均ゲート絶縁膜幅が同等程度（±１０ｎｍ）であれば、広がり抵抗の低い領域はゲート絶縁膜に接するといえる。また、抵抗の低い領域端（保護絶縁膜側）にも同様な処理を行い、広がり抵抗の低い領域幅を定義することができる。
【００２６】
広がり抵抗の高い領域は、上記のチャネル層中の広がり抵抗の低い領域に対応して決まる。例えば断面ＴＥＭよりチャネル膜厚の膜厚を測定し、ＳＳＲＭの広がり抵抗と比較することにより、チャネル層の、キャリア濃度の高い領域と低い領域が存在することを確認できる。
【００２７】
インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素を含有する酸化物半導体薄膜は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２О３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）から選択される２種以上の酸化物から得られる焼結体からなるスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリング法により形成することができる。スパッタリング法による成膜は、大面積均一性や製造の簡便性から好ましい。
【００２８】
スパッタリングターゲットは、本技術分野において公知の方法により製造することができる。例えば、国際公開第２０１０／０２３８８９号パンフレットを参照することができる。
スパッタリングターゲットは、インジウム、亜鉛、スズ、及びガリウム以外に、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｍｇを１５原子％（ａｔ％）以下の範囲で含有していてもよい。これら元素を含有することにより、酸化物半導体層の耐還元性を向上させることができる。ただし、含有率が上がるとＴＦＴ移動度が低下するおそれがあるため１５ａｔ％以下が好ましい。
【００２９】
上記の薄膜は、金属元素として、インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素のみを実質的に含有する酸化物半導体薄膜であることが好ましい。これら元素を主成分とする酸化物半導体薄膜は、その組成比にもよるが高いＴＦＴ移動度を有する。
【００３０】
尚、本発明において「実質的」とは、酸化物半導体薄膜の金属元素の９０ａｔ％以上１００ａｔ％以下（好ましくは９５ａｔ％以上１００ａｔ％以下）がインジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素であることを意味する。
【００３１】
薄膜中の各金属元素の含有率は、誘導結合プラズマ法（ＩＣＰ）により測定できる。また、各金属元素の含有率は、例えば、スパッタリングターゲットを製造するときの酸化物原料の配合を調整することにより制御できる。尚、スパッタリングターゲットの各金属元素の含有率は、得られる酸化物半導体薄膜中の各金属元素の含有率とほぼ等しい。
酸化物半導体薄膜の厚さは、特に制限はなく、薄膜の用途等に合わせて適宜設定できる。一般的には０．５〜５００ｎｍである。
【００３２】
また、薄膜として薬液耐性が高い酸化物半導体薄膜を用いることが好ましい。薬液耐性が高い酸化物半導体薄膜は、使用できる薬液の種類も多く、薬液の濃度範囲も広く調整できるため、処理薬液の制御が容易となる。
具体的には、スズを５ａｔ％以上含有する酸化物半導体薄膜、及び結晶性の酸化物半導体薄膜が好ましい。
【００３３】
特に、インジウム、亜鉛及びスズからなる非晶質酸化物半導体薄膜、インジウム、スズ、亜鉛及びガリウムからなる非晶質半導体薄膜、並びにインジウム及びガリウムからなる結晶酸化物半導体薄膜が好ましい。
尚、非晶質であるか結晶であるかは、ＸＲＤでのピークの有無で定義する。ＸＲＤでピークが確認されない薄膜を非晶質、確認される薄膜を結晶と定義する。
【００３４】
上記の酸化物半導体薄膜を、薬液に接触させることにより、酸化物半導体薄膜の導電性を低下させることができる。
薬液としては、酸化物半導体薄膜に含まれる金属元素と酸化物半導体層より導電性が低い化合物を形成する薬液、又は酸化物半導体薄膜中の酸素欠損を低減させる酸化力の強い薬液が好ましい。
薬液はこれらの特性を有する溶液であれば特に限定されるものではないが、その溶質としては、前者の理由からリン元素を含む化合物が好ましく、リン酸等のリン酸イオン（ＰＯ４３−）、リン酸一水素イオン（ＨＰＯ４２−）又はリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）を放出する化合物がより好ましく、後者の理由から過酸化水素や硝酸が好ましい。
【００３５】
リン酸イオン（ＰＯ４３−）、リン酸一水素イオン（ＨＰＯ４２−）又はリン酸二水素イオン（Ｈ２ＰＯ４−）を放出する化合物としては、リン酸、リン酸アンモニウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）、リン酸一水素アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸カリウム（Ｋ３ＰＯ４）、リン酸一水素カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４）、リン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）、リン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）、リン酸一水素ナトリウム（Ｎａ２ＨＰＯ４）及びリン酸二水素ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）等が挙げられる。
【００３６】
尚、溶液における薬液（溶質）の濃度は、０．１〜９０ｗｔ％が好ましく、０．５〜８０ｗｔ％がより好ましい。尚、２種以上の薬液を混合した溶液の場合、上記濃度は、全薬液の合計の濃度である。
【００３７】
薬液との接触時間は、酸化物半導体薄膜を薬液に浸漬する場合、通常５秒〜３０分であり、好ましくは１０秒〜２０分であり、特に好ましくは３０秒〜１０分である。
薬液の溶液温度は、３０℃以上が好ましく、特に３０℃〜５０℃が好ましい。
【００３８】
薬液を接触させた後に、必要に応じて洗浄やアニールすることが好ましい。
洗浄方法は特に限定しないが、例えば、接触後の酸化物半導体薄膜の表面を純水等により洗浄すればよい。
【００３９】
アニール処理の処理温度は１００℃〜４５０℃が好ましい。また、２００℃以上が好ましく、２５０℃〜４００℃が特に好ましい。処理時間は３０秒〜２時間が好ましく、１分〜１時間が特に好ましい。
アニール処理雰囲気は限定されないが、真空中又は窒素中が酸化物半導体薄膜に余分な酸素が取り込まれないため好ましい。
【００４０】
また、薬液を接触させた後にアニール処理することが好ましいが、薬液を接触させる前にアニール処理を行うことも可能である。この場合の処理温度は、薬液によるキャリア濃度の低下効果を妨げない温度であればよく、例えば２５０℃未満、２００℃未満又は１５０℃未満である。
【００４１】
薬液へ接触することにより、通常、酸化物薄膜の表面に薬液成分が含まれる。例えば、リン酸を含む薬液に接触した場合、リンを含む陰イオンと薄膜中の金属元素が、酸化物半導体層より導電性が低い化合物を酸化物半導体層表面に形成する。
【００４２】
本発明の第１の薄膜は下記の製造方法により製造することができる。
本発明の第１の酸化物半導体薄膜の製造方法は、酸化物半導体薄膜を加熱処理する前に、酸化物半導体薄膜の一方の面を薬液処理して、他方の面よりもキャリア濃度を低くする工程を含む。薬液、薬液処理条件及び加熱処理条件は上記と同じである。
通常、酸化物半導体薄膜を加熱処理する工程を含み、加熱処理工程は上記薬液処理の工程の後に行うことが好ましい。加熱処理の条件は上記と同じである。
【００４３】
［第２の酸化物半導体薄膜］
本発明の第２の酸化物半導体薄膜は、インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素とを含有する酸化物半導体薄膜であって、第１チャネル層及び第２チャネル層を含む積層構造を有する。
また、第２チャネル層の第１チャネル層と反対側の面が薬液成分を含み、第１チャネル層よりもキャリア濃度が低い。
【００４４】
本発明の第２の薄膜は、第２チャネル層の第１チャネル層と反対側の面のキャリア濃度が低く、即ち導電性が低い。このようにすることで、膜厚方向においてキャリア濃度が高い領域と低い領域を併存させることができ、ＴＦＴのチャネル層に用いた場合に、寄生チャネルの発生を防止し、安定した性能を得ることができる。
また、積層構造とすることにより、キャリア濃度が高い領域と低い領域がより明確に現れ、ＴＦＴに用いたときにより高移動度にできる点で好ましい。
【００４５】
以下、便宜上、第２の薄膜において、第２チャネル層の薬液成分を含む面を「上面」、他方の面を「下面」とし、第１チャネル層の第２チャネル層側の面を「上面」、他方の面を「下面」と表記する場合がある。
薬液成分を含むか否かの判別方法は第１の薄膜と同じである。
【００４６】
第２チャネル層の上面のキャリア濃度は、通常、１０の１４乗台〜１０の１７乗台［ｃｍ−３］であり、好ましくは１０の１５乗台〜１０の１６乗台［ｃｍ−３］である。
第１チャネル層のキャリア濃度は、通常１０の１７乗台〜１０の２１乗台［ｃｍ−３］であり、好ましくは１０の１８乗台〜１０の２０乗台［ｃｍ−３］である。
また、第２チャネル層の上面のキャリア濃度は、第１チャネル層のキャリア濃度に対して好ましくは１／１０００００倍以上１／１０倍以下、より好ましくは１／１００００倍以上１／１００倍以下である。
【００４７】
第２チャネル層の上面と第１チャネル層のキャリア濃度の比較は以下のように行う。
即ち、第２チャネル層のサンプルである薬液成分を含む単層と、第１チャネル層のサンプルである薬液成分を含まない単層を作製し、それぞれについてホール効果を用いたキャリア濃度測定を行って評価する。
また、第２チャネル層と第１チャネル層の各サンプルがなく、単一の酸化物半導体薄膜のみが存在する場合（例えば、完成したＴＦＴ素子について評価する場合）は、上記のＳＳＲＭ測定によってキャリア濃度差が生じているかを判別する。
【００４８】
インジウム、亜鉛、スズ及びガリウムから選択される２種以上の金属元素と、酸素元素とを含有する酸化物半導体薄膜は上記と同じである。
【００４９】
また、第２のチャネル層に薬液耐性が高い酸化物半導体薄膜を用いることが好ましい。薬液耐性が高い酸化物半導体薄膜は、使用できる薬液の種類も多く、薬液の濃度範囲も広く調整できるため、処理薬液の制御が容易となる。
具体的には、スズを５ａｔ％以上含有する酸化物半導体薄膜、及び結晶性の酸化物半導体薄膜が好ましい。
【００５０】
特に、インジウム、亜鉛及びスズからなる非晶質酸化物半導体薄膜、インジウム、スズ、亜鉛及びガリウムからなる非晶質半導体薄膜、並びにインジウム及びガリウムからなる結晶酸化物半導体薄膜が好ましい。
尚、非晶質であるか結晶であるかは、ＸＲＤでのピークの有無で定義する。ＸＲＤでピークが確認されない薄膜を非晶質、確認される薄膜を結晶と定義する。
【００５１】
また、移動度の観点から、第１のチャネル層にキャリア濃度の高い薄膜を用いることが好ましい。組成比は特に限定されないが、インジウムが２０ｗｔ％以上含まれるものが好ましく、インジウムが３０ｗｔ％以上含まれるものがより好ましい。
【００５２】
上記の酸化物半導体薄膜を薬液に接触させることにより、第２のチャネル層上面の導電性を低下させることができる。
薬液及び接触条件は上記と同じである。第２のチャネル層のみを薬液に接触させることが好ましい。
【００５３】
薬液を接触させた後、必要に応じて洗浄やアニールすることが好ましい。また、薬液を接触させる前にアニール処理を行うことも可能である。
洗浄やアニールの条件は上記と同じである。
【００５４】
また、第１チャネル層は、第２チャネル層の積層前に加熱処理されたものであることが好ましい。また、第１チャネル層と第２チャネル層は接していることが好ましい。
【００５５】
本発明の第２の薄膜は下記の製造方法により製造することができる。
本発明の第２の酸化物半導体薄膜の製造方法は、第１チャネル層及び第２チャネル層を積層して積層体を作製する工程、及び第２チャネル層における第１チャネル層と反対側の面を薬液処理して、第１チャネル層よりもキャリア濃度を低くする工程を含む。薬液、処理条件は上記と同じである。
【００５６】
また、第２の製造方法は、第１チャネル層を加熱処理する工程、第１チャネル層に接して第２チャネル層を形成して積層体を作製する工程、積層体の第２チャネル層における第１チャネル層と反対側の面を薬液処理する工程、及び積層体を加熱処理する工程をこの順に含むと好ましい。
加熱処理の条件は上記と同じである。
【００５７】
本発明の第１及び第２の酸化物半導体薄膜（本発明の酸化物半導体薄膜）は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、特にバックチャネル型ＴＦＴのチャネル層に用いることができる。
具体的に、第１の薄膜においては、キャリア濃度が低い上面をＴＦＴのバックチャネル側、下面をフロントチャネル側として用い、第２の薄膜においては、第２チャネル層をＴＦＴのバックチャネル側、第１チャネル層をフロントチャネル側として用いることができる。
【００５８】
次に、本発明のＴＦＴについて説明する。
本発明のＴＦＴは、チャネル層に本発明の酸化物半導体薄膜を使用する。本発明の酸化物半導体薄膜をチャネル層に適用すると、バックチャネル側の伝導パスが制御でき、オフ電流の小さなＴＦＴが形成される。また、バックチャネルエッチ型ＴＦＴプロセスに適用可能であるためコストダウンも可能となる。
【００５９】
また、チャネル層に本発明の積層型の薄膜（第２の薄膜）を用いると、第１のチャネル層にキャリア濃度が高い薄膜を用いていることにより、高移動度を示すＴＦＴを形成することが可能である。また、バックチャネルエッチ型ＴＦＴプロセスに適用可能であるためコストダウンも可能となる。
ＴＦＴの形態については特に限定されず、公知の構成を採用できる。
以下、本発明のＴＦＴの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００６０】
図１は、本発明のＴＦＴの一実施形態の概略断面図である。
本実施形態のＴＦＴ１は、基板１０上に、ゲート電極１１、ゲート絶縁膜１２、チャネル層１３、ソース電極１４、ドレイン電極１５、第１の保護膜１６、第２の保護膜１７、及びコンタクトホール１８を有する。
【００６１】
ＴＦＴ１は、基板１０上にゲート電極１１が形成され、このゲート電極１１を覆うように、ゲート絶縁膜１２が形成されている。このゲート絶縁膜１２上であって、かつ、ゲート電極１１の上方に単層のチャネル層（半導体層）１３が設けられている。チャネル層１３とゲート絶縁膜１２上に、第１の保護膜１６が形成されている。
【００６２】
チャネル層１３の一端側に、ゲート電極１１と直交する方向にソース電極１４がコンタクトホールを介して接続されている。同様に、チャネル層１３の一端に対向する他端側にドレイン電極１５が接続されている。
ゲート絶縁膜１２、ソース電極１４、ドレイン電極１５及び第１の保護膜１６を覆うように、第２の保護膜１７が形成されている。
【００６３】
第２の保護膜１７にはコンタクトホール１８があり、外部電極と、ドレイン電極１５が接続されている。
尚、第２の保護膜１７は必ずしも必須ではないが、形成することが好ましい。
【００６４】
図１に示すＴＦＴ１において、単層のチャネル層１３を、２層構造（第１のチャネル層１３ａ、第２のチャネル層１３ｂ）としたＴＦＴ１’の概略断面図を図２に示す。チャネル層１３を単層から２層構造とした他はＴＦＴ１と同じである。
【００６５】
図３は、本発明のＴＦＴの他の実施形態の概略断面図である。
本実施形態と上述したＴＦＴ１では、チャネル層と、ソース電極及びドレイン電極の接続にコンタクトホールを使用していない点が異なる。
本実施形態のＴＦＴ２では、基板２０、ゲート電極２１、ゲート絶縁膜２２及びチャネル層２３が、上述したＴＦＴ１と同様に形成されている。
【００６６】
チャネル層２３の一端側に、ゲート電極２１と直交する方向にソース電極２４が接続されている。また、チャネル層２３の一端に対向する他端側にドレイン電極２５が接続されている。
【００６７】
ゲート絶縁膜２２、ソース電極２４、ドレイン電極２５を覆うように、第１の保護膜２６が形成されている。
第１の保護膜２６にはコンタクトホール２７があり、外部電極と、ドレイン電極２５が接続されている。
【００６８】
図３に示すＴＦＴ２において、単層のチャネル層２３を、２層構造（第１のチャネル層２３ａ、第２のチャネル層２３ｂ）としたＴＦＴ２’の概略断面図を図４に示す。
チャネル層２３を単層から２層構造とした他はＴＦＴ２と同じである。
【００６９】
図５は、本発明のＴＦＴの他の実施形態の概略断面図である。
本実施形態のＴＦＴ３と上述したＴＦＴ２では、チャネル層と保護膜の間にさらに保護膜（第１の保護膜３６）が設けられている点が異なる。ＴＦＴ３において、チャネル層３３の上面においてソース電極３４及びドレイン電極３５が設けられていない部分に第１の保護膜３６が形成されている。
【００７０】
図５に示すＴＦＴ３において、単層のチャネル層３３を、２層構造（第１のチャネル層３３ａ、第２のチャネル層３３ｂ）としたＴＦＴ３’の概略断面図を図６に示す。チャネル層３３を単層から２層構造とした他はＴＦＴ３と同じである。
【００７１】
本発明において、チャネル層の膜厚は、通常０．５〜５００ｎｍ、好ましくは１〜１５０ｎｍ、より好ましくは３〜８０ｎｍ、特に好ましくは１０〜６０ｎｍである。０．５ｎｍより薄いと工業的に均一に成膜することが難しい。一方、５００ｎｍより厚いと成膜時間が長くなり工業的に採用できない。成膜時間と膜厚の均一性を考えると、３〜８０ｎｍの範囲内にあることが特に好ましい。
【００７２】
本発明のＴＦＴは、上述した本発明の酸化物半導体薄膜をチャネル層として有していればよく、各電極等の他の構成部材は、公知のものを採用できる。また、ＴＦＴの構造も上述した実施形態に限定されない。
以下、ＴＦＴを構成する部材の例について説明する。
【００７３】
１．基板
特に制限はなく、本技術分野で公知のものを使用できる。例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板、シリコン基板、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の樹脂基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。基板や基材の厚さは０．１〜１０ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラス基板の場合は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。透明性や平滑性が求められる場合は、ガラス基板、樹脂基板が好ましく、ガラス基板が特に好ましい。軽量化が求められる場合は樹脂基板や高分子基材が好ましい。
【００７４】
２．第１及び第２の保護層
保護層により、真空中や低圧下で半導体の表面層の酸素が脱離し、オフ電流が高くなる、閾値電圧が負になることを防ぐことができる。また、大気下でも湿度等周囲の影響を受けず、閾値電圧等のトランジスタ特性のばらつきの発生を防ぐことができる。また、第一保護膜層は、その素子構成にもよるがソース・ドレイン電極加工用エッチャントに対するダメージから半導体層を保護する役割や、層間絶縁膜としての役割もある。
【００７５】
保護層を形成する材料は特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３である。保護層は酸化物からなることが特に好ましく、ＳｉＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３等の酸化物が好ましい。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
このような保護層は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。
【００７６】
また、保護層は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。尚、保護層が非晶質であることが特に好ましい。非晶質膜であると界面の平滑性が良好で、またゲートリーク電流も抑制できる。
【００７７】
尚、保護層は、非晶質酸化物あるいは非晶質窒化物であることが好ましく、非晶質酸化物であることが特に好ましい。また、保護層が酸化物でないと半導体中の酸素が保護層側に移動し、オフ電流が高くなったり、閾値電圧が負になりノーマリーオフを示すおそれがある。また、半導体層の保護層は、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、半導体層の保護層は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上積層構造を有してもよい。
【００７８】
特に、第１と第２の半導体層（チャネル層）を用いる場合には、第１の保護層を酸化物で、第２の保護層をＳｉＮｘ等の窒化物で構成することが好ましい。このような構成をとると良好なトランジスタ特性と耐湿性を持たせることが容易である。
【００７９】
保護層の形成は、ＰＥＣＶＤ、ＴＥＯＳＣＶＤ、Ｃａｔ−ＣＶＤ、スパッタリング、スピンコート、印刷法等が利用できるが、工業的にはＰＥＣＶＤあるいはスパッタリングが好ましく、ＰＥＣＶＤが特に好ましい。
【００８０】
３．ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜を形成する材料にも特に制限はない。本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等を用いることができる。これらのなかでも、ＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３を用いるのが好ましく、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。また、ＳｉＮｘは水素元素を含んでいてもよい。
【００８１】
このようなゲート絶縁膜は、異なる２層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。また、ゲート絶縁膜は、結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
また、ゲート絶縁膜は、ポリ（４−ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、パリレン等の有機絶縁膜を用いてもよい。さらに、ゲート絶縁膜は無機絶縁膜及び有機絶縁膜の２層以上積層構造を有してもよい。
【００８２】
ゲート絶縁膜の形成は、ＰＥＣＶＤ、ＴＥＯＳＣＶＤ、Ｃａｔ−ＣＶＤ、スパッタリング、スピンコート、印刷法等が利用できるが、工業的にはＰＥＣＶＤあるいはスパッタリングが好ましく、ＰＥＣＶＤが特に好ましい。
【００８３】
４．電極
ゲート電極、ソ−ス電極及びドレイン電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、本発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択することができる。
例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、ＺｎＯ、ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ、Ｃｕ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。また、それらを２層以上積層して接触抵抗を低減したり、界面強度を向上させることが好ましい。また、ソ−ス電極、ドレイン電極の接触抵抗を低減させるため半導体の電極との界面をプラズマ処理、オゾン処理等で抵抗を調整してもよい。
【００８４】
本発明では、チャネル層の一部をさらに下記のような方法で低抵抗化させてソース電極又はドレイン電極を形成してもよい。
半導体層の一部を低抵抗化させるには、例えば、低酸素分圧下、不活性ガス下、低圧下又は真空下で、熱処理あるいは紫外線光等のエネルギー線を照射する方法や、水素、窒素又はアルゴン等の不活性ガス環境下でプラズマを照射する方法等がある。
また、プラズマＣＶＤにてＳｉＮｘ等で保護層を積層する際に、水素量等のプラズマ条件を調整することで低抵抗化してもよい。
【００８５】
本発明のＴＦＴは、チャネル層を遮光する構造を持つことが好ましい。チャネル層を遮光する構造（例えば、遮光層）を持っていないと、光がチャネル層に入射した場合にキャリア電子が励起されオフ電流が高くなるおそれがある。遮光層は、３００〜８００ｎｍに吸収を持つ薄膜が好ましい。遮光層はチャネル層の上部、下部どちらかでも構わないが、上部及び下部の両方にあることが好ましい。また、遮光層はゲート絶縁膜やブラックマトリックス等と兼用されていても構わない。遮光層が片側だけにある場合、遮光層が無い側から光が半導体層に照射しないよう構造上工夫する必要がある。
【００８６】
本発明のＴＦＴの各構成部材（層）は、本技術分野で公知の手法で形成できる。具体的に、成膜方法としては、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法等の化学的成膜方法、又はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザーディポジション法等の物理的成膜方法を用いることができる。キャリア密度が制御し易い、及び膜質向上が容易であることから、好ましくは物理的成膜方法を用い、より好ましくは生産性が高いことからスパッタ法を用いる。
【００８７】
本発明のＴＦＴ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、フォトセンサ等の電子機器に使用できる。
【実施例】
【００８８】
実施例１
（１）スパッタリングターゲットの作製
出発原料として、Ｉｎ２Ｏ３（純度４Ｎ、アジア物性材料社製）、ＳｎＯ２（純度４Ｎ、アジア物性材料社製）及びＺｎＯ（純度４Ｎ、高純度化学社製）を使用した。
これらの原料を原子比でＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝３６．５：１５．０：４８．５として秤量し、湿式媒体撹拌ミルを使用して混合粉砕した。尚、湿式媒体撹拌ミルの媒体には１ｍｍφのジルコニアビーズを使用した。
【００８９】
そして混合粉砕後、スプレードライヤーで乾燥させた。得られた混合粉末を金型に充填し、冷間静水圧（ＣＩＰ）にて面圧２２００ｋｇｆ／ｃｍ２、５分保持にて加圧成形し成形体を作製した。
その後、電気炉にて焼結した。焼結条件は以下の通りとした。
昇温速度：２℃／分
焼結温度：１４５０℃
焼結時間：２０時間
焼結雰囲気：酸素流入
得られたターゲットの理論相対密度は９９％であり、四端子法により測定したバルク抵抗値は５ｍΩであった。
【００９０】
（２）ＴＦＴの作製
作製したスパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に装着し、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製した。
基板として熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用い、基板をゲート電極、熱酸化膜（１００ｎｍ）をゲート絶縁膜とした。
シリコン基板にチャネル層形成用のマスクを装着した後、Ａｒガス及びＯ２ガスを導入し、上記スパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタ法により膜厚５０ｎｍの非晶質膜を成膜した。
【００９１】
次に、ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着し、ＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜してソース電極及びドレイン電極を形成した。このようにして、チャネル長２００μｍ、チャネル幅１０００μｍのＴＦＴを得た。
【００９２】
（３）薬液処理
次に、得られたＴＦＴをＡｌ電極の加工に用いられるエッチング液（リン酸７０ｗｔ％、酢酸１０ｗｔ％、硝酸３ｗｔ％、水１７ｗｔ％の混酸）に浸漬し、純水で洗浄した後、窒素ブローでＴＦＴ表面の水分を飛ばし、大気中３００℃で１時間加熱処理した。
【００９３】
（４）ＴＦＴの評価
［移動度（電界効果移動度）］
面内８点のＴＦＴについて、半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００）を用い、室温、遮光環境下で、ドレイン電圧Ｖｄｓ＝５Ｖ及びゲート電圧Ｖｇｓ＝−１５〜１５Ｖの条件で伝達特性を評価して移動度を測定した。移動度は５〜６ｃｍ２／Ｖｓであった。
【００９４】
［閾値電圧］
面内８点のＴＦＴについて、閾値電圧は４〜５Ｖであった。閾値電圧は、ドレイン電流Ｉｄ＝１×１０−９Ａの時のゲート電圧とした。
【００９５】
［キャリア濃度］
ホール効果を用いて酸化物半導体薄膜のキャリア濃度を測定するため、ガラス基板上に、上記ＴＦＴと同様の条件で薬液処理及びアニールした薄膜を形成し、基板を正方形にカットしてホール効果測定用サンプルを作製した。キャリア濃度は、ホール効果・比抵抗測定装置（ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００）を用い、室温、遮光環境下で測定した。四隅にＡｕ電極を成膜して、導電性ペーストでＡｕ電極に銅線を接続し、キャリア濃度を測定したところ、１０の１７乗台[ｃｍ−３]であった。
【００９６】
尚、薬液処理を行わなかった以外は、上記と同条件で作成した薄膜のキャリア濃度を測定したところ、１０の１８乗台[ｃｍ−３]であった。このことは、薬液処理を行った薄膜では、上面のキャリア濃度が減少したことによって薄膜全体のキャリア濃度が低下したことを示す。即ち、薬液処理された一方の面は、薬液処理されていない他方の面よりもキャリア濃度が低いことがわかる。
【００９７】
［表面の分析］
ＴＦＴをチャネル部分で切断し、薬液が接触した酸化物半導体薄膜上の表面分析をＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）を用いて行ったところ、酸化物半導体薄膜上の表面からリンのピークが検出された。
測定には、日立製電界放出型透過電子顕微鏡ＨＦ−２１００を用いた。
【００９８】
実施例２
（１）スパッタリングターゲット
実施例１と同様にして作製したターゲットを用いた。
【００９９】
（２）ＴＦＴの作製
スパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に装着し、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製した。
基板として熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用い、基板をゲート電極、熱酸化膜（１００ｎｍ）をゲート絶縁膜とした。
シリコン基板にチャネル層形成用のマスクを装着した後、Ａｒガス及びＯ２ガスを導入し、上記スパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタ法により膜厚４５ｎｍの非晶質膜を成膜した。また、大気中３００℃で１時間熱処理を行った。
【０１００】
次に、上記と同じチャネル層形成用のマスクを再度装着し、Ａｒガス及びＯ２ガスを導入し、同様のスパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタ法により膜厚５ｎｍの非晶質膜を成膜した。
次に、ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着しＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。このようにして、チャネル長２００μｍ、チャネル幅１０００μｍのＴＦＴを得た。
【０１０１】
（３）薬液処理
次に、得られたＴＦＴをＡｌ電極の加工に用いられるエッチング液（リン酸７０ｗｔ％、酢酸１０ｗｔ％、硝酸３ｗｔ％、水１７ｗｔ％の混酸）に浸漬し、純水で洗浄した後、窒素ブローでＴＦＴ表面の水分を飛ばし、大気中３００℃で１時間加熱処理した。
【０１０２】
（４）ＴＦＴの評価
実施例１と同様にして面内８点のＴＦＴの移動度及び閾値電圧を測定した。移動度は２０〜２１ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値電圧は０〜１Ｖであった。
【０１０３】
［キャリア濃度］
ガラス基板上に、上記ＴＦＴと同様のスパッタ条件で酸化物半導体層を４５ｎｍ成膜した。大気中３００℃で１時間熱処理を行い、キャリア濃度を実施例１と同様な方法で測定したところ、１０の１８乗台[ｃｍ−３]であった。一方、ガラス基板上に、上記ＴＦＴと同様のスパッタ条件で酸化物半導体層を５ｎｍ成膜し、ＴＦＴと同様な薬液に同様な条件で浸漬し３００℃１時間アニール後キャリア濃度を測定したところ、１０の１６乗台[ｃｍ−３]であった。
【０１０４】
［表面の分析］
ＴＦＴをチャネル部分で切断し、薬液が接触した酸化物半導体薄膜上の表面分析をＴＥＭ−ＥＤＸを用いて行ったところ、リンのピークが表面から検出された。測定は、日立製電界放出型透過電子顕微鏡ＨＦ−２１００を用いた。
【０１０５】
比較例１
（１）スパッタリングターゲット
実施例１と同様にして作製したターゲットを用いた。
【０１０６】
（２）ＴＦＴの作製
作製したスパッタリングターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリング装置に装着し、以下の方法でトップコンタクトボトムゲート型のＴＦＴを作製した。
基板として熱酸化膜付ｎ型高ドープシリコン基板を用い、基板をゲート電極、熱酸化膜（１００ｎｍ）をゲート絶縁膜とした。シリコン基板にチャネル層形成用のマスクを装着した後、Ａｒガス及びＯ２ガスを導入し、上記スパッタリングターゲットを用いてＤＣスパッタ法により膜厚５０ｎｍの非晶質膜を成膜した。また、薬液処理を行う前に大気中３００℃で１時間熱処理を行った。
次に、ソース電極及びドレイン電極形成用のマスクを装着しＲＦスパッタ法によりＡｕを成膜して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。このようにして、チャネル長２００μｍ、チャネル幅１０００μｍのＴＦＴを得た。
【０１０７】
（３）薬液処理
次に、得られたＴＦＴをＡｌ電極の加工に用いられるエッチング液（リン酸７０ｗｔ％、酢酸１０ｗｔ％、硝酸３ｗｔ％、水１７ｗｔ％の混酸）に浸漬し、純水で洗浄した後、窒素ブローでＴＦＴ表面の水分を飛ばし、大気中３００℃で再度１時間加熱処理した。
【０１０８】
（４）ＴＦＴの評価
実施例１と同様にして面内８点のＴＦＴの移動度及び閾値電圧を測定した。移動度は２５〜３０ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値電圧は−５〜−１Ｖであった。また、ハンプが発生した測定箇所も存在した。
また、実施例１と同様にしてキャリア濃度を測定したところ、１０の１８乗台[ｃｍ−３]であった。
【０１０９】
［表面の分析］
ＴＦＴをチャネル部分で切断し、薬液が接触した酸化物半導体薄膜上の表面分析をＴＥＭ−ＥＤＸを用いて行ったところ、リンのピークが表面から検出された。
測定には、日立製電界放出型透過電子顕微鏡ＨＦ−２１００を用いた。
【０１１０】
比較例２
薬液処理を行わなかった以外は、比較例１と同様にＴＦＴを作製し、実施例１と同様にして面内８点のＴＦＴの移動度及び閾値電圧を測定したところ、移動度は２６〜３１ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値電圧は−６〜−１Ｖであった。また、ハンプが発生した測定箇所も存在した。
また、実施例１と同様にしてキャリア濃度を測定したところ、１０の１８乗台[ｃｍ−３]であった。
【０１１１】
尚、薬液処理を行わない場合は、酸化物半導体薄膜の上面と下面の条件は同じであることから、比較例２の酸化物半導体薄膜の上面と下面のキャリア濃度は同等である。
また、加熱処理後に薬液処理を行った比較例１と薬液処理を行わなかった比較例２のキャリア濃度が同等であった。比較例２の酸化物薄膜の上面と下面のキャリア濃度は同等であり、比較例１と比較例２の酸化物薄膜の下面の条件は同じであることから、比較例１の酸化物薄膜の上面と下面のキャリア濃度も同等であると考えられる。
【０１１２】
実施例１と比較例１より、酸化物半導体の成膜後、加熱処理を行わずに薬液（Ａｌ電極の加工に用いられるエッチング液（リン酸７０ｗｔ％、酢酸１０ｗｔ％、硝酸３ｗｔ％、水１７ｗｔ％の混酸））に浸漬することにより、酸化物薄膜のキャリア濃度を低下させることができることが分かる。この結果は、バックチャネル側の寄生チャネルの低減を可能にすることを示している。
実施例２より、本発明の酸化物薄膜は高移動度を保ちつつ、安定した薄膜トランジスタ特性を示す。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の酸化物半導体薄膜は、ＴＦＴのチャネル層等に使用できる。本発明のＴＦＴ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、フォトセンサ等の電子機器に使用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１’，２，２’，３，３’  ＴＦＴ
１０，２０，３０  基板
１１，２１，３１  ゲート電極
１２，２２，３２  ゲート絶縁膜
１３，２３，３３  チャネル層
１３ａ，２３ａ，３３ａ  第１のチャネル層
１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ  第２のチャネル層
１４，２４，３４  ソース電極
１５，２５，３５  ドレイン電極
１６，２６，３６  第１の保護層
１７，３７  第２の保護層
１８，２７，３８  コンタクトホール
【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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