(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性及び耐久性に優れ、半導体材料等として有用なアモルファス酸化物薄膜を提供する。【解決手段】アモルファス酸化物薄膜組成を、酸化インジウム、酸化亜鉛、及び窒素原子を含むものであって、前記窒素原子の含有量が、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２３ｃｍ−３以下であるものとする。ゲート電極（基板）１０上に絶縁膜２０を有し、絶縁膜２０上にチャネル層３０、及びソース電極４０及びドレイン電極５０を有する薄膜トランジスタ１におけるチャネル層３０として、当該アモルファス酸化物薄膜を用いることができる。【選択図】図１
2014056945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化インジウム、酸化亜鉛、及び窒素原子を含むアモルファス酸化物薄膜であって、
前記窒素原子の含有量が、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２３ｃｍ−３以下であるアモルファス酸化物薄膜。
【請求項２】
キャリア濃度が、１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である請求項１に記載のアモルファス酸化物薄膜。
【請求項３】
Ｓｎ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｓｍ，Ｎｄ及びＬａから選ばれる１種以上の金属元素をさらに含む請求項１又は２に記載のアモルファス酸化物膜。
【請求項４】
Ｇａ及びＳｎの少なくとも１つを含む請求項１〜３のいずれかに記載のアモルファス酸化物薄膜。
【請求項５】
希ガス及び窒素原子を含有するガスを含み、前記窒素原子を含有するガスの分圧比が０．００１〜０．２０である混合ガス雰囲気でスパッタリングするアモルファス酸化物薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記スパッタ法により形成されたアモルファス酸化物薄膜を、１５０℃以上５００℃以下の範囲で熱処理を行なう請求項５に記載のアモルファス酸化物薄膜の製造方法。
【請求項７】
少なくともチャネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有する薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル層が、請求項１〜４のいずれかに記載のアモルファス酸化物薄膜である薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファス酸化物薄膜及びその製造方法、並びにそれを用いた薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、８Ｋ４Ｋ（ＳＨＶ）や４Ｋ２Ｋと呼ばれる超高精細のディスプレイ、２４０Ｈｚ（４倍速）や４８０Ｈｚ（８倍速）等の高周波数のディスプレイ、種々の方式の３Ｄディスプレイ等の次世代ディスプレイの開発が盛んである。一方、このような次世代の高性能な液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを実現するには、表示を制御する薄膜トランジスタ（薄膜トランジスタ）の移動度が０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度の従来のアモルファスシリコンより高く、長時間駆動した際の耐久性及び信頼性が高いことが求められる。
【０００３】
また、タブレットＰＣ、スマートフォン等に使用される中小型のディスプレイにおいても高精細化が進んでおり、ドライバー回路等の周辺回路を基板上に形成する場合がある。従来の中小型のディスプレイには、高移動度、かつ信頼性が高い低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）が用いられていた。しかし、製造コストが高く、適用製品に限界があり、３０ｃｍ２／Ｖｓ前後の高い移動度の薄膜トランジスタを安価に製造できる技術が期待されていた。
【０００４】
アモルファス（非晶質）酸化物半導体は、汎用のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に比べて高いキャリア移動度（電界効果移動度とも呼ばれる。以下、単に「移動度」と呼ぶ場合がある。）を有し、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。
【０００５】
酸化物半導体のなかでも特に、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素からなるアモルファス酸化物半導体（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ、以下「ＩＧＺＯ」と呼ぶ場合がある。）は、比較的高いキャリア移動度を有するため、好ましく用いられている。
例えば非特許文献１及び２（要改訂）には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９（原子％比）の酸化物半導体薄膜を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の半導体層（活性層）に用いたものが開示されている。
また、特許文献１には、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ等の元素と、Ｍｏとを含み、アモルファス酸化物中の全金属元素数に対するＭｏの原子組成比率が０．１〜５原子％のアモルファス酸化物が開示されており、実施例には、ＩＧＺＯにＭｏを添加した活性層を用いたＴＦＴが開示されている。
【０００６】
酸化物半導体を薄膜トランジスタの半導体層として用いる場合、キャリア濃度及び移動度が高いだけでなく、薄膜トランジスタのスイッチング特性（トランジスタ特性、薄膜トランジスタ特性）に優れていることが要求される。具体的には、（１）オン電流（ゲート電極とドレイン電極に正電圧をかけたときの最大ドレイン電流）が高く、（２）オフ電流（ゲート電極に負電圧を、ドレイン電圧に正電圧を夫々かけたときのドレイン電流）が低く、（３）Ｓ値（Ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｓｗｉｎｇ、サブスレッショルド  スィング、ドレイン電流を１桁あげるのに必要なゲート電圧）が低く、（４）しきい値（ドレイン電極に正電圧をかけ、ゲート電圧に正負いずれかの電圧をかけたときにドレイン電流が流れ始める電圧であり、しきい値電圧とも呼ばれる）が時間的に変化せず安定であり（基板面内で均一であることを意味する）、且つ、（５）移動度（キャリア移動度、電解効果移動度）が高いこと、等が要求される。
【０００７】
また、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタは、電圧印加や光照射等のストレスに対する耐性（ストレス耐性）に優れていることが要求される。例えば、ゲート電極に正電圧又は負電圧を印加し続けたときや、光吸収が始まる青色領域の波長光を照射し続けたときに、しきい値電圧が大幅に変化（シフト）するが、これにより、薄膜トランジスタのスイッチング特性が変化することが指摘されている。特にしきい値電圧のシフトは、薄膜トランジスタを備えた液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置自体の信頼性低下を招くため、ストレス耐性の向上（ストレス印加前後の変化量が少ないこと）が望まれている。
【０００８】
例えば有機ＥＬディスプレイ用途に薄膜トランジスタを使用する場合、発光素子が電流駆動方式であるため、ゲート電極に正電圧が長時間印加される正バイアスのストレスに強いことが要求される。ゲート電極に正バイアスが長時間印加されると、薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜と半導体層の界面に電子が蓄積され、前述した信頼性低下の要因となるしきい値電圧のシフトが発生するおそれがある。
【０００９】
このような正バイアスのストレスによるしきい値電圧シフトを抑制する方法として、特許文献１及び２では、絶縁体層と同じ性質を有する酸化物含有界面安定化層を設ける技術が開示されている。この方法によれば、正バイアスのストレス耐性は向上するものの、絶縁体層を２種類の材料で成膜しなければならず、スパッタリングターゲットや成膜チャンバーを追加する必要がある等、コストの上昇や生産性の低下を招く問題があった。
【００１０】
近年、酸化物半導体薄膜に対してＮ２Ｏプラズマ処理で酸化することにより、膜中に酸素欠損を低減し、キャリア濃度を低減する技術が報告されている。
しかし、上記プラズマ処理を実施した場合、酸化物半導体薄膜の表層部分に対して強い酸化の効果が得られるものの、膜厚方向に対して不均一となり、薄膜トランジスタ特性においてハンプ等の影響が出ることが懸念されている。さらに工業的には上記プラズマ処理工程が増えることでコスト増加につながり実用化が難しかった（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１６４３９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１６３４７号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．１００，１８２１０３（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、信頼性及び耐久性に優れ、半導体材料等として有用なアモルファス酸化物薄膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、以下のアモルファス酸化物薄膜等が提供される。
１．酸化インジウム、酸化亜鉛、及び窒素原子を含むアモルファス酸化物薄膜であって、
前記窒素原子の含有量が、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２３ｃｍ−３以下であるアモルファス酸化物薄膜。
２．キャリア濃度が、１×１０１４ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である１に記載のアモルファス酸化物薄膜。
３．Ｓｎ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｓｍ，Ｎｄ及びＬａから選ばれる１種以上の金属元素をさらに含む１又は２に記載のアモルファス酸化物膜。
４．Ｇａ及びＳｎの少なくとも１つを含む１〜３のいずれかに記載のアモルファス酸化物薄膜。
５．希ガス及び窒素原子を含有するガスを含み、前記窒素原子を含有するガスの分圧比が０．００１〜０．２０である混合ガス雰囲気でスパッタリングするアモルファス酸化物薄膜の製造方法。
６．前記スパッタ法により形成されたアモルファス酸化物薄膜を、１５０℃以上５００℃以下の範囲で熱処理を行なう５に記載のアモルファス酸化物薄膜の製造方法。
７．少なくともチャネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有する薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル層が、１〜４のいずれかに記載のアモルファス酸化物薄膜である薄膜トランジスタ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、信頼性及び耐久性に優れ、半導体材料等として有用なアモルファス酸化物薄膜を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［アモルファス酸化物薄膜］
以下、本発明のアモルファス酸化物薄膜について説明するが、本発明において「半導体」とは薄膜のキャリア濃度が１×１０２０／ｃｍ３以下の状態をいう。このキャリア濃度は、株式会社東陽テクニカ製の高抵抗ホール測定装置Ｒｅｓｉ  Ｔｅｓｔ８３１０により求めることができる。
【００１８】
本発明のアモルファス酸化物薄膜は、酸化インジウム、酸化亜鉛、及び窒素原子を含むアモルファス酸化物薄膜であって、窒素原子の含有量が、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２３ｃｍ−３以下である。
【００１９】
アモルファス酸化物薄膜の窒素原子の含有量は、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）測定において各元素のスペクトル強度からの定量解析を実施することで、見積もることができる。
【００２０】
本発明のアモルファス酸化物薄膜は、好ましくは酸化インジウムのインジウム元素、及び酸化亜鉛の亜鉛元素の他に、さらにＳｎ，Ｇａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｓｍ，Ｎｄ，Ｌａから選択される１以上の第３金属元素を含み、より好ましくはＧａ及びＳｎの少なくとも１つを含む。
アモルファス酸化物薄膜が、第３金属元素としてＳｎを含む場合、耐薬品性が向上し、チャネルエッチ型で薄膜トランジスタを積層する際、エッチストッパー層を設けなくてもよくなり好適である。
その他、アモルファス酸化物薄膜が、第３金属元素としてＧａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｍ、Ｎｄ又はＬａを含む場合でも、半導体特性の向上等が期待でき好適である。
【００２１】
アモルファス酸化物薄膜は、酸化インジウム、酸化亜鉛、窒素原子及び上記第３金属元素の他に、本発明の効果を損なわない範囲において他に不可避な不純物を含んでいてもよい。
【００２２】
アモルファス酸化物薄膜中のインジウム元素の含有量は、好ましくは下記原子比を満たす：
０．２≦［Ｉｎ］／全金属元素≦０．８
（式中、［Ｉｎ］は薄膜中に含まれるインジウム元素の原子数である。全金属元素とは、薄膜中に含まれる全ての金属元素の原子数である。）
［Ｉｎ］／全金属元素（原子比）が０．２以上の場合、薄膜のキャリア濃度が半導体領域となり、薄膜が絶縁体となることを回避できる。一方、［Ｉｎ］／全金属元素（原子比）が０．８以下の場合、薄膜の結晶化を抑制でき、薄膜を大面積で成膜した場合、面内均一性が達成できる。
インジウム原子の含有量は、より好ましくは０．２５≦［Ｉｎ］／全金属元素≦０．７５であり、さらに好ましくは０．３≦［Ｉｎ］／全金属元素≦０．７である。
【００２３】
アモルファス酸化物薄膜が、上記第３金属元素を含む場合、当該第３金属元素の含有量は、好ましくは下記原子比を満たす：
０．２＜［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．８
０．２＜［Ｚｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．８
０＜［Ｘ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．２
（式中、［Ｘ］は薄膜中の第３金属元素の原子数の総量を表わし、［Ｉｎ］は薄膜中のインジウム元素の原子数を表わし、［Ｚｎ］は薄膜中の亜鉛元素の原子数を表わす）
【００２４】
［Ｘ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．２である場合、アモルファス酸化物薄膜は、蓚酸系のエッチャントに可溶であり、アモルファス酸化物薄膜からなるチャネル層のパターニングが実施できる。また、成膜時に使用するスパッタリングターゲットの抵抗が高くなることがなく、ＤＣスパッタリングができる。
また、０．２＜［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）の場合、得られた薄膜のキャリア濃度が半導体として機能できる量を維持する。また、［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．８の場合は、得られたキャリア密度の増大を抑制し、半導体特性が維持される。
【００２５】
アモルファス酸化物薄膜の第３金属元素の含有量は、より好ましくは下記原子比を満たす：
０．２＜［Ｉｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．６
０．４＜［Ｚｎ］／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．８
０＜［Ｘ］  ／（［Ｉｎ］＋［Ｚｎ］＋［Ｘ］）＜０．１５
【００２６】
アモルファス酸化物薄膜の厚みは、例えば薄膜トランジスタのチャネル層に用いる場合、通常２０〜５００ｎｍであり、好ましくは４０〜１５０ｎｍであり、より好ましくは５０〜１４０ｎｍであり、さらに好ましくは６０〜１３０ｎｍであり、特に好ましくは７０〜１１０ｎｍである。
【００２７】
本発明のアモルファス酸化物薄膜は、大面積での均一性に優れ、システムオングラス（ＳＯＧ）等の周辺回路や有機ＥＬディスプレイの電流駆動を行うスイッチング素子に適している。アモルファス酸化物薄膜は、薄膜トランジスタのチャネル層として好適に用いることができる。
尚、本発明のアモルファス酸化物薄膜の「アモルファス酸化物」とは、Ｘ線回折で明確なピークが確認できないものをいう。
【００２８】
［アモルファス酸化物薄膜の製造方法］
本発明のアモルファス酸化物薄膜の製造方法は、希ガス及び窒素原子を含有するガスを含み、前記窒素原子を含有するガスの分圧比が０．００１〜０．２０である混合ガス雰囲気でスパッタリングする工程を含む。
混合ガス中の窒素原子を含有するガスの分圧比は、好ましくは０．０５〜０．１５であり、より好ましくは０．０８〜０．１３である。
窒素原子を含有するガスの分圧比が０．００１以上の場合、酸素欠損の生成抑制効果が得られ、膜中のキャリア濃度増加を抑制できる。また、窒素原子を含有するガスの分圧比が０．２０以下の場合、得られる薄膜トランジスタの移動度の低下を抑制できる。
尚、混合ガス中の窒素原子を含有するガスとは、例えばＮ２、Ｎ２Ｏ等が挙げられる。また、希ガスは例えばＨｅ，Ｎｅ，Ｋｒ，Ａｒであり、好ましくはＡｒである。また、上記希ガス及び窒素原子を含有するガスから成る混合ガスは、希ガス及び窒素原子を含有するガスのみからなる混合ガスであってもよい。
【００２９】
希ガス及び窒素原子を含有するガスを含み、前記窒素原子を含有するガスの分圧比が０．００１〜０．２０である混合ガス雰囲気でスパッタリングすることにより、格子間の過剰な酸素の除去や酸素欠損を窒素原子で置換するなどの作用が発現し、得られた薄膜の真空や還元に対する耐性が付与される。従って、本発明のアモルファス酸化物薄膜は、ＣＶＤ等の製造プロセスを通しても酸素欠損ができにくく、薄膜トランジスタに用いた場合、特性劣化や信頼性の低下が生じにくい。
【００３０】
スパッタリングするターゲットは、例えば、各金属元素を含有する原料粉末を焼結することにより製造できる。具体的には、原料粉末をボールミル、ビーズミル等の粉砕機を用いて混合粉砕し、得られる混合粉末をスプレイドライヤー等により造粒し、得られる造粒粉を、ＨＰ、ＣＰ等の一軸プレスやＣＩＰ、ＨＩＰ等の等方プレスにより成型後、焼成することで得られる。
原料酸化物は、得られるターゲットが目的とする組成を形成できれば特に限定されるものではないが、凝集やクラック、ポアといった欠陥が生成しないように粒径や比表面積を適宜選択して配合するとよい。
【００３１】
混合気体雰囲気の圧力（スパッタ圧力）は、プラズマが安定して放電できる範囲であれば特に限定されないが、好ましくは０．１〜５．０Ｐａである。
尚、スパッタ圧力とは、スパッタ開始時の雰囲気ガス全圧をいう。
【００３２】
成膜したアモルファス酸化物薄膜は、好ましくは１５０℃以上５００℃以下の範囲で熱処理する。アニール処理時間は、例えば５〜３６０分間である。
アニール処理することにより、得られるアモルファス酸化物薄膜の半導体特性の安定性が向上し、さらに成膜後のプロセスによる劣化を抑制することができる。
上記アニール処理は、１５０℃〜５００℃の温度範囲であれば特に雰囲気に制限を受けないが、少なくも酸素を含有する雰囲気下で行なうことが好ましい。酸素を含有する雰囲気下で行なうことにより、アニール処理した薄膜を薄膜トランジスタとした場合に、トランジスタ特性のばらつきを抑制することができる。
【００３３】
［薄膜トランジスタ］
本発明の薄膜トランジスタは、少なくともチャネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を有し、チャネル層が本発明のアモルファス酸化物薄膜である。
【００３４】
本発明の薄膜トランジスタの一実施形態を図１に示す。
薄膜トランジスタ１は、ゲート電極（基板）１０上に絶縁膜２０を有し、絶縁膜２０上にチャネル層３０、及び間隔をあけてソース電極４０及びドレイン電極５０を有する。ソース電極４０及びドレイン電極５０の間にチャネル層３０が形成されている。チャネル層３０、ソース電極４０及びドレイン電極５０を覆うように保護膜６０が設けられている。チャネル層３０を本発明のアモルファス酸化物薄膜とすることで、バッファー層無しに直接保護膜６０を設けることができる。
基板１０がゲート電極を兼ねており、基板１０に印加される電圧によってソース電極４０とドレイン電極５０の間のチャネル層３０に流れる電流が制御されることで、薄膜トランジスタ１がオン／オフ動作する。
チャネル層３０は、本発明のアモルファス酸化物膜であり、その膜厚や製造方法は上述した通りである。以下、チャネル層以外について説明する。
【００３５】
保護膜は、例えばＳｉＮｘを含有する。ＳｉＮｘはＳｉＯ２と比較して緻密な膜を形成できるため、薄膜トランジスタの劣化抑制効果が高いという利点を有する。
【００３６】
ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択することができる。例えば、ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｔａ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。
【００３７】
ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極は、異なる２層以上の導電層を積層した多層構造とすることもできる。特にソース・ドレイン電極は低抵抗配線への要求が強いため、ＡｌやＣｕ等の良導体をＴｉやＭｏ等の密着性に優れた金属でサンドイッチして使う場合がある。
【００３８】
ゲート絶縁膜を形成する材料は特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択できる。
ゲート絶縁膜の材料としては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等の化合物を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ３，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ３，ＣａＨｆＯ３である。
尚、上記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）。
【００３９】
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又は非晶質であることが好ましい。
【００４０】
薄膜トランジスタの構成は、図１の構成に限定されず、ボトムゲート、ボトムコンタクト、トップコンタクト等公知の構成を制限なく利用することができる。
特にボトムゲート構成が、アモルファスシリコンやＺｎＯの薄膜トランジスタに比べ高い性能が得られるので有利である。ボトムゲート構成は、製造時のマスク枚数を削減しやすく、大型ディスプレイ等の用途の製造コストを低減しやすいため好ましい。
【００４１】
尚、個々で述べる薄膜トランジスタの信頼性とは、Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｔｅｒｓｓ（ＢＴＳ）試験、Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｔｒｅｓｓ（ＩＢＴＳ）試験、Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｔｒｅｓｓ（ＣＣＳ）試験等に代表される信頼性試験をした時の電圧又は電流ストレス時間に対する、薄膜トランジスタ特性（移動度、Ｓ値、Ｖｔｈ、Ｏｎ電流、Ｏｆｆ電流、等）の変化を示す。
【００４２】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、特に制限はなく、通常適用される方法及び工程を採用することができる。
【００４３】
本発明の薄膜トランジスタは電界効果型トランジスタ、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路等各種の集積回路にも適用できる。さらに、電界効果型トランジスタ以外にも静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード、抵抗素子に適応できる。
【実施例】
【００４４】
実施例１−６及び比較例１−２
［ターゲットの製造］
実施例で使用したターゲットは、原料粉末を混合して、表１−３に組成を有する混合粉末とし、当該混合粉末を造粒・成形・焼成して作製した。この後、切断、研磨工程を経た後、バッキングプレートにボンディングしてターゲットとした。
【００４５】
［成膜工程］
成膜は、例えば、キヤノンアネルバ社製のスパッタ装置適用し、上記に従い製造したターゲットを用いて実施した。成膜条件は、表１−３に示す条件であり、成膜パワー、スパッタ圧力等記載の内容で実施した。
【００４６】
［窒素含有量の測定］
酸化物薄膜中の窒素元素量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定した。結果を表１−３に示す。具体的にはＸ線による表面分析装置（Ｑｕａｎｔｅｒａ  ＳＸＭ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）にて、検出領域Φ１００μｍ中、検出深さ４〜５ｎｍの条件で、ＡｌＫα線（１４８６ｋｅＶ）を用いて取出角４５°及び９０°にてアモルファス酸化物薄膜に存在する元素の分析を実施した。結果を表１−３に示す。
【００４７】
［キャリア濃度の測定］
得られたアモルファス酸化物薄膜のキャリア濃度、及び電子移動度をホール測定装置（Ｒｅｓｉ  Ｔｅｓｔ８３１０、株式会社東陽テクニカ製）を用いて測定した。結果を表１−３に示す。
電子キャリア濃度及び電子移動度の測定条件は以下の通りである。
測定温度：室温（２５℃）
測定磁場：０．５Ｔ
測定電流：１０−１２〜１０−４Ａ
測定モード：ＡＣ磁場
【００４８】
［薄膜トランジスタの製造及び評価］
図１に示すボトムゲート型構造素子を製造し、評価した。
具体的には、基板に膜厚１００ｎｍの熱酸化膜付きの導電性シリコン基板を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能し、導電性シリコン部がゲート電極として機能する。
ゲート絶縁膜上に表１−３に示す組成を有するターゲットを用いて、表１−３に示す条件でスパッタ成膜した。レジストとしてＯＦＰＲ♯８００（東京応化工業株式会社製）を使用し、塗布、プレベーク（８０℃、５分）、露光した。現像後、ポストベーク（１２０℃、５分）し、シュウ酸にてエッチングし、所望の形状にパターニングした。その後熱風加熱炉内にて３００℃で１時間アニール処理を行った。
その後Ｍｏ（２００ｎｍ）をスパッタ成膜により成膜した。チャンネルエッチによりソース／ドレイン電極を所望の形状にパターニングした。その後プラズマＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）にてＳｉＮｘを成膜して保護膜とした。フッ酸を用いてコンタクトホールを開口し、薄膜トランジスタを作製した。
【００４９】
製造した薄膜トランジスタについて、その性能を評価した。結果を表１−３に示す。
尚、性能の評価は、半導体パラメーターアナライザー（ケースレーインスツルメンツ株式会社製４２００ＳＣＳ）を用い、室温、遮光環境下（シールドボックス内）で測定した。尚、ドレイン電圧（Ｖｄ）は１０Ｖとし、信頼性評価はＰｏｓｉｔｉｖｅ  ＢＴＳ試験（１００００秒）の結果を示す。
【００５０】
【表１】
2014056945.tif 000003
【００５１】
【表２】
2014056945.tif 000004
【００５２】
【表３】
2014056945.tif 000005
【００５３】
比較例１及び２の薄膜の窒素原子含有量は、測定限界未満であり、１×１０１７ｃｍ−３未満であることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明により得られた酸化物薄膜は光機能材料、半導体材料、光触媒材料等として有用なものである。例えば蛍光体、半導体用の素子、塗布型半導体用インク、スパッタリングターゲット、太陽電池用の電極材料、ダイオード、光センサー、ガスセンサー、液晶表示装置やＥＬ表示装置等に利用できる。
【図１】
2014056945.tif 000006