(57)【要約】【課題】移動度が高く、閾値電圧が所定の範囲にある酸化物半導体薄膜トランジスタ及びそれを備えた可撓性の半導体装置を提供する。【解決手段】金属基部１１と多孔質層１２とを有する基材１０を酸化物半導体薄膜トランジスタ用の基板として使用する場合に、この多孔質層上にシリコン化合物を主成分とし、かつ、水素を含む絶縁性を有する保護絶縁層２０であって、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であって、かつ、厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の保護絶縁層２０を形成する。この保護絶縁層２０上に，活性層に酸化物半導体を含む薄膜トランジスタを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基部の少なくとも一表面上に形成された多孔質層を備えた基材と、
前記多孔質層上に形成された、シリコン化合物を主成分とし、かつ、水素を含む保護絶縁層とを備えてなり、
該保護絶縁層中の水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であって、かつ、前記保護絶縁層の厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板。
【請求項２】
前記シリコン化合物が、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンから選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板。
【請求項３】
前記多孔質層がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の陽極酸化膜である請求項１または２に記載の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板。
【請求項４】
前記金属基部の両面に前記多孔質層を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板と、
該基板の前記保護絶縁層上に形成された
少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなる活性層、およびソース・ドレイン電極を有する酸化物半導体薄膜トランジスタとを備えた、
可撓性半導体装置。
【請求項６】
前記保護絶縁層は、少なくとも前記活性層が形成される領域の全域に設けられる請求項５に記載の可撓性半導体装置。
【請求項７】
前記活性層がＩｎ，Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体である請求項５または６に記載の可撓性半導体装置。
【請求項８】
前記酸化物半導体はアモルファス酸化物半導体である請求項５〜７のいずれか１項に記載の可撓性半導体装置。
【請求項９】
前記ゲート絶縁膜が酸化シリコンを主成分として含む請求項５〜８のいずれか１項に記載の可撓性半導体装置。
【請求項１０】
金属基部上の少なくとも一表面に多孔質層を有する基材を準備し、
前記多孔質層上の少なくとも一部に、シリコン化合物を主成分とする、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であって、かつ、厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である絶縁性の保護絶縁層をプラズマＣＶＤによって成膜し、
該保護絶縁層の上に少なくともＩｎ，Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなる活性層を設ける、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の可撓性半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記保護絶縁層を成膜する前に、前記基材を大気より減圧下、かつ、３５０℃以上で加熱する、請求項１１に記載の可撓性半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶、有機EL素子などを用いた表示装置、電子ペーパー、X線センサーなどの可撓性デバイスに使用できる酸化物半導体薄膜トランジスタに用いられる基板、半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体（ＩｎＧａＺｎＯ）を活性層に用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が、比較的低温で成膜できて、樹脂基板の使用が可能となることから、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の薄型化、軽量化、可撓化に適した技術であることが記載されている。また、酸化物半導体薄膜トランジスタの活性層は、大気や、パターニングの際のエッチング液に暴露されると、酸化物半導体薄膜トランジスタの閾値電圧が０Ｖから大きく外れてしまうことが課題として挙げられ、活性層上に保護層を設けて保護することにより、課題を解決可能であることが開示されている。また、特許文献１には、樹脂基板だけでなく、表面を絶縁処理したアルミニウムなどの金属基板を用いてもよいことも記載されている。
【０００３】
特許文献２は、可撓性基板に関する特許文献であって、金属表面に陽極酸化処理によりポーラス（多孔質）構造を持つ酸化アルミニウム絶縁層を形成することにより、樹脂基板よりも耐熱性が高く、熱寸法安定性に優れ、かつショート等の故障を起さない可撓性基板が得られることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献３は、樹脂製の可撓性基板に関する特許文献であって、樹脂基板を透過してくる透過ガスを低減するために、シリコン化合物を含有するガスバリア層を樹脂基板表面に設けることが提案されている。シリコン化合物に水素が１０〜３０原子％含まれるように調節することにより、透過ガスをバリアするとともに、透明性と可撓性を両立できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４９６７４号公報
【特許文献２】特許第４７００１３０号公報
【特許文献３】特開２０１１−６３８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、特許文献１では、表面を絶縁処理した金属基板を用いてＴＦＴを作製してもよいことが記載されている。しかしながら、かかる金属基板の具体例や、金属基板を用いて製造されたＴＦＴの態様や具体例については説明がなされていない。
【０００７】
本出願人は、樹脂基板よりも耐熱性が高く、かつ、樹脂基板と比べ、ガスバリア性に問題が無い金属基板上に、酸化物半導体薄膜トランジスタを製造することを試みた。具体的には、特許文献２に記載の、多孔質アルミニウム陽極酸化絶縁膜を有する金属基板上に、特許文献１に記載された構成の酸化物半導体薄膜トランジスタを形成した。
【０００８】
しかし予想に反して、製造された酸化物半導体薄膜トランジスタは正常に動作しないことが分かった。具体的には、耐熱性が高く、ガスバリア性が高いと予想される金属基板を用いたにもかかわらず、酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度、閾値電圧は所定の範囲にならなかった。一般に、閾値電圧は、ゼロボルト近傍でややマイナス寄りでありややマイナスにバイアス印加した状態でオフすることが好ましいとされている。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、移動度が高く、閾値電圧が所定の範囲にある酸化物半導体薄膜トランジスタを形成可能な可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板および、それを用いて得られる可撓性半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、多孔質陽極酸化絶縁膜を有するアルミニウム基板を真空装置に投入した際に真空引きに必要な時間が長いことなどから、陽極酸化アルミニウム基板表面の多孔質層にガスが吸着され、吸着したガスが製造中に放出されたり、製造後に拡散したりすることにより、ＩnＧaＺnＯ−ＴＦＴの閾値電圧が０Ｖから大きく変化していると推測した。
【００１１】
そこで、特許文献３に記載のガスバリア層を設けた陽極酸化アルミニウム基板を準備し、その上に酸化物半導体薄膜トランジスタを形成して、酸化物半導体装置を作製した。しかし、特許文献３に記載のガスバリア層を設けても、依然として所望の特性を持つ半導体装置を得ることができなった。本出願人の詳細な検討の結果、陽極酸化アルミニウム基板の表面凹凸が大きいために、特許文献３に記載のガスバリア層では、基板の表面のカバレッジが十分ではなかったことが一つの原因であることがわかった。そこで、さらに基板の膜構成や製造方法を詳細に検討した結果、ついに上記の課題を解決し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板は、金属基部の少なくとも一方の面上に形成された多孔質層を備えた基材と、前記多孔質層上に形成された、シリコン化合物を主成分とし、かつ、水素を含む保護絶縁層とを備えてなり、この保護絶縁層中の水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であって、かつ、保護絶縁層の厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
【００１３】
本発明においては、シリコン化合物が窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコンから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１４】
また、多孔質層はアルミニウムもしくはアルミニウム合金の陽極酸化膜とするのが好ましい。さらにまた、多孔質層は金属基部の両面に形成することが好ましい。
【００１５】
また、金属基部上に多孔質層が設けられこの多孔質層上に保護絶縁層が設けられた基板と、この保護絶縁層上に形成されたＩｎ，Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなる活性層を備えた酸化物半導体薄膜トランジスタとを備えた、可撓性半導体装置とすることが好ましい。ここで、保護絶縁層は、少なくとも酸化物半導体からなる活性層が形成される領域の全域に設けられることが好ましい。さらに、酸化物半導体からなる活性層は、Ｉｎ，Ｇａ，及びＺｎを含むことが好ましい。さらにまた、酸化物半導体からなる活性層がアモルファス性であることが好ましい。
【００１６】
酸化物半導体薄膜トランジスタは少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体からなる活性層、ソースおよびドレイン電極を有する。また、酸化物半導体薄膜トランジスタは基板上に形成され、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体からなる活性層、ソースおよびドレイン電極をこの順に有することが好ましい。さらにまた、前記酸化物半導体薄膜トランジスタのゲート絶縁膜が酸化シリコンを主成分とすることが好ましい。
【００１７】
本発明の可撓性半導体装置の製造方法は、金属基部上の少なくとも一表面に多孔質層を有する基材を準備し、前記多孔質層上の少なくとも一部に、シリコン化合物を主成分とし、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であって、かつ、厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である保護絶縁層をプラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−化学気相成長）によって成膜し、該保護絶縁層の上にＩｎ，Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなる活性層を有する酸化物半導体薄膜トランジスタを設けることを特徴とする。
【００１８】
本態様においては、保護絶縁層を成膜する前に、多孔質層を有する基材を大気より減圧下、かつ、３５０℃以上で加熱することが好ましい。
【００１９】
本発明においては、多孔質層上に設けられており、シリコン化合物を主成分とする層を保護絶縁層と呼ぶものとする。
【００２０】
本発明において、「主成分」とは、層を構成する材料の内、６０質量％以上が指定の化合物からなることを意味する。
【００２１】
本発明において、「酸化物半導体薄膜トランジスタ」とは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体からなる活性層、ソース・ドレイン電極を有する薄膜トランジスタのことを意味する。
【００２２】
本発明において、「〜の上に・・・」あるいは「〜上に・・・」と記載した場合は、〜の表面に直接に接して・・・を設けてある場合と、〜の上に別の層が存在し、その層の上に・・・を設けた場合の両方を含むものとする。また、その場合、・・・は〜の全域に設けられていてもよく、一部にのみ設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板は、金属基部の表面に多孔質層を備え、更に、多孔質層上にシリコン化合物を主成分とし、かつ、水素を含む保護絶縁層とを備えてなり、保護絶縁層中の水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とし、保護絶縁層の厚みを１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としている。本発明の酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板を用いることにより、移動度が高く、閾値電圧が所定の範囲にある酸化物半導体薄膜トランジスタ及びそれを備えた可撓性の半導体装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態にかかわる半導体装置の一例を示す模式的断面図である。
【図２】金属基部が積層体からなる態様を示す模式的断面図である。
【図３】保護絶縁層が活性層形成領域に設けられた態様を示す模式的断面図である。
【図４】陽極酸化処理により得られる多孔質層の模式的断面図である。
【図５】本発明の酸化物半導体薄膜トランジスタの、ゲート・ソース電極間の電圧を−１０Ｖ〜１５Ｖまで操引し、ドレイン・ゲート電極間に流れる電流を測定した際の典型的な電圧−電流特性である。
【図６】保護絶縁層の素材として窒化シリコンを採用した実施例と比較例の、保護絶縁層の膜厚と水素濃度をプロットした図である。
【図７】保護絶縁層の素材として酸化シリコンを採用した実施例と比較例の、保護絶縁層の膜厚と水素濃度をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、添付の図面に基づいて、本発明の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板および可撓性半導体装置の実施形態を説明する。視認しやすくするために、図面の各部の縮尺は適宜変更して示してある。
【００２６】
図１は、可撓性半導体装置の実施態様を模式的に示す図である。
【００２７】
図１に示されるように、可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板１ａは、基材１０と、基材１０上に設けられた保護絶縁層２０とからなる。また基材１０は、金属基部１１とその上に設けられた多孔質層１２からなっている。多孔質層１２は、金属基部１１と上に設けられる保護絶縁層との間に位置し、表面の粗面化により上に設けられる層の密着を改善する働きを有する。
【００２８】
保護絶縁層２０は、多孔質層１２の表面に吸着されたガスが、製造プロセス中に製造装置内に放出されたり、製造後の拡散によって酸化物半導体層に悪影響を及ぼしたりすることを防止する役割を有する。また、保護絶縁層２０は、製造プロセス中において、使用する酸やアルカリ等の薬品や、ドライエッチングおよびスパッタ成膜時のプラズマなどにより基材１０がダメージを受けるのを防止する役割も有する。ここで、保護絶縁層２０は、多孔質層１２を被覆し、吸着ガス放出防止機能および製造プロセスダメージ防止機能を確保するために、シリコン化合物を主成分とし、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で、かつ１００ｎｍ以上の膜厚を必要とする。また、基材１０の可撓性を確保するため、および保護絶縁層２０のクラックを防止するために、膜厚の上限は２０００ｎｍである。
【００２９】
また、酸化物半導体薄膜トランジスタの特性は、保護絶縁層２０に含まれる水素量に影響を受ける。酸化物半導体薄膜トランジスタの閾値電圧を望ましい値にする為には保護絶縁層中の水素濃度が３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように形成される。
【００３０】
よって、保護絶縁層２０は、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲に設定され、かつ、厚みが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下に設定される。
【００３１】
図１においては、保護絶縁層２０の上に、ゲート電極３０、ゲート絶縁膜４０、活性層５０、エッチングストッパ層６０およびソース・ドレイン電極７０からなる酸化物半導体薄膜トランジスタ２が示してある。活性層５０はＩｎ，Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなる。ここで、特許文献１に示されるように、酸化物半導体薄膜トランジスタは、活性層が大気に暴露されると閾値電圧が０Ｖ近傍から大きく外れることが知られているが、図１の構成によれば、金属基部１１を有する基材１０によって、外部からの大気や水蒸気の侵入が低減され、保護絶縁層２０により多孔質層１２からのガス放出が低減され、保護絶縁層２０自身も閾値電圧に悪影響を及ぼす水素成分が低減された構成とされているため、酸化物半導体薄膜トランジスタの閾値電圧が０Ｖ近傍となる。
【００３２】
以下に、基材、金属基部、多孔質層、保護絶縁層、酸化物半導体薄膜トランジスタについて順に説明する。
【００３３】
＜基材＞
基材１０は、金属基部１１と、該金属基部の少なくとも一表面上に形成された多孔質層１２から構成される。金属基部１１と多孔質層１２からなる基材１０は、可撓性とガスバリア性、プロセス耐性を有するので、酸化物半導体薄膜トランジスタ用の可撓性基板として、好適である。
【００３４】
基材１０は、少なくとも金属基部１１と多孔質層１２を備えていれば好ましく使用することができるが、金属基部１１をアルミニウム、ステンレスまたは鉄鋼板とアルミニウム薄板を一体化したクラッド材とすることで、アルミニウム薄板の陽極酸化処理が簡易となること、また、基材の耐久性が高くなることからより好ましい。さらに、鋼板の両面をアルミニウム薄板で挟んで一体化したクラッド材において、アルミニウム薄板表面を陽極酸化処理して得られた基材では、基材を構成する素材の熱膨張係数差に起因した基板の反り、及び膜剥がれ等を抑制することができるため、より好ましい。
【００３５】
多孔質層１２を設けた基材１０は、後に述べる保護絶縁層２０を形成する前に減圧下で脱ガス処理を行うことが好ましい。脱ガス処理を実施することで、多孔質層に吸着されたガスの量を減らせるため、より好ましい。例えば、保護絶縁層を形成する成膜装置（例えばプラズマＣＶＤ装置）の前処理室にて、チャンバーを真空引きしながら３５０℃以上で多孔質層を設けた基材を加熱することで脱ガス処理が実施できる。保護絶縁層２０を形成する成膜装置で脱ガス処理を行うことで、脱ガス処理後に大気に曝さずに保護絶縁層を設けられるため好ましい。また、前処理室にて処理することで、放出されたガスが、保護絶縁層成膜時に再度取り込まれる可能性を低くできるためより好ましい。この多孔質層の脱ガス処理は量産時の生産性の悪化を回避するため、できるだけ短い時間で脱ガス処理するのが好ましい。
【００３６】
次に、基材を構成する金属基部と、多孔質層について説明する。
【００３７】
＜＜金属基部＞＞
金属基部１１は少なくとも一部が金属からなり、ガスバリア性を有する。また、薄板状にした金属基部を選択した場合には、ガスバリア性を維持しつつ可撓性を持たせることができ好ましい。
【００３８】
金属基部１１の材質としては、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）の中から選ばれる少なくとも１つの金属を含有する基板、あるいは上記金属の合金が好ましい。入手容易性、軽量性の観点からアルミニウムであることが好ましい。
【００３９】
金属基部１１は単層であっても、複数層を積層したものであってもよく、素材が単体であっても合金であってもよい。たとえば熱膨張による伸縮や反りを調節する目的で、複数層の積層構成にしたり、合金を用いたりすることも可能である。金属基部の片面に多孔質層を設けた態様では、金属基部は多孔質層を除外した部分全てを指すものとする。また、金属基部の両面に多孔質層を設けた態様では、両面の多孔質に挟まれた領域全てを金属基部と呼ぶものとする。金属基部を複数層の構成とした場合には、少なくとも一層が金属からなる。
【００４０】
図２に、金属基部１１が複数層から成る態様の一例を示した。図２では、金属基部１１が3層構成からなる態様を示しており、補助基部１１ａが主要基部１１ｂに挟まれた構成を記載している。例えば、補助基部１１ａと主要基部１１ｂが一層ずつからなる積層構成としても好適である。複数層の構成とする場合には少なくとも一層が金属であればよく、もう一方の層は金属であっても、金属でなくてもよい。
【００４１】
金属基部に用いられる材質としては、例えば、ステンレス板や炭素繊維からなる板であってもよい。補助基部１１ａは、伸縮率の調整や、基材の補強、ガス透過率の低減などの目的で採用してもよい。補助基部１１ａとしては、金属薄板を用いるのが好ましく、ステンレス鋼材を用いるのが好ましい。
【００４２】
また、金属基部１１の総厚み（複数層から成る場合はその和）は用途によって適宜選択可能であり、例えば、基板の強度と可撓性の観点から、５μｍ〜２００μｍが好ましい。
【００４３】
＜＜多孔質層＞＞
図1に示されるように、金属基部１１の上には多孔質層１２が設けられる。
【００４４】
多孔質層１２は金属基部の表面の少なくとも一部分に設けられ、金属基部１１の表面を絶縁化するとともに、アンカー効果によって、その上に設けられる層の密着性を改善できる。また、多孔質層１２は、層自体の可撓性にも優れている。可撓性の観点では、多孔質層１２の細孔の径は、約１０ｎｍ前後であることが好ましい。
【００４５】
多孔質層１２は金属基部の一方の面全体に設けるのが好ましく、金属基部の両面全体に設けるのがさらに好ましい。金属基部の両面に等しく多孔質層を設けた場合には、応力が均一となり、基板に反りが発生しにくくより好ましい。
【００４６】
図１、図２では、金属基部１１と多孔質層１２が直接に接している態様を示しているが、必要に応じて別の層を間に設けてもよい。例えば金属基部表面の絶縁性をさらに向上させるための絶縁層や、多孔質層を付設しやすくするための下地層を設けてもよい。
【００４７】
多孔質層１２の素材としては、絶縁性の金属酸化物であるのが好ましく、金属基部１１と同じ金属を含む酸化物であるのがさらに好ましい。多孔質層１２はどんな製造方法で作られてもよく、絶縁性多孔質微粒子とバインダーを分散した液を金属基部１１の表面に塗工して多孔質層としてもよく、金属基部１１の表面部分を多孔質層化してもよい。中でも、金属基部１１と多孔質層１２との密着性、絶縁性（ピンホールが生じにくい）の観点から、金属基部の一部を陽極酸化処理することで多孔質層化した態様が好ましい。
【００４８】
また、多孔質層１２の厚みは用途によって適宜選択可能であるが、絶縁性と密着性の観点から、０．１μｍ〜１００μｍとすることが好ましく、０．５μｍ〜５０μｍがさらに好ましく、５μｍ〜２０μｍがもっとも好ましい。多孔質層１２として、金属酸化物からなる層を設けた場合は、厚みを５０μｍ以下とすることで、可撓性を確保しやすいため好ましい。また厚みを０．５μｍ以上とすることで、絶縁性が確保されやすいため好ましい。
【００４９】
＜＜＜陽極酸化処理により得られる多孔質層＞＞＞
陽極酸化処理による多孔質層の形成方法は特に限定されるものではなく、金属表面に陽極酸化多孔質層が形成できればどんな方法で行っても本発明の範疇である。以下に、陽極酸化によって形成された多孔質層について説明する。
【００５０】
従来から、陽極酸化を利用した多孔質層の製造方法は、ナノメートルオーダーの細孔を形成できる簡易な方法として知られている。また、この多孔質層は金属酸化物であるため、高い絶縁性を有することが知られている。具体的には、硫酸、シュウ酸、または燐酸等の酸性電解液またはアルカリ性電解液中に、金属基材を浸漬し、これを陽極として電流を流すと、金属基材の表面で酸化と溶解が同時に進行し、その表面に細孔を有する酸化膜を形成することができる。
【００５１】
陽極酸化を利用した多孔質層を形成するための金属としては、適宜選択可能であるが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）の中から選ばれる少なくとも１つの金属、あるいは上記金属の合金が好ましい。
【００５２】
図４に、陽極酸化処理により得られる多孔質層の模式図を示す。図４では、金属基部１１の片面にのみ陽極酸化処理を施し、多孔質層１２を設けた態様を示す。金属基部１１の被処理面は一様に金属酸化物に変化するとともに、ナノメートルオーダーの細孔１２０が形成される。陽極酸化処理により被処理面が一様に処理されるため、高い絶縁性を確保できる。また、もともとの金属基部の表面を処理して形成した多孔質層であるため、金属基部１１と多孔質層１２は強く結合して容易に剥離しない。さらに、この多孔質層上に次の層（図示せず）を形成した場合には、成膜時に細孔１２０内にも次の層の成分が入り込むため、いわゆるアンカー効果により密着性が確保される。
【００５３】
次に陽極酸化処理の方法の一例を記載する。準備した金属、または合金からなる金属基部を水洗した後、金属用の脱脂剤で脱脂して表面に付着した汚れを落とし、水洗により脱脂剤を洗い流す。次に、５質量％〜２０質量％の硝酸水溶液で硝酸洗浄を行い、しかる後に、再び水洗を行う。次に、金属基部を硫酸浴中、あるいはシュウ酸浴中で所定の電流密度で陽極酸化処理し、金属基部の表面に、多孔質の陽極酸化皮膜を形成する。また、陽極酸化処理時に流す電流値は、金属種によって最適値が異なるが、電流値が小さすぎると金属の溶解が支配的になり、必要とする多孔質層が形成されない可能性がある。また、電流値が大きすぎると多孔質層が急激に成長するため、表面に一様で無い状態となったり、一部が剥がれやすくなったりする可能性がある。
【００５４】
＜保護絶縁層＞
図1に示されるように、多孔質層１２の少なくとも一部の表面上には保護絶縁層２０が設けられる。保護絶縁膜２０は、多孔質層１２の表面に吸着されたガスが、製造プロセス中に製造装置内に放出されたり、製造後の拡散によって酸化物半導体層に悪影響を及ぼしたりすることを防止する役割を有する。また、保護絶縁層２０は製造プロセスで使用する酸やアルカリ等の薬品や、ドライエッチングおよびスパッタ成膜時のプラズマなどにより基材１０がダメージを受けるのを防止する役割も有する。
【００５５】
図３に、保護絶縁層２０が多孔質層１２の一部に設けられた態様の断面模式図を示す。図３に一例を示すように、保護絶縁層２０は、少なくとも酸化物半導体薄膜トランジスタ２の活性層５０が形成された領域に設けることが好ましい。また、少なくとも酸化物半導体薄膜トランジスタ２の形成領域に設けることがより好ましく、多孔質層の全域を覆うように設けることがさらに好ましい。多孔質層の表面の一部のみを保護絶縁層で覆うことでも発明の効果は得られるが、多孔質層の表面全域を覆っておくことで製造プロセス中に多孔質層からガスが放出されて成膜装置を汚染したり、放出されたガスが活性層に取り込まれたりすることを防止できるため好ましい。また、酸化物半導体薄膜トランジスタを製造するプロセス中に、基材１０がプラズマ、酸・アルカリの薬品や有機溶剤に暴露されて受けるダメージが、保護絶縁層により低減されるためより好ましい。
【００５６】
図1〜図３においては、保護絶縁層２０と基材１０は直接に接するように記載されているが、この間に別の層を有していてもよい。例えば多孔質層の凹凸を低減するための平坦化層や、多孔質層と保護絶縁層の密着を改善するための下地層を設けてもよい。
【００５７】
保護絶縁層２０は、シリコン化合物を主成分とし、かつ、水素を含む層である。シリコン化合物としてはどんなシリコン化合物であってもよいが、酸化物半導体薄膜トランジスタ２の製造プロセス中に、基材１０がダメージを受けるのを防止できるという点で、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンとするのが好ましい。このようなシリコン化合物は、スパッタやＣＶＤにより成膜した場合には、水素が膜中に取り込まれることが知られている。
【００５８】
本出願人らの様々な検討により、上記の保護絶縁層が、シリコン化合物を主成分とし、水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上でかつ膜厚が１００ｎｍ以上とすることで保護絶縁層として機能することがわかった。保護絶縁層としての機能とは、（１）多孔質層１２の表面に吸着されたガスが、製造プロセス中に製造装置内に放出されたり、製造後の拡散によって酸化物半導体層に悪影響を及ぼしたりすることを防止する機能、（２）保護絶縁層２０は製造プロセス中に製造プロセスで使用させる酸やアルカリなどの薬品やドライエッチングおよびスパッタ成膜時のプラズマなどにより基材１０がダメージを受けるのを防止する機能、（３）可撓性、の３つである。
【００５９】
基材１０は多孔質層を有しており、そのために表面の凹凸が激しい。保護絶縁層として機能する為には、多孔質層を被覆する必要があるが、保護絶縁層の水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満になると、膜が緻密になり硬くなるため、クラックが発生したり、またカバレッジ性に劣ったりするため、多孔質層を良好に被覆することが難しい。。また水素濃度が３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の場合でも、表面の凹凸が激しい多孔質層を被覆するには膜厚が１００ｎｍ必要であることも明らかにした。
【００６０】
さらに本出願人らは、保護絶縁層に含まれる水素が拡散して、酸化物半導体薄膜トランジスタの活性層に入り込み、活性層中のキャリヤ量を増加させて酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度、閾値電圧に影響を及ぼすことを解明した。保護絶縁層を詳細に検討した結果、保護絶縁層の水素濃度を３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで酸化物半導体薄膜トランジスタの閾値電圧を所定の範囲に制御できることがわかった。
【００６１】
結果として、基材１０上に設ける保護絶縁層の水素濃度は３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすべきことが判明した。なお、ここで、「ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」は１ｃｍ３あたりに含まれる原子の個数を意味する。
【００６２】
また、たとえ上記の水素濃度範囲および膜厚となるように保護絶縁層２０を設けたとしても、膜厚が厚すぎる場合は、半導体装置３を屈曲させた際に保護絶縁層２０にクラックが入りやすくなったり、保護絶縁層２０の膜剥がれを生じたりして、ガスが侵入して酸化物半導体薄膜トランジスタ２の移動度劣化等の特性悪化を生じてしまう。本発明者らによる検討の結果、水素濃度の調節に加え、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の厚みを有する保護絶縁層とすることが課題の解決に重要であることも判明した。
【００６３】
保護絶縁層は、シリコン化合物を主成分とする層であり、単層であっても複数のシリコン化合物の層から成っていてもよい。保護絶縁層が複数層から成る場合には、複数層の合計膜厚が１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲となるようにする。また、複数層を設ける場合は、複数の保護絶縁層の内、少なくとも酸化物半導体薄膜トランジスタが設けられる側に最も近い保護絶縁層の水素濃度を、３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【００６４】
保護絶縁層の水素濃度の測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により行うことができる。ＳＩＭＳは対象物を構成する元素を非常に高感度で検出することができる分析法として知られており、分析対象物にビーム状のイオン（一次イオン）を衝突させ、衝突により対象物を構成する物質をイオン化（二次イオン）させる。この二次イオンを質量分析することで構成元素とその量を検出するものである。
【００６５】
ＳＩＭＳの中でもダイナミックＳＩＭＳ（Ｄ−ＳＩＭＳ：Ｄｙｎａｍｉｃ−ＳＩＭＳ）と呼ばれる測定方法により保護絶縁層の水素濃度が測定できる。Ｄ−ＳＩＭＳでは、セシウムイオンや酸素イオン（一次イオン）をサンプルに衝突させて、構成元素の二次イオンを発生させ、対象物を深さ方向に掘り進めながら分析を行うことができる。測定結果は、構成元素の深さ方向のプロファイルとして得られ、元素濃度の絶対値は、あらかじめ元素含有量が判明している標準基板の測定結果のプロファイルを参照することで求めることができる。水素濃度を測定するために、衝突させる一次イオンとしては、セシウムイオンを使用する。また、検出感度が非常に高いため、測定は超高真空下（１．０×１０−５Ｐａ以下）で行う。
【００６６】
保護絶縁層２０は、どんな方法により形成されてもよいが、水素濃度を３．５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．５×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲に調節しやすく、５００℃以下の低温で良質な絶縁膜を、比較的高い成膜レートを実現できる点からプラズマＣＶＤ（別名ＰＥ−ＣＶＤ、Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＣＶＤ）により形成されるのが好ましい。プラズマＣＶＤでは、反応ガスをプラズマ状態にして活性なラジカルやイオンを生成させ，活性環境下で化学反応を行わせて所望の膜を被着体上に形成する。プラズマＣＶＤとしては、２００℃以下の低温でも所望の保護絶縁層を成膜することができるので、容量結合プラズマＣＶＤ（ＣＣＰ−ＣＶＤ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ）が特に好ましい。
【００６７】
保護絶縁層２０の水素濃度は、成膜中に導入する原料ガスの流量や、保護絶縁層を成膜中の基板の温度、また、成膜後のアニール温度によって調節することができる。例えば窒化シリコンを保護絶縁層として用いる場合には原料ガスとしてＳｉＨ４とＮＨ３とＨ２ガスを用いるが、Ｈ２の流量を調節しながら膜を形成することで、保護絶縁層中の水素濃度を調節することができる。また、上記の複数の調節方法を併用して水素濃度を調節してもよい。水素濃度再現性の観点から、基板温度による水素濃度調節、H2ガス流量による水素濃度調節が好ましい。
【００６８】
保護絶縁層の上に、後述の酸化物半導体薄膜トランジスタを直接設置する場合には、保護絶縁層は電気絶縁性である。電気絶縁性とは、保護絶縁層のシート抵抗値が１．０×１０7Ω／□以上であることを指す。１．０×１０９Ω／□以上であればより好ましい。前記のシート抵抗値とすることで、酸化物半導体薄膜トランジスタの素子間のリークやショートなどを引き起こさないため好ましい。
【００６９】
また、図１では保護絶縁層２０の上に直接酸化物半導体薄膜トランジスタ２を設けた態様を示しているが、保護絶縁層２０と酸化物半導体薄膜トランジスタ２の間に、別の層を設けていてもよい。例えば、基板の平坦性を良くする平坦化膜、絶縁性をさらに改善する絶縁層や、酸化物半導体薄膜トランジスタ２と保護絶縁層の密着を改善する下地層を設けてもよい。この場合には、平坦化膜、絶縁層や下地層においても酸化物半導体薄膜トランジスタ２に悪影響を及ぼさないように、水素濃度を調節することが好ましい。
【００７０】
＜半導体装置＞
半導体装置とは、基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、酸化物半導体からなる活性層、ソース・ドレイン電極、からなる酸化物半導体薄膜トランジスタを備えた装置のことを指す。
【００７１】
酸化物半導体薄膜トランジスタは、成膜温度が低いことから可撓性基板上に形成しやすく、これを用いた表示装置等の薄型化、軽量化、可撓化に貢献する技術である。一方で、このような酸化物半導体を用いた装置は外界から不純物が少量でも混入すると、酸化物半導体内でキャリヤが発生してしまうため、従来のシリコンを活性層として用いた薄膜トランジスタよりも基材や隣接層の不純物含有量が重要となる。
【００７２】
図１に示す酸化物半導体薄膜トランジスタ２は、ゲート電極３０、ゲート絶縁膜４０、活性層５０、エッチングストッパ層６０、ソース・ドレイン電極７０からなる。図１ではボトムゲートタイプの酸化物半導体薄膜トランジスタを記載したが、トップゲートタイプであっても、ゲート電極が複数あるタイプであっても本発明の範疇である。図１にはエッチングストッパ層６０を記載したが、特に必要ない場合は設けない構成でも本発明の範疇である。また、その他の構成についても本発明の範囲で変更が可能である。以降に、酸化物半導体薄膜トランジスタを構成する各部（活性層、エッチングストッパ層、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極）について、図１に基づいて説明する。
【００７３】
＜＜活性層＞＞
活性層５０は、酸化物半導体からなる。酸化物半導体は成膜温度が比較的低く、高温の結晶化工程が無くとも高い移動度を有するため、精力的に研究開発が進められている。活性層５０の素材としては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体を用いる。中でも、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体（ＩnＧaＺnＯ）を用いると、高い移動度が得られるため好ましい。
【００７４】
酸化物半導体であればその組成に依存せず、水素の混入によりキャリヤが発生するため、閾値電圧が０Ｖ近傍から大きく外れるという課題が生じる。よって、発明の効果は、金属基部と多孔質層とを有する基板を採用し、酸化物半導体を活性層に用いた酸化物半導体薄膜トランジスタを備えた装置において発揮されうる。
【００７５】
活性層５０は、ゲート電極３０に電圧を印加した際にキャリヤを発生する層として機能するものである。活性層５０を構成する酸化物半導体としては、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩｎＺｎＯ）、Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＧａＺｎＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ（ＩｎＧａＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩｎＧａＺｎＯ）が用いられる。高い移動度および低オフ電流が得られる点でＩｎＧａＺｎＯが好ましい。
【００７６】
活性層５０は、酸化物半導体のうち、耐熱性が低い基板に形成することができるアモルファス酸化物半導体により構成されることが好ましい。また、基板等の耐熱性に心配が無い場合には結晶性の酸化物半導体を選択することも可能である。低温で作製可能な良好なアモルファス酸化物半導体としては、少なくともＩｎ、ＧａあるいはＺｎを含むアモルファス酸化物半導体であることが好ましい。活性層５０に用いられるアモルファス酸化物半導体としては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む酸化物として構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは５以下の自然数）で表されるアモルファス酸化物半導体が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるアモルファス酸化物半導体がより好ましい。この組成のアモルファス酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度を制御するには、成膜中の酸素分圧の調整により制御が可能である。酸化物半導体がアモルファスであるかどうかは、エックス線回折測定により確認できる。エックス線回折測定を行い、回折ピークが見られなければアモルファスである。
【００７７】
なお、活性層５０は、その厚さが、１ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２．５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００７８】
活性層５０の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、活性層５０を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、ＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物半導体を活性層として用いる場合には、低温でも良質な膜質の成膜が可能であるとの観点から、スパッタ法により成膜されるのが好ましい。
【００７９】
これらの酸化物半導体、特にアモルファス酸化物半導体を活性層に用いた酸化物半導体薄膜トランジスタは、表面の凹凸が激しい基板上に作製した場合にも高い移動度が得られる。よって、本発明の基板上に設ける薄膜トランジスタとして適している。逆にＳｉを活性層に用いた薄膜トランジスタおよび有機半導体を活性層に用いた薄膜トランジスタは、基板の表面形状に敏感であって、基板表面がフラットでないと所望の特性が得られない。よって、表面の凹凸が比較的大きい本発明の基板上に設けるトランジスタとしては、不適である。
【００８０】
＜＜エッチングストッパ層＞＞
図１において、エッチングストッパ層６０は、活性層５０、特にチャネル領域Ｃが、ソース・ドレイン電極７０のパターン時にエッチングされないように保護するエッチングストッパとして機能するものである。また、エッチングストッパ層は、外界から活性層に不純物が混入することを防ぐ役割も果たす。このエッチングストッパ層６０は、少なくとも活性層５０のチャネル領域Ｃを覆うように設けられることが好ましい。また、エッチングストッパ層はシリコンあるいはガリウムの酸化物により構成されることが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化ガリウム、窒化シリコン、酸窒化シリコンや酸化チタンが好ましく用いられる。
【００８１】
エッチングストッパ層６０は、厚さ１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、エッチングストッパ層６０の製造方法としては、特に限定されないが、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、エッチングストッパ層６０を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、酸化シリコンをエッチングストッパ層６０として用いる場合には、プラズマＣＶＤ法が好適に用いられる。
【００８２】
＜＜ゲート電極＞＞
ゲート電極３０は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはそれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩｎＺｎＯ）等の金属酸化物導電物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性化合物、またはこれらの混合物を用いて形成される。ゲート電極３０としては、Ｍｏ、Ｍｏ合金（Ｍｏ−５ａｔ％Ｎｂなど）またはＣｒを用いることが好ましい。このゲート電極３０の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。また、より好ましくは、２０ｎｍ〜５００ｎｍであり、さらに好ましくは４０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００８３】
ゲート電極３０の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、ゲート電極３０を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、ＭｏまたはＭｏ合金を用いてゲート電極３０を形成する場合、ＤＣスパッタ法が用いられるのが好ましい。
【００８４】
＜＜ゲート絶縁膜＞＞
ゲート絶縁膜４０にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＹｓＯ３、Ｔａ２Ｏ５、もしくはＨｆＯ２等の絶縁体、またはそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。ゲート絶縁膜としては、絶縁性の観点からＳｉＯ２が最も好ましく用いられる。酸化物半導体薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜にＳｉＯ２を用いることにより、高移動度かつ低オフ電流を両立した、優れた半導体装置が実現できるので、好ましい。
【００８５】
ゲート絶縁膜４０の厚さは、１０ｎｍ〜１０μｍが好ましい。ゲート絶縁膜４０は、リーク電流を減らすため、電圧耐性を上げるために、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、ゲート絶縁膜４０の膜厚を厚くすると、酸化物半導体薄膜トランジスタの駆動電圧の上昇を招く。このため、ゲート絶縁膜４０の厚さは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましい。また、より好ましくは、１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００８６】
なお、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜４０に用いることができる。高誘電率絶縁体を用いると、低電圧での酸化物半導体薄膜トランジスタの駆動が可能である。
【００８７】
ゲート絶縁膜４０の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。
【００８８】
＜＜ソース・ドレイン電極＞＞
ソース電極・ドレイン電極７０は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはこれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩｎＺｎＯ）等の金属酸化物導電物質を用いて形成される。なお、ＩＴＯについては、アモルファスＩＴＯでも、結晶化ＩＴＯでもよい。
【００８９】
ソース電極・ドレイン電極７０としては、ＭｏまたはＭｏ合金を用いることが好ましい。なお、ソース電極・ドレイン電極７０の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。特に好ましい範囲は５０ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００９０】
なお、ソース電極・ドレイン電極７０の形成方法は特に限定されるものではない。上述の組成の導電膜は、例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。
【００９１】
例えば、ソース電極・ドレイン電極７０を、ＭｏもしくはＭｏ合金、アモルファスＩＴＯで形成する場合、フォトリソグラフィー法を用いてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液により、Ｍｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜をエッチングしてソース電極・ドレイン電極７０を形成する。
【００９２】
＜＜保護膜ならびその他の層＞＞
図１には、図示されていないが、酸化物半導体薄膜トランジスタ２上には必要に応じて保護膜が形成される。保護膜は酸化シリコン、窒化シリコン等の無機膜でもよいし、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などの有機膜でもよく、無機膜／有機膜の積層構造でもよい。
【００９３】
また、酸化物半導体薄膜トランジスタを表示装置に応用する場合は、画素電極が設けられて、それらは酸化物半導体薄膜トランジスタのソース電極と電気的に接続される。
【００９４】
以上、本発明の可撓性酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板、および、この基板を用いた半導体装置について好ましい実施形態を元に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の半導体装置は、液晶、ＥＬ素子などを用いた表示装置、電子ペーパー、X線センサーに使用できる。さらに、本実施形態の半導体装置を用いた表示装置は、携帯電話のディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶ用モニターを含む、幅広い分野に応用可能である。
【実施例】
【００９５】
以下、本発明の半導体装置について、実施例を元に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の実施例、比較例で使用する基材について説明する。
〜基材Ａの製造〜
図１に示される構成の、基材１０の製造方法を説明する。
市販の高純度アルミニウム（純度９９．９９％）を用い、圧延して、厚さが４０μｍのアルミニウム薄板を用意した。次に、この薄板の端面をマスキングフイルムで被覆した後、エタノールで超音波洗浄して、酢酸＋過塩素酸溶液で電解研磨した。その後、８０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液中で４０Ｖの定電圧電解を実施することにより、多孔質層（アルミニウムの陽極酸化膜）をアルミニウム薄板の両面に形成して基材Ａを得た。得られた基材Ａの断面ＴＥＭを測定したところ、図１の基材１０の構成となっていた。断面ＴＥＭ画像から各層の厚さを任意で5箇所測定して平均厚さを確認したところ、金属基部１１の厚さは約２０μｍ、多孔質層１２の厚さは両面ともに約１０μｍであった。
断面ＴＥＭ画像からで多孔質層１２の平均細孔サイズを確認したところ、約１０ｎｍであった。
【００９６】
〜基材Ｂの製造〜
図２に示される構成の、基材１０の製造方法を説明する。
【００９７】
市販のフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）と市販の高純度アルミニウム（純度９９．９９％）とを用い、冷間圧延法によりアルミニウム／ステンレス鋼／アルミニウムの３層構成となるように積層した。得られた上記の積層体は、アルミニウム部分の厚さが３０μｍ、ステンレス鋼の厚さが５０μｍの３層構成の金属薄板（総厚さ１１０μｍ）であった。次に、この薄板の端面をマスキングフイルムで被覆した後、エタノールで超音波洗浄して、酢酸＋過塩素酸溶液で電解研磨した。その後、８０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液中で４０Ｖの定電圧電解することにより、多孔質層（アルミニウムの陽極酸化膜）をアルミニウムの表面（２層あるアルミニウムの両方の表面）に形成して基材Ｂを得た。
【００９８】
得られた基材Ｂの断面ＴＥＭを測定したところ、図２の基材１０の構成となっていた。断面ＴＥＭ画像から各層の厚さを任意に5箇所測定して平均厚みを確認したところ、補助基部１１ａ（ステンレス鋼からなる）の厚さが５０μｍ、主要基部１１ｂ（アルミニウムからなる）の厚さがどちらも２０μｍ、多孔質層１２の厚さが両面ともに約１０μｍであった。
断面ＴＥＭ画像から多孔質層１２の平均細孔サイズを確認したところ、約１０ｎｍであった。
【００９９】
〜ガラス基板の準備〜
市販の０．７ｍｍ厚みの無アルカリガラス基板を準備し、エタノールで超音波洗浄した。本発明の効果を説明するための参考基板として使用するため、多孔質層や保護絶縁層を設けることなく、また後述の支持体との貼りあわせも行わずに使用した。
【０１００】
以下に上記の基材Ａ，基材Ｂ、ガラス基板を使用した実施例、比較例、参考例について説明する。
【０１０１】
（実施例１）
〜基材の脱ガス処理と保護絶縁層の形成〜
基材Ａを、保護絶縁層成膜装置の前処理室に投入し、前処理室を１０Ｐａ以下に真空引きした後、基材Ａを４５０℃に加熱して3０分間の脱ガス処理を実施した。
【０１０２】
基材Ａの温度が下がったら、前処理室から成膜室に移動させ、基材Ａの多孔質層の上に、下記の表１の成膜条件１−１に記載の条件で、窒化シリコンを主成分とする保護絶縁層を両面に成膜した。これにより図１の１ａで示される構成の酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板が得られた（以降は、この構成の基板を基板Ａと呼ぶ）。
【０１０３】
ここで、表１に記載の項目を簡単に説明する（表２も共通である）。成膜温度は、保護絶縁層を成膜中の基材の平均温度を表している。また、アニール温度は保護絶縁層を成膜した後に、加熱によるアニール処理を施した場合の処理温度を記載している。その場合のアニール時間は６０分で一定としている。
【表１】
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【０１０４】
〜支持体との貼りあわせ〜
０．７ｍｍ厚みの無アルカリガラスからなる支持体を別途準備し、熱発泡性接着剤（日東電工社製、リバアルファ３１９５０Ｅ）によって、基板Ａと無アルカリガラス基板を接着（図示せず）することで基板とした。このように、剛性の高い支持体に貼り合せることで可撓性基板を取り扱いやすくなり、反りや伸縮の影響を少なくできる。
【０１０５】
〜酸化物半導体薄膜トランジスタの形成〜
以下に、図１に記載の酸化物半導体薄膜トランジスタ２の製造方法を説明する。
【０１０６】
図１の酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板１ａとして、前述の基板Ａを使用した。基板Ａの表面（多孔質層２０の表面）に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、スパッタガスにＡｒガスを使用し、基板温度を室温にて、厚さが５０ｎｍのＭｏＮｂ（Ｍｏ−５ａｔ％Ｎｂ）膜を成膜した。次に、ＭｏＮｂ膜上にレジスト膜（東京応化工業社製、ＴＳＭＲ−８９００ＬＢ）をスピンコートにより形成し、フォトリソグラフィー法によって所定のパターンに露光、現像する（現像液：東京応化工業社製、ＮＭＤ−Ｗ）ことでレジストパターンを形成した。次に、燐硝酢酸水（林純薬工業社製、Ｍｏ用エッチャントＴＳＬ）を用いて、レジスト膜の開口部のＭｏＮｂ膜をエッチングした。その後、レジスト膜を剥離した（剥離液：東京応化工業社製、剥離液１０４）。これにより、図１に示すように、ＭｏＮｂからなるゲート電極３０が基板Ａの保護絶縁層上に形成された。
【０１０７】
次に、ゲート電極３０を覆うようにして、２００ｎｍの厚さの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜４０を、ＲＦスパッタ法を用いて、スパッタガスとしてＡｒガスとＯ２ガスを用いて成膜した。基板温度を室温にて、Ａｒガスの流量を３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量を４．０ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．１６Ｐａとし、基板の全面に形成した。
【０１０８】
次に、大気開放することなく、５０ｎｍの厚さのＩｎＧａＺｎＯからなる活性層５０を、ＤＣスパッタ法によりゲート絶縁膜４０上に形成した。活性層の成膜は、ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体を用い、スパッタガスとしてＡｒガスとＯ２ガスを用いて行った。Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量を４．２ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．３７Ｐａとした。成膜された活性層５０の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．０：０．９：０．６であった。また、活性層を別途ガラス基板に成膜し、エックス線回折測定を行った。回折ピークが見られないことから、活性層がアモルファスであることが確認できた。
【０１０９】
次に、活性層５０上にレジスト膜（東京応化工業社製、ＴＳＭＲ−８９００ＬＢ）をスピンコートにより形成し、フォトリソグラフィー法によって所定のパターンに露光、現像する（現像液：東京応化工業社製、ＮＭＤ−Ｗ）ことでレジストパターンを形成した。次に、シュウ酸水（関東化学株式会社製、ＩＴＯ−０６Ｎ）を用いて、レジスト膜の開口部の活性層５０をエッチングした。その後、レジスト膜を剥離した（剥離液：東京応化工業社製、剥離液１０４）。これにより、図１に示すように、ＩnＧaＺnＯ膜からなる活性層５０がゲート絶縁膜４０上に形成された。
【０１１０】
次に、活性層５０を覆うように、エッチングストッパ層６０として１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜を、ＲＦスパッタ法により、スパッタガスとしてＡｒガスとＯ２ガスを用いて成膜した。基板温度を室温とし、Ａｒガスの流量を３０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量を４．０ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．１６Ｐａとした。次いで、エッチングストッパ層６０の表面に、レジスト膜（東京応化工業社製、ＳＭＲ−８９００ＬＢ）をスピンコートにより形成した。フォトリソグラフィー法を用いて、チャネル領域Ｃ（図１参照）を覆うレジストが残るようにレジスト膜を露光、現像（現像液：東京応化工業社製、剥離液１０４）してパターン化した。次いで、レジスト膜の開口部に露出しているエッチングストッパ層６０を、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）装置にて、ＣＨＦ３ガスを用いて、ドライエッチングにてエッチングした。エッチング後、ＲＩＥ装置にて酸素アッシング処理した後にレジスト膜を剥離した（剥離液：東京応化工業社製、ＮＭＤ−Ｗ）。
【０１１１】
次に、ソース・ドレイン電極７０として、パターン化された活性層５０とエッチングストッパ層６０を覆うように、２００ｎｍの厚さのモリブデン膜を成膜した。成膜は、ＤＣスパッタ法により、スパッタガスにＡｒガスを使用し、基板温度を室温で行った。次に、モリブデン膜上にレジスト膜（東京応化工業社製、ＳＭＲ−８９００ＬＢ）を形成し、フォトリソグラフィー法によって所定のパターンに露光、現像（現像液：東京応化工業社製、ＮＭＤ−Ｗ）して、レジストパターンを形成した。次に、燐硝酢酸水（関東化学社製、Ａｌエッチング液）を用いて、レジスト開口部のモリブデン膜をエッチングした。その後、レジスト膜を剥離した（剥離液：東京応化工業社製、剥離液１０４）。これにより、図１に示すように、モリブデンからなるソース・ドレイン電極７０が形成された。本実施例で作製した酸化物半導体薄膜トランジスタ２の活性層５０は、上記エッチングストッパ層６０および上記ソース・ドレイン電極７０により覆われており、外気に露出している部が無い構成とした。本構成とすることにより、特に酸化物半導体薄膜トランジスタ２上に保護膜を形成せずに、外気環境に影響されない半導体装置３が作製できる。
【０１１２】
次に、得られた積層体をホットプレート上に設置し、２００℃に加熱することで、無アルカリガラスからなる支持体と基板Ａを剥離した。さらに、剥離して得られた基板Ａ（酸化物半導体薄膜トランジスタが設けられている）を２５０℃で1時間アニール処理した。
本実施例で、作製した酸化物半導体薄膜トランジスタのチャネル長は３０μｍ、チャネル幅は９０μｍである。
【０１１３】
上記の方法により、実施例１の半導体装置が得られた。得られた半導体装置の保護絶縁層の水素濃度、移動度、閾値電圧、可撓性を下記の方法により測定し、表３に結果を示した。評価については、何れの評価項目についてもＡ，Ｂ判定が許容できる結果である。
【０１１４】
＜保護絶縁層の水素濃度の測定＞
基材１０上に設けた保護絶縁層２０の水素濃度は次のように測定した。
【０１１５】
得られた酸化物半導体薄膜トランジスタをＤ−ＳＩＭＳ装置（ＡＭＥＴＥＫ社製、ＩＭＳ−６ｆ）に投入し、チャンバー内を超高真空にした後、酸化物半導体からなる活性層が設けられた領域に一次イオンが照射されるようにサンプルをセットした。スパッタによりサンプルを掘りながら、二次イオンの質量分析を行った。一次イオンとしてはセシウムイオンを用いた。サンプルを構成する元素の深さ方向のプロファイルが得られた。構成元素のプロファイルから保護絶縁層の位置を特定し、保護絶縁層の全体で検出された水素原子の平均量を、保護絶縁層の水素濃度とした。なお、水素濃度の絶対量を校正するための基準サンプルとしては、ドープされた水素量があらかじめ分かっている標準基板をサンプルと全く同じ条件で測定して得られた水素濃度を基準値として、サンプルの保護絶縁層の水素濃度を校正した。尚、標準基板の材質は保護絶縁層の材質と同質のものを用いる。例えば、保護絶縁膜が窒化シリコン（ＳｉＮ）を主成分とするなら、標準基板にはＳｉＮ基板を用い、保護絶縁膜が酸化シリコン（ＳｉＯ２）を主成分とするなら、標準基板にはＳｉＯ２基板を用いる。
【０１１６】
＜酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度、閾値電圧の測定＞
得られた酸化物半導体薄膜トランジスタに対して、ドレイン・ゲート電極間の電圧を１０Ｖで固定し、ゲート・ソース電極間の電圧を−１０Ｖ〜１５Ｖまで操引し、ドレイン・ゲート電極間に流れる電流を測定した（図５）。測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて、室温・暗室下で行った。この測定結果に基づいて、酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度を算出した。本測定領域では、酸化物半導体薄膜トランジスタは飽和領域であるので、移動度の計算方法は以下の式を用いて行った。
【０１１７】
移動度μ＝[２Ｌ／（Ｗ＊Ｃｏｘ）]×（δ√Ｉｄ／δＶｇ）１／２
（Ｌ：酸化物半導体薄膜トランジスタのチャネル長、Ｗ：酸化物半導体薄膜トランジスタのチャネル幅、Ｃｏｘ：ゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量、Ｉｄ：ドレイン・ゲート間電流、Ｖｇ：ゲート・ソース間電圧）
得られた移動度の値によって以下のとおり評価を付与した。
【０１１８】
移動度の評価基準
Ａ：移動度が７ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、特に優れたレベル
Ｂ：移動度が５ｃｍ２／Ｖｓ以上７ｃｍ２／Ｖｓ未満であり、優れたレベル
Ｃ：移動度が５ｃｍ２／Ｖｓ未満であり、問題があるレベル
Ｄ：ＴＦＴが動作せず、かなり問題があるレベル
図５に示すように、ゲート・ソース間電圧を上昇させていった際に、電流値が急激に立ち上がる位置を酸化物半導体薄膜トランジスタの閾値電圧（Ｖｏｎ）と定義し、以下の基準を元に評価した。なお、評価Ａの範囲に閾値電圧が入ることで、薄膜トランジスタの駆動電圧を低くでき、かつオフ時（例えばゲート電圧が０Ｖ）の電流を小さくできる。
【０１１９】
閾値電圧の評価基準
Ａ：閾値電圧が−５V以上１V未満で、優れたレベル
Ｃ：閾値電圧が−５V未満で、問題があるレベル
Ｄ：ＴＦＴが動作せず、かなり問題があるレベル
＜可撓性の評価＞
得られた酸化物半導体薄膜トランジスタを、曲率半径１００ｍｍとなるように連続して１０回屈曲させた後に、酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度の測定を行った。得られた移動度を屈曲前の移動度と比較して、以下のとおり評価を付与した。
【０１２０】
可撓性の評価基準
Ａ：屈曲前後の移動度の変化量が２０％未満で、優れたレベル
Ｃ：屈曲前後の移動度の変化量が２０％以上で、問題があるレベル
Ｄ：屈曲後にＴＦＴが動作せず、かなり問題があるレベル
（実施例２）
実施例１の基材Ａを基材Ｂに替えた（基材Ｂを脱ガス処理し、保護絶縁層を設けた基板を基板Ｂと呼ぶ）こと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２１】
（実施例３）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を成膜条件１−２に替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２２】
（実施例４）
実施例３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２３】
（実施例５）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を成膜条件１−３に替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２４】
（実施例６）
実施例５の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例５と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２５】
（参考例１）
実施例１の基材Ａをガラス基板に替えた多孔質層、保護絶縁層を設けなかったこと、また、支持体との貼り合せを行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２６】
（比較例１）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を、下記の表２の成膜条件１−Ｓに替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。なお、成膜条件１−Ｓの方法では、保護絶縁層形成後のアニール処理は行っていない。
【表２】
2014175464.tif 000004
【０１２７】
（比較例２）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を、表１の成膜条件１−４に替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２８】
（比較例３）
比較例２の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例２と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１２９】
（比較例４）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を、表１の成膜条件１−５に替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３０】
（比較例５）
比較例４の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例４と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３１】
実施例１〜６、比較例１〜５は保護絶縁層の素材を窒化シリコンとし、水素濃度を調節して作成した半導体装置である。また、参考例１は、基板としてガラス基板を用いた半導体装置である。構成の要点と評価結果を表３に示す。
【表３】
2014175464.tif 000005
【０１３２】
表３からわかるように、実施例１〜６の本発明の半導体装置は、移動度が高く、閾値電圧も所定値であって、かつ、可撓性に優れることがわかる。それに対して、比較例１の半導体装置は、ＲＦスパッタにより形成した保護絶縁層の水素濃度が低すぎるために、保護絶縁層が多孔質層を完全に覆うことができず、プロセス中にガスが発生したり、基板がダメージを受けたりした為に酸化物半導体薄膜トランジスタは動作をしなかった。また、比較例２および比較例３の半導体装置は、プラズマＣＶＤにより保護絶縁層を形成したものの、保護絶縁層の水素濃度を下げすぎたために、保護絶縁層にクラックが入り、移動度が低く、屈曲試験後にはトランジスタが動作しなかった。また、比較例４および比較例５の半導体装置は、逆に保護絶縁層の水素濃度が高くなりすぎたために、水素の悪影響により所定の閾値電圧とならなかった。なお、参考例１の半導体装置は、可撓性の無いガラス基板を使用したため、薄膜トランジスタの移動度が高く、閾値電圧が所定の範囲となったが、可撓性試験を行うことができなかった。
【０１３３】
次に、保護絶縁層の素材を酸化シリコンとした実施例と比較例により、本発明の効果が保護絶縁層の素材に寄らずに発揮されることを示す。
【０１３４】
（実施例１１）
実施例１の保護絶縁層の成膜条件１−１を、以下の表４の成膜条件２−１に替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３５】
ここで、表３に記載の項目を簡単に説明する。原料ガスのＴＥＯＳは、Ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｏｘｙ  ｓｉｌａｎｅを意味する。成膜温度は、保護絶縁層を形成中の基材の温度を表している。なお、成膜条件２−１〜２−５については、いずれも保護絶縁層形成後のアニール処理は行っていない。
【表４】
2014175464.tif 000006
【０１３６】
（実施例１２）
実施例１１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３７】
（実施例１３）
実施例１１の保護絶縁層の成膜条件２−１を、成膜条件２−２に替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３８】
（実施例１４）
実施例１３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例１３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１３９】
（実施例１５）
実施例１１の保護絶縁層の成膜条件２−１を、成膜条件２−３に替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４０】
（実施例１６）
実施例１５の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例１５と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４１】
（比較例１１）
実施例１１の保護絶縁層の成膜条件２−１を、成膜条件２−４に替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４２】
（比較例１２）
比較例１１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４３】
（比較例１３）
実施例１１の保護絶縁層の成膜条件２−１を、成膜条件２−５に替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４４】
（比較例１４）
比較例１３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例１３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４５】
実施例１１〜１６、比較例１１〜１４は、保護絶縁層の素材を酸化シリコンとし、水素濃度を調節して作成した半導体装置である。構成の要点と評価結果を表５に示す。
【表５】
2014175464.tif 000007
【０１４６】
表５からわかるように、実施例１１〜１６の本発明の半導体装置は、移動度が高く、閾値電圧が０Ｖ近傍にあり、かつ、可撓性に優れることがわかる。それに対して、比較例１１および比較例１２の半導体装置は、プラズマＣＶＤにより保護絶縁層を形成したものの、保護絶縁層の水素濃度を下げすぎたために、屈曲により保護絶縁層にクラックが入り、屈曲試験後の移動度が大きく変化していた。また、比較例１３および比較例１４の半導体装置は、逆に保護絶縁層の水素濃度が高くなりすぎたために、水素の悪影響により閾値電圧が０Ｖ近傍から大きく外れていた。表４と表５に示された結果から、保護絶縁層の素材が変化しても、課題を解決できる水素濃度範囲は変化しないことがわかる。
【０１４７】
次に、保護絶縁層の素材を窒化シリコンとした場合の保護絶縁層の膜厚依存性について示す。
【０１４８】
（実施例２１）
実施例１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから１００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１４９】
（実施例２２）
実施例２１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例２１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５０】
（実施例２３）
実施例１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２０００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５１】
（実施例２４）
実施例２３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例２３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５２】
（実施例２５）
実施例３の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２０００ｎｍに替えたこと以外は、実施例３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５３】
（実施例２６）
実施例２５の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例２５と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５４】
（比較例２１）
実施例１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから８０ｎｍに替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５５】
（比較例２２）
比較例２１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例２１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５６】
（比較例２３）
実施例１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２５００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５７】
（比較例２４）
比較例２３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例２３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１５８】
実施例２１〜２６、比較例２１〜２４は窒化シリコンからなる保護絶縁層の膜厚を替えて作成した半導体装置である。構成の要点と評価結果を表６に示す。
【表６】
2014175464.tif 000008
【０１５９】
表６からわかるように、実施例２１〜２６の本発明の半導体装置は、移動度が高く、閾値電圧が０Ｖ近傍にあり、かつ、可撓性に優れることがわかる。それに対して、比較例２１および比較例２２の半導体装置は、保護絶縁層の膜厚が薄すぎるために、多孔質層からのガスの影響により酸化物半導体薄膜トランジスタの移動度が低く、閾値電圧が所定値から外れている。また、比較例２３および比較例２４の酸化物半導体薄膜トランジスタは、逆に保護絶縁層の膜厚が厚すぎるために、屈曲試験によって保護絶縁層にクラックが入り、屈曲試験前後の移動度が大きく変化していた。
【０１６０】
次に、保護絶縁層の素材を酸化シリコンとした場合の保護絶縁層の膜厚依存性について示す。
【０１６１】
（実施例３１）
実施例１１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから１００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６２】
（実施例３２）
実施例３１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例３１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６３】
（実施例３３）
実施例１１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２０００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６４】
（実施例３４）
実施例３３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例３３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６５】
（実施例３５）
実施例１５の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから１００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１５と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６６】
（実施例３６）
実施例３５の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例３５と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６７】
（実施例３７）
実施例１３の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２０００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６８】
（実施例３８）
実施例３７の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例３７と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１６９】
（比較例３１）
実施例１１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから８０ｎｍに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７０】
（比較例３２）
比較例３１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例３１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７１】
（比較例３３）
実施例１１の保護絶縁層膜厚を、４００ｎｍから２５００ｎｍに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７２】
（比較例３４）
比較例３３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、比較例３３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７３】
実施例３１〜３８、比較例３１〜３４は酸化シリコンからなる保護絶縁層の膜厚を替えて作成した半導体装置である。構成の要点と評価結果を表７に示す。
【表７】
2014175464.tif 000009
【０１７４】
表７からわかるように、実施例３１〜３８の本発明の半導体装置は、移動度が高く、閾値電圧が０Ｖ近傍にあり、かつ、可撓性に優れることがわかる。それに対して、比較例３１および比較例３２の半導体装置は、保護絶縁層の膜厚が薄すぎるために、多孔質層からのガスの影響により酸化物半導体薄膜トランジスタが動作しなかった。また、比較例３３及び比較例３４の半導体装置は、保護絶縁層の膜厚が厚すぎるために、屈曲試験によって保護絶縁層にクラックが入り、屈曲試験前後の移動度が大きく変化していた。表６と表７の結果から、保護絶縁層の素材が変化しても、課題を解決できる膜厚範囲には違いが無いことがわかる。
【０１７５】
次に、酸化物半導体薄膜トランジスタの酸化物半導体層の素材を、ＩnＧaＺnＯからＩnＺnＯに変えた場合について示す。
【０１７６】
（実施例４１）
実施例１の活性層を、ＩｎＧａＺｎＯからＩｎＺｎＯに変えたこと以外は、実施例１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。なお、ＩｎＺｎＯの成膜にはＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ（ＺｎＯ−１０質量％）の組成を有する焼結体（出光興産（株）製）のターゲットを用い、成膜された活性層の組成比はＩｎ：Ｚｎ＝１．００：０．１５であった。
【０１７７】
（実施例４２）
実施例４１の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例４１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７８】
（実施例４３）
実施例１１の活性層を、ＩｎＧａＺｎＯからＩｎＺｎＯに替えたこと以外は、実施例１１と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１７９】
（実施例４４）
実施例４３の基材Ａを基材Ｂに替えたこと以外は、実施例４３と同様にして半導体装置を製造し、評価を行った。
【０１８０】
実施例４１〜４４は、酸化物半導体薄膜トランジスタの酸化物半導体層の素材をＩｎＧａＺｎＯからＩｎＺｎＯに替えて作成した半導体装置である。構成の要点と評価結果を表８に示す。
【表８】
2014175464.tif 000010
【０１８１】
表８からわかるように、実施例４１〜４４の本発明の半導体装置は、移動度が高く、閾値電圧が０Ｖ近傍にあり、かつ、可撓性に優れることがわかる。表６と表７、また表６と表８の結果の比較から、酸化物半導体の素材が変化しても、本発明により課題が解決できることがわかる。
【０１８２】
実施例、比較例で採用した保護絶縁層の膜厚と、保護絶縁層の水素濃度を図６、図７にプロットした。図６は保護絶縁層の素材を窒化シリコンとした実施例と比較例のデータを、図７には酸化シリコンを用いた実施例と比較例のデータをプロットした。図中の●の点が実施例、▲の点が比較例を示している。各点のそばに記載された数字は、実施例あるいは比較例番号を示している。また、各図中の四角で囲んだ領域は本発明の効果が得られる領域である。四角で囲んだ領域の内、A付近は、保護絶縁層の膜厚が厚く、水素濃度が低い領域となるため最も保護絶縁層が割れやすい設計と予想されるが、実施例から、可撓性に問題が生じていないことがわかる。また四角で囲んだ領域の内、B付近は、保護絶縁層が薄く、かつ保護絶縁層中の水素濃度が最も高い領域であるため、閾値電圧が０Ｖから大きく外れやすい設計と予想されるが、実施例から、閾値電圧は所定の範囲にあることがわかる。また、図６、図７の比較から、保護絶縁層の素材を変えても効果のある範囲が変わらないことがわかる。
【符号の説明】
【０１８３】
１ａ，１ｂ，１ｃ：酸化物半導体薄膜トランジスタ用基板
２：酸化物半導体薄膜トランジスタ
３：半導体装置
１０：基材
１１：金属基部
１１ａ：補助基部
１１ｂ：主要基部
１２：多孔質層
２０：保護絶縁層
３０：ゲート電極
４０：ゲート絶縁膜
５０：活性層
６０：エッチングストッパ層
７０：ソース・ドレイン電極
【図１】
2014175464.tif 000011
【図２】
2014175464.tif 000012
【図３】
2014175464.tif 000013
【図４】
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【図５】
2014175464.tif 000015
【図６】
2014175464.tif 000016
【図７】
2014175464.tif 000017