(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にチャンネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が少なくとも形成されてなる電界効果型トランジスタであって、
該チャンネル層は、２種の金属元素ＩｎとＢとを含むＩｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物材料より構成されており、該アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は０．０５以上０．２９以下であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が、０．１以上０．２２以下である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】
前記アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が、０．１２以上０．２以下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】
基板上にチャンネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が少なくとも形成されてなる電界効果型トランジスタであって、
該チャンネル層は、少なくとも３種の金属元素ＩｎとＺｎとＢとを含むＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物材料より構成されており、該アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｂ）は０．０５以上０．２９以下であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート絶縁層は、酸化シリコンであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記チャンネル層及び該ゲート絶縁膜は、スパッタリング法により成膜されることを特徴とする請求項５記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
表示素子の電極に、請求項１から６のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタのソース又はドレイン電極が接続されてなることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
前記表示素子は、エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記表示素子は、液晶セルであることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】
基板上に前記表示素子及び前記電界効果型トランジスタが二次元状に複数配されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の表示装置。
【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を用いた電界効果型トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果型トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＦＥＴ）は、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を備えている。そして、それは、ゲート電極に電圧を印加して、チャンネル層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流を制御する電子アクティブ素子である。特に、セラミックス、ガラス又はプラスチックなどの絶縁基板上に成膜した薄膜を、チャンネル層として用いるＦＥＴは、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）と呼ばれている。
【０００３】
上記ＴＦＴは、薄膜技術を用いているために、比較的大面積を有する基板上への形成が容易であるという利点があり、液晶表示素子などのフラットパネル表示素子の駆動素子として広く使われている。すなわち、アクティブ液晶表示素子（ＡＬＣＤ）では、ガラス基板上に作成したＴＦＴを用いて、個々の画像ピクセルのオン・オフが行われている。また、将来の高性能有機ＬＥＤディスプレイ（ＯＬＥＤ）では、ＴＦＴによるピクセルの電流駆動が有効であると考えられている。さらに、画像全体を駆動・制御する機能を有するＴＦＴ回路を画像表示領域周辺の基板上に形成した、より高性能の液晶表示デバイスが実現している。
【０００４】
現在、ＴＦＴとして最も広く使われているのは、多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜をチャンネル層材料としたものである。ピクセル駆動用にはアモルファスシリコンＴＦＴが、画像全体の駆動・制御には高性能な多結晶シリコンＴＦＴが実用化されている。
【０００５】
しかしながら、アモルファスシリコン、ポリシリコンＴＦＴをはじめ、これまで開発されてきたＴＦＴは、デバイス作成に高温プロセスが求められ、プラスチック板やフィルムなどの基板上に作成することが困難である。
【０００６】
一方、近年、ポリマー板やフィルムなどの基板上に、ＴＦＴを形成し、ＬＣＤやＯＬＥＤの駆動回路として用いることで、フレキシブル・ディスプレイを実現しようとする開発が活発に行われている。プラスチックフィルム上などに成膜可能な材料として、低温で成膜でき、かつ電気伝導性を示す有機半導体膜が注目されている。
【０００７】
例えば、有機半導体膜としては、ペンタセンなどの研究開発が進められている。そのキャリア移動度は約０．５ｃｍ２／Ｖｓ程度であり、アモルファスＳｉ−ＭＯＳＦＥＴと同等であることが報告されている。
【０００８】
しかし、ペンタセンなどの有機半導体は、熱的安定性が低く（＜１５０℃）、かつ毒性（発癌性）もあるという問題があり、実用的なデバイスは実現していない。
【０００９】
他にも、最近では、ＴＦＴのチャンネル層に適用し得る材料として、酸化物材料が注目されてきている。例えば、ＺｎＯを主成分として用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャンネル層に用いたＴＦＴの開発が活発に行われている。上記薄膜は、比較的に低温で成膜でき、プラスチック板やフィルムなどの基板上に薄膜を形成することが可能である。しかし、ＺｎＯを主成分とする化合物は室温で安定なアモルファス相を形成することができず多結晶相になるために、多結晶粒子界面の散乱により、電子移動度を大きくすることができない。また、多結晶粒子の形状や相互接続が成膜方法により大きく異なるため、ＴＦＴ素子の特性がばらついてしまう。
【００１０】
上記課題に対して、最近では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物を用いた薄膜トランジスタが報告されている（非特許文献１参照）。このトランジスタは、室温でプラスチックやガラス基板への作成が可能である。さらには、電界効果移動度が６〜９程度でノーマリーオフ型のトランジスタ特性が得られている。また、可視光に対して透明であるという特徴を有している。具体的には、非特許文献１では、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９（原子比）の組成比を有するアモルファス酸化物をＴＦＴのチャンネル層に用いる技術が記載されている。
【非特許文献１】Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ  ｅｔ．  ａｌ，  Ｎａｔｕｒｅ  ＶＯＬ．  ４３２，  Ｐ．  ４８８−４９２  （２００４−１１）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８９，０６２１０３（２００６）
【非特許文献３】Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ５０  （２００６）  ５００−５０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記非特許文献１では、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの３つの金属元素を用いたアモルファス酸化物が用いられているが、この金属元素の数が少ない方が、組成制御や材料調整の容易性の観点から好ましい。
【００１２】
しかしながら、１種類の金属元素を用いたＺｎＯやＩｎ２Ｏ３の酸化物は、スパッタリング法などの手法で成膜すると、一般的に、多結晶薄膜となる。前述したように、多結晶相はＴＦＴ素子の特性ばらつきを生じやすい。
【００１３】
２種類の金属元素を用いた例としては、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系の検討報告が知られている（非特許文献２参照）。しかしながら、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系においては大気中保管において抵抗率が変化する場合があることが知られており、環境安定性の向上が望まれている。
【００１４】
他にも、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系の報告例がある（非特許文献３参照）が、そこでは５００℃の熱処理を施しており、より低い温度での素子作成が望まれる。というのも、低い温度で作成をすることができれば、安価なガラス基板や樹脂基板を用いることができるからである。
【００１５】
以上より、薄膜トランジスタの分野では、より少ない数の金属元素からなり、かつ安定性に優れたアモルファス酸化物が求められている。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、少ない元素数から構成されるアモルファス酸化物を用い、オン・オフ比が大きい電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。さらには、大気中保管などの環境安定性に優れた電界効果型トランジスタを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、基板上にチャンネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が少なくとも形成されてなる電界効果型トランジスタであって、該チャンネル層は、２種の金属元素ＩｎとＢとを含むＩｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物材料より構成されており、該アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は０．０５以上０．２９以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、基板上にチャンネル層、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極が少なくとも形成されてなる電界効果型トランジスタであって、該チャンネル層は、３種の金属元素ＩｎとＺｎとＢとを含むＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物材料より構成されており、該アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｂ）は０．０５以上０．２９以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、表示素子の電極に、前記電界効果型トランジスタのソース又はドレイン電極が接続されてなることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、インジウムとホウ素（ボロン）とを含むアモルファス酸化物という新規な材料でチャンネル層を構成することで、良好な特性を示す薄膜トランジスタを実現することができる。特に、オン・オフ比やＳ値をはじめとしたトランジスタ特性に優れること、更には環境安定性が良好であるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
まず、本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００２２】
本発明者らは、薄膜トランジスタのチャンネル層の材料として、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とからなる酸化物をはじめとした２種類の金属元素からなる酸化物材料を鋭意検討した。図２は、スパッタリング法で形成した各種酸化物薄膜の抵抗率の経過時間変化を示す図である。図２において、Ｉｎと他の金属元素Ｍの元素比率Ｍ／（Ｉｎ＋Ｍ）が約０．２の薄膜を用いている。図２に示されているように、ＩｎとＺｎとからなる酸化物（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、ＩｎとＳｎとからなる酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）は抵抗率の経時変化は大きい。一方、ＩｎとＢとからなる酸化物（Ｉｎ−Ｂ−Ｏ）、ＩｎとＧａとからなる酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ）は経時変化がほとんどないことがわかる。このように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏは抵抗の安定性に優れるため、好ましい半導体材料である。
【００２３】
次に、上記材料をチャンネルとして用いて薄膜トランジスタを試作したところ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ及びＩｎ−Ｓｎ−Ｏでは、オン・オフ比が５桁以上のトランジスタを実現することが難しかった。一方で、Ｉｎ−Ｂ−Ｏにおいては、図１のトランスファ特性（Ｉｄ−Ｖｇグラフ）に示されているように、オン・オフ比が１０桁以上のトランジスタを実現することができた。
【００２４】
図３は、酸化物Ｉｎ−Ｍ−Ｏ（金属元素Ｍは周期律表の３族の元素）をチャンネルに用いた際のトランジスタ特性を比較したグラフである。図３（ａ）に示すように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏをチャンネルに適用したＴＦＴは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏを適用したＴＦＴやＩｎ−Ａｌ−Ｏを適用したＴＦＴに比べて、大きなオン・オフ比を示す。また、図３（ｂ）に示すように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏを適用したＴＦＴは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏを適用したＴＦＴやＩｎ−Ａｌ−Ｏを適用したＴＦＴのトランジスタに比べて、小さなＳ値を示す。このように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏをチャンネルに用いたＴＦＴは、トランジスタ特性として好ましい特性を示す。
【００２５】
次に、本発明の電界効果型トランジスタの実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
まず、本実施形態の電界効果型トランジスタの構成について説明する。
【００２７】
図８に示されているのは、本実施形態の電界効果型トランジスタの構成例を示す断面図である。符号１０は基板、符号１１はチャンネル層、符号１２はゲート絶縁層、符号１３はソース電極、符号１４はドレイン電極、符号１５はゲート電極を示している。
【００２８】
本実施形態の電界効果型トランジスタは、ゲート電極１５、ソース電極１３、及びドレイン電極１４を備えた３端子素子である。そして、ゲート電極に電圧Ｖｇを印加して、チャンネル層に流れる電流Ｉｄを制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流Ｉｄをスイッチングする機能を有している。
【００２９】
図８（ａ）は、半導体チャンネル層１１の上にゲート絶縁膜１２とゲート電極１５とを順に形成するトップゲート構造の例である。また、図１１（ｂ）は、ゲート電極１５の上にゲート絶縁膜１２と半導体チャンネル層１１を順に形成するボトムゲート構造の例である。さらに、図８（ｃ）は、別のボトムゲート型トランジスタの例である。図８（ｃ）において、符号２１は基板（ｎ＋のＳｉ基板：ゲート電極を兼ねる）、符号２２は絶縁膜（ＳｉＯ２）、符号２５はチャンネル層（酸化物）、符号２３はソース電極、符号２４はドレイン電極を示している。
【００３０】
本発明において、電界効果型トランジスタの構成は上記に限定されるものでなく、任意のトップ／ボトムゲート構造、スタガ／逆スタガ構造とすることが可能である。
【００３１】
これより、本実施形態の電界効果型トランジスタを構成する各部材について、より詳細に説明する。
【００３２】
（チャンネル層）
本実施形態の電界効果型トランジスタは、前述したが、そのチャンネル層にインジウムとボロン（ホウ素）とを含有するアモルファス酸化物を適用することに特徴がある。特に、材料としては、ＩｎとＢとからなるアモルファス酸化物（Ｉｎ−Ｂ−Ｏ）や、ＩｎとＢとＺｎとからなるアモルファス酸化物（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ）が好ましい。他にも、ＩｎとＳｎとＢとを含有したアモルファス酸化物などを用いることができる。
【００３３】
本実施形態において、アモルファス酸化物を構成する全元素に対するＩｎの割合は、１０％以上４０％以下の範囲である。そして、Ｉｎ−Ｂ−Ｏからなるアモルファス酸化物は、全ての元素の中で酸素を最も多く含有し、２番目にインジウム、３番目にボロンを多く含有する。また、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏからなるアモルファス酸化物は、全ての元素の中で酸素を最も多く含有し、２番目に亜鉛（もしくはインジウム）、３番目にインジウム（もしくは亜鉛）、４番目にボロンを多く含有する。
【００３４】
さらに、本発明者らは、インジウムとボロン（ホウ素）とを含有するアモルファス酸化物をチャンネル層に用いた薄膜トランジスタを鋭意検討する中で、次のことを見いだした。すなわち、ある特定の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）の酸化物半導体をチャンネルに適用した際に、好ましい特性を示すトランジスタを実現することができる。
【００３５】
Ｉｎ−Ｂ−Ｏを薄膜トランジスタのチャンネルに適用する場合には、好ましいＩｎとＢとの元素比率が存在する。まず、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．０５（５原子パーセント）以上であると、基板温度を室温に保持してスパッタ成膜した際に、アモルファスの薄膜が得られて好ましい。前述したように、多結晶相では、多結晶粒子の形状や相互接続が成膜方法により大きく異なるため、ＴＦＴ素子の特性がばらついてしまうからである。
【００３６】
次に、図５に、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ薄膜を用いて電界効果型トランジスタを作製した際の、電界効果移動度と元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性の一例を示す。図５より、Ｂの含有量を少なくするにつれて、電界効果移動度が大きくなることがわかる。電界効果移動度の要求値はその用途に依存するが、例えば電気泳動表示装置であれば、０．０５ｃｍ２／Ｖｓ程度の電界効果移動度を有したＴＦＴで駆動することができる。また、液晶表示装置では、０．１ｃｍ２／Ｖｓ程度の移動度を有したＴＦＴで駆動することができる。有機ＥＬ表示装置では、１ｃｍ２／Ｖｓ以上の移動度があることが好ましい。このような観点から、ＩｎとＢとの元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は、０．２９以下であること好ましく、さらには０．２２以下がより好ましく、０．２以下が最も好ましい。
【００３７】
次に、図６はＩｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタの閾値の組成依存性を検討した結果を示している。電界効果型トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈは、０Ｖ以上であると回路を構成しやすい。また、図６に示されているように、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は０．１以上であるとＶｔｈが正となるので好ましい。
【００３８】
次に、図７はＩｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタのトランジスタ特性を検討した結果を示している。図７に示されているように、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）を０．１２以上０．２以下とすることで、Ｓ値が小さなトランジスタを実現することができる。
【００３９】
以上を踏まえて、Ｉｎ−Ｂ−Ｏを電界効果型トランジスタのチャンネル層に適用する際には、ＩｎとＢとの元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は、０．０５以上０．２９以下であることが好ましい。さらには、０．１以上０．２２以下であることがより好ましく、０．１２以上０．２以下であることが最も好ましい。
【００４０】
また、本実施形態に係る酸化物（チャンネル層）の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲にあることが好ましく、さらには、２０ｎｍ以上７０ｎｍの範囲がより好ましく、２５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲が最も好ましい。
【００４１】
さらに、良好なＴＦＴ特性を得るためには、チャンネル層に０．０００００１Ｓ／ｃｍ以上１０Ｓ／ｃｍ以下の電気伝導度を有したアモルファス酸化物膜を適用することが好ましい。電気伝導度が１０Ｓ／ｃｍより大きい場合、ノーマリーオフ・トランジスタを構成することができないし、また、オン・オフ比を大きくすることもできない。極端な場合には、ゲート電圧の印加によっても、ソース・ドレイン電極間の電流がオン・オフせず、トランジスタ動作を示さない。一方で、絶縁体の場合、すなわち電気伝導度が０．０００００１Ｓ／ｃｍより小さくなると、オン電流を大きくすることができなくなる。極端な場合には、ゲート電圧の印加によっても、ソース・ドレイン電極間の電流がオン・オフせず、トランジスタ動作を示さない。
【００４２】
以上のような好ましい範囲の電気伝導度を得るためには、チャンネル層の材料組成にも依存するが、１０１４〜１０１８／ｃｍ３程度の電子キャリア濃度を有したアモルファス酸化物膜を形成することが好ましい。
【００４３】
チャンネル層に適用する酸化物の電気伝導度の制御は、金属元素の組成比や、成膜時の酸素分圧、薄膜形成後のアニール条件などを制御することで行うことができる。図１１に、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ半導体薄膜の抵抗率の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性のグラフを示す。元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が大きいほど、電気伝導度が小さくなる（抵抗率が大きくなる）ことがわかる。また、成膜時の酸素分圧を制御することで、主として薄膜中の酸素欠損量を制御し、これにより電子キャリア濃度を制御することができる。図１１には、異なる酸素分圧中においてスパッタ法で成膜した薄膜の電気伝導度が記されている。成膜時の酸素分圧が大きいほど電気伝導率が小さくなることがわかる。
【００４４】
このように成膜条件によって電気伝導度をある程度制御できるが、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）の値によっては、その制御が困難となる。例えば、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．４以上であると、成膜時の酸素分圧に依存せずに絶縁体になってしまう。また、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．１以下であると、成膜時の酸素分圧を大きくしても、電気伝導度を１Ｓ／ｃｍ以下にすることが困難になる。
【００４５】
また、本実施形態においては、アモルファス酸化物に含まれる元素として、Ｉｎ、Ｂ、Ｏの他にも、不可避的に含まれる元素、又は特性に悪影響を与えない範囲で含まれる元素は許容され得る。
【００４６】
（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１２の材料は、良好な絶縁性を有するものであれば、特にこだわらないが、シリコンを主成分として含有する薄膜を用いるとトランジスタの特性が良好となるので好ましい。特性が良好となる理由は定かではないが、ホウ素を含有したチャンネル層とシリコンを主成分としたゲート絶縁層の間に、良好な界面が形成されるためと考える。
【００４７】
具体的には、上記シリコンを主成分として含有する材料としては、酸化シリコンＳｉＯｘ、窒素化シリコンＳｉＮｘ、酸窒化シリコンＳｉＯｘＮｙなどが好ましい。他にも、シリコンを主成分とした複合酸化物として、Ｓｉ−Ｂ−Ｏ、Ｓｉ−Ｈｆ−Ｏ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ｓｉ−Ｙ−Ｏなどを用いることもできる。
【００４８】
このような絶縁性の良好な薄膜を適用することで、ソース・ゲート電極間及びドレイン・ゲート電極間のリーク電流を約１０〜１１アンペアにすることができる。
【００４９】
また、ゲート絶縁層の厚さは、例えば５０〜３００ｎｍの程度である。
【００５０】
（電極）
ソース電極１３、ドレイン電極１４、ゲート電極１５の材料は、良好な電気伝導性とチャンネル層への電気接続を可能とするものであれば、特にこだわらない。
【００５１】
例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ、ＺｎＯなどの透明導電膜や、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔなどの金属電極を用いることができる。また、ＡｕとＴｉの積層構造をはじめとした任意の積層構造を用いてもよい。
【００５２】
（基板）
基板１０としては、ガラス基板、プラスチック基板、プラスチックフィルムなどを用いることができる。
【００５３】
前述したチャンネル層、ゲート絶縁層は可視光に対して透明であるので、電極及び基板の材料として透明な材料を選択すれば、透明な電界効果型トランジスタを作製することが可能である。
【００５４】
上記の各種酸化物薄膜の成膜法としては、スパッタ法（ＳＰ法）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）及び電子ビーム蒸着法などの気相法が挙げられる。なお、気相法の中でも、量産性の点からは、スパッタ法が適している。しかし、成膜法は以上の方法に限られるものではない。また、成膜時の基板の温度は意図的に加温しない状態、すなわち、ほぼ室温に維持することができる。よって、この手法は低温プロセスでの実施が可能であるため、電界効果型トランジスタをプラスチック板やフィルムなどの基板上に作成することができる。
【００５５】
これより、図９を用いて、本実施形態の電界効果型トランジスタの特性について説明する。
【００５６】
図９（ａ）は様々なＶｇでのＩｄ−Ｖｄ特性を、図９（ｂ）はＶｄ＝６ＶにおけるＩｄ−Ｖｇ特性（トランスファ特性）を示している。トランジスタの特性の違いは、例えば、電界効果移動度μ、閾値電圧（Ｖｔｈ）、オン・オフ比、Ｓ値などの違いとして表現することができる。
【００５７】
電界効果移動度は、線形領域や飽和領域の特性から求めることができる。例えば、トランスファ特性の結果から、√Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作製し、この傾きから電界効果移動度を導く方法が挙げられる。本明細書では特にこだわらない限り、この手法で評価している。
【００５８】
閾値電圧は、いくつかの求める方法があるが、例えば、√Ｉｄ−Ｖｇのグラフのｘ切片から閾値電圧Ｖｔｈを導くやり方が挙げられる。
【００５９】
Ｏｎ／Ｏｆｆ比（オン・オフ比）は、トランスファ特性における、最も大きなＩｄと、最も小さなＩｄの値の比から求めることができる。
【００６０】
Ｓ値は、トランスファ特性の結果から、Ｌｏｇ（Ｉｄ）−Ｖｄのグラフを作製し、この傾きの逆数から導出することができる。
【００６１】
トランジスタ特性の違いは、上記のことに限られるものでなく、ほかにも各種パラメータで示すことができる。
【００６２】
以上説明してきた、本実施形態の電界効果型トランジスタを配した半導体装置（アクティブマトリックス基板）は、透明な基板とアモルファス酸化物ＴＦＴを用いているため、表示装置に適用した際にその開口率を増やすことができる。特に、有機ＥＬディスプレイに用いる際には、基板側からも光を取り出す構成（ボトムエミッション）を採用することが可能となる。また、本実施形態の電界効果型トランジスタを配した半導体装置は、ＩＤタグ又はＩＣタグなどの様々な用途に用いることが考えられる。
【００６３】
以下、具体的に、本実施形態の電界効果型トランジスタを配した半導体装置の一例として表示装置を詳細に説明する。
【００６４】
本実施形態の電界効果型トランジスタの出力端子であるドレイン電極に、有機又は無機のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、液晶素子等の表示素子の電極に接続することで表示装置を構成することができる。以下に、表示装置の断面図を用いて具体的な表示装置構成の例を説明する。
【００６５】
例えば、図１２に示すように、基体１１１上に、チャンネル層１１２と、ソース電極１１３と、ドレイン電極１１４と、ゲート絶縁膜１１５と、ゲート電極１１６から構成される電界効果型トランジスタを形成する。そして、ドレイン電極１１４に、層間絶縁層１１７を介して電極１１８が接続されており、電極１１８は発光層１１９と接し、さらに発光層１１９が電極１２０と接している。かかる構成により、発光層１１９に注入する電流を、ソース電極１１３からドレイン電極１１４に、チャンネル層１１２に形成されるチャンネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。したがって、これを電界効果型トランジスタのゲート電極１１６の電圧によって制御することができる。ここで、電極１１８、発光層１１９、電極１２０は無機若しくは有機のエレクトロルミネッセンス素子を構成する。
【００６６】
あるいは、図１３に示すように、ドレイン電極１１４が延長されて電極１１８を兼ねており、これを高抵抗膜１２１、１２２に挟まれた液晶セルや電気泳動型粒子セル１２３へ電圧を印加する電極１１８とする構成を取ることもできる。液晶セルや電気泳動型粒子セル１２３、高抵抗層１２１及び１２２、電極１１８、電極１２０は表示素子を構成する。これら表示素子に印加する電圧を、ソース電極１１３からドレイン電極１１４にチャンネル層１１２に形成されるチャンネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。したがって、これをＴＦＴのゲート電極１１６の電圧によって制御することができる。ここで表示素子の表示媒体が流体と粒子を絶縁性被膜中に封止したカプセルであるなら、高抵抗膜１２１、１２２は不要である。
【００６７】
上述の２例において薄膜トランジスタとしては、スタガ構造（トップゲート型）の構成で代表させたが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。例えば、薄膜トランジスタの出力端子であるドレイン電極と表示素子の接続が位相幾何的に同一であれば、コプレナー型等他の構成も可能である。
【００６８】
また、上述の２例においては、表示素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた例を図示したが、本実施形態は必ずしも本構成に限定されるものではない。例えば、薄膜トランジスタの出力端子であるドレイン電極と表示素子の接続が位相幾何的に同一であれば、いずれかの電極若しくは両電極が基体と垂直に設けられていてもよい。
【００６９】
ここで、表示素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた場合、表示素子がＥＬ素子若しくは反射型液晶素子等の反射型表示素子ならば、いずれかの電極が発光波長若しくは反射光の波長に対して透明であることが求められる。あるいは、透過型液晶素子等の透過型表示素子ならば、両電極とも透過光に対して透明であることが求められる。
【００７０】
さらに、本実施形態の薄膜トランジスタでは、全ての構成体を透明にすることも可能であり、これにより、透明な表示素子を形成することもできる。また、軽量可撓で透明な樹脂製プラスチック基板など低耐熱性基体の上にも、かかる表示素子を設けることができる。
【００７１】
次に、ＥＬ素子（ここでは有機ＥＬ素子）と電界効果型トランジスタを含む画素を二次元状に複数配置した表示装置について図１４を用いて説明する。
【００７２】
図１４において、有機ＥＬ層２０４を駆動するトランジスタ２０１、及び画素を選択するトランジスタ２０２が示されている。また、コンデンサ２０３は選択された状態を保持するためのものであり、共通電極線２０７とトランジスタ２０２のソース部分との間に電荷を蓄え、トランジスタ２０１のゲートの信号を保持している。画素選択は走査電極線２０５と信号電極線２０６により決定される。
【００７３】
より具体的に説明すると、画像信号がドライバ回路（不図示）から走査電極２０５を通してゲート電極へパルス信号で印加される。それと同時に、別のドライバ回路（不図示）から信号電極２０６を通してやはりパスル信号でトランジスタ２０２へと印加されて画素が選択される。そのときトランジスタ２０２がＯＮとなり信号電極線２０６とトランジスタ２０２のソースの間にあるコンデンサ２０３に電荷が蓄積される。これによりトランジスタ２０１のゲート電圧が所望の電圧に保持されトランジスタ２０１はＯＮになる。この状態は次の信号を受け取るまで保持される。トランジスタ２０１がＯＮである状態の間、有機ＥＬ層２０４には電圧、電流が供給され続け発光が維持されることになる。
【００７４】
この図１４の例では１画素にトランジスタ２ヶコンデンサー１ヶの構成であるが、性能を向上させるためにさらに多くのトランジスタ等を組み込んでもよい。
【実施例】
【００７５】
これより、本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の例に限定されはしない。
【００７６】
（実施例１）
本実施例では、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系のアモルファス酸化物からなるチャンネル層を用い図８（ａ）に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。
【００７７】
まず、ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にチャンネル層としてＩｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。具体的には、アルゴンガスと酸素ガスの混合雰囲気中で高周波スパッタ法により、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。その際、図１０に示すようなスパッタ成膜装置を用いた。図１０において、符号５１は試料、符号５２はターゲット、符号５３は真空ポンプ、符号５４は真空計、符号５５は基板保持手段、符号５６はそれぞれのガス導入系に対して設けられたガス流量制御手段、符号５７は圧力制御手段、符号５８は成膜室を示している。真空ポンプ５３は成膜室５８内を排気するための排気手段となる。基板保持手段５５は、酸化物膜を形成する基板を成膜室内に保持する。ターゲット（固定材料源）５２は、基板保持手段に対向して配置されている。さらに、この成膜装置は、ターゲット５２から材料を蒸発させるためのエネルギー源（不図示の高周波電源）と、成膜室内にガスを供給する手段とを有する。
【００７８】
ガス導入系としては、アルゴン、アルゴンと酸素の混合ガス（Ａｒ：Ｏ２＝９５：５）の２系統を有している。それぞれのガス流量を独立に制御可能とするガス流量制御手段５６と、排気速度を制御するための圧力制御手段５７により、成膜室内に所定のガス雰囲気を得ることができる。
【００７９】
本実施例では、ターゲットとしては、２インチサイズのＩｎ２Ｏ３とＢ２Ｏ３のターゲットを用い、同時スパッタによりＩｎ−Ｂ−Ｏ膜を形成した。投入ＲＦパワーは、それぞれ７０Ｗ、３５Ｗとした。成膜時の雰囲気は全圧０．４Ｐａであり、その際のガス流量比はＡｒ：Ｏ２＝１００：１とした。成膜レートは１２ｎｍ／分とした。また、基板温度は２５℃とした。そして、成膜に引き続き、大気中で３００℃、６０分のアニール処理を施した。  
【００８０】
以上の様にして得られた膜に対し、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Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることがわかった。
【００８１】
さらに、分光エリプソ測定を行い、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０．５ｎｍであり、膜厚は約３０ｎｍであることがわかった。誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ法）により金属組成比を分析したところ、薄膜の金属組成比はＩｎ：Ｂ＝８５：１５であった。すなわち、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）は０．１５であることがわかった。
【００８２】
また、電気伝導度は１０−３Ｓ／ｃｍ程度であり、電子キャリア濃度は２×１０１５／ｃｍ３であり、電子移動度は約４ｃｍ２／Ｖｓ程度と見積もられた。
【００８３】
次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン電極１４及びソース電極１３をパターニング形成した。それぞれ電極材質はＡｕとＴｉの積層膜であり、それぞれ厚さ４０ｎｍと５ｎｍとであった。
【００８４】
次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート絶縁層１２をパターニング形成した。ゲート絶縁膜は、ＳｉＯ２膜をスパッタ成膜法により成膜したものであり、その厚さは１５０ｎｍであった。また、ＳｉＯ２膜の比誘電率は約３．７である。
【００８５】
さらに、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート電極１５を形成した。チャンネル長は５０μｍで、チャンネル幅は２００μｍであった。電極材質はＡｕであり、厚さは３０ｎｍであった。このようにして、ＴＦＴを作製した。
【００８６】
次に、上記ＴＦＴの特性評価を行った。
【００８７】
図９に、室温下で測定したＴＦＴの電流−電圧特性の一例を示す。図９（ａ）はＩｄ−Ｖｄ特性であり、図９（ｂ）はＩｄ−Ｖｇ特性である。図９（ａ）に示すように、一定のゲート電圧Ｖｇを印加し、Ｖｄの変化に伴うソース−ドレイン間電流のＩｄのドレイン電圧Ｖｄ依存性を測定すると、Ｖｄ＝６Ｖ程度で飽和（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、Ｖｄ＝６Ｖ印加時におけるゲート電圧ＶＧの閾値は約１．５であった。また、Ｖｇ＝１０Ｖ時には、Ｉｄ＝１．０×１０−４Ａ程度の電流が流れた。
【００８８】
また、トランジスタのオン・オフ比は、１０９超であった。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２．５ｃｍ２／Ｖｓの電界効果移動度が得られた。
【００８９】
また  本実施例においては再現良くＴＦＴを作成することができ、複数の素子を作成した際の特性ばらつきが小さかった。  
【００９０】
このように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏという新規なアモルファス酸化物をチャンネル層に適用することで、良好なトランジスタ特性を実現することができた。特に、従来のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系に比べて、構成元素数が少ないという利点がある。これにより、製造上の負荷の低減、製造コストの低減が期待できる。
【００９１】
（実施例２）
本実施例では、ＩｎとＢとを主成分として含有するチャンネル層を用いた薄膜トランジスタにおいて、ＩｎとＢの組成依存性を検討した。
【００９２】
本実施例においては、チャンネル層の材料組成依存性を検討するために、成膜にコンビナトリアル法を用いた。すなわち、スパッタ法により様々な組成を有する酸化物の薄膜を一度に一枚の基板上に作製する手法を用いて検討した。ただし、この手法を必ずしも用いる必要はなく、所定の組成のターゲット（材料源）を用意して成膜してもよいし、複数のターゲットのそれぞれへの投入パワーを制御することで、所望の組成の薄膜を形成してもよい。
【００９３】
Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜の製膜は３元斜入射スパッタ装置を用いて行った。ターゲットは基板に対し斜め方向に配置されているため、基板面上の膜の組成がターゲットからの距離の差により変化するため、基板面内にわたり２元で広い組成分布がついた薄膜を得ることができる。Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜の製膜には、Ｉｎ２Ｏ３のターゲットを２つと、Ｂ２Ｏ３のターゲット１つを同時スパッタした。投入ＲＦパワーはそれぞれ３５Ｗと７０Ｗとした。成膜時の雰囲気は、全圧０．３５Ｐａであり、その際のガス流量比はＡｒ：Ｏ２＝１００：１とした。また、基板温度は２５℃とした。  
【００９４】
以上のようにして作製された膜の物性を、蛍光Ｘ線分析、分光エリプソメトリー、Ｘ線回折及び４探針測定により評価した。また、ｎ型チャンネル層にＩｎ−Ｂ−Ｏ組成傾斜膜を用いたボトムゲート・トップコンタクト型ＴＦＴの試作も行い、室温にて動作特性を評価した。
【００９５】
上記組成傾斜膜の膜厚を分光エリプソメトリーにより測定したところ、アモルファス酸化物膜の厚さは約２５ｎｍであり、面内膜厚分布は±１０％以内であった。
【００９６】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により、作製したＩｎ−Ｂ−Ｏ膜は元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．０５以上の範囲においてアモルファスであることを確認した。さらに、Ｂの組成が０．０５より小さい膜においては、結晶の回折ピークが観測される場合があった。以上の結果より、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜においてＢ／（Ｉｎ＋Ｂ）を０．０５以上とすることで、アモルファス薄膜を得られることがわかった。
【００９７】
Ｉｎ−Ｂ−Ｏ組成傾斜膜のシート抵抗を４探針法により、膜厚を分光エリプソメトリーにより測定し、膜の抵抗率を求めた。図１１に示すように、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）に応じて抵抗率の変化が確認された。Ｉｎ−ｒｉｃｈ側（元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が小さい側）で低抵抗、Ｂ−ｒｉｃｈ側（元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が大きい側）で高抵抗となることがわかった。
【００９８】
また、成膜雰囲気中の酸素分圧を変化させたときのＩｎ−Ｂ−Ｏ組成傾斜膜の抵抗率を求めると、図１１に示すように酸素分圧の増加に従い、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜が高抵抗化していることがわかった。これは、酸素欠損の減少とそれに伴う電子キャリア密度の低下に起因するものと考えられる。また、ＴＦＴ活性層に適した抵抗値を示す組成範囲が酸素分圧に対し変化していることがわかった。
【００９９】
Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜の抵抗率の経時変化の測定結果を、図１５に示す。Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系薄膜では、広い組成範囲（元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．０５から０．５の範囲）にわたり、抵抗率の経時変化は認められなかった。また、図２には、他の材料と併せて抵抗率の経時変化の比較を示した。同様にして作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜やＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜は時間とともに、抵抗率が減少する傾向が見られた。以上の結果より、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜は環境安定性に優れることがわかった。
【０１００】
次に、Ｉｎ−Ｂ−Ｏ膜をｎ型チャンネル層とした電界効果型トランジスタの特性及びその組成依存性を調べた。トランジスタの構成は、図８（ｃ）に示すボトムゲート型の構成である。具体的には、熱酸化膜付Ｓｉ基板上にＩｎ−Ｂ−Ｏ組成傾斜膜を製膜した後、パターニング、電極形成等を行い、それぞれ組成の異なる活性層を有する素子を一枚の基板上に形成した。素子形成後、大気中で３００℃のアニール処理を施した。３インチウェーハ上に形成された多くのＦＥＴ作製し、それぞれ特性を評価した。ＦＥＴの構造としてはボトムゲート・トップコンタクト型で、ゲート電極にｎ＋−Ｓｉ、絶縁膜にＳｉＯ２、ソース・ドレイン電極にＡｕ／Ｔｉを使用した。このとき、チャンネル層幅及びチャンネル層長はそれぞれ１５０μｍ、１０μｍであった。ＦＥＴ評価において用いたソース・ドレイン電圧は６Ｖである。
【０１０１】
ＴＦＴ特性評価において、電子移動度はゲート電圧（Ｖｇ）に対する√Ｉｄ（Ｉｄ：ドレイン電流）の傾きにより、電流オン・オフ比はＩｄの最大値と最小値の比により求めた。また、Ｖｇに対して√ＩｄをプロットしたときのＶｇ軸との切片を閾値電圧とし、ｄＶｇ／ｄ（ｌｏｇＩｄ）の最小値をＳ値（電流を一桁上昇させるのに必要な電圧の値）とした。
【０１０２】
基板上の様々な位置のＴＦＴ特性を評価することで、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）に応じたＴＦＴ特性の変化を調べた。これにより、基板上の位置、すなわち、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）に応じて、ＴＦＴ特性が変化することがわかった。様々な組成におけるＩｄ−Ｖｇ特性を、図４に示す。
【０１０３】
Ｉｎ−ｒｉｃｈな組成（例えば（Ａ））では、オン電流が大きいが、オフ電流も比較的大きな値を示す。このような素子は、大きなＯＮ電流が必要とされる用途に用いることができる。また、（Ａ）よりもさらに元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が小さい組成の膜を適用すると閾値が負になる。
【０１０４】
一方、Ｂ−ｒｉｃｈな組成（例えば（Ｃ）や（Ｄ））では、オン電流が小さい傾向であったが、閾値電圧は正の値をとり、「ノーマリーオフ特性」が得られた。このような素子は、小さなオフ電流が必要とされる用途に用いることができる。
【０１０５】
最も優れた特性を示したのは素子（Ｂ）である。素子（Ｂ）の特性は、単独で図１にも記した。そこに示されているように、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．１６の素子（Ｂ）では、１０桁以上のオン・オフ比を得ることができた。Ｓ値は０．４Ｖ／ｄｅｃａｄｅであり、電界効果移動度は３ｃｍ２／Ｖｓであり、閾値は４Ｖであった。
【０１０６】
また、図５には、電界効果移動度の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性が示されている。Ｂの含有量が少なくなるにつれて、電界効果移動度が大きくなることがわかる。元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．２９以下で０．０５ｃｍ２／Ｖｓ以上の電界効果移動度が得られた。また、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．２２以下で０．１ｃｍ２／Ｖｓ以上、さらには、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．２以下で１ｃｍ２／Ｖｓ以上の電界効果移動度を得ることができる。
【０１０７】
また、図６には、閾値電圧の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性が示されている。一般的に、薄膜トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈは、０Ｖ以上であると回路を構成しやすい。図６からわかるように、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．１以上になるとＶｔｈが正となる。
【０１０８】
また、図７には、Ｓ値の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性を示す。図７からわかるように、Ｓ値に関しては、元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）が０．１２以上０．２以下の範囲だと小さな値が得られて好ましい。
【０１０９】
また、図３では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏをチャンネル層に適用したトランジスタと、Ｉｎ−Ａｌ−Ｏをチャンネル層に適用したトランジスタとの特性比較がなされている。Ｉｎ−Ｇａ−Ｏをチャンネル層に適用したトランジスタ、及びＩｎ−Ａｌ−Ｏをチャンネル層に適用したトランジスタは、上述のＩｎ−Ｂ−Ｏをチャンネル層に適用したトランジスタと同様にして試作及び評価がなされた。そして、様々なＩｎとＧａの組成比（様々なＩｎとＡｌ又はＧａの組成比の素子）の中から良好な特性を示した素子を抽出し、そのトランジスタ特性を比較したのが図３である。図３（ａ）に示すように、３族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａの中の一つとＩｎを用いた組み合わせの中で、Ｉｎ−Ｂ−Ｏはもっともオン・オフ比が大きい。また、図３（ｂ）に示すように、Ｉｎ−Ｂ−Ｏが最もＳ値が小さくいトランジスタを実現できることがわかる。このように、２つの金属元素を用いたアモルファス酸化物半導体の中で、Ｉｎ−Ｂ−ＯはＴＦＴのチャンネル材料として優れることがわかる。
【０１１０】
（実施例３）
本実施例では、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ酸化物半導体をチャンネル層に適用したＴＦＴ素子を作製した。また、該ＴＦＴは、図８（ｂ）に記載の構成とした。
【０１１１】
基板として、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた。トランジスタのチャンネル長は６０μｍで、チャンネル幅は１８０μｍとする。
【０１１２】
まず、ＰＥＴ基板１０上に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート電極１５と、ゲート絶縁層１２をパターニング形成した。
【０１１３】
ゲート電極１５は、厚さ５０ｎｍのＭｏ膜であった。ゲート絶縁膜は、ＳｉＯｘ膜をスパッタ法により成膜したものであり、厚さは１５０ｎｍであった。また、ＳｉＯｘ膜の比誘電率は約３．７であった。
【０１１４】
次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、トランジスタのチャンネル層をパターニング形成した。チャンネル層は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ系のアモルファス酸化物からなり、その組成はＩｎ：Ｚｎ：Ｂ＝４：６：１とした。
【０１１５】
上記のＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ系アモルファス酸化物膜は、アルゴンガスと酸素ガスと混合雰囲気中で高周波スパッタ法により形成された。
【０１１６】
本実施例では、３つのターゲット（材料源）を用いて同時成膜を行った。３つのターゲットは、それぞれ２インチサイズのＩｎ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯの焼結体である。それぞれのターゲットへの投入ＲＦパワーを制御することで、所望のＩｎ：Ｚｎ：Ｂ組成比の酸化物薄膜を得ることができる。雰囲気は全圧０．５Ｐａであり、その際のガス流量比はＡｒ：Ｏ２＝１００：１とした。また、基板温度は２５℃とした。
【０１１７】
上記のようにして作製された酸化物膜は、Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）において明瞭な回折ピークは検出されず、アモルファス膜であることがわかった。該アモルファス酸化物膜の厚さは約３０ｎｍであった。
【０１１８】
また、光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制帯エネルギー幅は約３ｅＶであり、可視光に対して透明であった。
【０１１９】
また、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極はＩｎ２Ｏ３：Ｓｎからなる透明導電膜とした。それぞれの電極の厚さは１００ｎｍである。
【０１２０】
以上のようにして作製したＴＦＴの特性評価を行った。
【０１２１】
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴを室温下で測定・評価したところ、トランジスタのオン・オフ比は、１０９超であった。また、電界効果移動度を算出したところ、約５ｃｍ２／Ｖｓであった。
【０１２２】
また、本実施例のＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏをチャンネルとして適用した薄膜トランジスタは、高い性能を有し、環境に対する安定性が高い。
【０１２３】
アモルファス酸化物材料の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｂ）については、０．０５以上０．２９以下の範囲において、良好なトランジスタ動作が可能である。
【０１２４】
また、本実施例のＩｎ−Ｚｎ−Ｂ−Ｏ系酸化物半導体をチャンネルとして適用した薄膜トランジスタは、Ｂを含有しないＩｎ−Ｚｎ−Ｏをチャンネルとして適用した薄膜トランジスタと比べて環境に対する安定性（大気中保管に伴う特性変動）も向上していた。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明による電界効果型トランジスタは、低温で薄膜形成を行うことが可能で、かつアモルファス状態であるため、ＰＥＴフィルムをはじめとするフレキシブル素材上に形成することができる。
【０１２６】
したがって、本発明の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応用することができる。また、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、シースルー型のディスプレイ、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタのトランスファ特性を示す図である。
【図２】Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタの抵抗率の経時変化を示す図である。
【図３】Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタと、Ｉｎ−Ａｌ−Ｏ系電界効果型トランジスタと、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系電界効果型トランジスタとの特性を比較する図であり、（ａ）ではオン・オフ比を、（ｂ）ではＳ値を比較している。
【図４】様々な元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）のＩｎ−Ｂ−Ｏ系電界効果型トランジスタのトランスファ特性を示す図である。
【図５】電界効果移動度の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性を示す図である。
【図６】閾値電圧の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性を示す図である。
【図７】Ｓ値の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性を示す図である。
【図８】本実施形態の電界効果型トランジスタの構造の例を示す断面図である。
【図９】本実施形態の電界効果型トランジスタの特性の一例を示す図である。
【図１０】電界効果型トランジスタを作製するための薄膜形成装置の構成を示す図である。
【図１１】Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系半導体薄膜の抵抗率の元素比率Ｂ／（Ｉｎ＋Ｂ）依存性を示す図である。
【図１２】本発明に係る一実施形態としての表示装置の概略的な断面図である。
【図１３】本発明に係る一実施形態としての表示装置の概略的な断面図である。
【図１４】有機ＥＬ素子と薄膜トランジスタを含む画素を二次元状に配列した表示装置の構成を概略的に示した図である。
【図１５】Ｉｎ−Ｂ−Ｏ系半導体薄膜の抵抗率の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  基板
１１  チャンネル層
１２  絶縁層
１３  ソース電極
１４  ドレイン電極  
１５  ゲート電極
２１  Ｂ基板
２２  絶縁層
２３  ソース電極
２４  ドレイン電極
２５  チャンネル層
３１  試料
３２  ターゲット
３３  真空ポンプ
３４  真空計
３５  基板保持手段
３６  ガス流量制御手段
３７  圧力制御手段
３８  成膜室
１１１  基体
１１２  チャンネル層
１１３  ソース電極
１１４  ドレイン電極
１１５  ゲート絶縁膜
１１６  ゲート電極
１１７  層間絶縁層
１１８  電極
１１９  発光層
１２０  電極
１２１  高抵抗膜
１２２  高抵抗膜
１２３  電気泳動型粒子セル
２０１  トランジスタ
２０２  トランジスタ
２０３  コンデンサ
２０４  有機ＥＬ層
２０５  走査電極線
２０６  信号電極線
２０７  共通電極線
【図１５】
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【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】
0005219529.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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