(57)【要約】  Ｉｎ２Ｏ３結晶及び下記(Ａ)〜(Ｆ)に規定するＸ線（Ｃｕ−Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶Ａを含む酸化物焼結体。３１．０°〜３４．０°・・・（Ａ）３６．０°〜３９．０°・・・（Ｂ）５０．０°〜５４．０°・・・（Ｃ）５３．０°〜５７．０°・・・（Ｄ）９．０°〜１１．０°・・・（Ｅ）１９．０°〜２１．０°・・・（Ｆ）
2018143280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ２Ｏ３結晶、及び下記(Ａ)〜(Ｆ)に規定するＸ線（Ｃｕ−Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶Ａを含む酸化物焼結体。
３１．０°〜３４．０°・・・（Ａ）
３６．０°〜３９．０°・・・（Ｂ）
５０．０°〜５４．０°・・・（Ｃ）
５３．０°〜５７．０°・・・（Ｄ）
９．０°〜１１．０°  ・・・（Ｅ）
１９．０°〜２１．０°・・・（Ｆ）
【請求項２】
前記Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が、１０．１０５×１０-10ｍ以上、１０．１１４×１０-10ｍ以下である請求項１に記載の酸化物焼結体。
【請求項３】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（１）から（３）に記載の原子比を満たす請求項１又は２記載の酸化物焼結体。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（１）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（３）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【請求項４】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（４）から（７）に記載の原子比を満たす請求項１又は２記載の酸化物焼結体。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（４）
０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（５）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（６）
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５・・・（７）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【請求項５】
インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、原子比で、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる組成範囲にある請求項１又は２記載の酸化物焼結体。
【請求項６】
相対密度が９５％以上であり、バルク抵抗が１０ｍΩｃｍ以下である請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化物焼結体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の酸化物焼結体をバッキングプレートにボンディングしてなるスパッタリングターゲット。
【請求項８】
請求項７に記載のスパッタリングターゲットを用いて薄膜を成膜し、
前記薄膜上に保護膜を形成し、
前記保護膜の形成後に加熱処理する非晶質酸化物半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記加熱処理を、大気下で２５０℃〜４００℃の条件で行う請求項８に記載の非晶質酸化物半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む非晶質酸化物半導体膜であって、下記式（８）から（１０）に記載の原子比を満たす非晶質酸化物半導体膜。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（８）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（９）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（１０）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ非晶質酸化物半導体膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【請求項１１】
酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む非晶質酸化物半導体膜であって、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子比が、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる組成範囲にある非晶質酸化物半導体膜。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の非晶質酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
飽和移動度が５ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上である、請求項１２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１×１０6以上である、請求項１２または請求項１３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
オフ電流が１×１０-11Ａ以下である、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタを有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質酸化物半導体膜、酸化物焼結体、及び薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタに用いられるアモルファス（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ヤー移動度を有し、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。上記酸化物半導体（膜）の形成に当たっては、スパッタリングターゲットをスパッタリングするスパッタリング法が好適に用いられている。これは、スパッタリング法で形成された薄膜が、イオンプレーティング法や真空蒸着法、電子ビーム蒸着法で形成された薄膜に比べ、膜面方向（膜面内）における成分組成や膜厚等の面内均一性に優れており、スパッタリングターゲットと同じ成分組成の薄膜を形成できるためである。【０００３】
特許文献１には、ＧａＡｌＯ３化合物を含むセラミックス体が例示されているが、酸化物半導体に関する記載はない。
特許文献２には、酸化インジウムに正３価の金属酸化物を含有させた結晶性の酸化物半導体膜を有する薄膜トランジスタに関する記載がある。
特許文献３には、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１〜０．１２であり、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の酸化物が添加されていることが記載されている。
特許文献４には、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．１０〜０．１５である酸化物焼結体に関する記載がある。
特許文献５には、酸化ガリウムと酸化アルミニウムを含有する酸化インジウムの酸化物焼結体の記載がある。その時の全金属元素に対するガリウム元素及びアルミニウム元素の含有量は、０．０１〜０．０８、及び０．０００１〜０．０３である。
特許文献６には、Ｇａをドープした酸化インジウムを含み、正４価の原子価を示す金属を、Ｇａとインジウムの合計に対して１００原子ｐｐｍ超７００原子ｐｐｍ以下含み、前記Ｇａをドープした酸化インジウムの原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１〜０．１５であり、結晶構造が、実質的に酸化インジウムのビックスバイト構造からなる酸化物焼結体に関する記載がある。
特許文献７には、ガリウムが酸化インジウムに固溶していて、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｉｎ）が０．００１〜０．０８であり、全金属原子に対するインジウムとガリウムの含有率が８０原子％以上であり、Ｉｎ２Ｏ３のビックスバイト構造を有し、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の酸化物が添加された酸化物焼結体に関する記載がある。
特許文献８には、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化アルミニウムからなる焼結体で、前記ガリウムの含有量がＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）原子数比で０．１５以上０．４９以下であり、前記アルミニウムの含有量がＡｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）原子数比で０．０００１以上０．２５未満で、ビックスバイト型構造のＩｎ2Ｏ3相と、Ｉｎ2Ｏ3相以外の生成相としてβ−Ｇａ2Ｏ3型構造のＧａＩｎＯ3相、あるいはβ−Ｇａ2Ｏ3型構造のＧａＩｎＯ3相と（Ｇａ，Ｉｎ）2Ｏ3相を含む酸化物焼結体に関する記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−００８９２４号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０３２４３１号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１０／０３２４２２号公報
【特許文献４】特開２０１１−１４６５７１号公報
【特許文献５】特開２０１２−２１１０６５号公報
【特許文献６】特開２０１３−０６７８５５号公報
【特許文献７】特開２０１４−０９８２１１号公報
【特許文献８】ＷＯ２０１６／０８４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方でさらなる高性能なＴＦＴへの要求が強くあり、高移動度で、ＣＶＤ等での特性変化の小さい材料への要望は大きい。【０００６】
本発明の目的は、高い移動度を有する薄膜トランジスタとすることができる非晶質酸化物半導体膜を提供することである。
本発明の他の目的は、上記非晶質酸化物半導体膜を形成でき、安定したスパッタリングが可能なスパッタリングターゲット、及び当該スパッタリングターゲットの材料である酸化物焼結体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以下の酸化物焼結体が提供される。
［１］．Ｉｎ２Ｏ３結晶、及び下記(Ａ)〜(Ｆ)に規定するＸ線（Ｃｕ−Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の範囲で回折ピークを有する結晶Ａを含む酸化物焼結体。
３１．０°〜３４．０°・・・（Ａ）
３６．０°〜３９．０°・・・（Ｂ）
５０．０°〜５４．０°・・・（Ｃ）
５３．０°〜５７．０°・・・（Ｄ）
９．０°〜１１．０°  ・・・（Ｅ）
１９．０°〜２１．０°・・・（Ｆ）
［２］．前記Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が、１０．１０５×１０-10ｍ以上、１０．１１４×１０-10ｍ以下である［１］に記載の酸化物焼結体。
［３］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（１）から（３）に記載の原子比を満たす［１］又は［２］記載の酸化物焼結体。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（１）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（３）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
［４］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（４）から（７）に記載の原子比を満たす［１］又は［２］記載の酸化物焼結体。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（４）
０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（５）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（６）
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５・・・（７）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
［５］．インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、原子比で、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる組成範囲にある［１］又は［２］記載の酸化物焼結体。
［６］．相対密度が９５％以上であり、バルク抵抗が１０ｍΩｃｍ以下である［１］から［５］のいずれか一つに記載の酸化物焼結体。
本発明によれば、以下のスパッタリングターゲットが提供される。
［７］．［１］から［６］のいずれか一つに記載の酸化物焼結体をバッキングプレートにボンディングしてなるスパッタリングターゲット。
本発明によれば、以下の半導体膜の製造方法が提供される。
［８］．［７］に記載のスパッタリングターゲットを用いて薄膜を成膜し、
前記薄膜上に保護膜を形成し、
前記保護膜の形成後に加熱処理する非晶質酸化物半導体膜の製造方法。
［９］．前記加熱処理を、大気下で２５０℃〜４００℃の条件で行う［８］に記載の非晶質酸化物半導体膜の製造方法。
［１０］．酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む非晶質酸化物半導体膜であって、下記式（８）から（１０）に記載の原子比を満たす非晶質酸化物半導体膜。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（８）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（９）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（１０）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ非晶質酸化物半導体膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
［１１］．酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む非晶質酸化物半導体膜であって、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子比が、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる組成範囲にある非晶質酸化物半導体膜。
本発明によれば、以下の薄膜トランジスタが提供される。
［１２］．［１０］または［１１］に記載の非晶質酸化物半導体膜を含む薄膜トランジスタ。
［１３］．飽和移動度が５ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上である、［１２］に記載の薄膜トランジスタ。
［１４］．Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１×１０6以上である、［１２］または［１３］に記載の薄膜トランジスタ。
［１５］．オフ電流が１×１０-11Ａ以下である、［１２］から［１４］のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタ。
本発明によれば、以下の電子機器が提供される。
［１６］．［１２］から［１５］のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタを有する電子機器。【０００８】
本発明によれば、安定したスパッタリングが可能なターゲットが得られ、そのターゲットから得られる薄膜は、ＴＦＴの移動度が高く優れた非晶質酸化物半導体膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体の組成範囲の好ましい例を、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図で示した図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態に係るターゲットの形状を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを示す縦断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを示す縦断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る量子トンネル電界効果トランジスタを示す縦断面図。
【図６】量子トンネル電界効果トランジスタの他の実施形態を示す縦断面図。
【図７】図６において、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に酸化シリコン層が形成された部分のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真。
【図８Ａ】量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図。
【図８Ｂ】量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図。
【図８Ｃ】量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図。
【図８Ｄ】量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図。
【図８Ｅ】量子トンネル電界効果トランジスタの製造手順を説明するための縦断面図。
【図９Ａ】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた表示装置を示す上面図。
【図９Ｂ】ＶＡ型液晶表示装置の画素に適用することができる画素部の回路を示す図。
【図９Ｃ】有機ＥＬ素子を用いた表示装置の画素部の回路を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた固体撮像素子の画素部の回路を示す図。
【図１１】実施例１で得た酸化物焼結体のＸＲＤチャートを示す図。
【図１２】実施例２で得た酸化物焼結体のＸＲＤチャートを示す図。
【図１３】実施例３で得た酸化物焼結体のＸＲＤチャートを示す図。
【図１４Ａ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（１）の拡大図。
【図１４Ｂ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（２）の拡大図。
【図１４Ｃ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（３）の拡大図。
【図１４Ｄ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（４）の拡大図。
【図１４Ｅ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（５）の拡大図。
【図１４Ｆ】図１１のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（６）の拡大図。
【図１５Ａ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（１）の拡大図。
【図１５Ｂ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（２）の拡大図。
【図１５Ｃ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（３）の拡大図。
【図１５Ｄ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（４）の拡大図。
【図１５Ｅ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（５）の拡大図。
【図１５Ｆ】図１２のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（６）の拡大図。
【図１６Ａ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（１）の拡大図。
【図１６Ｂ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（２）の拡大図。
【図１６Ｃ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（３）の拡大図。
【図１６Ｄ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（４）の拡大図。
【図１６Ｅ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（５）の拡大図。
【図１６Ｆ】図１３のＸＲＤチャートからＩｎ2Ｏ3のピークを除去後の、ピーク（６）の拡大図。
【図１７Ａ】ガラス基板上に酸化物半導体薄膜を形成した状態を示す縦断面図。
【図１７Ｂ】図１７Ａの酸化物半導体薄膜上にＳｉＯ2膜を形成した状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［酸化物焼結体］
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、Ｉｎ２Ｏ３結晶及び下記(Ａ)〜(Ｆ)に規定するＸ線（Ｃｕ−Ｋα線）回折測定により観測される入射角（２θ）の回折ピークを有する結晶Ａを含む。
３１．０°〜３４．０°・・・（Ａ）
３６．０°〜３９．０°・・・（Ｂ）
５０．０°〜５４．０°・・・（Ｃ）
５３．０°〜５７．０°・・・（Ｄ）
９．０°〜１１．０°  ・・・（Ｅ）
１９．０°〜２１．０°・・・（Ｆ）
【００１１】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、Ｉｎ2Ｏ3結晶を含有することにより、導電性に優れ、機械的な強度も高く、大パワーで成膜しても割れや異常放電のないスパッタリングターゲットが得られる。
【００１２】
酸化物焼結体中にXRDチャートの２θが、３１〜３４°３６〜３９°、５０〜５４°、５３〜５７°、９．０°〜１１．０°及び１９．０°〜２１．０°にピークを有する結晶及びＩｎ2Ｏ3結晶が含まれることは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により確認できる。
【００１３】
ＸＲＤチャートの２θが、３１〜３４°３６〜３９°、５０〜５４°、５３〜５７、９〜１１°及び１９〜２１°にピークを有する結晶は、ＪＡＤＥ６により分析したところ既知の化合物には適合せず、未知の結晶相であることが判明した。これら未知の化合物を含む酸化物焼結体である。
【００１４】
酸化物焼結体に含まれるＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数は、好ましくは１０.１０５×１０-10ｍ以上、１０．１１４×１０-10ｍ以下である。
Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が１０．１０５×１０-10ｍ以上の場合、酸化インジウム結晶内部の歪みが小さくなり、焼結中に割れが発生したり、研削研磨等によりターゲットの形状に整える際に割れが生じたり、バッキングプレートにボンディングする際に熱歪みで割れたりするのを防げる。一方、Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が１０．１１４×１０-10ｍ以下であることにより、酸化インジウム結晶内部の歪みが大きくなり割れる場合が有ったり、薄膜トランジスタにした場合に、移動度が低下したりするのを防げる。
Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数は、より好ましくは１０．１０８×１０-10ｍ以上、１０．１１４×１０-10ｍ以下であり、さらに好ましくは１０．１１０×１０-10ｍ以上、１０．１１４×１０-10ｍ以下である。
【００１５】
Ｉｎ２Ｏ３結晶自体の格子定数は１０．１１４×１０-10ｍである。酸化物焼結体がＧａＡｌＯ３結晶を含むことにより、Ｉｎ２Ｏ３結晶自体の格子定数より酸化物焼結体に含まれるＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数を小さくすることができる。Ｉｎ２Ｏ３結晶自体の格子定数より酸化物焼結体に含まれるＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数を小さくすることにより、インジウムイオン同士の原子間距離が短くなり、Ｓ軌道の重なりが大きくなって、当該酸化物焼結体から得られる半導体膜を薄膜トランジスタに用いた場合に移動度を大きくすることができる。
また、酸化物焼結体が結晶Ａを析出することにより、Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が１０．１０５×１０-10ｍ未満になることを防ぐ効果がある。添加した酸化ガリウム、酸化アルミニウムが酸化インジウムに固溶し、結晶Ａが析出しない場合は、Ｉｎ２Ｏ３結晶の格子定数が１０．１０５×１０-10ｍ未満となり、ターゲットが割れる場合が有る。
【００１６】
酸化物焼結体に含まれるＩｎ２Ｏ３結晶の格子定数は、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ）で得られるＸＲＤパターンから、結晶構造解析ソフトにて全パターンフィッティング（ＷＰＦ）解析することにより算出することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、好ましくはインジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有する酸化物からなり、インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（１）から（３）に記載の原子比を満たす。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（１）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（３）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
式（１）の下限を満たすことにより、この焼結体を用いて成膜した酸化物膜中の酸化インジウムの過度な結晶化を防止し、キャリヤーが低減しすぎて半導体ではなく絶縁体になる場合があり、ＴＦＴとして作動しなくなったり、移動度が低下したり、光透過性が期待するほど向上しなかったりするのを防ぐ。式（１）の上限を満たすことにより、酸化物膜が絶縁体になるのを防ぐ。
式（２）の下限を満たすことにより、この焼結体を用いて成膜した酸化物膜の光線透過率を向上させ、ＴＦＴの安定性、特に、層間絶縁膜などのＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の薄膜をケミカルベーパーデポジション（ＣＶＤ）処理により成膜する場合に、導通化するのを防ぐ。式（２）の上限を満たすことにより、酸化物膜が絶縁体化するのを防ぐ。
式（３）の下限を満たすことにより、この焼結体が絶縁体化するのを防ぐ。また、これらより得られる酸化物膜のキャリヤーが低減しすぎて半導体ではなく絶縁体になる場合があり、ＴＦＴとして作動しなかったり、半導体として作動しても移動度が小さくなり実用的でなかったりする。式（３）の上限を満たすことにより、酸化物膜中のキャリヤーが増加し、導電膜になることを防ぐ。
上記原子比は誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により測定できる。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、好ましくは、下記式（１Ｘ）に記載の原子比を満たす。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５      ・・・（１Ｘ）
【００１９】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、より好ましくは下記式（１Ａ）から（３Ａ）に記載の原子比を満たし、
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．１５  ・・・（１Ａ）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２Ａ）
０．６０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８５  ・・・（３Ａ）
さらに好ましくは下記原子比を満たす。
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．１５  ・・・（１Ｂ）
０．０７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２Ｂ）
０．６０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８３  ・・・（３Ｂ）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【００２０】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、
前記インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素が下記式（４）から（７）に記載の原子比を満たすのが好ましい。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（４）
０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（５）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（６）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５・・・（７）
【００２１】
下記式（４）から（７）を満たす場合、より好ましくは下記式（４Ａ）から（６Ａ）に記載の原子比を満たし、
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（４Ａ）
０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．２５  ・・・（５Ａ）
０．４５≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８０  ・・・（６Ａ）
さらに好ましくは下記原子比を満たす。
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．２５  ・・・（４Ｂ）
０．０７≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．２５  ・・・（５Ｂ）
０．５０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．７８  ・・・（６Ｂ）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【００２２】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）を含有し、インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素の原子比が、図１に示す、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる範囲Ｒにあるのが好ましい。
ここでいう範囲Ｒは、図１において、組成比Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を、多角形の頂点とみなして直線で結んだ範囲を意味する。
【００２３】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物とは、意図的に添加しない元素であって、原料や製造工程で混入する元素を意味する。以下の説明でも同様である。不可避不純物の例としては、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等など）が上げられ、１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、更に好ましくは１００ｐｐｂ以下が良い。不純物濃度は、ＩＣＰやＳＩＭＳにより測定することができる。また、アルカリ金属やアルカリ土類金属の他に、水素や窒素、及びハロゲン原子を含む場合も有る。この場合、ＳＩＭＳによる測定で５ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、更に好ましくは１００ｐｐｂ以下が良い。
【００２４】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、相対密度が９５％以上であると好ましく、９６％以上であるとより好ましく、９７％以上であるとさらに好ましく、９８％以上であると特に好ましい。
酸化物焼結体の相対密度が９５％以上であることにより、得られるターゲットの強度が大きくなり、大パワーでの成膜時に、ターゲットが割れたり、異常放電を起こしたりするのを防止できる。また、得られる酸化物膜の膜密度が向上せず、ＴＦＴ特性が劣化したり、安定性のないＴＦＴとなったりするのを防げる。
相対密度は実施例に記載の方法により測定できる。
【００２５】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、バルク抵抗が１０ｍΩｃｍ以下であることが好ましい。
酸化物焼結体のバルク抵抗が１０ｍΩｃｍ以下であることにより、得られるターゲットの抵抗が低くなり、安定したプラズマが生じる。また、火の玉放電と呼ばれるアーク放電が起こり難くなり、ターゲット表面を溶融させたり、割れを発生させたりするのを防げる。
バルク抵抗は実施例に記載の方法により測定できる。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体に含まれる金属元素の含有量は、当該酸化物焼結体から得られる本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜の金属元素の含有量と同じにすることができる。
【００２７】
［酸化物焼結体の製造方法］
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体は、原料粉末を混合し、成形し、焼結することにより製造できる。
原料としてはインジウム化合物、ガリウム化合物、アルミニウム化合物が挙げられ、これら化合物としては酸化物が好ましい。即ち、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いると好ましい。
【００２８】
酸化インジウム粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のインジウム塩を用いても構わない。
酸化ガリウム粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のガリウム塩を用いても構わない。
酸化アルミニウム粉は特に限定はなく、工業的に市販されているものが使用できるが、高純度、例えば、４Ｎ（０．９９９９）以上であることが好ましい。また、酸化物だけでなく、塩化物、硝酸塩、酢酸塩等のアルミニウム塩を用いても構わない。
【００２９】
使用する原料粉末は、下記式（１）から（３）に記載の原子比を満たすように混合するのが好ましい。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（１）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（２）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（３）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ使用する原料粉末のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
使用する原料粉末は、下記式（４）から（７）に記載の原子比を満たすように混合するのがより好ましい。
０．１５≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（４）
０．０５≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０  ・・・（５）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７  ・・・（６）
Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５・・・（７）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ使用する原料粉末のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
あるいは、使用する原料粉末は、インジウム元素、ガリウム元素及びアルミニウム元素の原子比が、図１に示す、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる範囲Ｒにあるのが好ましい。
【００３０】
混合工程は特に制限されず、原料粉末を１度又は２回以上に分けて混合粉砕して行うことができる。混合粉砕手段は、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル又は超音波装置等の公知の装置が使用できる。
【００３１】
上記の混合工程で調製した原料を、公知の方法により成形し、焼結することにより酸化物焼結体とする。
成形工程では、混合工程で得た混合粉を、例えば加圧成形して成形体とする。この工程により、製品の形状（例えば、スパッタリングターゲットとして好適な形状）に成形する。
成形処理としては、例えば、金型成形、鋳込み成形、射出成形等が挙げられるが、焼結密度の高い酸化物焼結体を得るためには、冷間静水圧（ＣＩＰ）等で成形するのが好ましい。
成形処理に際しては、ポリビニルアルコールやメチルセルロース、ポリワックス、オレイン酸等の成形助剤を用いてもよい。
【００３２】
焼結工程では、成形工程で得られた成形体を焼成する。
焼結条件としては、大気圧下、酸素ガス雰囲気又は酸素ガス加圧下に、通常、１２００〜１５５０℃において、通常、３０分〜３６０時間、好ましくは８〜１８０時間、より好ましくは１２〜９６時間焼結する。焼結温度が１２００℃未満であると、ターゲットの密度が上がり難くなったり、焼結に時間がかかり過ぎたりするおそれがある。一方、１５５０℃を超えると成分の気化により、組成がずれたり、炉を傷めたりするおそれがある。
燃焼時間が３０分未満であると、ターゲットの密度が上がり難く、３６０時間より長いと、製造時間がかかり過ぎコストが高くなるため、実用上採用できない。前記範囲内であると相対密度を向上させ、バルク抵抗を下げることができる。
【００３３】
［スパッタリングターゲット］
本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体を用いてスパッタリングターゲットとすることができる。具体的には、酸化物焼結体を切削・研磨加工し、バッキングプレートにボンディングすることによってスパッタリングターゲットとすることができる。
バッキングプレートとの接合率は、９５％以上であると好ましい。接合率はＸ線ＣＴより確認することができる。
本発明の一実施形態に係るスパッタリングターゲット（以下、本発明のターゲットという）は、上記本発明の一実施形態に係る酸化物焼結体（以下、併せて、本発明の酸化物焼結体という）と、バッキングプレートとを含む。本発明の一実施形態のスパッタリングターゲットは、上記本発明の酸化物焼結体と、必要に応じて酸化物焼結体に設けられる、バッキングプレート等の冷却および保持用の部材とを含むことが好ましい。
本発明のターゲットを構成する酸化物焼結体（ターゲット材）は、上記本発明の酸化物焼結体に研削加工を施したものであるから、ターゲット材は、物質としては、本発明の酸化物焼結体と同一である。従って、本発明の酸化物焼結体についての説明はターゲット材にもそのまま当てはまる。
【００３４】
酸化物焼結体の形状は特に限定されないが、図２Ａの符号１に示すような板状でもよく、図２Ｂの符号１Ａに示すような円筒状でもよい。板状の場合、平面形状は、図２Ａの符号１に示すような矩形でもよく、図２Ｃの符号１Ｂに示すように円形でもよい。酸化物焼結体は一体成型でもよく、図２Ｄに示すように、複数に分割した酸化物焼結体（符号１Ｃ）をバッキングプレート３に各々固定した多分割式でもよい。
バッキングプレート３は、酸化物焼結体の保持や冷却用の部材である。材料は銅等の熱伝導性に優れた材料が好ましい。
【００３５】
スパッタリングターゲットは、例えば以下の工程で製造される。
酸化物焼結体の表面を研削する工程（研削工程）。
酸化物焼結体をバッキングプレートにボンディングする工程（ボンディング工程）。
以下、各工程を具体的に説明する。
【００３６】
＜研削工程＞
研削工程では、焼結体を、スパッタリング装置への装着に適した形状に切削加工する。
焼結体表面は、高酸化状態の焼結部が存在したり、面が凸凹であることが多く、また、所定の寸法に切断加工する必要がある。
焼結体の表面は０．３ｍｍ以上研削するのが好ましい。研削する深さは、０．５ｍｍ以上研削するのが好ましく、２ｍｍ以上が特に好ましい。０．３ｍｍ以上研削することにより、表面付近の結晶構造の変動部分を除去できる。
【００３７】
酸化物焼結体を例えば、平面研削盤で研削して平均表面粗さＲａが５μｍ以下の素材とするのが好ましい。さらにスパッタリングターゲットのスパッタ面に鏡面加工を施して、平均表面粗さＲａが１０００×１０-10ｍ以下としてもよい。鏡面加工（研磨）は、機械的な研磨、化学研磨、およびメカノケミカル研磨（機械的な研磨と化学研磨の併用）等の、公知の研磨技術を用いることができる。例えば、固定砥粒ポリッシャー（ポリッシュ液は水）で＃２０００番以上にポリッシングしてもよく、遊離砥粒ラップ（研磨材はＳｉＣペースト等）にてラッピング後、研磨材をダイヤモンドペーストに換えて、ラッピングしてもよい。研磨方法はこれらの方法に限定されない。研磨材は、＃２００番、もしくは＃４００番、さらには＃８００番のものが挙げられる。
【００３８】
研削工程後の酸化物焼結体は、エアーブローや流水洗浄等で清浄するのが好ましい。エアーブローで異物を除去する際には、ノズルの向い側から集塵機で吸気を行なうとより有効に除去できる。なお、エアーブローや流水洗浄では清浄力に限界があるので、さらに超音波洗浄等を行なうこともできる。超音波洗浄は、周波数が２５ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の間で、多重発振させて行なう方法が有効である。例えば周波数が２５ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚの間で、２５ｋＨｚ刻みに１２種類の周波数を多重発振させて、超音波洗浄を行なうのが良い。
【００３９】
＜ボンディング工程＞
ボンディング工程では、研削後の焼結体を、金属インジウムなどの低融点金属で、バッキングプレートにボンディングする。
以上がスパッタリングターゲットの説明である。
【００４０】
［非晶質酸化物半導体膜］
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む。
非晶質酸化物半導体膜は非晶質であるために、通常、バンドギャップ内に多くの準位を作ってしまう。このため、バンド端の吸収が起こり、特に短波長の光を吸収することによってキャリヤーが発生したり、空孔を作ったりし、これら作用により非晶質酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ではスレッシュホールドボルテージ（Ｖｔｈ）が変動し、ＴＦＴ特性が著しく劣化したり、トランジスタとして作動しなくなるおそれがある。
【００４１】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜では、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを同時に含むことにより、吸収端が短波長側にシフトし、可視光域に光吸収を持たなくなり、光安定性を増すことができる。また、インジウムよりイオン半径の小さなガリウムイオン、アルミニウムイオンを含むことにより、正イオン間の距離が小さくなり、ＴＦＴの移動度を向上させることができる。また、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを同時に含有することにより、移動度が高く、透明性が高い光安定性に優れた非晶質酸化物半導体膜とすることができる。
【００４２】
本発明において「酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む」とは、酸化物膜を構成する酸化物の５０質量％以上が酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムであることを意味し、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上である。
酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムが、酸化物の５０質量％未満の場合、薄膜トランジスタを構成した場合の飽和移動度が低下する場合がある。
【００４３】
本発明において「非晶質」とは、酸化物膜をＸ線回折測定した場合に明確なピークが確認できず、ブロードなパターンが得られることにより確認できる。
非晶質であることで膜の表面の均一性がよく、ＴＦＴ特性の面内のばらつきを減らすことが可能となる。
【００４４】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、下記原子比を満たす。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０      ・・・（８）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０      ・・・（９）
０．４０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８７      ・・・（１０）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ非晶質酸化物半導体膜中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【００４５】
非晶質酸化物半導体膜中のガリウム元素の含有量は、０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．３０である。Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）が０．０８未満では、酸化物膜中の酸化インジウムが結晶化する場合があり、キャリヤーが低減しすぎて半導体ではなく絶縁体になる場合があり、ＴＦＴとして作動しなくなったり、移動度が低下したり、光透過性が期待するほど向上しなかったりする場合がある。一方、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）が０．３０超では、酸化物膜が半導体ではなく絶縁体になる場合が有り、ＴＦＴとして作動しなくなる場合がある。
ガリウム元素の含有量は、好ましくは、下記原子比を満たす。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．２５      ・・・（８Ｘ）
さらに好ましくは、下記原子比を満たす。
０．１０≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．２５      ・・・（８Ｙ）
【００４６】
非晶質酸化物半導体膜中のアルミニウム元素の含有量は、０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０である。Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）が０．０５以下では、光線透過率の向上が期待できなかったり、非晶質膜とならなかったり、ＴＦＴの安定性、特に、層間絶縁膜などのＳｉＯ２やＳｉＮｘ等の薄膜をケミカルベーパーデポジション（ＣＶＤ）処理により成膜する場合に、還元されて導通化してＴＦＴとして作用しなくなる場合がある。一方、Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）が０．２０以上では、酸化物膜が半導体ではなく絶縁体になる場合があり、ＴＦＴとして作動しなくなる場合がある。
アルミニウム元素の含有量は、好ましくは、下記原子比を満たす。
０．０６≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０      ・・・（９Ｘ）
【００４７】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、下記式（７Ｘ）に記載の原子比を満たすのが好ましい。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）＜０．１５      ・・・（７Ｘ）
【００４８】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、下記式（８Ａ）から（１０Ａ）に記載の原子比を満たすのが好ましい。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．１５  ・・・（８Ａ）
０．０５＜Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）＜０．２０  ・・・（９Ａ）
０．６０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８５  ・・・（１０Ａ）
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、下記原子比を満たすのが、さらに好ましい。
０．０８≦Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．１５  ・・・（８Ｂ）
０．０６≦Ａｌ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．１９  ・・・（９Ｂ）
０．６０≦Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇａ＋Ａｌ）≦０．８３  ・・・（１０Ｂ）
（式中、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａは、それぞれ酸化物焼結体中のインジウム元素、アルミニウム元素及びガリウム元素の原子数を示す。）
【００４９】
本発明の他の実施形態に係る酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化アルミニウムを主成分として含む非晶質酸化物半導体膜であって、インジウム元素（Ｉｎ）、ガリウム元素（Ｇａ）及びアルミニウム元素（Ａｌ）の原子比が、図１に示す、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ三元系組成図において、
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．５１：０．３０：０．１９  ・・・（Ｒ１）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７３：０．０８：０．１９  ・・・（Ｒ２）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８７：０．０８：０．０５  ・・・（Ｒ３）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．８８：０．１０：０．０２  ・・・（Ｒ４）
Ｉｎ：Ｇａ：Ａｌ＝０．７８：０．２０：０．０２  ・・・（Ｒ５）
で囲まれる範囲Ｒにある。
ここでいう範囲Ｒは、図１において、組成比Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を、多角形の頂点とみなして直線で結んだ範囲を意味する。
【００５０】
上記原子比は誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、またはＸＲＦ（X−Ray Fluorescence）測定により、各元素の存在量を測定することで求めることができる。ＩＣＰ測定は誘導プラズマ発光分析装置を用いることができる。ＸＲＦ測定は薄膜蛍光Ｘ線分析装置（ＡＺＸ４００、リガク社製）を用いることができる。
【００５１】
また、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析を用いても誘導プラズマ発光分析と同等の精度で酸化物半導体薄膜中の各金属元素の含有量（原子比）を分析できる。誘導プラズマ発光分析装置または薄膜蛍光Ｘ線分析装置で測定した金属元素の原子比が既知の標準酸化物薄膜の上面に、ソース・ドレイン電極をＴＦＴ素子と同様の材料をチャネル長で形成したものを標準材料とし、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ（ＩＭＳ ７ｆ−Ａｕｔｏ、ＡＭＥＴＥＫ社製）により酸化物半導体層の分析に行い各元素の質量スペクトル強度を得、既知の元素濃度と質量スペクトル強度の検量線を作製する。次に、実ＴＦＴ素子の酸化物半導体膜部分を、セクタ型ダイナミック二次イオン質量分析計ＳＩＭＳ分析によるスペクトル強度から、前述の検量線を用いて、原子比を算出すると、算出された原子比は、別途薄膜蛍光Ｘ線分析装置または誘導プラズマ発光分析装置で測定された酸化物半導体膜の原子比の２原子％以内であることが確認できる。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムであればよく、本質的にインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜に含まれる金属元素の、８０原子％以上、９０原子％以上、９５原子％以上、９６原子％以上、９７原子％以上、９８原子％以上、又は９９原子％以上がインジウム、ガリウム及びアルミニウムからなってもよい。また、本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜に含まれる金属元素は、インジウム、ガリウム及びアルミニウムのみからなってもよい。
【００５３】
［非晶質酸化物半導体膜の成膜方法］
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は、本発明の一実施形態および他の実施形態に係る酸化物焼結体から得られるスパッタリングターゲットをスパッタリング法により成膜することにより得られる（図１７Ａ参照）。
非晶質酸化物半導体膜の成膜は、スパッタリング法以外にも、例えば蒸着法、イオンプレーティング法、パルスレーザー蒸着法等により実施できる。
【００５４】
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜の原子組成は、通常、成膜に用いたスパッタリングターゲット（酸化物焼結体）の原子組成と同じとなる。
【００５５】
以下、本発明の一実施形態および他の実施形態に係る酸化物焼結体から得られるスパッタリングターゲットをスパッタリングして基板上に非晶質酸化物半導体膜を成膜する場合を説明する。
スパッタリングとしては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、パルスＤＣスパッタリング法等を適用することができ、いずれの方法であっても異常放電のないスパッタリングが可能である。
スパッタリングガスとしては、アルゴンと酸化性ガスの混合ガスを用いることができ、酸化性ガスとしてはＯ２、ＣＯ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等が挙げられる。
【００５６】
スパッタリングにより成膜した基板上の薄膜をアニール処理した場合であっても、下記条件であれば薄膜は非晶質状態を維持でき、良好な半導体特性が得られる。
アニール処理温度は、例えば５００℃以下であり、好ましくは１００℃以上５００℃以下であり、さらに好ましくは１５０℃以上４００℃以下、特に好ましくは２５０℃以上４００℃以下である。アニール時間は、通常、０．０１〜５．０時間であり、好ましくは、０．１〜３．０時間であり、より好ましくは、０．５〜２．０時間である。
アニール処理時の加熱雰囲気は特に限定されるわけではないが、大気雰囲気又は酸素流通雰囲気がキャリヤー制御性の観点から好ましく、大気雰囲気がより好ましい。アニール処理においては、酸素の存在下又は不存在下で、ランプアニール装置、レーザーアニール装置、熱プラズマ装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
【００５７】
上記アニール処理（加熱処理）は、基板上の薄膜を覆うように保護膜を形成した後に実施すると好ましい（図１７Ｂ参照）。
上記保護膜としては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３等の膜を用いることができる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３である。これら酸化物の酸素数は、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）。これらは保護絶縁膜として機能できる。
保護膜は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いて形成することができ、好ましくは、酸素を含む希ガス雰囲気下においてスパッタリング法にて成膜する。
保護膜の膜厚は適宜設定すればよく、例えば５０〜５００ｎｍである。
【００５８】
［薄膜トランジスタ］
本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜は薄膜トランジスタに用いることができ、薄膜トランジスタのチャネル層として好適である。
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、本発明の一実施形態に係る非晶質酸化物半導体膜をチャネル層として有していれば他の素子構成は特に限定されず、公知のものを採用することができる。本発明の薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置に好適に用いることができる。
【００５９】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタにおけるチャネル層の膜厚は、通常１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２５０ｎｍである。
【００６０】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタにおけるチャネル層は、通常、Ｎ型領域で用いられるが、Ｐ型Ｓｉ系半導体、Ｐ型酸化物半導体、Ｐ型有機半導体等の種々のＰ型半導体と組合せてＰＮ接合型トランジスタ等の各種の半導体デバイスに利用することができる。
【００６１】
本発明の一実施形態に係る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、抵抗素子にも適応できる。
【００６２】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの構成は、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採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。
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、表示装置に好適に用いることができる。
【００６３】
大面積のディスプレイ用としては、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタが特に好ましい。チャンネルエッチ型のボトムゲート構成の薄膜トランジスタは、フォトリソ工程時のフォトマスクの数が少なく低コストでディスプレイ用パネルを製造できる。中でも、チャンネルエッチ型のボトムゲート構成及びトップコンタクト構成の薄膜トランジスタが移動度等の特性が良好で工業化しやすいため特に好ましい。
【００６４】
具体的な薄膜トランジスタの例を図３および図４に示す。
図３に示すように、薄膜トランジスタ１００は、シリコンウエハ２０、ゲート絶縁膜３０、酸化物半導体薄膜４０、ソース電極５０、ドレイン電極６０、および層間絶縁膜７０、７０Ａを備える。
【００６５】
シリコンウエハ２０はゲート電極である。ゲート絶縁膜３０はゲート電極と酸化物半導体薄膜４０の導通を遮断する絶縁膜であり、シリコンウエハ２０上に設けられる。
酸化物半導体薄膜４０はチャネル層であり、ゲート絶縁膜３０上に設けられる。酸化物半導体薄膜４０は本発明の一実施形態に係る酸化物半導体薄膜が用いられる。
【００６６】
ソース電極５０およびドレイン電極６０は、ソース電流およびドレイン電流を酸化物半導体薄膜４０に流すための導電端子であり、酸化物半導体薄膜４０の両端近傍に接触するように、各々設けられる。
層間絶縁膜７０は、ソース電極５０およびドレイン電極６０と、酸化物半導体薄膜４０の間の接触部分以外の導通を遮断する絶縁膜である。
層間絶縁膜７０Ａは、ソース電極５０およびドレイン電極６０と、酸化物半導体薄膜４０の間の接触部分以外の導通を遮断する絶縁膜である。層間絶縁膜７０Ａは、ソース電極５０とドレイン電極６０の間の導通を遮断する絶縁膜でもある。層間絶縁膜７０Ａは、チャネル層保護層でもある。
【００６７】
図４に示すように、薄膜トランジスタ１００Ａの構造は、薄膜トランジスタ１００と同様であるが、ソース電極５０およびドレイン電極６０を、ゲート絶縁膜３０と酸化物半導体薄膜４０の両方に接触するように設けている点が異なる。ゲート絶縁膜３０、酸化物半導体薄膜４０、ソース電極５０、およびドレイン電極６０を覆うように、層間絶縁膜７０Ｂが一体に設けられている点も異なる。
【００６８】
ドレイン電極６０、ソース電極５０およびゲート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。図３および図４で挙げた例では、シリコンウエハを基板として用いており、シリコンウエハが電極としても作用するが、電極材料はシリコンに限定されない。
例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ＺｎＯ、およびＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｔｉ、およびＴａ等の金属電極、またはこれらを含む合金の金属電極や積層電極を用いることができる。
また、図３および図４において、ガラス等の基板上にゲート電極を形成してもよい。
【００６９】
層間絶縁膜７０、７０Ａ、７０Ｂを形成する材料にも特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択できる。層間絶縁膜７０、７０Ａ、７０Ｂを形成する材料として、具体的には、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮx、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＣａＨｆＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＢａＴａ2Ｏ6、ＳｒＴｉＯ3、Ｓｍ2Ｏ3、およびＡｌＮ等の化合物を用いることができる。
【００７０】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタがバックチャネルエッチ型(ボトムゲート型)の場合、ドレイン電極、ソース電極およびチャネル層上に保護膜を設けることが好ましい。保護膜を設けることにより、ＴＦＴの長時間駆動した場合でも耐久性が向上しやすくなる。なお、トップゲート型のＴＦＴの場合、例えばチャネル層上にゲート絶縁膜を形成した構造となる。
【００７１】
保護膜または絶縁膜は、例えばＣＶＤにより形成することができるが、その際に高温度によるプロセスになる場合がある。また、保護膜または絶縁膜は、成膜直後は不純物ガスを含有していることが多く、加熱処理（アニール処理）を行うことが好ましい。加熱処理で不純物ガスを取り除くことにより、安定した保護膜または絶縁膜となり、耐久性の高いＴＦＴ素子を形成しやすくなる。
【００７２】
本発明の一実施形態に係る酸化物半導体薄膜を用いることにより、ＣＶＤプロセスにおける温度の影響、およびその後の加熱処理による影響を受けにくくなるため、保護膜または絶縁膜を形成した場合であっても、ＴＦＴ特性の安定性を向上させることができる。
【００７３】
トランジスタ特性において、Ｏｎ／Ｏｆｆ特性はディスプレイの表示性能を決める要素である。液晶のスイッチングとして使用する場合は、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は６ケタ以上であることが好ましい。ＯＬＥＤの場合は電流駆動のためＯｎ電流が重要だが、Ｏｎ／Ｏｆｆ比に関しては同様に６ケタ以上であることが好ましい。
【００７４】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１×１０６以上であることが好ましい。
ｏｎ−ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝−１０ＶのＩｄの値をＯｆｆ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をＯｎ電流値として、比［Ｏｎ電流値／Ｏｆｆ電流値］を決めることにより、求められる。
また、本発明の一実施形態に係るＴＦＴの移動度は、５ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。
飽和移動度は、ドレイン電圧を２０Ｖ印加した場合の伝達特性から求められる。具体的に、伝達特性Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、飽和領域の式により飽和移動度を求めることにより、算出できる。Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
【００７５】
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、−３．０Ｖ以上、３．０Ｖ以下が好ましく、−２．０Ｖ以上、２．０Ｖ以下がより好ましく、−１．０Ｖ以上、１．０Ｖ以下がさらに好ましい。閾値電圧（Ｖｔｈ）が−３．０Ｖ以上であると、高移動度の薄膜トランジスタができる。閾値電圧（Ｖｔｈ）が３．０Ｖ以下であると、オフ電流が小さく、オンオフ比の大きな薄膜トランジスタができる。
【００７６】
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０-9ＡでのＶｇで定義できる。
ｏｎ−ｏｆｆ比は１０6以上、１０12以下が好ましく、１０7以上、１０11以下がより好ましく、１０8以上、１０10以下がさらに好ましい。ｏｎ−ｏｆｆ比が１０6以上であると、液晶ディスプレイの駆動ができる。ｏｎ−ｏｆｆ比が１０12以下であると、コントラストの大きな有機ＥＬの駆動ができる。また、オフ電流を１０-11Ａ以下にでき、ＣＭＯＳイメージセンサーの転送トランジスタやリセットトランジスタに用いた場合、画像の保持時間を長くしたり、感度を向上させたりできる。
【００７７】
＜量子トンネル電界効果トランジスタ＞
本発明の一実施形態に係る酸化物半導体薄膜は、量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に用いることもできる。
【００７８】
図５に、一実施形態に係る、量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の模式図（縦断面図）を示す。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、ｐ型半導体層５０３、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９、ゲート電極５１１、ソース電極５１３、およびドレイン電極５１５を備える。
【００７９】
ｐ型半導体層５０３、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９、およびゲート電極５１１は、この順番に積層されている。
ソース電極５１３は、ｐ型半導体層５０３上に設けられる。ドレイン電極５１５はｎ型半導体層５０７上に設けられる。
ｐ型半導体層５０３は、ｐ型のＩＶ族半導体層であり、ここではｐ型シリコン層である。
ｎ型半導体層５０７は、ここでは上記実施形態に係るｎ型の酸化物半導体薄膜である。ソース電極５１３およびドレイン電極５１５は導電膜である。
【００８０】
図５では図示していないが、ｐ型半導体層５０３上には絶縁層が形成されてもよい。この場合、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７は、絶縁層を部分的に開口した領域であるコンタクトホールを介して接続されている。図５では図示していないが、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、その上面を覆う層間絶縁膜を備えてもよい。
【００８１】
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１は、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７により形成されたエネルギー障壁をトンネリングする電流を、ゲート電極５１１の電圧により制御する、電流のスイッチングを行う量子トンネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。この構造では、ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体のバンドギャップが大きくなり、オフ電流を小さくすることができる。
【００８２】
図６に、他の実施形態に係る量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａの模式図（縦断面図）を示す。
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａの構成は、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１と同様であるが、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５が形成されている点が異なる。酸化シリコン層が有ることにより、オフ電流を小さくすることが出来る。
酸化シリコン層５０５の厚みは、１０ｎｍ以下であるのが好ましい。１０ｎｍ以下とすることにより、トンネル電流が流れなかったり、形成されるエネルギー障壁が形成しにくかったり障壁高さが変化したりするのを防止でき、トンネリング電流が低下したり、変化したりするのを防げる。好ましくは、８ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは３ｎｍ以下、更により好ましくは１ｎｍ以下である。
図７にｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５が形成された部分のＴＥＭ写真を示す。
【００８３】
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１及び５０１Ａも、ｎ型半導体層５０７はｎ型酸化物半導体である。
【００８４】
ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体は、非晶質でもよい。非晶質であることにより、蓚酸などの有機酸でエッチング可能となり、他の層とのエッチング速度の差が大きくなり、配線などの金属層への影響もなく、良好にエッチングできる。
【００８５】
ｎ型半導体層５０７を構成する酸化物半導体は、結晶質でもよい。結晶質であることにより、非晶質の場合よりもバンドギャップが大きくなり、オフ電流を小さくできる。仕事関数も大きくできることから、ｐ型のＩＶ族半導体材料とｎ型半導体層５０７により形成されるエネルギー障壁をトンネリングする電流を制御しやすくなる。
【００８６】
量子トンネル電界効果トランジスタ５０１の製造方法は、特に限定しないが、以下の方法を例示できる。
まず、図８Ａに示すように、ｐ型半導体層５０３上に絶縁膜５０５Ａを形成し、絶縁膜５０５Ａの一部をエッチング等で開口してコンタクトホール５０５Ｂを形成する。
次に、図８Ｂに示すように、ｐ型半導体層５０３および絶縁膜５０５Ａ上にｎ型半導体層５０７を形成する。この際、コンタクトホール５０５Ｂを介してｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７を接続する。
【００８７】
次に、図８Ｃに示すように、ｎ型半導体層５０７上に、ゲート絶縁膜５０９およびゲート電極５１１をこの順番に形成する。
次に、図８Ｄに示すように、絶縁膜５０５Ａ、ｎ型半導体層５０７、ゲート絶縁膜５０９およびゲート電極５１１を覆うように、層間絶縁膜５１９を設ける。
【００８８】
次に、図８Ｅに示すように、ｐ型半導体層５０３上の絶縁膜５０５Ａおよび層間絶縁膜５１９の一部を開口してコンタクトホール５１９Ａを形成し、コンタクトホール５１９Ａにソース電極５１３を設ける。
さらに、図８Ｅに示すように、ｎ型半導体層５０７上のゲート絶縁膜５０９および層間絶縁膜５１９の一部を開口してコンタクトホール５１９Ｂを形成し、コンタクトホール５１９Ｂにドレイン電極５１５を形成する。
以上の手順で量子トンネル電界効果トランジスタ５０１を製造できる。
【００８９】
なお、ｐ型半導体層５０３上にｎ型半導体層５０７を形成した後で、１５０℃以上、６００℃以下の温度で熱処理を行うことで、ｐ型半導体層５０３とｎ型半導体層５０７の間に酸化シリコン層５０５を形成できる。この工程を追加することにより、量子トンネル電界効果トランジスタ５０１Ａを製造できる。
【００９０】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、チャネルドープ型薄膜トランジスタであることが好ましい。チャネルドープ型トランジスタとは、チャネルのキャリヤーを、雰囲気や温度等外界の刺激に対して変動しやすい酸素欠損ではなく、ｎ型ドーピングにより適切に制御したトランジスタであり、高移動度と高信頼性を両立する効果が得られる。
【００９１】
＜薄膜トランジスタの用途＞
本発明の一実施形態に係る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、および差動増幅回路等の各種の集積回路にも適用でき、それらを電子機器等に適用することができる。さらに、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、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、および抵抗素子にも適応できる。
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、表示装置及び固体撮像素子等に好適に用いることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置および固体撮像素子に用いる場合について、説明する。
【００９２】
まず、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に用いる場合について、図９を参照して説明する。
図９Ａは、本発明の一実施形態に係る表示装置の上面図である。図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る表示装置の画素部に、液晶素子を適用する場合の画素部の回路を説明するための回路図である。また、図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る表示装置の画素部に、有機ＥＬ素子を適用する場合の画素部の回路を説明するための回路図である。
【００９３】
画素部に配置するトランジスタは、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いることができる。本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタはｎチャネル型とすることが容易なので、ｎチャネル型トランジスタで構成できる駆動回路の一部を、画素部のトランジスタと同一基板上に形成する。画素部や駆動回路に本実施の形態に示す薄膜トランジスタを用いることにより、信頼性の高い表示装置を提供できる。
【００９４】
アクティブマトリクス型表示装置の上面図の一例を図９Ａに示す。表示装置の基板３００上には、画素部３０１、第１の走査線駆動回路３０２、第２の走査線駆動回路３０３、信号線駆動回路３０４が形成される。画素部３０１には、複数の信号線が信号線駆動回路３０４から延伸して配置され、複数の走査線が第１の走査線駆動回路３０２、および第２の走査線駆動回路３０３から延伸して配置される。走査線と信号線との交差領域には、各々、表示素子を有する画素がマトリクス状に設けられる。表示装置の基板３００は、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御ＩＣともいう）に接続される。
【００９５】
図９Ａでは、第１の走査線駆動回路３０２、第２の走査線駆動回路３０３、信号線駆動回路３０４は、画素部３０１と同じ基板３００上に形成される。そのため、外部に設ける駆動回路等の部品の数が減るので、コストの低減を図ることができる。また、基板３００外部に駆動回路を設けた場合、配線を延伸させる必要が生じ、配線間の接続数が増える。同じ基板３００上に駆動回路を設けた場合、その配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、または歩留まりの向上を図ることができる。
【００９６】
また、画素の回路構成の一例を図９Ｂに示す。ここでは、ＶＡ型液晶表示装置の画素部に適用することができる画素部の回路を示す。
【００９７】
この画素部の回路は、一つの画素に複数の画素電極を有する構成に適用できる。それぞれの画素電極は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動できるように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御できる。
【００９８】
トランジスタ３１６のゲート配線３１２と、トランジスタ３１７のゲート配線３１３には、異なるゲート信号を与えられるように分離されている。一方、データ線として機能するソース電極またはドレイン電極３１４は、トランジスタ３１６とトランジスタ３１７で共通に用いられる。トランジスタ３１６とトランジスタ３１７は、本発明の一実施形態に係るトランジスタを用いることができる。これにより、信頼性の高い液晶表示装置を提供できる。
【００９９】
トランジスタ３１６には、第１の画素電極が電気的に接続され、トランジスタ３１７には、第２の画素電極が電気的に接続される。第１の画素電極と第２の画素電極とは分離されている。第１の画素電極と第２の画素電極の形状は、特に限定しない。例えば、第１の画素電極は、Ｖ字状とすればよい。
【０１００】
トランジスタ３１６のゲート電極はゲート配線３１２と接続され、トランジスタ３１７のゲート電極はゲート配線３１３と接続されている。ゲート配線３１２とゲート配線３１３に異なるゲート信号を与えて、トランジスタ３１６とトランジスタ３１７の動作タイミングを異ならせ、液晶の配向を制御できる。
【０１０１】
また、容量配線３１０と、誘電体として機能するゲート絶縁膜と、第１の画素電極または第２の画素電極と電気的に接続する容量電極とで、保持容量を形成してもよい。
【０１０２】
マルチドメイン構造は、一画素に第１の液晶素子３１８と第２の液晶素子３１９を備える。第１の液晶素子３１８は第１の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成され、第２の液晶素子３１９は第２の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成される。
【０１０３】
画素部は、図９Ｂに示す構成に限定されない。図９Ｂに示す画素部にスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジスタ、センサー、または論理回路を追加してもよい。
【０１０４】
画素の回路構成の他の一例を図９Ｃに示す。ここでは、有機ＥＬ素子を用いた表示装置の画素部の構造を示す。
【０１０５】
図９Ｃは、適用可能な画素部３２０の回路の一例を示す図である。ここではｎチャネル型のトランジスタを１つの画素に２つ用いる例を示す。本発明の一実施形態に係る酸化物半導体膜は、ｎチャネル型のトランジスタのチャネル形成領域に用いることができる。当該画素部の回路は、デジタル時間階調駆動を適用できる。
【０１０６】
スイッチング用トランジスタ３２１および駆動用トランジスタ３２２は、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを用いることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ表示装置を提供することができる。
【０１０７】
画素部の回路の構成は、図９Ｃに示す構成に限定されない。図９Ｃに示す画素部の回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサー、トランジスタまたは論理回路を追加してもよい。
以上が本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に用いる場合の説明である。
【０１０８】
次に、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを固体撮像素子に用いる場合について、図１０を参照して説明する。
【０１０９】
ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーは、信号電荷蓄積部に電位を保持し、その電位を、増幅トランジスタを介して、垂直出力線に出力する固体撮像素子である。ＣＭＯＳイメージセンサーに含まれるリセットトランジスタ、および／または転送トランジスタにリーク電流があると、そのリーク電流によって充電または放電が起こり、信号電荷蓄積部の電位が変化する。信号電荷蓄積部の電位が変化すると、増幅トランジスタの電位も変わってしまい、本来の電位からずれた値となり、撮像された映像が劣化してしまう。
【０１１０】
本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタをＣＭＯＳイメージセンサーのリセットトランジスタ、および転送トランジスタに適用した場合の動作の効果を説明する。増幅トランジスタは、薄膜トランジスタまたはバルクトランジスタのどちらを適用しても良い。
【０１１１】
図１０は、ＣＭＯＳイメージセンサーの画素構成の一例を示す図である。画素は光電変換素子であるフォトダイオード３００２、転送トランジスタ３００４、リセットトランジスタ３００６、増幅トランジスタ３００８および各種配線で構成されており、マトリクス状に複数が配置されてセンサーを構成する。増幅トランジスタ３００８と電気的に接続される選択トランジスタを設けても良い。トランジスタ記号に記してある「ＯＳ」は酸化物半導体（Oxide Semiconductor）を、「Ｓｉ」はシリコンを示しており、それぞれのトランジスタに適用すると好ましい材料を表している。以降の図面についても同様である。
【０１１２】
フォトダイオード３００２は、転送トランジスタ３００４のソース側に接続されており、転送トランジスタ３００４のドレイン側には信号電荷蓄積部３０１０（ＦＤ：フローティングディフュージョンとも呼ぶ）が形成される。信号電荷蓄積部３０１０にはリセットトランジスタ３００６のソース、および増幅トランジスタ３００８のゲートが接続されている。別の構成として、リセット電源線３１１０を削除することもできる。例えば、リセットトランジスタ３００６のドレインをリセット電源線３１１０ではなく、電源線３１００または垂直出力線３１２０につなぐ方法がある。
なお、また、フォトダイオード３００２に本発明の一実施形態に係る酸化物半導体膜を用いても良く、転送トランジスタ３００４、リセットトランジスタ３００６に用いられる酸化物半導体膜と同じ材料を用いてよい。
以上が、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタを固体撮像素子に用いる場合の説明である。
【実施例】
【０１１３】
以下、本発明を実施例と比較例を用いて説明する。しかしながら、本発明はこれら実施例に限定されない。【０１１４】
［酸化物焼結体の製造］
（実施例１から実施例３）
表１に示す原子比となるように酸化ガリウム粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化インジウム粉末を秤量し、ポリエチレン製のポットに入れて、乾式ボールミルにより７２時間混合粉砕し、混合粉末を作製した。
この混合粉末を金型に入れ、５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレス成型体とした。この成型体を２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でＣＩＰにより緻密化を行った。次に、この成型体を大気圧焼成炉に設置して、３５０℃で３時間保持した。その後、１００℃／時間にて昇温し、１４５０℃にて３２時間焼結し、放置冷却して酸化物焼結体を得た。
得られた酸化物焼結体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。【０１１５】
［酸化物焼結体の特性評価］
（１−１）ＸＲＤの測定
得られた酸化物焼結体について、Ｘ線回折測定装置Ｓｍａｒｔｌａｂにより、以下の条件で、酸化物焼結体のＸ線回折（ＸＲＤ）を測定した。得られたＸＲＤチャートをＪＡＤＥ６により分析し、酸化物焼結体中の結晶相を確認した。
・装置：Ｓｍａｒｔｌａｂ（株式会社リガク製）
・Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα線（波長１．５４１８×１０-10ｍ）
・２θ−θ反射法、連続スキャン（２．０°／分）
・サンプリング間隔：０．０２°
・スリットＤＳ（発散スリット）、ＳＳ（散乱スリット）、ＲＳ（受光スリット）：１ｍｍ【０１１６】
実施例１から実施例３で得た酸化物焼結体のＸＲＤチャートを図１１〜図１３に示す。
図１１〜図１３から、得られた酸化物焼結体がＩｎ２Ｏ３結晶相及びＩｎ２Ｏ３では表せない不明の結晶相を有していることを確認した。この不明の結晶相のピークの大きなものから６つのピーク（１）（２）（３）（４）（５）（６）を選択し、その２θ値を表１および図１４Ａ〜図１６Ｆに示した。大きなピークの順に、２θが、３１〜３４°、３６〜３９°、５０〜５４°、５３〜５７°、９〜１１°、１９°〜２１°に特徴的なピークを有する化合物であることが判明した。【０１１７】
（１−２）格子定数
上記得られたＸＲＤパターンを、ＪＡＤＥ６を用いて全パターンフィッティング（ＷＰＦ）解析し、ＸＲＤパターンに含まれる各結晶成分を特定し、得られた酸化物焼結体中のＩｎ２Ｏ３結晶相の格子定数を算出した。【０１１８】
（２）相対密度
得られた酸化物焼結体について、相対密度を算出した。
ここで「相対密度」とは、アルキメデス法により測定される酸化物焼結体の実測密度を、酸化物焼結体の理論密度で除した値の百分率であることを意味する。本発明において、理論密度は以下のように算出されるものである。
理論密度＝酸化物焼結体に用いた原料粉末の総重量／酸化物焼結体に用いた原料粉末の総体積
例えば、酸化物焼結体の原料粉末として酸化物Ａ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄを用いた場合において、酸化物Ａ、酸化物Ｂ、酸化物Ｃ、酸化物Ｄの使用量（仕込量）をそれぞれａ（ｇ）、ｂ（ｇ）、ｃ（ｇ）、ｄ（ｇ）とすると、理論密度は、以下のように当てはめることで算出できる。
理論密度＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／（（ａ／酸化物Ａの密度）＋（ｂ／酸化物Ｂの密度）＋（ｃ／酸化物Ｃの密度）＋（ｄ／酸化物Ｄの密度））
なお、各酸化物の密度は、密度と比重はほぼ同等であることから、化学便覧  基礎編Ｉ日本化学編  改定２版（丸善株式会社）に記載されている比重の値を用いた。【０１１９】
（３）バルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）
得られた酸化物焼結体のバルク抵抗（ｍΩ・ｃｍ）を、抵抗率計ロレスタ（三菱化学株式会社製）を使用して、四探針法（ＪＩＳＲ１６３７）に基づき測定した。
測定箇所は酸化物焼結体の中心および酸化物焼結体の四隅と中心との中間点の４点、計５箇所とし、５箇所の平均値をバルク抵抗値とした。【０１２０】
（４）スパッタリングの安定性
得られた酸化物焼結体のうち、実施例１の焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔのスパッタリングターゲットとし、作製したスパッタリングターゲットを用いて４００ＷのＤＣスパッタリングを連続５時間実施した。ＤＣスパッタリング後のターゲット表面の状況を目視で確認した。
以上の結果を表１に示す。【０１２１】
【表１】
2018143280.tif 000003
【０１２２】
表１に示すように、実施例１は、式（４）から（６）を満たす組成であり、結晶Ａのピーク（１）から（６）の２θが、式（Ａ）から（Ｆ）を満たす範囲である。相対密度が高く、バルク抵抗が低く、スパッタリング時の割れや異物の発生がなかった。
実施例２および実施例３も同様の組成および結晶構造であった。【０１２３】
［薄膜トランジスタの製造］
（実施例Ａ）
以下の工程で薄膜トランジスタを製造した。
（１）成膜工程
実施例１で製造した酸化物焼結体を研削研磨して、４インチφ×５ｍｍｔのスパッタリングターゲットを製造した。この際、割れなどが無く、スパッタリングターゲットを良好に製造することができた。作製したスパッタリングターゲットを用いて、スパッタリングによって、表２に示す成膜条件で熱酸化膜（ゲート絶縁膜）付きのシリコンウエハ２０（ゲート電極）上に、メタルマスクを介して５０ｎｍの薄膜（酸化物半導体層）を形成した。この際、スパッタガスとして高純度アルゴン及び高純度酸素１％の混合ガスを用いてスパッタリングを行った。
また、膜厚５０ｎｍの酸化物半導体層のみをガラス基板に載せたサンプルも同様の条件で同時に製造した。ガラス基板には、日本電気硝子株式会社製ＡＢＣ−Ｇを用いた。【０１２４】
（２）ソース・ドレイン電極の形成
次に、ソース・ドレインのコンタクトホール形状のメタルマスクを用いてチタン金属をスパッタリングし、ソース・ドレイン電極としてチタン電極を成膜した。得られた積層体を大気中にて３５０℃で３０分間加熱処理し、保護絶縁膜形成前の薄膜トランジスタを製造した。【０１２５】
（３）保護絶縁膜の形成
（２）で得られた保護絶縁膜形成前の薄膜トランジスタの半導体膜の上に、基板温度３００℃で化学蒸着法（ＣＶＤ）により、ＳｉＯ２膜（保護絶縁膜；層間絶縁膜）を形成した。ＳｉＯ２膜形成後、大気中にて３５０℃で１時間加熱処理し、保護絶縁膜を備える薄膜トランジスタを製造した。その後、ソース・ドレイン部に、装置のプローブピンにてコンタクトホールを形成してコンタクトを取り、薄膜トランジスタを製造した。【０１２６】
製造した薄膜トランジスタ、並びにガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて下記評価を行った。結果を表２に示す。【０１２７】
＜半導体膜の特性評価＞
・ホール効果測定
図１７Ａに示す、ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、表２の半導体膜成膜後の加熱処理条件と同じ加熱処理を行った後、１ｃｍ角の正方形に切り出して、４角に金（Ａｕ）を２ｍｍ×２ｍｍ以下の大きさ位になるようにメタルマスクを用いてイオンコーターで成膜し、Ａｕ金属上にインジウムはんだを乗せて接触を良くしてホール効果測定用サンプルとした。
ホール効果測定用サンプルをホール効果・比抵抗測定装置（ＲｅｓｉＴｅｓｔ８３００型、東陽テクニカ社製）にセットし、室温においてホール効果を評価し、キャリヤー密度及び移動度を求めた。結果を表２の「半導体膜成膜後の加熱処理により得られた半導体膜の特性」に示す。
また、得られたサンプルの酸化物半導体層について誘導プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ、島津製作所社製）で分析した結果、得られた酸化物半導体膜の原子比が酸化物半導体膜の製造に用いた焼結体の原子比と同じであることを確認した。【０１２８】
熱処理して得られた上記ホール効果測定用サンプルの半導体膜上にさらに、図１７Ｂに示すように、ＣＶＤ装置により基板温度３００℃でＳｉＯ２膜を成膜したのち、上記と同じホール測定を実施した。結果を表２の「基板温度３００℃にてＣＶＤでＳｉＯ2膜を成膜した直後の半導体膜の特性」に示す。
また、表２に示す条件でＳｉＯ２膜を成膜したサンプルをさらに加熱処理し、得られたサンプルの半導体膜について上記と同じホール測定を行った。この際、ＳｉＯ２膜に測定用針を金の層まで突き刺し、コンタクトを取った。結果を表２の「基板温度３００℃にてＣＶＤでＳｉＯ2膜を成膜し、さらに加熱処理して得られた半導体膜の特性」に示す。【０１２９】
・半導体膜の結晶特性
ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、スパッタ後（膜堆積直後）の加熱していない膜及び表２の成膜後の加熱処理をした後の膜の結晶性をＸ線回折（ＸＲＤ）測定によって評価したところ、加熱前はアモルファスであり、加熱後もアモルファスであった。【０１３０】
・半導体膜のバンドギャップ
ガラス基板及び酸化物半導体層からなるサンプルについて、表２に示す加熱処理条件で熱処理したサンプルの透過スペクトルを測定し、横軸の波長をエネルギー（ｅＶ）に、縦軸の透過率を
（αｈν）２
（ここで、
α：吸収係数
ｈ：プランク定数
ｖ：振動数
である。）
に変換したあと、吸収が立ち上がる部分にフィッティングし、それをベースラインと交わるところのｅＶ値を半導体膜のバンドギャップとして算出した。【０１３１】
＜ＴＦＴの特性評価＞
絶縁保護膜（ＳｉＯ２膜）形成前のＴＦＴについて、飽和移動度、閾値電圧、Ｏｎ／Ｏｆｆ比、およびオフ電流の評価を行った。結果を表２の「加熱処理後ＳｉＯ2膜形成前のＴＦＴの特性」に示す。
さらに、絶縁保護膜（ＳｉＯ２膜）を形成し加熱処理した後のＴＦＴの下記特性について、ＳｉＯ２膜に測定用針を金属チタンの層まで突き刺し評価を行った。結果を表２の「基板温度３００℃にてＣＶＤでＳｉＯ2膜を成膜し、さらに加熱処理して得られたＴＦＴの特性」に示す。
飽和移動度は、ドレイン電圧に５Ｖ印加した場合の伝達特性から求めた。具体的に、伝達特性Ｉｄ−Ｖｇのグラフを作成し、各Ｖｇのトランスコンダクタンス（Ｇｍ）を算出し、線形領域の式により飽和移動度を導いた。尚、Ｇｍは∂（Ｉｄ）／∂（Ｖｇ）によって表され、Ｖｇは−１５〜２５Ｖまで印加し、その範囲での最大移動度を飽和移動度と定義した。本発明において特に断らない限り、飽和移動度はこの方法で評価した。上記Ｉｄはソース・ドレイン電極間の電流、Ｖｇはソース・ドレイン電極間に電圧Ｖｄを印加したときのゲート電圧である。
閾値電圧（Ｖｔｈ）は、伝達特性のグラフよりＩｄ＝１０−９ＡでのＶｇと定義した。
ｏｎ−ｏｆｆ比は、Ｖｇ＝−１０ＶのＩｄの値をオフ電流値とし、Ｖｇ＝２０ＶのＩｄの値をオン電流値として比［Ｏｎ／Ｏｆｆ］を決めた。【０１３２】
（実施例Ｂ）
表２に示す条件で、実施例Ａの（２）ソース・ドレイン形成後の加熱処理をしなかった以外は実施例Ａと同様にして薄膜トランジスタを製造し、評価した。結果を表２に示す。また、保護絶縁膜の加熱処理後の酸化物半導体層のＸＲＤ測定の結果、アモルファスであった。
実施例Ａと同様にして、得られた酸化物半導体膜の原子比が酸化物半導体膜の製造に用いた焼結体の原子比と同じであることを確認した。
以上の結果を表２に示す。【０１３３】
【表２】
2018143280.tif 000004
【０１３４】
表２に示すように、実施例１は、ＴＦＴの飽和移動度が５ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上、Ｏｎ／Ｏｆｆ比が１×１０6以上、オフ電流が１×１０-11Ａ以下であり、ＴＦＴに求められる好ましい要件を満たしていた。
実施例Ｂも同様であったが、実施例ＡよりＴＦＴの飽和移動度が大きくなっていた。低酸素状態で酸化物半導体を成膜し、ＣＶＤ成膜することにより、半導体内部のキャリヤー密度が高くなる。その後の加熱処理により、キャリヤー密度は減少して行く。詳細な機構は不明であるが、キャリヤー密度の高い半導体膜の表面側よりキャリヤーが酸素との反応により消滅していき、ゲート絶縁膜近傍の半導体膜のキャリヤーが完全には消滅しないため、ゲート絶縁膜近傍のキャリヤー密度が高くなることにより、ＴＦＴの飽和移動度が高くなっているものと推察される。
【符号の説明】
【０１３５】
１  ：酸化物焼結体
３  ：バッキングプレート
２０  ：シリコンウエハ
３０  ：ゲート絶縁膜
４０  ：酸化物半導体薄膜
５０  ：ソース電極
６０  ：ドレイン電極
７０  ：層間絶縁膜
７０Ａ  ：層間絶縁膜
７０Ｂ  ：層間絶縁膜
１００  ：薄膜トランジスタ
１００Ａ  ：薄膜トランジスタ
３００  ：基板
３０１  ：画素部
３０２  ：第１の走査線駆動回路
３０３  ：第２の走査線駆動回路
３０４  ：信号線駆動回路
３１０  ：容量配線
３１２  ：ゲート配線
３１３  ：ゲート配線
３１４  ：ドレイン電極
３１６  ：トランジスタ
３１７  ：トランジスタ
３１８  ：第１の液晶素子
３１９  ：第２の液晶素子
３２０  ：画素部
３２１  ：スイッチング用トランジスタ
３２２  ：駆動用トランジスタ
３００２  ：フォトダイオード
３００４  ：転送トランジスタ
３００６  ：リセットトランジスタ
３００８  ：増幅トランジスタ
３０１０  ：信号電荷蓄積部
３１００  ：電源線
３１１０  ：リセット電源線
３１２０  ：垂直出力線
【図１】
2018143280.tif 000005
【図２Ａ】
2018143280.tif 000006
【図２Ｂ】
2018143280.tif 000007
【図２Ｃ】
2018143280.tif 000008
【図２Ｄ】
2018143280.tif 000009
【図３】
2018143280.tif 000010
【図４】
2018143280.tif 000011
【図５】
2018143280.tif 000012
【図６】
2018143280.tif 000013
【図７】
2018143280.tif 000014
【図８Ａ】
2018143280.tif 000015
【図８Ｂ】
2018143280.tif 000016
【図８Ｃ】
2018143280.tif 000017
【図８Ｄ】
2018143280.tif 000018
【図８Ｅ】
2018143280.tif 000019
【図９Ａ】
2018143280.tif 000020
【図９Ｂ】
2018143280.tif 000021
【図９Ｃ】
2018143280.tif 000022
【図１０】
2018143280.tif 000023
【図１１】
2018143280.tif 000024
【図１２】
2018143280.tif 000025
【図１３】
2018143280.tif 000026
【図１４Ａ】
2018143280.tif 000027
【図１４Ｂ】
2018143280.tif 000028
【図１４Ｃ】
2018143280.tif 000029
【図１４Ｄ】
2018143280.tif 000030
【図１４Ｅ】
2018143280.tif 000031
【図１４Ｆ】
2018143280.tif 000032
【図１５Ａ】
2018143280.tif 000033
【図１５Ｂ】
2018143280.tif 000034
【図１５Ｃ】
2018143280.tif 000035
【図１５Ｄ】
2018143280.tif 000036
【図１５Ｅ】
2018143280.tif 000037
【図１５Ｆ】
2018143280.tif 000038
【図１６Ａ】
2018143280.tif 000039
【図１６Ｂ】
2018143280.tif 000040
【図１６Ｃ】
2018143280.tif 000041
【図１６Ｄ】
2018143280.tif 000042
【図１６Ｅ】
2018143280.tif 000043
【図１６Ｆ】
2018143280.tif 000044
【図１７Ａ】
2018143280.tif 000045
【図１７Ｂ】
2018143280.tif 000046
【国際調査報告】
2018143280.tif 000047
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