(57)【要約】【課題】高温処理プロセスを適用することなく、酸化物半導体膜を効率的に製造できる薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】  基板１上にゲート電極２を所定のパターンで形成する工程と、ゲート電極２を覆うゲート絶縁膜３を所定のパターンで形成する工程と、ゲート絶縁膜３上にアモルファス酸化物膜４’を所定のパターンで形成する工程と、アモルファス酸化物膜４’上にソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄを所定のパターンで形成する工程と、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ間で露出するアモルファス酸化物膜４’を少なくとも覆う保護膜７を形成する工程とを有する。このアモルファス酸化物膜４’の形成工程では、ＲＦスパッタリング法でアモルファス酸化物膜４’を成膜し、保護膜７の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で保護膜７を成膜して、アモルファス酸化物膜４’を半導体化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にアモルファス酸化物膜を所定のパターンで形成する工程と、該アモルファス酸化物膜上にソース電極及びドレイン電極を所定のパターンで形成する工程と、該ソース電極及び該ドレイン電極間で露出するアモルファス酸化物膜を少なくとも覆う保護膜を形成する工程とを有し、
前記アモルファス酸化物膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該アモルファス酸化物膜を成膜し、前記保護膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該保護膜を成膜して前記アモルファス酸化物膜を半導体化することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
基板上にゲート電極を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極を所定のパターンで形成する工程と、該ソース電極及び該ドレイン電極間で露出するゲート絶縁膜を少なくとも覆うとともに該ソース電極及びドレイン電極上にアモルファス酸化物膜を所定のパターンで形成する工程と、該アモルファス酸化物膜を少なくとも覆う保護膜を形成する工程とを有し、
前記アモルファス酸化物膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該アモルファス酸化物膜を成膜し、前記保護膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該保護膜を成膜して前記アモルファス酸化物膜を半導体化することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記アモルファス酸化物膜がＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を含むアモルファス酸化物膜であり、前記保護膜が、二酸化ケイ素膜又はＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を含むアモルファス酸化物膜である、請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記アモルファス酸化物膜の形成工程を、酸素ガスが８０％以上で圧力が０．６Ｐａ以下のＲＦスパッタリング条件下で行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。さらに詳しくは、低温成膜可能な酸化物で半導体膜を形成する逆スタガ型薄膜トランジスタの製造方法であって、製造工程で高温処理プロセスを適用することなく、半導体膜を効率的に製造できる薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を搭載する薄膜トランジスタ基板は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置用の駆動素子基板として用いられている。薄膜トランジスタには、逆スタガ型（ボトムゲート）や順スタガ型（トップゲート）等の構造形態があり、また、薄膜トランジスタを構成する半導体膜としては、アモルファスシリコン半導体膜やポリシリコン半導体膜が一般的に適用されている。しかし、アモルファスシリコン半導体膜は、特性が安定しているものの移動度が小さく、一方、ポリシリコン半導体膜は、移動度が高いものの、その製造工程で高温（例えば６００℃以上）の熱処理工程を必要とする。
【０００３】
近年、酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタの研究が活発に行われている。特許文献１では、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎからなる酸化物（「ＩＧＺＯ」と略す。）の多結晶薄膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案され、非特許文献１と特許文献２では、ＩＧＺＯの非晶質薄膜を薄膜トランジスタの半導体膜に用いた例が提案されている。これらのＩＧＺＯを半導体膜に用いた薄膜トランジスタは、室温での低温成膜が可能であり、プラスチック基板等の非耐熱性基板に熱ダメージを与えることなく製造が可能であるとされている。
【０００４】
前記したＩＧＺＯ系の酸化物半導体は、低温で形成される非晶質材料であるにもかかわらず、比較的高い移動度を有するため、近年注目されている。また、ＩＧＺＯ系の酸化物半導体は可視光に対する透過率が高い透明材料であるとともに、ＩＴＯ等の従来公知の透明導電材料をゲート電極やソース・ドレイン電極とした場合であっても良好な電気的な接触特性が得られることから、透明材料のみを用いた透明な薄膜トランジスタも検討されている。
【０００５】
薄膜トランジスタには逆スタガ型構造と順スタガ型構造があるが、逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいては、半導体膜のチャネル領域を保護するために半導体膜上に保護膜を設けている。例えば特許文献５では、半導体膜上にＳｉＯ２膜やＳｉＯｘＮｙ膜を保護膜として設けている。また、特許文献６では、半導体膜上にシラン化合物等の有機無機複合化合物や有機酸からなる保護膜を設けている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K.Nomura  et.al.,  Nature,  vol.432,  p.488-492(2004)
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０３９５７号公報
【特許文献２】特表２００５−８８７２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２２０８１６号公報
【特許文献４】特開２００７−２５０９８３号公報
【特許文献５】特開２００８−５３３５６号公報
【特許文献６】特開２００７−１５８１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、低温成膜可能な酸化物で半導体膜を形成する逆スタガ型薄膜トランジスタの製造方法を提供することにあり、より詳しくは、薄膜トランジスタの製造工程で高温処理プロセスを適用することなく、酸化物半導体膜を効率的に製造できる薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、低温成膜可能な酸化物半導体膜を有する逆スタガ型薄膜トランジスタの半導体特性を高めつつ効率的な製造を実現するための検討を行っている過程で、酸化物半導体膜の半導体特性が、酸化物半導体膜の成膜工程と保護膜の成膜工程に影響されることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の第１の観点に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にアモルファス酸化物膜を所定のパターンで形成する工程と、該アモルファス酸化物膜上にソース電極及びドレイン電極を所定のパターンで形成する工程と、該ソース電極及び該ドレイン電極間で露出するアモルファス酸化物膜を少なくとも覆う保護膜を形成する工程とを有し、前記アモルファス酸化物膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該アモルファス酸化物膜を成膜し、前記保護膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該保護膜を成膜して前記アモルファス酸化物膜を半導体化することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を所定のパターンで形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にソース電極及びドレイン電極を所定のパターンで形成する工程と、該ソース電極及び該ドレイン電極間で露出するゲート絶縁膜を少なくとも覆うとともに該ソース電極及び該ドレイン電極上にアモルファス酸化物膜を所定のパターンで形成する工程と、該アモルファス酸化物膜を少なくとも覆う保護膜を形成する工程とを有し、前記アモルファス酸化物膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該アモルファス酸化物膜を成膜し、前記保護膜の形成工程では、ＲＦスパッタリング法で該保護膜を成膜して前記アモルファス酸化物膜を半導体化することを特徴とする。
【００１２】
この第１及び第２の観点に係る発明によれば、ＲＦスパッタリング法で成膜したアモルファス酸化物膜はキャリア濃度の低い絶縁膜として成膜されるが、その後に保護膜をＲＦスパッタリング法で成膜することによって、保護膜の成膜時のＲＦスパッタリングがアモルファス酸化物膜に負荷（ダメージ）を与える。その結果、予めＲＦスパッタリング法で成膜されたアモルファス酸化物膜のキャリア濃度が増して半導体化する。本発明では、こうしたプロセスでアモルファス酸化物膜を半導体化するので、従来のような高温アニールが不要となり、耐熱性に劣る基板上に薄膜トランジスタを製造できるとともに、製造コストも低減できる。さらに、本発明では、アモルファス酸化物膜と保護膜とを同じＲＦスパッタリング法で成膜するので、製造コストを低減することができる。
【００１３】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法において、前記アモルファス酸化物膜がＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を含むアモルファス酸化物膜であり、前記保護膜が、二酸化ケイ素膜又はＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を含むアモルファス酸化物膜であることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、前記組合せであることが半導体膜のキャリア濃度の向上と特性安定化において好ましい。特にＩＧＺＯ系酸化物膜で形成した保護膜は、可視光領域では良好な光透過性を有し、一方、紫外光領域では良好な遮光性を有するので、製造された薄膜トランジスタのトランジスタ特性の劣化を効果的に防ぐことができる。特に、紫外光に対する特性劣化や、水蒸気や酸素ガスに対する大気安定性が向上し、長期信頼性に優れた薄膜トランジスタを製造することができる。
【００１５】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法において、前記アモルファス酸化物膜の形成工程を、酸素ガスが８０％以上で圧力が０．６Ｐａ以下のＲＦスパッタリング条件下で行うことが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、上記したスパッタリング条件下でアモルファス酸化物膜を成膜するので、その条件で成膜されたアモルファス酸化物膜は酸素欠損が少なく、キャリア濃度が低く、半導性ではなくて絶縁性の酸化物膜となる。なお、こうして成膜された絶縁性のアモルファス酸化物膜は、その後の保護膜の形成工程でのＲＦスパッタリングで、キャリア濃度が向上し、半導性を呈する半導体膜となる。
【００１７】
なお、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、成膜後のアモルファス酸化物膜が半導性を示す場合は、その後の保護膜の形成工程をＲＦスパッタリングに代えてＤＣスパッタリングで行ってもよい。ＤＣスパッタリングでの保護膜の成膜は、アモルファス酸化物膜にダメージを与えないので、アモルファス酸化物膜の半導性を維持しつつ保護膜を成膜することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、ＲＦスパッタリング法で成膜したアモルファス酸化物膜はキャリア濃度の低い絶縁膜として成膜されるが、その後に保護膜をＲＦスパッタリング法で成膜することによって、そのＲＦスパッタリングがアモルファス酸化物膜に負荷（ダメージ）を与えるので、予め成膜されたアモルファス酸化物膜のキャリア濃度が増して半導体化する。その結果、従来のような高温アニールが不要となり、耐熱性に劣る基板上に薄膜トランジスタを製造できるとともに、製造コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタの一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタの他の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタの更に他の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の各工程を示す模式的な説明図である。
【図５】ホール効果測定に用いた試料の構成を示す断面図（Ａ）と表面図（Ｂ）である。
【図６】本発明で適用するアモルファス酸化物（ａ−ＩＧＺＯ）の透過率の波長依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有すれば種々の変形が可能であり、以下に具体的に示す実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
本発明は、逆スタガ型の薄膜トランジスタの製造方法に関し、具体的には、図１〜図３に示すように、ボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂ又はボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃの製造方法に関するものである。なお、以下において、逆スタガ型の薄膜トランジスタを符号１０で表すことがある。以下では、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタの構成を図１〜図３を参照しつつ説明するとともに、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を図４を参照しつつ説明する。
【００２２】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法で製造された薄膜トランジスタ１０は、図１〜図３に示すように、基板１上に、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、酸化物半導体膜４、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ及び保護膜７が設けられた逆スタガ型の薄膜トランジスタである。このうち、ボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂは、図１及び図２に示すように、基板１上に、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、酸化物半導体膜４、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ及び保護膜７がその順に設けられたものであり、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃは、図３に示すように、基板１上に、ゲート電極２、ゲート絶縁膜３、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ、酸化物半導体膜４及び保護膜７がその順に設けられたものである。このとき、保護膜７は、ソース電極６Ｓとドレイン電極６Ｄとの間に露出する酸化物半導体膜４（図１，２参照）又は最上層に露出する酸化物半導体膜４（図３参照）を覆うとともに、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄを覆うように設けられている。
【００２３】
本発明において、「上に」とは、そのものの上に直に設けられていることを意味し、直に設けられていない場合は「上方に」と言い分ける。また、「覆う」とは、そのものの上に直接設けられているとともに、そのものの周りにも設けられていることを意味する。また、成膜時のアモルファス酸化物膜４’は、保護膜が設けられた薄膜トランジスタ１０では、最終的には酸化物半導体膜４となっている。
【００２４】
こうした形態からなる逆スタガ型の薄膜トランジスタ１０の製造方法は、逆スタガ型構造が図１及び図２に示すボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂであるか、図３に示すボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃであるかで若干異なる。
【００２５】
具体的には、ボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂの製造方法は、図４に示すように、基板１上にゲート電極２を所定のパターンで形成する工程と、ゲート電極２を覆うゲート絶縁膜３を所定のパターンで形成する工程と、ゲート絶縁膜３上にアモルファス酸化物膜４’を所定のパターンで形成する工程と、アモルファス酸化物膜４’上にソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄを所定のパターンで形成する工程と、ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄ間で露出するアモルファス酸化物膜４’（図２では露出したパッシベーション膜５）を少なくとも覆う保護膜７を形成する工程とを有する。そして、この製造方法は、アモルファス酸化物膜４’の形成工程において、ＲＦスパッタリング法でアモルファス酸化物膜４’を成膜し、保護膜７の形成工程において、ＲＦスパッタリング法で保護膜７を成膜して前記アモルファス酸化物膜４’を半導体化して酸化物半導体膜とすることに特徴がある。
【００２６】
なお、ボトムゲート・トップコンタクト構造の場合は、アモルファス酸化物膜４’上にソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄを設ける際の、アモルファス酸化物膜４’の成膜ダメージ防ぐこと等の目的で、図２に示すように、アモルファス酸化物膜４’上にパッシベーション膜５を設けてもよい。
【００２７】
一方、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃの製造方法（具体的には図示しないが図３を参照）は、基板１上にゲート電極２を所定のパターンで形成する工程と、ゲート電極２を覆うゲート絶縁膜３を所定のパターンで形成する工程と、ゲート絶縁膜３上にソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄを所定のパターンで形成する工程と、ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄ間で露出するゲート絶縁膜３を少なくとも覆うとともに該ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄ上にアモルファス酸化物膜４’を所定のパターンで形成する工程と、アモルファス酸化物膜４’を少なくとも覆う保護膜７を形成する工程とを有する。そして、この製造方法においても、上記した薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂと同様、アモルファス酸化物膜４’の形成工程において、ＲＦスパッタリング法でアモルファス酸化物膜４’を成膜し、保護膜７の形成工程において、ＲＦスパッタリング法で保護膜７を成膜して前記アモルファス酸化物膜４’を半導体化して酸化物半導体膜とすることに特徴がある。
【００２８】
以下、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を、得られる薄膜トランジスタの各構成要素とともに、詳しく説明する。
【００２９】
（基板）
基板１の種類や構造は特に限定されるものではなく、用途に応じてフレキシブルな材質や硬質な材質等が選択される。基板１は透明であってもなくてもよい。透明な基板材料としては、例えば、ガラス、石英、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。通常は、透明電極であるＩＴＯ付きガラス基板やＩＴＯ付きプラスチック基板等が好ましく用いられる。なお、金属膜や透明導電膜が形成されたガラス基板やプラスチック基板等を用いてもよい。
【００３０】
なお、透明の定義は、薄膜トランジスタを利用する薄膜集積回路装置の用途に応じてその基準は異なるが、一基準を示せば、(i)反射率で判断する場合には、波長３５０〜６５０ｎｍの可視光領域において、各膜の屈折率が約２以下で屈折率差が約０．５以下であることが透明性の点で好ましく、(ii)透過率で判断する場合には、波長３５０〜６５０ｎｍの可視光領域において、各膜の消光係数ｋが約０．１以下と低いことが透明性の点で好ましい
【００３１】
基板１の厚さは、薄膜トランジスタ１０を備えた薄膜集積回路装置にフレキシブル性を持たせるか否かによっても異なり特に限定されないが、例えばＩＣタグ等に用いるフレキシブル性の薄膜集積回路装置とする場合には、厚さ５〜３００μｍのプラスチック基板が好ましく用いられる。また、基板１の形状は特に限定されないが、チップ状、カード状、ディスク状等を挙げることができる。なお、枚葉状又は連続状の基板１上に薄膜集積回路装置を形成した後に個々のチップ状、カード状、ディスク状に分断加工してもよい。
【００３２】
（ゲート電極）
ゲート電極２は、図１〜図３及び図４（Ａ）に示すように、基板１上に所定のパターンで設けられる。ゲート電極の形成材料としては、例えば、金、銀、銅、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン等の金属膜；ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜；を好ましく挙げることができる。なお、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような透明な導電性高分子等であってもよい。
【００３３】
ゲート電極２の形成は、ゲート電極の形成材料の種類や基板１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、透明導電膜でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート電極２の形成に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でゲート電極２を形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。
【００３４】
ゲート電極２の形成工程時には、同時に、ゲート電極用配線、グラウンド配線及び電源配線等の回路配線群を、ゲート電極２と同一材料で形成してもよい。ゲート電極２の厚さ、及び、ゲート電極２の形成時に同時に形成する回路配線群（電極や配線）の厚さは、通常、０．０５〜０．２μｍ程度である。
【００３５】
（ゲート絶縁膜）
ゲート絶縁膜３は、絶縁性が高く、誘電率が比較的高く、ゲート絶縁膜として適しているものであれば各種の材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物、酸窒化物等を好ましく挙げることができる。また、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウム、チタン酸バリウムストロンチウムのうち少なくとも１種又は２種以上を挙げることができる。特に透明性の観点からは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物、酸窒化物等が好ましい。
【００３６】
ゲート絶縁膜３の形成は、図１〜図３及び図４（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜の形成材料の種類や基板１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、ケイ素の酸化物、窒化物、酸窒化物等でゲート絶縁膜３を形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種ＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。ゲート絶縁膜３の成膜に低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。なお、ゲート絶縁膜３Ａの厚さは、通常、０．１〜０．３μｍ程度である。
【００３７】
（アモルファス酸化物膜）
アモルファス酸化物膜４’は、最終的には薄膜トランジスタ１０を構成する酸化物半導体膜４となる膜であって、図１、図２及び図４（Ｃ）に示すボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａ，１０Ｂの場合には、ゲート電極２の上方にゲート絶縁膜３を間に介してそのゲート絶縁膜３上に、所定のパターンのアモルファス酸化物膜４’を設ける。一方、図３に示すボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃの場合には、ゲート電極２の上方にゲート絶縁膜３を間に介してそのゲート絶縁膜３上にソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄを所定のパターンで形成し、その後に、ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｓの間を跨ぐように、所定のパターンのアモルファス酸化物膜４’を設ける。
【００３８】
このアモルファス酸化物膜４’は、本発明に係る製造方法を経ることによって、最終的には、薄膜トランジスタを構成するチャネル領域として使用できる程度の移動度を有する酸化物半導体膜４となるものであれば、その種類は特に限定されず、現在知られているアモルファス酸化物膜４’であっても、今後発見されるアモルファス酸化物膜４’であってもよい。
【００３９】
アモルファス酸化物膜４’を構成する酸化物としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を主たる構成元素とする酸化物を挙げることができる。特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系の酸化物が好ましく、この場合、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）であることが好ましい。また、Ｍｇをさらに含む場合においては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ1-xＭｇxの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）で０＜ｘ≦１であることが好ましい。なお、組成割合は、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）装置によって測定したものである。
【００４０】
なお、ＩｎＭＺｎＯを含む酸化物でアモルファス酸化物膜４’を形成した場合、そのアモルファス酸化物膜４’は、特に可視光領域で良好な光透過性を示し、紫外光領域で良好な遮光性を示すので、後述するように、保護膜７としても好ましく適用でき、薄膜トランジスタ特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。特にＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物膜４’が好ましい。そのため、ここでのアモルファス酸化物膜４’を、後述する保護膜７と同じＩｎＭＺｎＯを含むアモルファス酸化物で形成すれば、製造装置や工程を共通化することができ、低コストの薄膜トランジスタを製造するのに便利である。
【００４１】
ＩｎＧａＺｎＯ系の酸化物については、ＩｎとＧａとＺｎの広い組成範囲でアモルファス相を示す。この三元系でアモルファス相を安定して示す組成範囲としては、ＩｎｘＧａｙＺｎｚＯ（３ｘ／２＋３ｙ／２＋ｚ）で比率ｘ／ｙが０．４〜１．４の範囲であり、比率ｚ／ｙが０．２〜１２の範囲にあるように表すことができる。なお、ＺｎＯに近い組成とＩｎ２Ｏ３に近い組成で結晶質を示す。
【００４２】
また、酸化物が、ＩｎxＧａ1-x酸化物（０≦ｘ≦１）、ＩｎxＺｎ1-x酸化物（０．２≦ｘ≦１）、ＩｎxＳｎ1-x酸化物（０．８≦ｘ≦１）、Ｉｎx（Ｚｎ，Ｓｎ）1-x酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から選ばれるいずれかの酸化物（アモルファス酸化物）であってもよい。
【００４３】
本発明では、後述の実施例で用いたＩｎＧａＺｎＯ系（以下「ＩＧＺＯ」と略す）酸化物を好ましく挙げることができる。また、このＩＧＺＯ系酸化物には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。このＩＧＺＯ系のアモルファス酸化物膜４’は、可視光を透過して透明膜となるので、透明性を要求される薄膜集積回路に好ましく用いられる。また、このＩＧＺＯ系のアモルファス酸化物膜４’は、ＲＦスパッタリング法により、室温から１５０℃程度の低温での成膜が可能であることから、ガラス転移温度が２００℃未満の耐熱性に乏しいプラスチック基板に対して好ましく適用できる。
【００４４】
アモルファス酸化物膜４’がアモルファス相であるか否かは、測定対象となる酸化物膜に入射角度０．５°程度の低入射角によるＸ線回折を行った場合に、結晶質の存在を示す明瞭な回折ピークが検出されないこと、すなわち所謂ブロード（ハロー形状）パターンが見られることで確認できる。そうしたブロードパターンは、微結晶状態の酸化物膜でも見られるので、このアモルファス酸化物膜４’には、そのような微結晶状態の酸化物膜も含まれるものとする。
【００４５】
アモルファス酸化物膜４’の形成は、酸化物材料の種類や基板１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。特に本発明に係る製造方法では、ＲＦスパッタリング法を適用し、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用する。
【００４６】
ＲＦスパッタリング法で成膜したアモルファス酸化物膜４’は、キャリア濃度の低い絶縁性の膜として成膜される。ここで、絶縁性の膜とは、キャリア濃度が１０１４ion／ｃｍ３以下の範囲程度の場合をいう。こうして成膜された絶縁性のアモルファス酸化物膜４’は、本発明の製造方法では、その後に保護膜７をＲＦスパッタリング法で成膜することによって、そのＲＦスパッタリングがアモルファス酸化物膜４’に負荷（ダメージ）を与える。その結果、予め成膜されたアモルファス酸化物膜４’のキャリア濃度が増して半導体化する。ここで、半導体化するとは、キャリア濃度が１０１５〜１０１７ion／ｃｍ３の範囲程度に到った場合をいう。本発明に係る製造方法では、こうしたプロセスでアモルファス酸化物膜４’を半導体化して最終的に酸化物半導体膜４とするので、従来のような高温アニールが不要となり、耐熱性に劣る基板上にも薄膜トランジスタ１０を製造できるとともに、製造コストも低減できる。さらに、本発明に係る製造方法では、アモルファス酸化物膜４’と保護膜である保護膜７とを同じＲＦスパッタリング法で成膜するので、製造コストを低減することができ、また、同じ酸化物で成膜すればさらにコスト低減を図ることができる。
【００４７】
アモルファス酸化物膜４’の成膜は、酸素ガスを８０％以上とし、圧力を０．６Ｐａ以下としたＲＦスパッタリング条件下で行うことが好ましい。この条件下でアモルファス酸化物膜４’を成膜するので、その条件で成膜されたアモルファス酸化物膜４’は酸素欠損が少なくてキャリア濃度が１０１２〜１０１５ion／ｃｍ３と低く、半導性ではなくて絶縁性又はそれに近いものとなる。なお、こうして成膜された絶縁性のアモルファス酸化物膜４’は、その後の保護膜７の形成工程でのＲＦスパッタリングで、キャリア濃度が１０１５〜１０１７ion／ｃｍ３程度に向上し、半導性を呈する酸化物半導体膜４となる。ここで、雰囲気中の酸素ガス以外のガスとしては、通常、アルゴンが用いられる。
【００４８】
酸素ガスが８０％未満での成膜は、アモルファス酸化物膜４’の酸素欠損が増してキャリア濃度が１０１６ion／ｃｍ３を超えるようになる。その結果、成膜したアモルファス酸化物膜４’は導電膜又は導電性領域に近い半導体膜となり、その後の工程でキャリア濃度を低下させて半導性の膜まで抵抗を低下させる必要がある。そのための手段として高温アニール処理が必要になってしまうという難点がある。
【００４９】
また、成膜チャンバー内の圧力が０．６Ｐａを超えた場合での成膜も、アモルファス酸化物膜４’の酸素欠損が増してキャリア濃度が１０１６ion／ｃｍ３を超えるようになる。その結果、上記同様、成膜したアモルファス酸化物膜４’は導電膜又は導電性領域に近い半導体膜となり、その後の工程でキャリア濃度を低下させて半導性の膜まで抵抗を低下させる必要がある。そのための手段として高温アニール処理が必要になってしまうという難点がある。
【００５０】
より好ましい範囲としては、酸素ガスが９０％〜１００％で圧力が０．２〜０．６Ｐａの範囲であり、特に好ましくは、酸素ガスが１００％で圧力が０．２〜０．４Ｐａである。この範囲でＲＦスパッタリングを行うことにより、アモルファス酸化物膜４’中の酸素欠損が少なくなり、キャリア濃度の低い絶縁性の膜を得ることができる。その結果、その後の保護膜７の形成を広い条件範囲下でＲＦスパッタリングすることにより、アモルファス酸化物膜４’のキャリア濃度を漸増させて半導体化することができる。
【００５１】
アモルファス酸化物膜４’の厚さとしては、１０〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、２０〜１００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。また、特に本発明に係る製造方法では、アモルファス酸化物膜４’を厚膜化することができるという利点がある。
【００５２】
つまり、本発明では、アモルファス酸化物膜４’を酸素ガスが８０％以上で圧力が０．６Ｐａ以下のＲＦスパッタリング条件下で成膜するが、この条件下で成膜したアモルファス酸化物膜４’は、上記のように、酸素欠損が少なく、キャリア濃度が小さい絶縁性の膜となる。そのため、アモルファス酸化物膜４’の厚さを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さとしても、絶縁性のままか、厚さに伴ってキャリア濃度が漸増した半導性の膜とすることができる。こうしたアモルファス酸化物膜４’を設けた場合には、その後に保護膜７の成膜時のスパッタダメージによりアモルファス酸化物膜４’の酸素欠損が増してキャリア濃度が向上しても、導電性のアモルファス酸化物膜にはなりにくい。そのため、厚さを１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚膜にすることが可能となる。半導体膜となるアモルファス酸化物膜４’を厚膜化できるということは、大面積の成膜を行う場合の膜厚分布によって生じる半導体特性のバラツキを抑制することができるという利点がある。
【００５３】
なお、成膜条件（例えば成膜時の酸素含有量が８０％未満の場合や圧力が０．６Ｐａ超の場合）や膜厚によっては、成膜後のアモルファス酸化物膜４’が半導性を示す場合がある。その場合は、その後の保護膜７の形成工程をＲＦスパッタリングに代えてＤＣスパッタリングで行うことができる。ＤＣスパッタリングでの保護膜７の成膜は、アモルファス酸化物膜４’にダメージを与えないので、アモルファス酸化物膜４’の半導性を維持しつつ保護膜７を成膜することができる。この場合において、保護膜７の形成工程でのＤＣスパッタリング条件は、任意の条件を特に問題なく設定できる。
【００５４】
（パッシベーション膜）
パッシベーション膜５は、図２に示すように、ボトムゲート・トップコンタクト構造の場合にアモルファス酸化物膜４’（最終的には酸化物半導体膜４）上に設けることができる。パッシベーション膜５を設けることは、アモルファス酸化物膜４’上に直接ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄを成膜する場合にそのアモルファス酸化物膜４’が受けるダメージを低減するのに有効である。したがって、パッシベーション膜５は、アモルファス酸化物膜４’のチャネル領域４Ａを保護しつつ、ソース電極接続部４Ｂとドレイン電極接続部４Ｂとを形成するために設けられる。具体的には、パッシベーション膜５は、図２に示すように、アモルファス酸化物膜４’にソース電極接続部４Ｂとドレイン電極接続部４Ｂとを形成する部分にコンタクトホールを形成した形態でアモルファス酸化物膜４’（最終的には酸化物半導体膜４）を覆っている。
【００５５】
パッシベーション膜５は、液状にしたシリカ（ＳｉＯ２の水和物）やポリイミド樹脂等のパッシベーション膜用材料を塗布法で成膜し、その後にレジストを用いたパターニングで形成することができる。また、感光性を有するパッシベーション膜用材料を塗布法で成膜し、その後に露光現像して所定パターンのパッシベーション膜５を形成してもよい。こうしたパッシベーション膜５の厚さは、通常、０．１〜３μｍ程度である。
【００５６】
パッシベーション膜５を設ける場合は、コンタクトホールを形成した後に活性化処理を行う。この活性化処理により、コンタクトホール部で露出したアモルファス酸化物膜４’の導電性を高めてソース電極接続部４Ｂ及びドレイン電極接続部４Ｂとすることができる。導電性を高めたソース電極接続部４Ｂ及びドレイン電極接続部４Ｂに後述するソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄをパターン成膜すると、ソース電極接続部４Ｂ及びドレイン電極接続部４Ｂそれぞれに対するソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄのオーミック抵抗を低減することができる。なお、活性化処理としてのプラズマ処理は、アモルファス酸化物膜４’に酸素欠損を生じさせて導電性を高める処理手段である。
【００５７】
（ソース電極、ドレイン電極）
ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄは、図１、図２及び図４に示すボトムゲート・トップコンタクト構造の場合には、アモルファス酸化物膜４’上に又はコンタクトホールが形成されたパッシベーション膜５上に所定のパターンで設けられる。一方、図３に示すボトムゲート・ボトムコンタクト構造の場合には、上記したアモルファス酸化物膜４’を成膜する前に、ゲート絶縁膜４上に所定のパターンで設けられる。
【００５８】
ソース電極材料及びドレイン電極材料は、アモルファス酸化物膜４’のソース電極接続部４Ｂ及びドレイン電極接続部４Ｂとのオーミック接触が考慮されて選択され、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）、酸化インジウム、ＩＺＯ（インジウム亜鉛オキサイド）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電膜を好ましく挙げることができる。また、所望の導電性を有するものであれば、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリアルキルチオフェン誘導体、ポリシラン誘導体のような導電性高分子等であってもよい。
【００５９】
ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄの形成は、電極材料の種類や基板１の耐熱性に応じた成膜手段とパターニング手段が適用される。例えば、透明導電膜でソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄを形成する場合には、成膜手段としてスパッタリング法や各種のＣＶＤ法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できるが、低温成膜が要求される場合には、成膜手段として低温成膜可能なスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法を好ましく適用できる。また、導電性高分子でソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄを形成する場合には、成膜手段として真空蒸着法やパターン印刷法等を適用でき、パターニング手段としてフォトリソグラフィを適用できる。
【００６０】
ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄの形成工程時には、同じ電極材料で、同時に、既に形成されている回路配線群への接続や新しい回路配線群の形成を行うことが好ましい。ソース電極６Ｓ及びドレイン電極６Ｄの厚さは、通常、０．１〜０．３μｍ程度である。
【００６１】
（保護膜）
保護膜７は、薄膜トランジスタ構造の保護膜をなす絶縁膜であって、図１及び図２に示すボトムゲート・トップコンタクト構造の場合にはソース電極６Ｓとドレイン電極６Ｄを形成した後に、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ間で露出するアモルファス酸化物膜４’（最終的には酸化物半導体膜４となる。）を少なくとも覆うように設けられている。また、図３に示すボトムゲート・ボトムコンタクト構造の場合には、所定のパターンのアモルファス酸化物膜４’を形成した後に、最上層で露出するアモルファス酸化物膜４’を少なくとも覆うように設けられている。なお、保護膜７は、露出するアモルファス酸化物膜４’を少なくとも覆っていれば、その部分を含む全面を覆うように設けても構わない。
【００６２】
こうして成膜する保護膜７は、二酸化珪素膜又は既に説明したアモルファス酸化物膜４’と同じ膜であることが好ましい。アモルファス酸化物膜４’と同じ材料で成膜した場合には、アモルファス酸化物膜４’と保護膜７とを、同じ成膜チャンバーを用いて同じ又は類似の成膜条件で成膜できるので、低コストを実現することができる。なお、この場合、保護膜７は、絶縁性であり、半導性ではないことが条件である。
【００６３】
保護膜７をアモルファス酸化物膜４’と同じ材料で成膜する場合には、アモルファス酸化物膜の説明欄で既に説明しているので、ここではその材料の詳細は省略するが、好ましくは、アモルファス酸化物膜４’の場合と同様、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を含むアモルファス酸化物からなることが好ましい。特にＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物からなることが好ましい。ＩｎＭＺｎＯ（特にＩｎＧａＺｎＯ）を含むアモルファス酸化物からなる保護膜７は、特に可視光領域で良好な光透過性を示し、紫外光領域で良好な遮光性を示すので、薄膜トランジスタ特性の劣化をより効果的に防ぐことができる。そのため、従来の保護膜であるＳｉＯ２膜や有機無機複合化合物膜に比べて薄膜トランジスタ特性の劣化を効果的に防ぐことができるという効果がある。その結果、紫外光に対する耐特性劣化や、水蒸気や酸素ガスに対する大気安定性が向上し、長期信頼性に優れた薄膜トランジスタ１０を提供できる。
【００６４】
こうした保護膜７は、ソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄ間（ボトムゲート・トップコンタクト構造の場合。図１及び図２を参照。）又は最上層（ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の場合。図３を参照。）で露出するアモルファス酸化物膜４’を少なくとも覆うように設けられているので、酸化物半導体膜４（保護膜７の形成時にアモルファス酸化物膜４’のキャリア濃度が漸増して半導体化した膜である。）が紫外線や大気雰囲気に曝されることによって閾値の変動やヒステリシスを抑制できる。
【００６５】
保護膜７は、ＲＦスパッタリング法で成膜される。保護膜７をＲＦスパッタリング法で成膜することによって、そのＲＦスパッタリングが予め成膜されたアモルファス酸化物膜４’に負荷（ダメージ）を与えてアモルファス酸化物膜４’中のキャリア濃度を漸増させる。その結果、アモルファス酸化物膜４’が半導体化して酸化物半導体膜４となる。本発明では、保護膜７の成膜時にアモルファス酸化物膜４’を半導体化するので、従来のような高温アニールが不要となるという利点がある。
【００６６】
なお、本発明に係る製造方法においては、成膜後のアモルファス酸化物膜４’を厚く成膜すること等によって、アモルファス酸化物膜４’が半導性を示して既に酸化物半導体膜４になっている場合がある。その場合には、保護膜７の形成工程をＲＦスパッタリングに代えてＤＣスパッタリングで行ってもよい。ＤＣスパッタリングでの保護膜７の成膜は、アモルファス酸化物膜４’（酸化物半導体膜４）にダメージを与えないので、アモルファス酸化物膜４’の半導性を維持しつつ保護膜７を成膜することができる。この場合において、保護膜７の形成工程でのＤＣスパッタリング条件は、任意の条件を特に問題なく設定できる。
【００６７】
保護膜７の厚さは、例えば１００〜５００ｎｍであることが好ましく、２５０〜３００ｎｍであることが好ましい。保護膜７、特にＩＧＺＯ系酸化物膜では紫外光領域での遮光性の点から、その厚さの下限は通常１００ｎｍ程度であればよい。また、保護膜７の厚さが５００ｎｍを超えると、成膜時間が長くなる。
【００６８】
（その他の膜）
薄膜トランジスタ１０には、その他の膜が形成されていてもよい。例えば、基板面に下地膜（密着膜や、熱又は不純物原子に対するバッファ膜）を設けて、ゲート電極２の密着性やゲート絶縁膜３の密着性や特性安定性を高めてもよい。下地膜としては、厚さ５〜１０ｎｍのクロム膜、厚さ１０〜５０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、及び酸窒化ケイ素膜等を好ましく挙げることができる。
【００６９】
また、上記した保護膜７に加えて、他の保護膜（図示しない）を設けてもよい。ここでいう他の保護膜とは、例えば厚さ５００〜１０００ｎｍ程度のＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）膜等や、厚さ１００〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素や酸窒化ケイ素等からなるガスバリア性の膜を好ましく挙げることができる。
【００７０】
以上説明した本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、ＲＦスパッタリング法で成膜したアモルファス酸化物膜４’はキャリア濃度の低い絶縁膜として成膜されるが、その後に保護膜７をＲＦスパッタリング法で成膜することによって、そのＲＦスパッタリングがアモルファス酸化物膜４’に負荷（ダメージ）を与えるので、予め成膜されたアモルファス酸化物膜４’のキャリア濃度が増して半導体化する。その結果、従来のような高温アニールが不要となり、耐熱性に劣る基板上に薄膜トランジスタを製造できるとともに、製造コストも低減できる。
【実施例】
【００７１】
代表的な例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。なお、本発明は以下の例に限定解釈されることはない。
【００７２】
［実施例１］
図１に示す薄膜トランジスタ１０を作製した。先ず、厚さ７００μｍのガラスを基板１として準備し、その基板１上の全面に厚さ１５０ｎｍのアルミニウム膜をＤＣスパッタリング法で成膜し、ゲート電極膜とした。このときのＤＣスパッタリング法は、出力５００Ｗ、圧力０．５Ｐａ、アルゴンガス１００％の条件下で成膜した。その後、レジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、アルミニウム膜がゲート電極２となるように所定のパターンでパターニングした（図４（Ａ）参照）。
【００７３】
次に、ゲート電極２を覆うように、全面に、厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素をゲート絶縁膜３として全面に形成した。このゲート絶縁膜３は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、８インチのＳｉＯ２ターゲットに投入電力２．０ｋＷ（＝３Ｗ／ｃｍ２）、圧力０．３Ｐａ、酸素ガス１００％の条件で成膜した（図４（Ｂ）参照）。
【００７４】
次に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎが１：１：１のＩｎＧａＺｎＯ系アモルファス酸化物膜（ＩｎＧａＺｎＯ４）を厚さ２５ｎｍとなるように形成した。アモルファス酸化物膜４’は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、出力５００Ｗ、圧力０．４Ｐａ、酸素ガス１００％の条件下で、４インチのＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲットを用いて形成した。その後、レジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、所定のパターンにパターニングした（図４（Ｃ）参照）。なお、得られたアモルファス酸化物膜４’が、Ｘ線回折測定で、特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示すアモルファス相であることは、株式会社リガク社製の「ＳｍａｒｔＬａｂ」で確認した。なお、パターニングした後のアモルファス酸化物膜４’はこの段階では高抵抗の絶縁膜であり、そのキャリア濃度はホール効果測定でも測定できなかった。
【００７５】
次に、アモルファス酸化物膜４’上に、Ｔｉ膜を厚さ２００ｎｍとなるようにＤＣスパッタリング法で形成した。チタン膜は、ＤＣスパッタリング装置を用い、出力９００Ｗ、圧力０．５Ｐａ、アルゴンガス１００％の条件下で成膜した。その後、レジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、Ｔｉ膜がソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄとなるように所定のパターンにパターニングした。このソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄは、ゲート絶縁膜３上であってゲート電極２の中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した（図４（Ｄ）参照）。なお、Ｔｉは、下地のアモルファス酸化物膜４’にダメージを与えないＤＣスパッタリングで成膜されるので、アモルファス酸化物膜４’のキャリア濃度が漸増することはない。
【００７６】
次に、上記したアモルファス酸化物膜４’を含む全面に二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を保護膜として厚さ１００ｎｍ成膜した。成膜は、アモルファス酸化物膜４’と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、出力５００Ｗ、圧力０．４Ｐａ、酸素ガス１００％の条件下で、４インチのＳｉＯ２ターゲットを用いて形成した（図４（Ｅ）参照）。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によってキャリア濃度が〜１×１０１３ion／ｃｍ３にまで漸増して酸化物半導体膜４となった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００７７】
［実施例２］
実施例１のアモルファス酸化物膜４’の成膜工程において、アモルファス酸化物膜４’の成膜圧力を０．６Ｐａに変更した条件下で行った。それ以外は実施例１と同様にして、実施例２に係る薄膜トランジスを作製した。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によってキャリア濃度が２．２×１０１５ion／ｃｍ３に漸増して酸化物半導体膜４となった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００７８】
［実施例３］
実施例１のアモルファス酸化物膜４’の成膜工程において、アモルファス酸化物膜４’の成膜圧力を０．２Ｐａに変更した条件下で行った。それ以外は実施例１と同様にして、実施例３に係る薄膜トランジスを作製した。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によってキャリア濃度が〜１×１０１５ion／ｃｍ３に漸増して酸化物半導体膜４となった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００７９】
［実施例４〜７］
実施例３のアモルファス酸化物膜４’の成膜工程において、アモルファス酸化物膜４’の成膜条件を酸素ガス１００％から、９０％、８０％、７０％、６３％にそれぞれ変更した条件下で行った。なお、残りのガスはアルゴンである。それ以外は実施例３と同様にして、実施例４〜７に係る薄膜トランジスを作製した。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によってキャリア濃度が、それぞれ、３．３×１０１４ion／ｃｍ３（９０％）、８．９×１０１５ion／ｃｍ３（８０％）、６．７×１０１７ion／ｃｍ３（７０％）、３．９×１０１８ion／ｃｍ３（６３％）に漸増して、それぞれ酸化物半導体膜４となった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００８０】
［実施例８］
上記したアモルファス酸化物膜４’と同じ酸化物膜を保護膜７として全面に成膜した。すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎが１：１：１のＩｎＧａＺｎＯ系アモルファス酸化物膜（ＩｎＧａＺｎＯ４）を厚さ２００ｎｍとなるように形成した。アモルファス酸化物膜４’の場合と同様に、アモルファス酸化物膜４’をＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、出力５００Ｗ、圧力０．４Ｐａ、酸素ガス１００％の条件下で、ＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲットを用いて形成した（図４（Ｅ）参照）。それ以外は実施例１と同様にして、実施例８に係る薄膜トランジスを作製した。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によって半導性を有するものとなり、酸化物半導体膜４となった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００８１】
［実施例９］
実施例１では、パッシベーション膜を設けないボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａを成膜したが、この実施例９では、図２に示すように、パッシベーション膜５を設けたボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｂを作製した。アモルファス酸化物膜４’の成膜工程とソース・ドレイン電極６Ｓ，６Ｄの成膜工程との間に、パッシベーション膜５の成膜工程を加えただけで、他の成膜種及び成膜条件等は実施例１と同じとし、図２に示す薄膜トランジスタ１０Ｂを作製した。なお、パッシベーション膜５の成膜は、成膜材料として酸化珪素を用い、ＲＦスパッタリング法で成膜した。
【００８２】
［実施例１０］
実施例１では、ボトムゲート・トップコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ａを成膜したが、この実施例１０では、図３に示すボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ１０Ｃを作製した。成膜順が一部異なるだけで、成膜条件等は実施例１と同じとし、図３に示す薄膜トランジスタを作製した。
【００８３】
［比較例１］
実施例１において、保護膜７をＤＣスパッタリングで成膜した。それ以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る薄膜トランジスタを作製した。アモルファス酸化物膜４’は、保護膜７の成膜によってもキャリア濃度が変化せず、アモルファス酸化物膜４’は依然として絶縁性のままであった。そのときの結晶構造は、Ｘ線回折測定で特定の結晶性ピークを有さないブロード構造を示した。
【００８４】
［各スパッタリング条件に因るキャリア濃度の評価実験］
キャリア濃度は、次のような実験によっても評価できる。先ず、実施例１で用いた厚さ７００μｍのガラスを１ｃｍ四方に切り出したものを基板１とした。次に、その基板１上に、ＩＧＺＯからなるアモルファス酸化物膜４’を厚さ２５μｍ形成し、次いで、図５に示すように、各コーナーに１ｍｍ四方のＴｉ電極６を厚さ２００ｎｍで形成した。次いで、露出しているアモルファス酸化物膜４’上に二酸化珪素からなる保護膜７を厚さ１００ｎｍで形成して測定用試料とした。各実験の成膜条件は実施例１の成膜条件を基本とし、変動させた条件（酸素ガスの割合、成膜圧力）は表１のとおりとした。なお、酸素ガス以外の成膜ガスは、アルゴンと酸素とした。表１中の（＊）は、移動度を１０ｃｍ２／Ｖ・ｓとし、１／ρ＝ｅｎμの式より、比抵抗値から算出した。ここで、ρは比抵抗値（実測値）、ｅは電荷素量（１．６×１０−１９Ｃ）、ｎはキャリア濃度、μは移動度（１０ｃｍ２／Ｖ・ｓ）である。
【００８５】
【表１】
2012186383.tif 000003
【００８６】
表１に示すキャリア濃度の値から判断して、アモルファス酸化物膜４’を低温プロセスであるＲＦスパッタリング法で成膜することが好ましいとされる条件は、酸素ガス８０％以上、圧力０．２〜０．６Ｐａであることが分かった。
【００８７】
［可視光透過性、紫外光遮光性の評価］
実施例１で成膜した保護膜７の透過率を、光透過率及び反射率スペクトル測定装置（ＦｉｌｍＴｅｋ３０００、ＳＣＩ社製）によって測定した。その結果を図６に示す。この結果から、保護膜７の透過率は、３８０ｎｍまでは低く、８０％未満であるのに対し、それを超える可視光領域では、８０％以上の透過率となり、保護膜７は紫外光領域で良好な遮光特性を示し、可視光領域で良好な光透過性を示すことが確認できた。
【符号の説明】
【００８８】
１  基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁膜
４  酸化物半導体膜
４’  アモルファス酸化物膜
４Ａ  酸化物半導体膜のチャネル領域
４Ｂ  酸化物半導体膜の拡散領域（ソース・ドレイン電極接続部）
５  パッシベーション膜
５’  ソース・ドレイン電極間で露出したパッシベーション膜
６  ソース・ドレイン電極
６Ｓ  ソース電極
６Ｄ  ドレイン電極
７  保護膜
１０  薄膜トランジスタ
１０Ａ，１０Ｂ  薄膜トランジスタ（ボトムゲート・トップコンタクト構造）
１０Ｃ  薄膜トランジスタ（ボトムゲート・ボトムコンタクト構造）
【図１】
2012186383.tif 000004
【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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