(57)【要約】【課題】電気特性の低下を抑制できる酸化物半導体薄膜を提供する。【解決手段】Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）及びＯ（酸素）を含む酸化物半導体薄膜であって、１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の光吸収係数をαＢ、及び前記光吸収係数のサンプリング数をｎとしたときに、光吸収係数の変化率（＝Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ）が２．０以下であることを特徴とする酸化物半導体薄膜。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）及びＯ（酸素）を含む酸化物半導体薄膜であって、
１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の光吸収係数をαＢ、及び前記光吸収係数のサンプリング数をｎとしたときに、光吸収係数の変化率（＝Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ）が２．０以下であることを特徴とする酸化物半導体薄膜。
【請求項２】
Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及び希土類元素から選択される少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項３】
Ａｌ（アルミニウム）及びＴｉ（チタン）から選択される少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項４】
前記酸化物半導体薄膜中の、全金属元素に対するＩｎ、Ｚｎ及びＳｎの原子比が、以下の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
０＜Ｉｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｚｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｓｎ／（全金属２元素）≦０．５０
【請求項５】
前記可視光照射の条件が、１．１２×１０−７Ｗ／ｃｍ２の強度の白色光を２５℃で１時間照射である請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
【請求項６】
成膜時の雰囲気中の酸素分圧の変動を５％未満とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
成膜時の雰囲気中の水分圧の変動を１０％未満とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタであって、
ΔＶｔｈの絶対値が、０．５Ｖ以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体薄膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成された非晶質系又は結晶系のシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）等にも利用されている。
近年、シリコン半導体に替わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。尚、本明細書等では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体とよぶ。
【０００３】
例えば特許文献１及び特許文献２においては、酸化物半導体として、酸化亜鉛、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子等に用いる技術が開示されている。
【０００４】
また、非特許文献１においては、非晶質のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜において、１×１０２０／ｃｍ３以上の非常に高密度の欠陥準位が観察され、熱処理によりほぼ半減すると報告がなされている。
【０００５】
さらに、特許文献３においては、４００ｎｍ乃至８００ｎｍの波長範囲において、一定光電流法（ＣＰＭ法：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｐｈｏｔｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）で観測される光吸収を有し、当該光吸収において、バンドテイルによる光吸収を除くことにより得られる欠陥準位の吸収係数が５×１０−２／ｃｍ以下である酸化物薄膜が、光照射に対して安定性の高い薄膜や装置を提供することができるとある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１４−２０９５７４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２１−６３３．
【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、電気特性の低下を抑制できる酸化物半導体薄膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先行技術文献が示すように、酸化物半導体膜は、光照射に対し様々な影響を受ける。特に、酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、光負バイアス劣化とよばれる現象を有することが知られている。例えば、当該トランジスタのチャネル形成領域に光を照射しつつ、ゲートに負バイアスを印加し、熱ストレスを加えると、光−負バイアス−熱ストレス試験においては、閾値電圧が変動してしまう。特に、酸化物半導体膜において、欠陥準位密度が非特許文献１に示されるような大きい値であると、これを用いたトランジスタでは、閾値電圧が大きく変動してしまうことがある。このようなトランジスタの電気特性の変動は、これを用いた半導体装置の信頼性を低下させる要因となる。
【００１０】
酸化物半導体はワイドギャップで可視光に対して透明であり、当初、ディスプレイ駆動用トランジスタとして使用した場合に、バックライトや外光による動作不良がないと期待されていた。しかしながら実際には半導体のバンドギャップ内に僅かに存在する吸収成分によって、Ｏｎ／Ｏｆｆの閾値がシフトする現象が認められ、シリコン系ＴＦＴと同様に遮光膜が必要である。この僅かな吸収を検知するにはＣＰＭ等の高感度な評価法によれば、半導体のギャップ内変化を捉えることができる。酸化物半導体のギャップ内準位の帰属に関しては、金属の結合の乱れ、酸素欠損等諸説ある。
発明者らは各種酸化物半導体のＣＰＭスペクトルと閾値シフトの関係を鋭意検討した結果、１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の光吸収係数をαＢ、サンプリング数をｎとしたときに、Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ≦２．０の関係を満足すれば、トランジスタ動作時の閾値電圧シフトが抑制され、バックライトや外光による動作不良の問題が解決することを見出した。
【００１１】
本発明によれば、以下の酸化物半導体薄膜が提供される。
１．Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）及びＯ（酸素）を含む酸化物半導体薄膜であって、
１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の光吸収係数をαＢ、及び前記光吸収係数のサンプリング数をｎとしたときに、光吸収係数の変化率（＝Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ）が２．０以下であることを特徴とする酸化物半導体薄膜。
２．Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及び希土類元素から選択される少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする１に記載の酸化物半導体薄膜。
３．Ａｌ（アルミニウム）及びＴｉ（チタン）から選択される少なくとも１種以上の元素を含むことを特徴とする１又は２に記載の酸化物半導体薄膜。
４．前記酸化物半導体薄膜中の、全金属元素に対するＩｎ、Ｚｎ及びＳｎの原子比が、以下の範囲内であることを特徴とする１〜３のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
０＜Ｉｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｚｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｓｎ／（全金属２元素）≦０．５０
５．前記可視光照射の条件が、１．１２×１０−７Ｗ／ｃｍ２の強度の白色光を２５℃で１時間照射である１〜４のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜。
６．成膜時の雰囲気中の酸素分圧の変動を５％未満とすることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
７．成膜時の雰囲気中の水分圧の変動を１０％未満とすることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
８．１〜５のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタであって、
ΔＶｔｈの絶対値が、０．５Ｖ以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電気特性の低下を抑制できる酸化物半導体薄膜が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＣＰＭ評価用サンプルの概略図である。
【図２】実施例１−光照射前後のＣＰＭスペクトル（ＩＴＺＯ）図である。
【図３】実施例１−光照射前後の伝達特性（ＩＴＺＯ）図である。
【図４】比較例１−光照射前後のＣＰＭスペクトル（ＩＧＺＯ）図である。
【図５】比較例１−光照射前後のＣＰＭスペクトル（ＩＧＺＯ）図である。
【図６】本発明の一実施形態のボトムゲート型薄膜トランジスタの例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
本発明の酸化物半導体薄膜は、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）及びＯ（酸素）を含み、１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の光吸収係数をαＢ、及び光吸収係数のサンプリング数をｎとしたときに、光吸収係数の変化率（＝Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ）が２．０以下であることを特徴とする。
酸化物半導体薄膜がΣ（αＢ／αＡ）÷ｎ≦２．０を満たすことで、光照射によるストレスによっても欠陥濃度の変化が少なくなり、当該酸化物半導体薄膜を用いたトランジスタの閾値シフトを小さくすることができる。Σ（αＢ／αＡ）÷ｎの値は、好ましくは１．６以下、より好ましくは１．３以下である。
【００１６】
本発明において、光吸収係数の変化率とは、半導体の動作信頼性に関係するバンドギャップ内の微小な光吸収の変化を、光照射の前後でＣＰＭ法により求め、平均したものをいい、下記式で表される。
光吸収係数の変化率＝Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ
具体的には、可視光照射前の光吸収係数をαＡ、可視光照射後の平均吸収係数をαＢとしたときに、αＢ／αＡは、同一波長における可視光照射後の光吸収係数αＢを可視光照射前の光吸収係数αＡで除した値である。Σ（αＢ／αＡ）÷ｎは、αＢ／αＡを各波長ごとに算出した総和を、サンプリング数ｎで割って平均化したものである。
本発明の酸化物半導体の場合は、１．４〜２．９ｅＶに相当するエネルギーの吸収率の変化が、半導体の動作信頼性に関係があるため、以下のように計算するとよい。
光吸収係数の変化率＝Σ（αＢ／αＡ）÷３１
上記は、αＡ及びαＢは１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲で０．０５ｅＶおきに測定した場合である。式中の「３１」は、サンプリングを１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲で０．０５ｅＶおきに光吸収係数を評価した場合であり、サンプリング数によって変化する。
サンプリング数ｎは例えば５〜１００の任意の数字とすることができる。
【００１７】
上記可視光照射の条件は、例えば１．１２×１０−７Ｗ／ｃｍ２の強度の白色光を２５℃で１時間照射である。
【００１８】
Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ≦２．０を満たすため、酸化物半導体薄膜は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＯを含み、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及び希土類元素から選択される１種以上の元素をさらに含むと好ましく、Ａｌ（アルミニウム）、及びＴｉ（チタン）から選択される１種以上の元素をさらに含むとより好ましい。
ここで希土類元素としては、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）が挙げられる。
【００１９】
本発明の酸化物半導体薄膜は、本質的にＩｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（スズ）及びＯ（酸素）、並びに任意元素（Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及び希土類元素から選択される１種以上）からなって（consisting essentially of）もよく、本質的にＩｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｎ（スズ）及びＯ（酸素）、並びに任意元素（Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）及び希土類元素から選択される１種以上）からなっていてもよい。
本発明の酸化物半導体薄膜は、例えば、９０原子％以上、９５原子％以上、又は９８原子％以上が、上記元素であってもよい。また、本発明の酸化物半導体薄膜は、上記元素のみからなってもよい（consisting of）。のみからなる場合、不可避不純物元素を含んでもよい。
【００２０】
酸化物半導体薄膜は、酸化物半導体薄膜中の全金属元素に対するＩｎ、Ｚｎ及びＳｎの原子比が、以下の範囲内であると好ましい。
０＜Ｉｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｚｎ／（全金属元素）≦０．７５
０＜Ｓｎ／（全金属元素）≦０．５０
また、酸化物半導体薄膜中の、全金属元素に対するＩｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉの原子比が、以下の範囲内であるとより好ましい。
０．２≦Ｉｎ／（全金属元素）≦０．５９
０．２≦Ｚｎ／（全金属元素）≦０．５
０．２≦Ｓｎ／（全金属元素）≦０．４
０．０１≦（Ａｌ＋Ｔｉ）／（全金属元素）≦０．２
【００２１】
これらの元素が好ましい理由は、酸化物半導体として動作する元素の組合せを満足した上で、酸素との結合の安定性や、ターゲット材料の焼結密度も高くできるためである。ターゲットの焼結密度が低い場合、スパッタ時の酸素分圧が安定せず、得られる酸化物半導体薄膜中の酸素濃度にバラつきが発生するおそれがある。そして、このようにして得られた酸化物半導体薄膜は、可視光を吸収し、ギャップ内に新たな準位を形成しやすい。
【００２２】
本発明の酸化物半導体薄膜は、本質的に上記の元素からなっており、本発明の効果を損なわない範囲で不可避不純物を含んでいてもよい。「本質的」とは、例えば酸化物半導体薄膜の９５原子％以上１００原子％以下（好ましくは９８原子％以上１００原子％以下）が上記の元素であることを意味する。
【００２３】
本発明の酸化物半導体薄膜は、上記元素をからなるスパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により成膜できる。
Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ≦２．０を満たすため、スパッタリングターゲットをスパッタする際において、スパッタ雰囲気中の酸素分圧を一定にすると好ましい。酸化物半導体薄膜を成膜中の酸素分圧の変動を５％未満とすると好ましい。酸素分圧はマスフロー等で管理することで、酸素分圧の変動を５％未満に保つことができる。同様に、Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ≦２．０を満たすため、スパッタリングターゲットをスパッタする際において、スパッタ雰囲気中の水分圧を一定にすると好ましい。酸化物半導体薄膜を成膜中の水分圧の変動を１０％未満とすると好ましい。
酸化物半導体薄膜の成膜中の水分圧は、積極的に水を導入する時以外は残留水分が影響するため、より注意が必要となる。スパッタ中の残留水分は、通常、成膜が進行するにつれて徐々に減少する。水分は活性酸素として酸化物薄膜中に取り込まれるが、これが半導体薄膜中に濃度分布をもって存在するようになると、可視光照射によってギャップ内の準位を生成しやすくなる。
【００２４】
次に酸化物半導体のギャップ内準位を測定する方法について説明する。
光電流一定法（ＣＰＭ）は光電流を一定にすることで、光エネルギーと測定試料の吸収係数の関係から、ギャップ内準位の電子状態を表す準位、及びサブギャップ領域での欠陥準位を評価できる。
光源から出てくるタングステンハロゲンランプの白色光をモノクロメータ、フィルタにより単色光に変換する。次にチョッパを介して単色光を作製し、集光して測定試料に照射する。このとき、光を吸収する二つの準位が存在しているため光吸収が起き、測定試料の酸化物半導体は光吸収すると光電流が流れ、この電流値をチョッパと同期させた後、ロックインアンプを用いて測定する。
【００２５】
酸化物半導体に光を照射して半導体が光を吸収する場合、光の吸収は下記式（１）に従う。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｄ）  ・・・（１）
（式中、Ｉ：光透過強度、Ｉ０：光入射強度、α：光吸収係数（ｃｍ−１）、ｄ：膜厚（ｃｍ））
【００２６】
吸収された光は、電界を印加して収集することで光電流（Ｉｐｈ）として計測される。当該光電流は一般的に下記式（２）で表される。
Ｉｐｈ＝ｑＮ（Ｅ）（１−Ｒ）［１−ｅｘｐ（−αｄ）］ημτＥ  ・・・（２）
（式中、ｑ：電荷素量（Ｃ）、Ｎ（Ｅ）：入射フォトン束（１／ｓ  ｃｍ２）、Ｒ：反射係数、α：光吸収係数（ｃｍ−１）、ｄ：膜厚（ｃｍ）、η：量子効率、μ：移動度（ｃｍ２／Ｖｓ）、τ：キャリア寿命（ｓ）、Ｅ：電界（Ｖ／ｃｍ））
【００２７】
このとき光電流を一定にすることで、フェルミの位置に敏感であるキャリア寿命を一定にすることができる。以上の条件の下、下記結果が得られる。当該測定で得られたデータから、横軸に波長、縦軸に光吸収係数αをプロットしてＣＰＭデータとする。
α＝Ｃｏｎｓｔ／Ｎ（Ｅ）
（式中、Ｃｏｎｓｔは定数）
【００２８】
本発明の酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタは、閾値シフト（Ｖｔｈ）の絶対値が０．５Ｖ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．４Ｖ以下、さらに好ましくは、０．２Ｖ以下である。０．５Ｖを超えると、ディスプレイの表示不良の問題が生じるおそれがある。
【００２９】
本発明の薄膜トランジスタは、本発明の酸化物半導体薄膜を備える薄膜トランジスタであり、好ましくは本発明の酸化物半導体薄膜をチャネル層として備える。
チャネル層が、本発明の酸化物半導体薄膜からなることにより、閾値シフトの小さい薄膜トランジスタが得られる。
【００３０】
図６は、本発明の一実施形態であるボトムゲート逆スタガ型薄膜トランジスタの例を示す概略断面図である。
薄膜トランジスタは、ゲート電極付き基板２０上に、ソース電極５０及びドレイン電極６０が形成されている。ゲート絶縁膜３０は、ゲート電極２０と接して形成されている。ゲート絶縁膜３０の上には、ソース電極５０とドレイン電極６０が形成され、ソース電極５０とドレイン電極６０の間には、チャネル層４０が形成されている。チャネル層４０はゲート絶縁膜３０に接している。ソース電極５０、ドレイン電極６０、チャネル層４０を覆って保護絶縁膜層７０が形成されている。チャネル層４０は、ゲート絶縁膜３０と保護絶縁膜層７０の間にあって、これら層と接している。
【００３１】
ここで、チャネル層とは、ゲート電極に相対しゲート絶縁膜に接する半導体の内、ソース電極とドレイン電極に挟まれる領域であり、半導体の膜厚を有する。より具体的には、半導体膜の膜厚、チャネル長（ソース電極とドレイン電極の間隔）及びチャネル幅（ソース電極とドレイン電極の幅）で領域の範囲が規定される。
【００３２】
本発明の薄膜トランジスタの各層の積層構成、チャネル層となる酸化物半導体薄膜を除く各層の材料、成膜方法、パターニング方法、膜厚等は特に制限されず、目的とするＴＦＴ性能に応じて適宜設計すればよい。
【００３３】
例えば、その上にＴＦＴを作製するための基材としては、基材とゲート電極を兼ねる材料を用いてもよいが、基材と電極を異なる材料としてもよい。この場合、絶縁性の基材が好ましい。このような基材としては、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラス等、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基材等に代表されるガラス基材、セラミック基材の他、後述する本発明に係る薄膜トランジスタの製造工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基材等が挙げられる。また、ステンレス合金等の金属基材の表面に絶縁膜を設けた基板を適用してもよい。
【００３４】
基材がマザーガラスの場合、基材の大きさは、第１世代（３２０ｍｍ×４００ｍｍ）、第２世代（４００ｍｍ×５００ｍｍ）、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、又は７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１０００ｍｍ×１２００ｍｍ又は１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ）、第６世代１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、第７世代（１９００ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２４５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等を用いることができる。
【００３５】
基材に下地膜として絶縁膜を形成してもよい。下地膜は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、又は窒化酸化珪素膜を単層又は積層で形成する。
さらに、熱酸化膜付きシリコン基板を、ゲート絶縁膜及びゲート電極付きの基板とみなすこともできる。この場合、ゲート絶縁膜が熱酸化膜であり、ゲート電極をシリコンとする。
【００３６】
ゲート絶縁膜の材料としては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，ＳｉＯＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３，ＡｌＮ等の化合物が挙げられる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ３，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＮｘ，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ３，ＣａＨｆＯ３である。尚、上記の酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい（例えば、ＳｉＯ２でもＳｉＯｘでもよい）。
【００３７】
ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極を形成する材料に特に制限はなく、一般に用いられている材料を任意に選択することができる。例えば、ＩＴＯ，酸化インジウム亜鉛，ＺｎＯ，ＳｎＯ２等の透明電極や、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ等の金属電極、又はこれらを含む合金の金属電極を用いることができる。また、ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極の各電極は、異なる２層以上の導電層を積層した多層構造とすることもできる。特にソース・ドレイン電極は低抵抗配線への要求が強いため、ＡｌやＣｕ等の良導体をＴｉやＭｏ等の密着性に優れた金属でサンドイッチして使う場合がある。
【００３８】
保護絶縁膜を形成する材料としては、酸素透過性を有する絶縁膜（以下、酸素透過性絶縁膜と略記する場合がある。）であることが望ましい。
酸素透過性絶縁膜としては、例えばＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｋ２Ｏ，Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｒｂ２Ｏ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴａ２Ｏ６，ＳｒＴｉＯ３等の膜が挙げられる。これらのなかでも、好ましくはＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，Ｙ２Ｏ３，Ｈｆ２Ｏ３，ＣａＨｆＯ３であり、より好ましくはＳｉＯ２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）。酸素透過性絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いて形成する。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。
【００３９】
また、プラズマＣＶＤ法において、前記基板を２５０〜４５０℃の範囲、好ましくは３００〜４００℃の範囲、より好ましくは３５０℃に保持し、原料ガス（ＳｉＨ４：Ｎ２Ｏ：Ｎ２）の比を1：１０：１０〜1：１００：１００の割合で５０〜３００Ｐａの圧力で導入して、厚さ１００〜３００ｎｍの保護絶縁膜を形成してもよい。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
酸化物半導体ターゲットとして４インチのＩｎＳｎＺｎＯ（Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝４５：２０：３５（原子比））を使用し、ＤＣスパッタリングを行って、コーニングのｅａｇｌｅガラス上に厚さ２９３．４ｎｍのＩＴＺＯ薄膜を得た。
このときの成膜条件は、成膜ガス圧０．５Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝１００：０．５（分圧比））、投入電力１００Ｗ、基板温度室温とした。成膜中の分圧は四重極形質量分析計（ＱＭＳ）を使ってモニターし、酸素分圧は常に５％未満の変動であることを確認した。残留水分の分圧は成膜開始時は５×１０―４Ｐａ、成膜終了後は４．７×１０−４Ｐａであった。
このようにして得られたＩＴＺＯ膜上に櫛形のＭｏ電極をマスク蒸着し（図１）、積層体１を得た。その後、膜質を安定化させるため、空気中３５０℃、１時間の条件でアニールした。
【００４２】
この積層体１のＭｏ電極同士の間に３０Ｖのバイアスを印加し、４００〜９５０ｎｍの波長の光を、光電流が一定になるように長波長から短波長に向かって照射した。光量は０．５〜１．２×１０−７Ｗ／ｃｍ２の範囲で制御した。次に、この積層体１に１．１２×１０−７Ｗｃｍ−２の強度の白色光を２５℃、１時間の条件で照射し、再度ＣＰＭスペクトルを測定した。このようにして得た白色光照射前後のＣＰＭスペクトルを図２に示す。
【００４３】
光照射前後の吸収係数の平均変化は、光照射前の１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、光吸収係数をαＡと定義し、光照射後の１．４ｅＶ〜２．９ｅＶの範囲における、光吸収係数をαＢと定義したとき、光吸収係数の変化率Σ（αＢ／αＡ）÷ｎは、１．２１となった。
尚、αＡ及びαＢは、下記式から算出した：
αＡ／αB＝Σ（照射後α／照射前α）／ｎ      ｎ＝３１（サンプリングは０．０５ｅＶ）
【００４４】
また、ボトムゲート電極にＣｒ、チャネルに光吸収係数の評価に用いたＩｎＳｎＺｎＯ（Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝４５：２０：３５（原子比））を用いて、積層体１と同じ成膜条件でスパッタして得た薄膜、ソース・ドレイン電極にＭｏを使用して、逆スタガ型トランジスタを作製し、光照射前後のＴＦＴ伝達特性を評価した。チャネル幅は０．３ｍｍ、チャネル長は７２．３ｍｍとした。
光照射条件は、積層体１に対して行った条件と同一とした。伝達特性の測定は、ゲート電極を−５Ｖから５Ｖまで変化させ、ソース電圧を１Ｖ一定とした。このようにして得られた伝達特性において、電流値が１０−８Ａを超えるゲート電圧の値をＶｔｈと定義した。その結果、光照射前後でＶｔｈ＝−０．２５Ｖと小さな変化に留まった。結果を図３に示す。
【００４５】
実施例２
酸化物半導体ターゲットとして出光興産社製の４インチのＩｎＳｎＺｎＯ（Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝３０：１０：６０（原子比））を使用し、ＤＣスパッタリングを行って、コーニングのｅａｇｌｅガラス上に厚さ２８０．５ｎｍのＩＴＺＯ薄膜を得た。
このときの成膜条件は、成膜ガス圧１．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝１：１（分圧比））、投入電力８０Ｗ、基板温度１５０℃とした。成膜中の分圧はＱＭＳを使ってモニターしたが、酸素分圧はターゲットの密度が９０％と小さかったため、マスフローは固定していたが、成膜前後で８％の違いが生じた。残留水分の分圧は成膜開始時は５．０×１０−４Ｐａ、成膜終了後は４．７×１０−４Ｐａであった。
このようにして得られたＩＴＺＯ膜上に櫛形のＭｏ電極をマスク蒸着し、積層体２を得た（図示せず）。
【００４６】
この積層体２についても実施例１と同様にして可視光照射前後でのＣＰＭを評価した。
その結果、Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ＝１．６０となった。
【００４７】
さらに実施例１と同様にして可視光照射前後のＴＦＴの伝達特性を評価した。その結果、可視光照射前後でＶｔｈ＝−０．３Ｖの小さな増加が認められた。
【００４８】
比較例１
酸化物半導体ターゲットとして出光興産社製の４インチのＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子比））を使用し、ＤＣスパッタリングを行って、コーニングのｅａｇｌｅガラス上に厚さ３６５ｎｍのＩＧＺＯ薄膜を得た。
このときの成膜条件は、成膜ガス圧１．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝１：０．０３（分圧比））、投入電力３００Ｗ、基板温度室温とした。成膜中の分圧はＱＭＳを使ってモニターし、酸素分圧は常に５％未満の変動であった。残留水分の分圧は成膜開始時は５．０×１０−４Ｐａ、成膜終了後は４．７×１０−４Ｐａであった。
このようにして得られたＩＧＺＯ膜上に櫛形のＭｏ電極を実施例１と同様にマスク蒸着し、積層体３を得た（図示せず）。
【００４９】
この積層体３に対して実施例１と全く同様にして可視光を照射し、可視光照射前後のＣＰＭを評価した。結果を図４に示す。その結果、
Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ＝２．０７となった。
【００５０】
また、ボトムゲート電極にＣｒ、チャネルに光吸収係数の評価に用いたＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子比））を用いて、積層体３と同じ成膜条件でスパッタして得た薄膜、ソース・ドレイン電極にＭｏを使用して、逆スタガ型トランジスタを作製し、光照射前後のＴＦＴ伝達特性を評価した。
光照射条件は実施例１と同じとした。伝達特性の測定は、ゲート電極を−５Ｖから５Ｖまで変化させ、ソース電圧を１Ｖ一定とした。このようにして得られた伝達特性において、電流の立ち上がり電圧をＶｔｈと定義した。その結果、光照射前後でＶｔｈ＝−０．７５Ｖと大きなマイナスシフトが認められた（図５）。
【００５１】
比較例２
酸化物半導体ターゲットとして実施例１と同じＩｎＳｎＺｎＯ（Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝４５：２０：３５（原子比））ターゲットを使用し、ＤＣスパッタリングを行って、コーニングのｅａｇｌｅガラス上に厚さ２９０ｎｍのＩＴＺＯ薄膜を得た。
このときの成膜条件は、実施例１と同様にした。成膜中の分圧はＱＭＳを使ってモニターし、酸素分圧は常に５％未満の変動であった。ただし、到達真空度に達する前の状態でスパッタを開始したため、残留水分の分圧は成膜開始時は０．００２Ｐａだったが、成膜終了後は０．０００５Ｐａまで減少した。
このようにして得られたＩＴＺＯ膜上に櫛形のＭｏ電極を実施例１と同様にマスク蒸着し、積層体４を得た（図示せず）。
【００５２】
この積層体４に対して実施例１と同様にして可視光照射前後の吸収率の変化を求めた結果、Σ（αＢ／αＡ）÷ｎ＝２．６０となった。
【００５３】
また、実施例１と同様にして可視光照射前後のＶｔｈを評価したところ、Ｖｔｈ＝−０．７Ｖと大きな値を示した。
【００５４】
【表１】
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【符号の説明】
【００５５】
２０  ゲート電極を兼ねる基板
３０  ゲート絶縁膜
４０  チャネル層
５０  ソース電極
６０  ドレイン電極
７０  保護絶縁膜
【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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