(57)【要約】【課題】有機系ゲート絶縁膜を有し、かつ有機系ゲート絶縁膜中の不純物のチャネル層への侵入が防止された薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜トランジスタ１０は、基板１の表面に、ゲート電極２、有機物絶縁層３、金属酸化物絶縁層４及びチャネル層６がこの順に配置され、該チャネル層６の表面にソース電極７及び前記ドレイン電極８が配置された構成となっている。これら有機物絶縁層３と金属酸化物絶縁層４とにより、ゲート絶縁層５が構成されている。この薄膜トランジスタ１０は、有機物絶縁層３とチャネル層６との間に金属酸化物絶縁層４が介在しているため、有機物絶縁層３中の不純物がチャネル層６に侵入することが防止される。この有機物絶縁層３の厚みを大きくすることにより、ゲート絶縁層５全体の厚みを容易に大きくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、チャネル層及び該ゲート電極と該チャネル層との間に介在するゲート絶縁層を有する薄膜トランジスタにおいて、
該ゲート絶縁層は、該ゲート電極側に位置する有機物絶縁層と、該チャネル層側に位置する金属酸化物絶縁層とからなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
請求項１において、基板の表面に、前記ゲート電極、前記有機物絶縁層、前記金属酸化物絶縁層及び前記チャネル層がこの順に形成され、該チャネル層の表面に前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記有機物絶縁層はポリマーよりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項３において、前記有機物絶縁層は、ポリイミド、ポリビニルフェノール、アクリル樹脂及びフッ素系樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記金属酸化物絶縁層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化チタン又は酸化窒化シリコンよりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記チャネル層がＡｌをドープしたＺｎＯ半導体もしくはＧａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＷのうち少なくとも１つ以上の金属をドープした酸化インジウム半導体よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項の薄膜トランジスタを製造する方法において、有機物含有溶液を塗布し、乾燥させることにより、前記有機物絶縁層を成膜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８】
請求項１ないし６のいずれか１項の薄膜トランジスタを製造する方法において、有機物含有溶液を塗布し、紫外線を照射して硬化させることにより、前記有機物絶縁層を成膜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９】
請求項７又は８において、酸素ガスを含む雰囲気にて、金属ターゲット又は金属酸化物ターゲットをスパッタすることにより、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極、前記チャネル層及び前記金属酸化物絶縁層の少なくも１つを成膜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１０】
請求項９において、前記ターゲットにパルス電圧を印加してスパッタ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１１】
請求項９又は１０において、複数個の前記ターゲットにパルス電圧を交互に間欠的に印加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１２】
請求項１１において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ターゲットのチャージングを防止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１３】
請求項９ないし１２のいずれか１項において、スパッタ時における金属の放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とする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、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、チャネル層及び該ゲート電極と該チャネル層との間に介在するゲート絶縁層を有する薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低温プロセスで安価に製造することができる酸化物トランジスタの開発が盛んに行われている。この酸化物トランジスタとしては、ＺｎＯやＩｎＧａＺｎＯをチャネル層として用いたものなどの開発が進んでおり、アモルファスシリコンをチャネル層として用いた薄膜トランジスタを凌駕するトランジスタ特性も得られている（Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４３２（２００４），Ｐ．４８８）。例えば、特開２０００−１５０９００号には、チャネル層としてＺｎＯを用いたトランジスタが開示されている。
【０００３】
ところで、これらの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては、従来用いられている酸化シリコンや酸化アルミニウムの他、高誘電率材料として最近開発が進められている、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどが用いられている。これらのゲート絶縁膜は、主に無加熱でのスパッタ成膜法によって作製されている。低電圧での動作を目的とする場合、ゲート絶縁膜の厚みは数十ｎｍ程度でよいため、このスパッタ成膜法によっても十分な生産性を得ることができる。しかしながら、高電圧での動作などを目的とする場合、ミクロンオーダーの厚みのゲート絶縁膜が必要となる。このような厚みの大きいゲート絶縁膜を、上記のスパッタ成膜法で作製する場合、成膜に長時間を要し、生産性が極めて悪いという問題がある。
【０００４】
また、ゲート絶縁膜として、ポリイミドなどの有機系ゲート絶縁膜を塗布法によって作製することが知られている。この塗布法によって有機系ゲート絶縁膜を製造する場合、厚みの大きいゲート絶縁膜を容易に製造することができる。しかしながら、この有機系ゲート絶縁膜にあっては、絶縁膜中の不純物がチャネル層へ侵入し、トランジスタ特性を著しく劣化させるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１５０９００号
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４３２（２００４），Ｐ．４８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、有機系ゲート絶縁膜を有し、かつ有機系ゲート絶縁膜中の不純物がチャネル層へ侵入することが防止された薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明（請求項１）の薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、チャネル層及び該ゲート電極と該チャネル層との間に介在するゲート絶縁層を有する薄膜トランジスタにおいて、該ゲート絶縁層は、該ゲート電極側に位置する有機物絶縁層と、該チャネル層側に位置する金属酸化物絶縁層とからなることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の薄膜トランジスタは、請求項１において、基板の表面に、前記ゲート電極、前記有機物絶縁層、前記金属酸化物絶縁層及び前記チャネル層がこの順に形成され、該チャネル層の表面に前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の薄膜トランジスタは、請求項１又は２において、前記有機物絶縁層はポリマーよりなることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の薄膜トランジスタは、請求項３において、前記有機物絶縁層は、ポリイミド、ポリビニルフェノール、アクリル樹脂及びフッ素系樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種よりなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の薄膜トランジスタは、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記金属酸化物絶縁層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化チタン又は酸化窒化シリコンよりなることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の薄膜トランジスタは、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記チャネル層がＡｌをドープしたＺｎＯ半導体もしくはＧａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＷのうち少なくとも１つ以上の金属をドープした酸化インジウム半導体よりなることを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項７）の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１ないし６のいずれか１項の薄膜トランジスタを製造する方法において、有機物含有溶液を塗布し、乾燥させることにより、前記有機物絶縁層を成膜することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明（請求項８）の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１ないし６のいずれか１項の薄膜トランジスタを製造する方法において、有機物含有溶液を塗布し、紫外線を照射して硬化させることにより、前記有機物絶縁層を成膜することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項９の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項７又は８において、酸素ガスを含む雰囲気にて、金属ターゲット又は金属酸化物ターゲットをスパッタすることにより、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極、前記チャネル層及び前記金属酸化物絶縁層の少なくも１つを成膜することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項９において、前記ターゲットにパルス電圧を印加してスパッタすることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項９又は１０において、複数個の前記ターゲットにパルス電圧を交互に間欠的に印加することを特徴とする。
【００１７】
請求項１２の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１１において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ターゲットのチャージングを防止することを特徴とする。
【００１８】
請求項１３の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項９ないし１２のいずれか１項において、スパッタ時における金属の放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明（請求項１）の薄膜トランジスタは、有機物絶縁層とチャネル層との間に金属酸化物絶縁層が介在しているため、有機物絶縁層中の不純物がチャネル層に侵入することが防止される。また、本発明では、ゲート絶縁層が有機物絶縁層と金属酸化物絶縁層とからなる。従って、この有機物絶縁層の厚みを大きくすることにより、ゲート絶縁層全体の厚みを容易に大きくすることができ、ゲート絶縁膜のキャパシタ容量を制御することができる。
【００２０】
本発明（請求項７，８）の薄膜トランジスタの製造方法によると、ゲート絶縁層の厚みの大きい薄膜トランジスタを容易に製造することができる。
【００２１】
本発明において、ターゲットにパルス電圧を印加してスパッタすることにより、安定した高速成膜が可能となる。
【００２２】
本発明において、複数個の前記ターゲットにパルス電圧を交互に間欠的に印加することが好ましい。この場合、各ターゲットに単一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。
【００２３】
本発明において、各ターゲットに間欠的に正の電圧を印加することにより、該ターゲットのチャージングを防止することが好ましい。この場合、各ターゲットにより大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。
【００２４】
本発明において、スパッタ時における金属の放電の発光波長と発光強度をモニタリングすることが好ましい。この場合、金属のスパッタ量を常時、正確に認識することができる。従って、このモニタリングの結果に基づいて成膜条件を制御することにより、薄膜トランジスタを正確かつ安定的に成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、チャネル層及び該ゲート電極と該チャネル層との間に介在するゲート絶縁層を有する薄膜トランジスタにおいて、該ゲート絶縁層は、該ゲート電極側に位置する有機物絶縁層と、該チャネル層側に位置する金属酸化物絶縁層とからなることを特徴とするものである。
【００２６】
第１図は、本発明の薄膜トランジスタの一例を示す模式図である。
【００２７】
この薄膜トランジスタ１０は、基板１の表面に、ゲート電極２、有機物絶縁層３、金属酸化物絶縁層４及びチャネル層６がこの順に形成され、該チャネル層６の表面にソース電極７及び前記ドレイン電極８が形成れた構成となっている。これら有機物絶縁層３と金属酸化物絶縁層４とにより、ゲート絶縁層５が構成されている。
【００２８】
この基板１としては、例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスを使用することができる。また、この薄膜トランジスタ１０をフレキシブルデバイスとして適用する場合には、この基板１としては、アクリル、ＰＥＴ、ポリイミド樹脂、ＰＥＮ等の種々の合成樹脂よりなる板状基板やフィルム基板等を使用することもできる。基板１の厚さは、０．０５〜１０ｍｍが一般的であり、０．２〜５ｍｍが好ましい。
【００２９】
このゲート電極２としては、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）やＡｌドープＺｎＯなどの透明導電膜、ＡｌやＡｕなどの金属膜、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳなどの導電性高分子膜等が用いられる。このゲート電極２の比抵抗は、例えば８×１０−５〜１×１０−２Ω・ｃｍ程度である。このゲート電極２の厚みは、例えば５ｎｍ〜２００μｍ程度である。
【００３０】
このゲート電極２は、ＤＣ反応性スパッタ法、ＲＦスパッタ法、パルスレーザー蒸着法などの物理的気相成長法によって成膜することができる。
【００３１】
この有機物絶縁層３としては、ポリイミド、ポリビニルフェノール、アクリル樹脂、フッ素系樹脂等のポリマー等が用いられる。この有機物絶縁層３の厚みは、５０ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。５０ｎｍ未満であると、ゲートリーク電流の抑制を十分に行うことができない。１０μｍ超であると、ゲート電極２に印加するゲート電圧を過大にする必要がある。この有機物絶縁膜３の比抵抗は、１×１０１１Ω・ｃｍ以上、特に１×１０１３Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００３２】
この有機物絶縁層３は、上記ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液を、基板１の表面に塗布し、乾燥させ、必要に応じて加熱処理することによって製造することができる。このポリマー溶液の塗布厚を大きくすることにより、厚みの大きい有機物絶縁層３を容易に製造することができる。この溶媒としては、エタノールなどのアルコール系溶媒、アセトンなどのケトン系溶媒の他にも、ＮＭＰ等が用いられる。この塗布法としては、スピンコーティング、スクリーン印刷、ジェット印刷、スタンプ印刷等を用いることができる。ポリマー溶液を塗布・乾燥した後に加熱処理する場合には、加熱処理温度は１００〜２５０℃、加熱処理時間は１５分〜３時間程度が好ましい。
【００３３】
この金属酸化物絶縁層４としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化窒化シリコン等が用いられる。この金属酸化物絶縁層４の厚みは、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。５０ｎｍ以上であると、有機物絶縁層３中の不純物が該金属酸化物絶縁層４を通ってチャネル層６に侵入することが確実に防止される。なお、５００ｎｍ超であると、金属酸化物絶縁層４の製造に長時間を要することになると共に、ゲート電極２に印加するゲート電圧を過大にする必要がある。この金属酸化物絶縁層４の比抵抗は、１×１０１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
この金属酸化物層４は、上記のゲート電極２と同様、各種の物理的気相成長法によって製造することができる。
【００３５】
これら有機物絶縁層３と金属酸化物絶縁層４とからなる絶縁層５の厚みは、５０ｎｍ〜１０μｍ、特に３００ｎｍ〜３μｍであることが好ましい。３００ｎｍ未満であると、ゲートリーク電流の抑制を十分に行うことができない。３μｍ超であると、ゲート電極２に印加するゲート電圧を過大にする必要がある。これら金属酸化物絶縁層４の厚みが５０ｎｍ以上である場合、有機物絶縁層３中の不純物が該金属酸化物絶縁層４を通ってチャネル層６に侵入することが確実に防止される。
【００３６】
このチャネル層６としては、ＡＺＯ（Ａｌをドープした酸化亜鉛）やＧａ、Ｚｎ、Ｓｎ及びＷを少なくとも１種以上ドープした酸化インジウム等の金属酸化物半導体等が用いられる。ＡＺＯ半導体である場合、原子数比Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）は０．０１〜３０ａｔｍ％、特に０．１〜５ａｔｍ％であることが好ましい。このチャネル層６の比抵抗は、１０−１〜１０７Ω・ｃｍ、特に１〜１０５Ω・ｃｍであることが好ましい。比抵抗がこの範囲であると、電界効果移動度及びオン／オフ比が十分に高い値となる。この比抵抗の制御は、後述する通り、成膜時の酸素導入量の制御によって行うことができる。このチャネル層６の厚みは、例えば５〜１００ｎｍ程度である。
【００３７】
このチャネル層６は、上記のゲート電極２と同様、各種の物理的気相成長法によって製造することができる。
【００３８】
このソース電極７及びドレイン電極８としては、ＡＺＯ導体、ＩＴＯ導体、ＡｌやＡｕなどの金属膜、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳなどの導電性高分子膜などが用いられる。ＡＺＯ導体である場合、原子数比Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）が０．０１〜３０ａｔｍ％、特に０．１〜５ａｔｍ％であることが好ましい。また、これらソース電極７及びドレイン電極８の比抵抗は、１０−２Ω・ｃｍ以下、特に１０−３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。これらソース電極７及びドレイン電極８の比抵抗の制御も、成膜時の酸素導入量の制御によって行うことができる。これらソース電極７及びドレイン電極８の厚みは、例えば５〜２００ｎｍ程度である。また、これら電極７，８間の距離は１μｍ〜２００μｍ程度である。
【００３９】
これらソース電極７及びドレイン電極８は、上記のゲート電極２と同様、各種の物理的気相成長法によって製造することができる。
【００４０】
上記の薄膜トランジスタにおいて、チャネル層６がＡＺＯ半導体よりなり、かつソース電極７及びドレイン電極８がＡＺＯ導体よりなる場合には、チャネル層６とソース電極７及びドレイン電極８との間に、該電極７，８の側から該チャネル層６の側に向かうに従い、電極７，８の組成から該チャネル層６の組成に徐々に変化する、ＡＺＯ膜よりなる組成傾斜層が形成されてもよい。この組成傾斜膜の組成は、電極７，８の組成から該チャネル層６の組成に徐々に変化しているため、チャネル層６と電極７，８との間のバリアを低減させることができ、薄膜トランジスタの電流−電圧特性が向上する。また、これらチャネル層６、ソース電極７、ドレイン電極８及び組成傾斜層は共にＡＺＯよりなるため、成膜時の酸素導入量を制御することにより、同一のターゲットを用い、同一の装置で製造することが可能である。この組成傾斜膜の厚みは、１０〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。この範囲内であると、薄膜トランジスタの電流−電圧特性が良好なものとなる。
【００４１】
次に、上記のチャネル層６、ソース電極７及びドレイン電極８を、デュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法によって製造する方法の一例を説明する。
【００４２】
第２図はデュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法により成膜する方法を説明するための概略図、第３図は第２図のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。
【００４３】
第２図の通り、支持体２０ａ上に第１のターゲット２１ａを設けてなるターゲット電極２０Ａと、その下方に配置された磁石２２ａとから、第１のスパッタリング部が構成されている。また、支持体２０ｂ上に第２のターゲット２１ｂを設けてなるターゲット電極２０Ｂと、その下方に配置された磁石２２ｂとから、第２のスパッタリング部が構成されている。これら第１のスパッタリング部と第２のスパッタリング部とは隣接して設置され、これらのスパッタリング部に、スイッチングユニット２４を介して、交流電源２５が接続されている。第１のターゲット２１ａ及び第２のターゲット２１ｂは、ＡｌドープＺｎ又はＡＺＯよりなっている。
【００４４】
このＡｌドープＺｎとしては、原子数比Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）が０．１〜５ａｔｍ％程度のものが用いられる。また、このＡＺＯとしては、原子数比Ａｌ／（Ｚｎ＋Ａｌ）が０．１〜５ａｔｍ％程度のものが用いられる。
【００４５】
これらターゲット電極２０Ａ，２０Ｂはカバー２６によって覆われている。カバー２６は排気口２８を介してポンプ（図示略）に接続されており、ガス導入口２７を介してガス供給源（図示略）に接続されている。
【００４６】
カバー２６内にコリメータ３０ａ，３０ｂが設けられており、これらコリメータ３０ａ，３０ｂは、それぞれ図示しないフィルタ及び光倍増幅管を介して、プラズマエミッションモニター（以下ＰＥＭと称することがある。）３１ａ，３１ｂに接続されている。これらコリメータ３０ａ，３０ｂ、フィルタ、光倍増幅管及びＰＥＭ３１ａ，３１ｂにより、第１、第２のモニタが構成されている。
【００４７】
ＰＥＭは、プラズマの発光をコリメータで集光し、光倍増幅管（ＰＭ）で光電変換した電気信号を監視する装置である。ＰＥＭはある一定の感度に設定されてプラズマの発光強度をモニタするようになっている。
【００４８】
ターゲット２１ａ用のフィルタ及びターゲット２１ｂ用のフィルタとしては、少なくともＺｎの発光スペクトルの波長２０２．５ｎｍ、２０６．２ｎｍ、２１３ｎｍ及び３３４ｎｍと、Ａｌの発光スペクトルの波長２２６．９ｎｍ、２３７．３ｎｍ、３０８．２ｎｍ、３０９．３ｎｍ、３９４．４ｎｍ及び３９６．２ｎｍとを選択的に通過させることが可能なものが用いられる。
【００４９】
上記装置を用いてＡＺＯ半導体よりなるチャネル層６を成膜する際には、基板１の表面にゲート電極２、有機物絶縁層３及び金属酸化物絶縁層４をこの順に形成しものを、金属酸化物絶縁層４が下面となるようにして、カバー２６内部におけるターゲット２１ａ，２１ｂの上方に配置する。なお、第２図では、基板１のみを描いており、ゲート電極２、有機物絶縁層３及び金属酸化物絶縁層４は省略している。ポンプによってカバー２６内を真空にした後、アルゴン等の不活性ガス中に酸素を含有させた混合ガスをカバー２６内に導入し、カバー２６内を所定の圧力とする。
【００５０】
次いで、例えば、第３図の通り、ターゲット電極２０Ａ，２０Ｂに交互にパルスパケット状の電圧を印加して、グロー放電を形成させる。これにより、ターゲット２１ａ，２１ｂから粒子がスパッタされ、この粒子がターゲット２１ａ，２１ｂの上方の基板１上に付着する。この際、ターゲット２１ａ，２１ｂ又はスパッタされた粒子は、酸素ガスによって酸化される。
【００５１】
ターゲット２１ａ，２１ｂのスパッタ時におけるＺｎ及びＡｌの放電の発光波長と発光強度が、コリメータ３０ａ，３０ｂ、フィルタ及び光倍増幅管を介して電気信号となり、ＰＥＭ３１ａ，３１ｂによって検知される。これらの電気信号から第１のターゲット２１ａのスパッタ速度と第２のターゲット２１ｂのスパッタ速度が算出される。この算出結果に基づき、各ターゲット２１ａ，２１ｂに付与されるパルス電力、パルス量及びパルス幅、カバー２６内に導入する酸素量、並びにカバー内の圧力が制御される。
【００５２】
前記パルス電力、パルス量及びパルス幅は、ターゲットの面積、カバー２６内の体積、要求される成膜速度等によって異なるが、例えば１００ｍｍ×３００ｍｍ程度の大きさのターゲットを使用した場合、パルス電力は１ｋＷ〜２０ｋＷ、パルス量は５％〜５０％、パルス幅は０．１〜５００ｍｓｅｃの範囲内で制御される。パルス電力が５０ｋＷ以上であると異常放電が発生し、組成が精密に制御されたＡＺＯ膜を安定して成膜することができず、一方、パルス電力が５００Ｗ以下であると成膜速度が遅くなる。パルス量が９０％以上であると連続放電となってしまい、一方、１％以下であると、成膜速度が遅くなる。
【００５３】
前記酸素供給量は、例えば１〜５０ｓｃｃｍ程度である。酸素の導入量が過剰になると、ターゲット２１ａ，２１ｂの表面が完全に酸化され、成膜速度が非常に遅くなる。このような酸素の導入量が過剰な領域を「反応性スパッタ領域」と称する。一方、酸素の導入量が少な過ぎると、ターゲット表面が酸化されずに成膜が行われるために成膜速度は速くなるが、成膜中の酸素量が不足し、半導体的な性質が失われる。このような領域を「金属的スパッタ領域」と称する。本実施の形態では、上記制御により、プラズマ中のＺｎ及びＡｌの密度に基づいて適切な量の酸素が導入される。
【００５４】
前記成膜時のカバー２６内の圧力は好ましくは０．０１〜３０Ｐａ特に０．１〜１０Ｐａの範囲内で制御される。
【００５５】
このようにして、ＡＺＯ膜を所定厚さに成膜することにより、チャネル層６が形成される。
【００５６】
次いで、このチャネル層６の表面近傍に、２個の方形の開口部を有するマスクを配置し、ターゲットとしてチャネル層６の成膜時と同一のターゲットを用い、チャネル層６の成膜時よりも酸素導入量を減少させた条件で、成膜を行う。これにより、チャネル層６の表面に、ＡＺＯ導体よりなるソース電極７及びドレイン電極８が、互いに間隔をおいて形成される。このようにして、第１図に示す構造の薄膜トランジスタが形成される。
【００５７】
その後、スパッタを終了し、カバー２０内を大気圧にして、薄膜トランジスタを取り出す。
【００５８】
なお、チャネル層６と電極７，８との間に組成傾斜膜を設ける場合には、チャネル層６を成膜した後、酸素導入量を徐々に減少させながらＡＺＯ膜の成膜を継続する。このようにして、チャネル層６の表面に組成傾斜膜が形成される。この組成傾斜膜の表面近傍に上記マスクを配置し、組成傾斜膜の成膜後期と同一の条件で成膜を行う。このようにして製造された組成傾斜膜は、チャネル層６側から電極７，８側に向って酸素量が徐々に少なくなっており、チャネル層６との界面近傍の組成がチャネル層６の組成と略同一となり、電極７，８との界面近傍の組成が電極７，８の組成と略同一となる。
【００５９】
本実施の形態にあっては、各ターゲット２１ａ，２１ｂに交互に間欠的な電圧を印加するため、ターゲット表面のチャージアップを防ぎ、大電流をターゲットに流し、安定した高速成膜を行うことができる。この方法を用いることによって異常放電を大幅に抑制できることから、安定した長時間の放電が可能となりダメージの少ない高品質の膜が作製可能となる。
【００６０】
また、各ターゲット２１ａ，２１ｂに単一のパルスを印加してもよいが、第３図の通り、各ターゲット２１ａ，２１ｂにパルスパケットを印加することにより、各ターゲット２１ａ，２１ｂに単一のパルスを印加するときと比べて一層大電流を流すことができ、安定した高速成膜が可能となる。
【００６１】
本実施の形態にあっては、ターゲット２１ａ，２１ｂと同数（２個）のモニタが設けられ、各ターゲット２１ａ，２１ｂにおけるＺｎ及びＡｌの放電の発光波長と発光強度を対応するモニタを用いてモニタリングするため、各ターゲット２１ａ，２１ｂの放電状況を個別に認識することができる。
【００６２】
本実施の形態にあっては、モニタリングに基づいて酸素供給量を制御することにより、酸素供給量を精密に制御することができる。このため、酸化数が精密に制御されたＡＺＯ膜を安定して供給することが可能となる。また、適切な量の酸素を供給することにより、「遷移領域」でのスパッタが可能となり、その結果、適切な量の酸素を含有した膜を高速で成膜することができる。
【００６３】
なお、従来の流量計を用いた酸素供給量制御でＡＺＯ膜を作製した場合、ＡＺＯ膜の酸化数を安定して制御することは難しい。その理由として、例えば、ターゲットの消耗が進むにつれて成膜レートが変化し、成膜時の酸素流量を初めとするスパッタ条件が変化するからである。本実施の形態では、成膜時に第１，第２のターゲット２１ａ，２１ｂにおけるＺｎ及びＡｌの発光波長と発光量をモニタリングし、プラズマ中のＺｎ及びＡｌの密度からチャンバー内に導入する酸素量を制御するPlasma  Emission  Monitor  Control（ＰＥＭコントロール）を用いるため、酸化数が制御されたＡＺＯ膜を安定して成膜することが可能となる。
【００６４】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、通常ターゲットには負の電圧を印加するが、ターゲットに間欠的に正の電圧を印加してターゲットのチャージングを防止することも有効である。この場合、負の電圧によってターゲットに蓄積された荷電が正の電圧により解消される。
【００６５】
上記実施の形態では、２つのスパッタリング部に交互に電圧を印加するバイポーラ型デュアルマグネトロンスパッタリング法を用いたが、各スパッタリング部に個別に同じ位相で電圧を印加するユニポーラ型デュアルマグネトロンスパッタリング法を用いてもよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、デュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法によって、ＡＺＯ半導体よりなるチャネル層６と、ＡＺＯ導体よりなるソース電極７及びドレイン電極８を製造したが、これに限定されるものではなく、ターゲットを代えることにより、所望の材質のチャネル層６、ソース電極７及びドレイン電極８を製造することができ、また、ゲート電極２ないし金属酸化物絶縁層４を製造することもできる。
【００６７】
例えば、ターゲットをＡＺＯに代えてＩＴＯターゲット又はインジウム錫合金ターゲットとし、ＩＴＯよりなるゲート電極２を製造してもよい。また、酸化インジウムターゲットと酸化錫ターゲットの２種類のターゲットを用いて、あるいは、インジウムターゲットと錫ターゲットの２種類のターゲットを用いて、ＩＴＯよりなるゲート電極２を製造してもよい。酸化タンタルターゲット又はタンタルターゲットを用いて、酸化タンタルよりなる金属酸化物絶縁層４を製造してもよい。
【００６８】
第１図の薄膜トランジスタにおいて、さらにゲート電極２と有機物絶縁層２との間にも、金属酸化物絶縁層を形成させてもよい。この場合、有機物絶縁層２内の不純物がゲート電極２に侵入することが防止される。この金属酸化物絶縁層の材質、厚み、比抵抗等は、上記の金属酸化物絶縁層４と同程度であることが好ましい。
【００６９】
また、本発明の薄膜トランジスタは、第１図の構造に限定されるものではなく、例えば、第９図の薄膜トランジスタ１０Ａや第１０図の薄膜トランジスタ１０Ｂのような構造となっていてもよい。
【００７０】
第９図の薄膜トランジスタ１０Ａは、基板１Ａ上にゲート電極２Ａが形成され、該ゲート電極２Ａの上面及び側面を覆うようにして有機物絶縁層３Ａが形成され、該有機物絶縁層３Ａの上面及び側面を覆うようにして金属酸化物絶縁層４Ａが形成されている。これら有機物絶縁層３Ａ及び金属酸化物絶縁層４Ａにより、ゲート絶縁層５Ａが構成されている。該金属酸化物絶縁層４Ａの左側面から左側上面にわたってソース電極７Ａが形成され、該金属酸化物絶縁層４Ａの右側面から右側上面にわたってドレイン電極８Ａが形成されている。これらソース電極７Ａ及びドレイン電極８Ａは、金属酸化物絶縁層４Ａの上面の中央部まで達して互いに接触することがないように形成されている。この金属酸化物絶縁層４Ａの上面の中央部にチャネル層６Ａが形成されている。このチャネル層６Ａは、その左端側がソース電極７Ａの右端側の上面を被覆し、その右端側がドメイン電極８Ａの左端側の上面を被覆するようにして形成されている。
【００７１】
第１０図の薄膜トランジスタ１０Ｂでは、有機物絶縁層３Ａの上面に金属酸化物絶縁層４Ｂが形成され、これら有機物絶縁層３Ａ及び金属酸化物絶縁層４Ｂによってゲート絶縁層５Ｂが構成されている。その他の構成は第９図の薄膜トランジスタ１０Ａと同様である。
【００７２】
これら薄膜トランジスタ１０Ａ、１０Ｂの各部材の材質、寸法、物性、製法等は、上記の薄膜トランジスタ１０と同様である。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例１及び比較例１を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例１に限定されるものではない。
【００７４】
実施例１  
以下の手順により、第１図の構成を有する薄膜トランジスタを製造した。
【００７５】
基板及びゲート電極として、ｃｏｒｎｉｎｇ社製１７３７無アルカリガラス（縦５０ｍｍ×横８０ｍｍ×厚み１．０ｍｍ）の表面にＩＴＯ膜（厚み１００ｎｍ、Ｉｎ９０ｗｔ％、Ｓｎ１０ｗｔ％）が形成されたＩＴＯガラス板を用いた。
【００７６】
＜有機物絶縁層の成膜＞  
ポリイミド（京セラケミカル社製ポリイミド「ＣＴ４１１２」）１０ｇを溶媒（ＮＭＰ）９０ｇに溶解させ、ポリイミド溶液とした。
【００７７】
上記ＩＴＯガラス板をスピンコーティング装置内で１９００ｒｐｍで回転させ、該ＩＴＯガラス板のうちゲート電極が形成された面に該ポリイミド溶液を滴下して、９０秒間スピンコートした。
【００７８】
その後、乾燥させ、さらに８０℃で１時間、１２０℃で１時間、１８０℃で１時間の順に加熱処理を行い、ポリイミドよりなる有機物絶縁層を製造した。
【００７９】
この有機物絶縁層の厚みをＶｅｅｃｏ社製触針式段差測定器「Ｄｅｋｔａｋ６Ｍ」で測定したところ、０．８μｍであった。
【００８０】
＜金属酸化物絶縁層の成膜＞  
次いで、この基板をスパッタ装置に導入し、ポンプによって装置内を５．０×１０−４Ｐａ以下の真空にした後、アルゴンと酸素の混合ガスを装置内に導入し、以下に示すスパッタ条件で高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ法によって金属酸化物絶縁層を成膜した。
【００８１】
ターゲット：Ｔａ２Ｏ５焼結体  
（ターゲットサイズ：７５ｍｍΦ、Ａｌ含有量：２ｗｔ％）  
成膜時の圧力：０．５Ｐａ  
印加電圧：ＲＦ１００Ｗ  
成膜時のガス流量：Ａｒ／Ｏ２＝９３／７ｓｃｃｍ  
膜厚：５０ｎｍ
【００８２】
＜チャネル層の成膜＞  
次いで、この基板をスパッタ装置に導入し、ポンプによって装置内を５．０×１０−４Ｐａ以下の真空にした後、アルゴンと酸素の混合ガスを装置内に導入し、以下に示すスパッタ条件でＤＣマグネトロンスパッタ法によってチャネル層を成膜した。
【００８３】
ターゲット：ＡＺＯ焼結体  
（ターゲットサイズ：７５ｍｍΦ、Ａｌ含有量：２ｗｔ％）  
成膜時の圧力：０．５Ｐａ  
印加電圧：ＤＣ１５０Ｗ  
成膜時のガス流量：Ａｒ／Ｏ２＝９８／２ｓｃｃｍ  
膜厚：５０ｎｍ
【００８４】
＜ソース電極及びドレイン電極の成膜＞  
次いで、この基板をスパッタ装置に導入し、チャネル層の表面近傍にメタルマスクを配置し、ポンプによって装置内を５．０×１０−４Ｐａ以下の真空にした後、アルゴンと酸素の混合ガスを装置内に導入し、以下に示すスパッタ条件でＤＣマグネトロンスパッタ法によってソース電極及びドレイン電極を成膜した。
【００８５】
ターゲット：ＩＴＯ焼結体  
（ターゲットサイズ：７５ｍｍΦ、Ｓｎ含有量：５ｗｔ％）  
成膜時の圧力：０．５Ｐａ  
印加電圧：ＤＣ１５０Ｗ  
成膜時のガス流量：Ａｒ／Ｏ２＝９９／０．７ｓｃｃｍ  
膜厚：５０ｎｍ
【００８６】
このようにして、チャネル長０．１ｍｍ、チャネル幅６．４ｍｍの薄膜トランジスタを製造した。
【００８７】
＜動作特性の評価＞
得られた薄膜トランジスタの動作特性を、Ａｇｉｌｅｎｔ社製の半導体パラメーターアナライザー４１５５Ｃを用いて測定した。その結果を第４図及び第５図に示す。
【００８８】
第４図は、ドレイン電圧（ＶＤ）が７０Ｖであるときの、ゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。第５図は、ゲート電極に異なるゲート電圧（ＶＧ）を印加したときの、ドレイン電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。
【００８９】
得られた薄膜トランジスタは、ｏｎ／ｏｆｆ比が１０３以上、電界効果移動度が約０．０１ｃｍ２／Ｖｓｅｃという良好な値を示した。
【００９０】
比較例１  
無機物絶縁層の製造工程を省略したこと以外は実施例１と同様にして、第６図に示す構成の薄膜トランジスタを製造した。
【００９１】
得られた薄膜トランジスタについて、実施例１と同様にして動作特性を測定した。その結果を第７図及び第８図に示す。
【００９２】
第７図は、ドレイン電圧（ＶＤ）が７０Ｖであるときの、ゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。第８図は、ゲート電極に異なるゲート電圧（ＶＧ）を印加したときの、ドレイン電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。
【００９３】
結果から明らかな通り、比較例１の薄膜トランジスタは、ゲート電圧を変化させても変調をほとんど示さず、薄膜トランジスタ素子として動作しなかった。また、実施例１と比べて導電性が増加していた。このことから、チャネル層が有機物絶縁層からの不純物の侵入によって低抵抗化しているものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】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】デュアルカソード方式マグネトロンスパッタリング法を説明するための概略図である。
【図３】図１のターゲット電極に印加する電圧の一例を説明する図である。
【図４】実施例１の薄膜トランジスタの動作特性を示すグラフである。
【図５】実施例１の薄膜トランジスタの動作特性を示すグラフである。
【図６】比較例に係る薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図７】比較例１の薄膜トランジスタの動作特性を示すグラフである。
【図８】比較例１の薄膜トランジスタの動作特性を示すグラフである。
【図９】薄膜トランジスタの異なる例を示す模式的な断面図である。
【図１０】薄膜トランジスタのさらに異なる例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  基板
２、２Ａ  ゲート電極
３、３Ａ  有機物絶縁層
４、４Ａ、４Ｂ  金属酸化物絶縁層
５、５Ａ、５Ｂ  ゲート絶縁層
６、６Ａ  チャネル層
７、７Ａ  ソース電極
８、８Ａ  ドレイン電極
１０、１０Ａ、１０Ｂ  薄膜トランジスタ
２０ａ，２０ｂ  支持体
２０Ａ，２０Ｂ  ターゲット電極
２１ａ，２１ｂ  ターゲット
２２ａ，２２ｂ  磁石
２４  スイッチングユニット
２５  交流電源
２６  カバー
２７  ガス導入口
２８  排気口
３０ａ，３０ｂ  コリメータ
３１ａ，３１ｂ  ＰＥＭ
【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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