(57)【要約】  本発明は、アモルファス酸化物及びそれを用いた薄膜トランジスタに関する。具体的には、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満のアモルファス酸化物、及びそれを用いた薄膜トランジスタを提供するものである。ソース電極６、ドレイン電極５、ゲート電極４、ゲート絶縁膜３、及びチャネル層２を有する薄膜トランジスタにおいて、前記チャネル層２として電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物を用いる。
2005088726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子キャリア濃度が、１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とするアモルファス酸化物。
【請求項２】
電子キャリア濃度が、１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。
【請求項３】
電子キャリア濃度が、１０１６／ｃｍ３以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。
【請求項４】
電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物。
【請求項５】
電子移動度が、０．１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載されるアモルファス酸化物。
【請求項６】
縮退伝導を示す請求項１から５のいずれか１項に記載されるアモルファス酸化物。
【請求項７】
前記アモルファス酸化物が、Ｚn、Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分とし、[（Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ）Ｏ２]ａ・[（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３]ｂ・[（Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ）Ｏ]ｃ  （０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ、ｙ、ｚは同時に１ではなく、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍ４はＳｎより原子番号の小さいIV族元素、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいIII族元素又はＬｕ、Ｍ２はＺｎより原子番号の小さなII族元素）で示される化合物である請求項１から６のいずれか１項に記載されるアモルファス酸化物。
【請求項８】
前記アモルファス酸化物が、V族元素Ｍ５又はＷのうち、少なくとも１種類の元素を含む請求項７に記載されるアモルファス酸化物。
【請求項９】
前記アモルファス酸化物が、結晶状態における組成が、（ＩｎＭ３）２Ｏ3(Ｚｎ１−ｘＭ２ｘＯ)m  （０≦ｘ≦１、mは０又は６未満の自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいIII族元素又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さいII族元素）で表される化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である請求項７に記載のアモルファス酸化物。
【請求項１０】
Ｍ３が、Ｇａである請求項９記載のアモルファス酸化物。
【請求項１１】
Ｍ２が、Ｍｇである請求項９又は１０記載のアモルファス酸化物。
【請求項１２】
ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた請求項１から１１のいずれかに記載されるアモルファス酸化物。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のアモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタ。
【請求項１４】
Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート絶縁層とする請求項１３記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項１５】
ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル層に、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１７】
前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１６／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１８】
前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物であり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１９】
前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ，Ｇａ，ＺｎおよびＭｇを含む酸化物であり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ１−ｘＭｇｘ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）、０＜ｘ≦１であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２０】
前記アモルファス酸化物が、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）、あるいはＩｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物（0.15≦ｘ≦1）から選択されるアモルファス酸化物であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項２１】
前記アモルファス酸化物は、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファス酸化物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（Thin Film Transistor, ＴＦＴ）は、ゲート端子、ソース端子、及び、ドレイン端子を備えた３端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜をチャネル層材料としたMetal-Insulator-Semiconductor  Field  Effect  Transistor  (MIS―FET)素子である。【０００３】
また、最近では、ＺｎＯを用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたＴＦＴの開発が活発に行われている（特許文献１）。上記薄膜は、低温で成膜でき、かつ可視光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明ＴＦＴを形成することが可能である。【０００４】
しかし、従来のＺｎＯは室温で安定なアモルファス相を形成することができず、殆どのＺｎＯは多結晶相を呈するために、多結晶粒子界面の散乱により、電子移動度を大きくすることができない。さらに、ＺｎＯは、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生し、電気伝導度を小さくすることが難しい。このために、トランジスタのオン・オフ比を大きくすることも難しい。【０００５】
また、特許文献２には、アモルファス酸化物として、ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)（式中、MはＡｌ及びＧａのうち少なくとも一つの元素であり、比率x／yが0.2〜12の範囲であり、比率z／yが0.4〜1.4の範囲にある。）で表される非晶質酸化物が記載されている。しかし、ここで得られている非晶質酸化物膜の電子キャリア濃度は、１０１８／ｃｍ３以上であり、単なる透明電極として用いるには充分であるもののＴＦＴのチャネル層には適用し難いものであった。なぜなら、上記非晶質酸化物膜をチャネル層としたＴＦＴでは、オン・オフ比が充分にとれず、ノーマリーオフ型のＴＦＴにはふさわしくないことが判明したからである。【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９８０６２号公報
【特許文献２】特開２０００−０４４２３６号公報
【発明の開示】
【０００７】
そこで、本発明は、電子キャリア濃度が低い、アモルファス酸化物を提供すること、更には当該アモルファス酸化物をチャネル層に用いた薄膜トランジスタを提供することを目的としている。
【０００８】
本発明は、（１）電子キャリア濃度が、１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とするアモルファス酸化物である。また、本発明は、電子キャリア濃度が、１０１７／ｃｍ３以下、あるいは１０１６／ｃｍ３以下のアモルファス酸化物であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、（２）電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物である。
【００１０】
また、本発明は、（３）電子移動度が、０．１ｃｍ２／（V・秒）超であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載されるアモルファス酸化物である。
【００１１】
また、本発明は、（４）縮退伝導を示す上記（２）又は（３）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。なお、ここでの縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅV以下の状態をいう。
【００１２】
また、別の本発明は、（５）Ｚn，Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分とし、[（Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ）Ｏ２]ａ・[（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３]ｂ・[（Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ）Ｏ]ｃ  [０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ、ｙ、ｚは同時に１ではなく、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍ４はＳｎより原子番号の小さいIV族（４族）元素（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいIII族（３族）元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２はＺｎより原子番号の小さなII族（２族）元素（Ｍｇ，Ｃａ）]で示される上記（１）から（４）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。
【００１３】
また、本発明は、上記（５）の発明に更に、V族（５族）元素Ｍ５（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の元素を含んでもよい。
【００１４】
また、別の本発明は、（６）結晶状態における組成が、（ＩｎＭ３）２Ｏ3(Ｚｎ１−ｘＭ２ｘＯ)m  [０≦ｘ≦１、mは０又は６未満の数あるいは自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいIII族（３族）元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さいII族（２族）元素（Ｍｇ，Ｃａ）]である化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である上記（１）から（４）のいずれかに記載のアモルファス酸化物を用いた薄膜トランジスタである。Ｍ３としては例えば、Ｇａであり、Ｍ２としては、例えばＭｇである。
【００１５】
また、本発明は、ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた（１）から（６）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。また、本発明は、上記アモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタである。また、本発明に係る前記電界効果型トランジスタは、Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３、又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート絶縁層とすることを特徴とする。
【００１６】
また別の本発明は、（７）In-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m (mは６未満の自然数)で表され、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超かつ電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。
【００１７】
また、別の本発明は、（８）In-Ga-Zn-Ｍｇ-Oから構成され、結晶状態の組成がInGaO3(Zn1-xMｇxO)m  (mは６未満の自然数、0<x≦1で表され、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超かつ電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。更にまた、本発明は、電気抵抗を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含む雰囲気中で成膜することを特徴とする上述の透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜の製造方法である。
【００１８】
更にまた、別の本発明に係る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、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を備え、前記チャネル層に、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを有することを特徴とする。前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１７／ｃｍ３以下あるいは、１０１６／ｃｍ３以下であることが好ましい。ここで、前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物であり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）である。あるいは前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＭｇを含む酸化物であり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ１−ｘＭｇｘ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）、０＜ｘ≦１である。
【００１９】
また、前記アモルファス酸化物が、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）、あるいはＩｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物（0.15≦ｘ≦1）から選択されるアモルファス酸化物である。
【００２０】
また、薄膜トランジスタに関する本発明には、前記アモルファス酸化物として、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加する材料を用いることができる。
【００２１】
本発明によれば、電子キャリア濃度が低い、アモルファス酸化物が提供できるとともに、それをチャネル層に用いた薄膜トランジスタの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係るアモルファス酸化物は、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とする。また、本発明に係る薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、そのチャネル層に電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物を用いることを特徴とする。【００２３】
ＴＦＴは、例えば図５に示すように、基板１上にチャネル層２を設け、当該チャネル層２上にゲート絶縁膜３、ゲート電極４、ソース電極６、ドレイン電極５を設けることにより構成される。本発明においては、このチャネル層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物を用いる。【００２４】
本発明に適用できるＴＦＴの構成は、図５に示したように半導体チャネル層の上にゲート絶縁膜とゲート端子（電極）とを順に形成するスタガ型（トップゲート型）構造に限らず、例えば、ゲート端子の上にゲート絶縁膜と半導体チャネル層を順に備える逆スタガ型（ボトムゲート型）構造でもよい。前述の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば２５℃であり、具体的には０℃から４０℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。【００２５】
なお、本発明に係るアモルファス酸化物の電子キャリア濃度は、０℃から４０℃の範囲全てにおいて、１０１８／ｃｍ３未満を充足する必要はない。例えば、２５℃において、キャリア電子密度１０１８／ｃｍ３未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、１０１７／ｃｍ３以下、より好ましくは１０１６／ｃｍ３以下にするとノーマリーオフのＴＦＴが歩留まり良く得られる。電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることが出来る。【００２６】
なお、本発明において、アモルファス酸化物とは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、ハローパターンが観測され、特定の回折線を示さない酸化物をいう。本発明のアモルファス酸化物における、電子キャリア濃度の下限値は、ＴＦＴのチャネル層として適用できれば特に限定されるものではない。下限値は、例えば、１０１２／ｃｍ３である。【００２７】
従って、本発明においては、後述する各実施例のようにアモルファス酸化物の材料、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、１０１２／ｃｍ３以上１０１８／ｃｍ３未満とする。より好ましくは１０１３／ｃｍ３以上１０１７／ｃｍ３以下、更には１０１５／ｃｍ３以上１０１６／ｃｍ３以下の範囲にすることが好ましいものである。【００２８】
なお、電子移動度としては、室温で測定する場合に、０．１ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上、好ましくは１ｃｍ２／（Ｖ・秒）、より好適には５ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上となるようにすることが好ましい。なお、上記アモルファス酸化物は、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度が増加する。また、その伝導性が縮退伝導を示す傾向にある。縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅV以下の状態をいう。【００２９】
（アモルファス酸化物の材料）
本発明係るアモルファス酸化物としては、Ｚn，Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分とし、[（Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ）Ｏ２]ａ・[（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３]ｂ・[（Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ）Ｏ]ｃ  [０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ、ｙ、ｚは同時に１ではなく、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍ４はＳｎより原子番号の小さい４族元素（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さい３族元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２はＺｎより原子番号の小さな２族元素（Ｍｇ，Ｃａ）]で示される材料である。このアモルファス酸化物に、５族元素Ｍ５（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の元素を加えることもできる。なお、本明細書においては、周期表におけるII族、III族、IV族、V族元素をそれぞれ、２族、３族、４族、５族元素と記載している場合があるが、同じ意味である。【００３０】
上記のアモルファス膜にＺｎより原子番号の小さい２族元素Ｍ２（Ｍ２は、Ｍｇ，Ｃａ）、Ｉｎより原子番号の小さい３族元素Ｍ３（Ｍ３は、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）及びＬｕ，Ｓｎより原子番号の小さい４族元素Ｍ４（Ｍ４は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、５族元素Ｍ５（Ｍ５は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の複合酸化物を構成する元素を添加することにより、より電子キャリア濃度を減少させることができる。【００３１】
それぞれＺｎ，Ｉｎ，Ｓｎより原子番号の小さなＭ２，Ｍ３，Ｍ４元素は、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎよりイオン性が強く、そのために酸素欠陥の発生が少なく、電子キャリア濃度を低減できる。また、Ｌｕは、原子番号はＧａより大きいが、イオン半径が小さく、イオン性が強く、Ｍ３と同様の機能を果たす。Ｍ５は、プラス５価でイオン化するために、酸素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。Ｗは、６価イオン化するために、酸素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。【００３２】
また、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、結晶状態における組成が、（ＩｎＭ３）２Ｏ3(Ｚｎ１−ｘＭ２ｘＯ)m  [０≦ｘ≦１、mは０又は６未満の数あるいは自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さい３族元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素（Ｍｇ，Ｃａ）]で表される化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である。ここで、Ｍ３は、例えばＧａであり、Ｍ２は、例えばＭｇである。【００３３】
このように、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３及びＺｎＯを頂点とする３角形の内部に位置する一元系、二元系、又は三元系組成の化合物である。上記３種類の化合物のうち、Ｉｎ２Ｏ３はアモルファス形成能が大きく気相法において成膜中の雰囲気に水分を、０．１Ｐａ程度添加するなどの手段により成膜した状態で完全非晶質相を形成できる。【００３４】
一方、ＺｎＯ及びＳｎＯ２は、単独でアモルファス相を形成しがたい場合があるが、Ｉｎ２Ｏ３をホスト酸化物とすることにより非晶質相を形成できる。具体的には、上記３種の化合物のうち二つを含む二元系組成（上記３角形の辺に位置する組成）のうち、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系では、Ｉｎが約２０原子％以上含まれる組成、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｏ系の場合には、Ｉｎが約８０原子％以上含まれる組成で、アモルファス膜を作成することができる。【００３５】
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜を気相法で得るためには、例えば、雰囲気中に水蒸気を０．１Ｐａ程度、又、Ｉｎ−Ｓｎ―Ｏ系アモルファス膜を得るためには、雰囲気中に窒素ガスを０．１Ｐａ程度導入すればよい。上記化合物のうち３つを含む三元系組成であるＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎ系では、Ｉｎが約１５原子％を以上の組成範囲で、気相法によりアモルファス膜を得る事ができる。なお、ここでの原子％は、酸素イオンを除いた金属イオン内のみに対する原子％を示している。すなわち、例えば、「Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系での、Ｉｎが約２０原子％以上」とは、ＩｎｘＺｎ１−ｘ（ｘ＞０．２）である。【００３６】
また、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｚｎを含むアモルファス酸化物膜の組成において、下記のようにそれぞれの元素を添加することもできる。具体的には、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素Ｍ２（Ｍ２は、Ｍｇ，Ｃａ）、Ｉｎより原子番号の小さい３族元素Ｍ３（Ｍ３は、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ，及び、Ｓｎより原子番号の小さい４族元素Ｍ４（Ｍ４は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）のうち、少なくとも１種類の複合酸化物を構成する元素を添加することができる。さらに、本発明のアモルファス酸化物膜は、上記組成に、５族元素Ｍ５（Ｍ５は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の複合酸化物を構成する元素を添加することができる。【００３７】
上記元素を添加することにより、室温での、アモルファス膜をより安定化させることができ、さらに、アモルファス膜が得られる組成範囲を広げることができる。特に、共有結合性の強い、Ｂ，Ｓｉ，Ｇｅの添加は、アモルファス相安定化に有効であるし、イオン半径の差の大きいイオンから構成される複合酸化物は、アモルファス相が安定化する。例えば、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系では、Ｉｎが約２０原子％超の組成範囲でないと、室温で安定なアモルファス膜は得にくいが、ＭｇをＩｎと当量添加することにより、Ｉｎが約１５原子％超の組成範囲で、安定なアモルファス膜を得ることができる。【００３８】
次に、本発明に係る薄膜トランジスタのチャネル層に適用できるアモルファス酸化物材料の例について説明する。チャネル層に用いられるアモルファス酸化物としては、例えばＩｎ，Ｇａ，Ｚｎを含み、且つ原子数比でＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：ｍを満たす酸化物である。ここで、ｍは６未満の数である。なお、ｍの値は、自然数であってもよいが、必ずしも自然数である必要はない。なお、本明細書の他の箇所におけるｍも同様である。なお、原子数比はモル比と考えてもよい。【００３９】
結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは６未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜は、ｍの値が６未満の場合は、８００℃以上の高温まで、アモルファス状態が安定に保たれるが、ｍの値が大きくなるにつれ、すなわち、InGaO3に対するZnOの比が増大して、ＺｎＯ組成に近づくにつれ、結晶化しやすくなる。したがって、アモルファスＴＦＴのチャネル層としては、ｍの値が６未満であることが好ましい。スパッタリング法やパルスレーザー蒸着法により成膜を行う際のターゲット材料（例えば多結晶体）の組成比を、上記ｍ＜６を満たすようにすれば、所望のアモルファス酸化物が得られる。【００４０】
また、上記アモルファス酸化物としては、上記ＩｎＧａＺｎの構成比において、ＺｎをＺｎ１−ｘＭｇｘに置換することもできる。Ｍｇの置換量は、０＜ｘ≦１の範囲で可能である。なお、Ｍｇに置換すると、酸化物膜の電子移動度は、Ｍｇ無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、一方でさらに、電子キャリア濃度を置換しない場合に比べて下げることができるので、ＴＦＴのチャネル層としてはより好適である。Ｍｇの置換量は、好ましくは、２０％超、８５％未満（ｘにして、０．２＜ｘ＜０．８５）、より好ましくは、０．５＜ｘ＜０．８５である。【００４１】
更にまた、前記アモルファス酸化物として、Ｉｎ酸化物、ＩｎｘＺｎ１−ｘ酸化物（0.2≦ｘ≦1）、ＩｎｘＳｎ１−ｘ酸化物（0.8≦ｘ≦1）、あるいはＩｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物（0.15≦ｘ≦1）から適宜選択することもできる。なお、Ｉｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物におけるＺｎとＳｎの組成比は適宜選択することができる。即ち、Ｉｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物は、Ｉｎｘ（ＺｎｙＳｎ１−ｙ）１−ｘ酸化物と記載することができ、ｙの範囲は１から０である。なお、ＺｎとＳｎを含まないＩｎ酸化物の場合は、Ｉｎの一部をＧａに置換することもできる。即ち、ＩｎｘＧａ１−ｘ酸化物（０≦ｘ≦1）の場合である。【００４２】
（アモルファス酸化物の製造方法）
本発明に用いるアモルファス酸化物は、以下の各実施例に示す条件下において気相成膜法を利用して形成することができる。例えば、ＩｎＧａＺｎアモルファス酸化物を得るには、InGaO3(ZnO)m組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、スッパタ法（ＳＰ法）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）及び電子ビーム蒸着法などの気相法により成膜を行う。尚、量産性の観点からは、スパッタ法が最も適している。【００４３】
なお、Ｉｎ２Ｏ３、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜などで、成膜時の雰囲気に酸素ラジカルを加えてもよく、この酸素ラジカルの添加は、酸素ラジカル発生装置を用いればよい。なお、成膜後に電子キャリア濃度を増加させる必要がある場合には、当該膜を還元雰囲気中で、熱処理をすることにより電子キャリア濃度を増加させることができる。こうして得られた電子キャリア濃度の異なるアモルファス酸化物膜について、電子移動度の電子キャリア濃度依存性を調べると、電子移動度は電子キャリア濃度が増加すると共に増加している。【００４４】
（基板）
本発明に係る薄膜トランジスタを形成する際の基板としては、ガラス基板、プラスチック基板、プラスチックフィルムなどを用いることができる。なお、後述の実施例で説明するように、本発明に係るアモルファス酸化物は、室温で成膜することができるので、ＰＥＴフィルムをはじめとするフレキシブル素材上に薄膜トランジスタを設けることが出来る。また、上述のアモルファス酸化物を適宜選択し、波長400nm以上の可視光や赤外光に対して透明である材料を用いてＴＦＴを作製することもできる。【００４５】
（ゲート絶縁膜）
本発明に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁膜としては、Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，ＨｆＯ２，又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。【００４６】
Ａｌ２Ｏ３膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、Ｙ２Ｏ３膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のＨｆＯ２膜を用いれば、電界効果移動度を大きくすることができる。また、これらの化合物の混晶からなる膜を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電界効果移動度の大きなＴＦＴを形成できる。また、ゲート絶縁膜形成プロセス及びチャネル層形成プロセスは、室温で行うことができるので、ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。【００４７】
（トランジスタ）
電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満のアモルファス酸化物膜をチャネル層に用い、ソース端子、ドレイン端子及びゲート絶縁膜を介してゲート端子を配した電界効果型トランジスタを構成すると、ソース・ドレイン端子間に５Ｖ程度の電圧を印加したとき、ゲート電圧を印加しないときのソース・ドレイン端子間の電流を約１０−７アンペヤにすることができる。電子キャリア濃度の理論的下限界は、価電子帯の電子が熱的に励起されるとすると仮定すると、１０５／ｃｍ３以下であるが、実際的な可能性としては、１０１２／ｃｍ３程度である。【００４８】
また、Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種以上含む混晶化合物をゲート絶縁層として用いれば、ソース・ゲート端子間及びドレイン・ゲート端子間のリーク電流を約１０−７アンペヤにすることができ、ノーマリーオフ・トランジスタを実現できる。【００４９】
酸化物結晶の電子移動度は、金属イオンのｓ軌道の重なりが大きくなるほど、大きくなり、原子番号の大きなＺｎ，Ｉｎ，Ｓｎの酸化物結晶は、０．１から２００ｃｍ２／（Ｖ・秒）の大きな電子移動度を持つ。さらに、酸化物では、酸素と金属イオンとがイオン結合しているために、化学結合の方向性がなく、構造がランダムで、結合の方向が不均一なアモルファス状態でも、電子移動度は、結晶状態の電子移動度に比較して、同程度の大きさを有することが可能となる。一方で、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎを原子番号の小さな元素で置換することにより、電子移動度は小さくなる。従って、上記したアモルファス酸化物を用いることにより、電子移動度を、約０．０１ｃｍ２／（Ｖ・秒）から２０ｃｍ２／（Ｖ・秒）の範囲に制御できる。【００５０】
また、通常の化合物では、キャリア濃度が増加するにつれて、キャリア間の散乱などにより、電子移動度は減少するが、それに対して、本発明のアモルファス酸化物では、電子キャリア濃度の増加とともに、電子移動度が増加するが、その物理機構は明確でない。【００５１】
ゲート端子に電圧を印加すると、上記アモルファス酸化物チャネル層に、電子を注入できるので、ソース・ドレイン端子間に電流が流れ、両端子間がオン状態になる。本発明によるアモルファス酸化膜は、電子キャリア濃度が増加すると、電子移動度が大きくなるので、トランジスタがオン状態での電流を、より大きくすることができる。すなわち、飽和電流及びオン・オフ比をより大きくすることができる。電子移動度が大きなアモルファス酸化物膜をＴＦＴのチャネル層として用いれば、飽和電流を大きくすることができるし、また、ＴＦＴのスウィッチング速度を大きくでき、高速動作が可能となる。【００５２】
例えば、電子移動度が、０．０１ｃｍ２／（Ｖ・秒）程度であれば、液晶表示素子を駆動するＴＦＴのチャネル層として用いることができる。また、電子移動度が、０．１ｃｍ２／（Ｖ・秒）程度であるアモルファス酸化物膜を用いれば、アモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴと同等以上の性能を有し、動画像用表示素子を駆動するＴＦＴを作成することができる。【００５３】
さらに、電流で駆動する有機発光ダイオードを動作させる場合など大きな電流を必要とするＴＦＴを実現するためには、電子移動度は、１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であることが望ましい。なお、本発明による縮退伝導を示すアモルファス酸化物をチャネル層に用いた場合、電子キャリア濃度が多い状態での電流、すなわちトランジスタの飽和電流の温度依存性が小さくなり、温度特性に優れたＴＦＴを実現できる。【００５４】
実施例
（実施例１：ＰＬＤ法によるアモルファスIn-Ga-Zn-O薄膜の作製）
図７に示すようなＰＬＤ成膜装置を用いて、成膜を行った。同図において、７０１はＲＰ（ロータリーポンプ）、７０２はＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）、７０３は準備室、７０４はＲＨＥＥＤ用電子銃、７０５は基板を回転、上下移動するための基板保持手段、７０６はレーザー入射窓、７０７は基板、７０８はターゲット、７０９はラジカル源、７１０はガス導入口、７１１はターゲットを回転、上下移動するためのターゲット保持手段、７１２はバイパスライン、７１３はメインライン、７１４はＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）、７１５はＲＰ（ロータリーポンプ）、７１６はチタンゲッターポンプ、７１７はシャッターである。また、図中７１８はＩＧ（イオン真空計）、７１９はＰＧ（ピラニ真空計）、７２０はＢＧ（バラトロン真空計）、７２１は成長室（チャンバー）である。【００５５】
KrFエキシマレーザーを用いたパルスレーザー蒸着法により、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）上にIn-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物半導体薄膜を堆積させた。堆積前の処理として、基板の超音波による脱脂洗浄を、アセトン,
エタノール, 超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で乾燥させた。【００５６】
前記多結晶ターゲットには、InGaO3(ZnO)４焼結体ターゲット（サイズ
20mmΦ5mmt）を用いた。これは、出発原料として、In2O3：Ga2O3：ZnO（各4N試薬）を湿式混合した後(溶媒：エタノール)、仮焼（1000℃： 2h）、乾式粉砕、本焼結（1550 ℃：  2h）)を経て得られるものである。こうして作製したターゲットの電気伝導度は、90
(S/cm)であった。【００５７】
成長室の到達真空を2×10-6(Pa)にして、成長中の酸素分圧を6.5 (Pa)に制御して成膜を行った。チャンバー７２１内酸素分圧は６．５Pa、基板温度は25℃である。なお、ターゲット７０８と被成膜基板７０７間の距離は、30(mm)であり、入射窓７１６から入射されるＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１.5-3(mJ/cm２/pulse)の範囲である。また、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は10(Hz)、そして照射スポット径は、1×1(mm角)とした。こうして、成膜レート7(nm/min)で成膜を行った。【００５８】
得られた薄膜について、薄膜のすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは認めらなかったことから、作製したIn-Ga-Zn-O系薄膜はアモルファスであるといえる。さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Rrms）は約0.5 nmであり、膜厚は約120 nmであることが分かった。蛍光Ｘ線（XRF）分析の結果、薄膜の金属組成比はIn：Ga：Zn＝0.98：1.02：4であった。電気伝導度は、約10-２ S/cm未満であった。電子キャリア濃度は約101６/cm3以下、電子移動度は約５cm2／（Ｖ・秒）と推定される。【００５９】
光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約3 eVと求まった。以上のことから、作製したIn-Ga-Zn-O系薄膜は、結晶のInGaO3(ZnO)４の組成に近いアモルファス相を呈しており、酸素欠損が少なく、電気伝導度が小さな透明な平坦薄膜であることが分かった。【００６０】
具体的に図１を用いて説明する。同図は、In-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態を仮定した時の組成がInGaO3(ZnO)m(mは６未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を本実施例と同じ条件下で作成する場合に、酸素分圧を変化させた場合に、成膜された酸化物の電子キャリア濃度の変化を示したものである。【００６１】
本実施例と同じ条件下で酸素分圧を４．５Ｐａ超の高い雰囲気中で、成膜することにより、図１に示すように、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態で、ほぼ室温に維持されている。フレキシブルなプラスチックフィルムを基板として使用するには、基板温度は100℃未満に保つことが好ましい。【００６２】
酸素分圧をさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができる。例えば、図１に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧５Ｐａで成膜したInGaO3(ZnO)４薄膜では、さらに、電子キャリア数を１０１６／ｃｍ３に低下させることができた。【００６３】
得られた薄膜は、図２に示す様に、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であった。しかし、本実施例のパルスレーザー蒸着法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となる。従って、酸素分圧４．５Ｐａ超、望ましくは5Ｐａ超、６．５Ｐａ未満の雰囲気で、パルスレーザー蒸着法で作製したIn-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態における組成InGaO3(ZnO)m(mは６未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を用いれば、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。【００６４】
また、該薄膜の電子移動度は、１ｃｍ２／Ｖ・秒超が得られ、オン・オフ比を１０３超に大きくすることができた。以上、説明したように、本実施例に示した条件下でＰＬＤ法によりＩｎＧａＺｎ酸化物の成膜を行う場合は、酸素分圧を４．５Ｐａ以上６．５Ｐａ未満になるように制御することが望ましい。なお、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満を実現するためには、酸素分圧の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などに依存する。【００６５】
次に、上記装置における酸素分圧６．５Ｐａの条件で、アモルファス酸化物を作製し、図５に示すトップゲート型MISFET素子を作製した。具体的には、まず、ガラス基板（１）上に上記のアモルファスIn-Ga-Zn-O薄膜の作製法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ120nmの半絶縁性アモルファスInGaO3(ZnO)４膜を形成した。【００６６】
さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、パルスレーザー堆積法により電気伝導度の大きなInGaO3(ZnO)４及び金膜をそれぞれ30nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。
【００６７】
最後にゲート絶縁膜（３）として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し（厚み：90nm、比誘電率：約15、リーク電流密度：0.5MV/cm印加時に10-3A/cm2）、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。【００６８】
（MISFET素子の特性評価）
図６に、室温下で測定したMISFET素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、アモルファスIn-Ga-Zn-O系半導体がn型であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS＝6V程度で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS＝4V印加時におけるゲート電圧VGSの閾値は約-0.5Vであった。また、VG＝10V時には、IDS＝1.0×10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-Zn-O系アモルファス半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、１０３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【００６９】
作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。本実施例によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗が高く、かつ電子移動度が大きいチャネル層を有する薄膜トランジスタを実現できる。なお、上記したアモルファス酸化物は、電子キャリア濃度の増加と共に、電子移動度が増加し、さらに縮退伝導を示すという優れた特性を備えていた。【００７０】
本実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製したが、成膜自体が室温で行えるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。また、本実施例で得られたアモルファス酸化物は、可視光の光吸収が殆どなく、透明なフレキシブルＴＦＴを実現できる。【００７１】
（実施例２：ＰＬＤ法によるアモルファスＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）及びＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４酸化膜の成膜）
KrFエキシマレーザーを用いたＰＬＤ法により、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）及びＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとして、ガラス基板（コーニング社製1737）上にＩｎ−Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系アモルファス酸化物膜を堆積させた。ＰＬＤ成膜装置は、実施例１で示したものを用い、成膜条件は上記と同様とした。
基板温度は２５℃で成膜を行った。【００７２】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角 0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、２種類のターゲットから作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜は、いずれもアモルファス膜であることが示された。【００７３】
さらに、ガラス基板上のＩｎ−Ｚｎ―Ｇａ―Ｏ系アモルファス酸化物膜のＸ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Rrms）は約０．５nmであり、膜厚は約１２０nmであることが分かった。蛍光Ｘ線（XRF）分析の結果、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属原子組成比はIn：Ga：Zn＝1.1：1.1：0.9であった。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属原子組成比は、In：Ga：Zn＝0.98：1.02：4であった。【００７４】
成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度を測定した。その結果を図１に示す。酸素分圧が４．５Ｐａ超の雰囲気中で成膜することにより、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態でほぼ室温に維持されている。また、酸素分圧が６．５Ｐａ未満の時は、得られたアモルファス酸化物膜の表面は平坦であった。【００７５】
酸素分圧が５Ｐａの時、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度は１０１６／ｃｍ３、電気伝導度は、１０−２Ｓ／ｃｍであった。また、電子移動度は、約５ｃｍ２／Ｖ・秒と推測された。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制帯エネルギー幅は、約３eVと求まった。酸素分圧を５Ｐａからさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。【００７６】
図１に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧６Ｐａで成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を８×１０１５／ｃｍ３（電気伝導度：約８×１０-３Ｓ／ｃｍ）に低下させることができた。得られた膜は、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超と推測された。しかし、ＰＬＤ法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となった。【００７７】
ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、異なる酸素分圧で成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜に関して、電子キャリア濃度と電子移動度の関係を調べた。その結果を  図２に示す。電子キャリア濃度が、１０１６／ｃｍ３から１０２０／ｃｍ３に増加すると、電子移動度は、約３ｃｍ２／（Ｖ・秒）から約１１ｃｍ２／（Ｖ・秒）に増加ことが示された。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜に関しても、同様の傾向が見られた。【００７８】
ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。【００７９】
（実施例３：ＳＰ法によるＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化膜の成膜）
雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波ＳＰ法により、成膜する場合について説明する。ＳＰ法は、図８に示す装置を用いて行った。同図において、８０７は被成膜基板、８０８はターゲット、８０５は冷却機構付き基板保持手段、８１４は、ターボ分子ポンプ、８１５はロータリーポンプ、８１７はシャッター、８１８はイオン真空計、８１９はピラニ真空計、８２１は成長室（チャンバー）、８３０はゲートバルブである。被成膜基板８０７としては、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）を用意した。成膜前処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分ずつ行った後、空気中１００℃で乾燥させた。【００８０】
ターゲット材料としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体（サイズ 20mmΦ5mmt）を用いた。この焼結体は、出発原料として、In2O3：Ga2O3：ZnO（各4N試薬）を湿式混合(溶媒：エタノール)し、仮焼（1000℃：2h）、乾式粉砕、本焼結（1550 ℃：2h）を経て作製した。このターゲット８０８の電気伝導度は90(S/cm)であり、半絶縁体状態であった。【００８１】
成長室８２１内の到達真空は、１×10-４(Ｐａ)であり、成長中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、４〜０．１ｘ１０−１(Ｐａ)の範囲での一定の値とし、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を、１０−３〜２ｘ１０−１（Ｐａ）の範囲で変化させた。また、基板温度は、室温とし、ターゲット８０８と被成膜基板８０７間の距離は、30(mm)であった。投入電力は、RF180Wであり、成膜レートは、10(nm/min)で行った。【００８２】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角lang=EN-US> 0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Rrms）は約０．５nmであり、膜厚は約１２０nmであることが分かった。蛍光Ｘ線（XRF）分析の結果、薄膜の金属組成比はIn
: Ga : Zn = 0.98 : 1.02 : 4であった。【００８３】
成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させて得られたアモルファス酸化物膜の電気伝導度を測定した。その結果を図３に示す。図３に示すように、酸素分圧を３×１０-２Ｐａ超の高い雰囲気中で、成膜することにより、電気伝導度を１０Ｓ／ｃｍ未満に低下させることができた。【００８４】
酸素分圧をさらに大きくすることにより、電子キャリア数を低下させることができた。
例えば、図３に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧１０-１Ｐａで成膜したInGaO3(ZnO)４薄膜では、さらに、電気伝導度を約１０-１０Ｓ／ｃｍに低下させることができた。また、酸素分圧１０-１Ｐａ超で成膜したInGaO3(ZnO)４薄膜は、電気抵抗が高すぎて電気伝導度は測定できなかった。この場合、電子移動度は測定できなかったが、電子キャリア濃度が大きな膜での値から外挿して、電子移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ・秒と推定された。【００８５】
すなわち、酸素分圧３×１０-２Ｐａ超、望ましくは5×１０-１Ｐａ超のアルゴンガス雰囲気で、スパッタ蒸着法で作製したIn-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態における組成InGaO3(ZnO)m(mは６未満の自然数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を用い、ノーマリーオフで、かつオン・オフ比を１０３超のトランジスタを構成することができた。【００８６】
本実施例で示した装置、材料を用いる場合は、スパッタによる成膜の際の酸素分圧としては、例えば、３×１０-２Ｐａ以上、５×１０-１Ｐａ以下の範囲である。なお、パルスレーザー蒸着法およびスパッタ法で作成された薄膜では、図２に示す様に、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が増加する。【００８７】
上記のとおり、酸素分圧を制御することにより、酸素欠陥を低減でき、その結果、電子キャリア濃度を減少できる。また、アモルファス状態では、多結晶状態とは異なり、本質的に粒子界面が存在しないために、高電子移動度のアモルファス薄膜を得ることができる。なお、ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。【００８８】
（実施例４：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
次に、ＰＬＤ法により、ガラス基板上にＩｎＧａＯ３ (Ｚｎ1-xＭｇｘＯ)４(0＜x＜1)膜を成膜する場合について説明する。成膜装置としては、図７に記載の成膜装置を用いて行った。被成膜基板としては、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）を用意した。その基板に前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分間ずつ行った後、空気中１００℃で.乾燥させた。【００８９】
ターゲットとしては、InGa(Zn1-xMgxO)4(x=1-0)焼結体（サイズ20mmΦ5mmt）を用いた。ターゲットは、出発原料In2O3：Ga2O3：ZnO：MgO（各4N試薬）を、湿式混合(溶媒：エタノール)、仮焼（1000℃：2h）、乾式粉砕、本焼結（1550℃：2h）を経て作製した。【００９０】
成長室到達真空は、2×10-6(Pa)であり、成長中の酸素分圧は、0.8(Pa)とした。基板温度は、室温（２５℃）で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、30(mm)であった。なお、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１.5(mJ/cm２/pulse)、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、10(Hz)、照射スポット径は、1×1(mm角)とした。成膜レートは、7(nm/min)であった。【００９１】
このようにして得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角 0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。得られた膜の表面は平坦であった。【００９２】
異なるｘ値のターゲットを用いて、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気中で成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｍｇ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電気伝導度、電子キャリア濃度及び電子移動度のｘ値依存性を調べた。尚、ターゲットとして、多結晶InGaO3(Zn1-xＭｇｘO)m(mは６未満の自然数、0<x≦1を用いれば、１Ｐａ未満の酸素分圧下でも、高抵抗アモルファスInGaO3(Zn1-xＭｇｘO)m膜を得ることができた。【００９３】
その結果を、図４に示す。ｘ値が０．４超のとき、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気中で、ＰＬＤ法により成膜したアモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にできることが示された。また、ｘ値が０．４超のアモルファス酸化物膜では、電子移動度は、１ｃｍ２／Ｖ・秒超であった。図４に示すように、Ｚｎを８０原子％のＭｇで置換したターゲットを使用した場合、酸素分圧０．８Ｐａの雰囲気で、パルスレーザー堆積法で得られた膜の電子キャリア濃度を１０１６／ｃｍ３未満とすることができる。【００９４】
こうした膜の電子移動度は、Ｍｇ無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、室温での電子移動度は約５ｃｍ２／（Ｖ・秒）で、アモルファスシリコンに比べて、１桁程度大きな値を示す。同じ条件で成膜した場合、Ｍｇ含有量の増加に対して、電気伝導度と電子移動度は、共に低下するので、Ｍｇの含有量は、好ましくは、２０原子％超、８５原子％未満（ｘにして、０．２＜ｘ＜０．８５）、より好適には０.５＜ｘ＜０．８５である。【００９５】
なお、ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎＧａＯ３ (Ｚｎ1-xＭｇｘＯ)４(0<x≦1)アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。【００９６】
（実施例５：ＰＬＤ法によるＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜の成膜）
次に、Ｉｎ酸化物膜を成膜する場合について説明する。成膜装置は図７に記載の装置を用いた。被成膜基板として、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）を用意した。この基板の前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水で各5分間ずつ行った後、空気中１００℃で乾燥させた。【００９７】
ターゲットとしては、In2O3焼結体（サイズ20mmΦ5mmt）を用いた。これは、出発原料In2O3（4N試薬）を仮焼（1000℃：2h）、乾式粉砕、本焼結（1550℃：2h）を経て準備した。【００９８】
成長室到達真空は、2×10-6(Pa)、成長中の酸素分圧は、５(Pa)とし、水蒸気分圧０．１（Ｐａ）とし、さらに酸素ラジカル発生装置に２００Ｗを印加して、酸素ラジカルを発生させた。基板温度は室温とした。ターゲットと被成膜基板間の距離は、40(mm)、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは0.5(mJ/cm２/pulse)、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、10(Hz)、照射スポット径は1×1(mm角)であった。成膜レートは、3(nm/min)であった。【００９９】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、８０ｎｍであった。得られたＩｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は５×１０１７／ｃｍ３で、電子移動度は、約７ｃｍ２／Ｖ・秒であった。【０１００】
（実施例６：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
ＰＬＤ法により、厚さ２００μｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系酸化物膜を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）を用意した。
基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各5分間ずつ行った。その後、空気中１００℃で乾燥させた。【０１０１】
ターゲットは、In2O3-SnO2焼結体（サイズ20mmΦ5mmt）を準備した。これは、出発原料として、In2O3-SnO2（4N試薬）を湿式混合(溶媒：エタノール)、仮焼（1000℃：2h）、乾式粉砕、本焼結（1550℃：2h）を経て得られる。ターゲットの組成は、（Ｉｎ０．９Ｓｎ０．１）２Ｏ３．１多結晶体であった。【０１０２】
成長室到達真空は、2×10-6(Pa)、成長中の酸素分圧は、５（Ｐａ）、窒素分圧は、０．１（Ｐａ）とし、さらに、酸素ラジカル発生装置に２００Ｗを印加して、酸素ラジカルを発生させた。基板温度は室温で成膜した。ターゲットと被成膜基板間の距離は、30(mm)とし、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、1.5(mJ/cm２/pulse)、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、10(Hz)、照射スポット径は、1×1(mm角)であった。【０１０３】
成膜レートは、6(nm/min)であった。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。得られたＩｎ−Ｓｎ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０１７／ｃｍ３で、電子移動度は、約５ｃｍ２／（Ｖ・秒）であった。膜厚は、１００ｎｍであった。【０１０４】
（実施例７：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）
次に、ＩｎＧａ酸化物を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、SiO2ガラス基板（コーニング社製1737）を用意した。基板の前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各5分間行った後、空気中１００℃で.乾燥させた。【０１０５】
ターゲットとして、(In2O3)1-x-(Ga2O3)x(X＝0-1)焼結体（サイズ20mmΦ5mmt）を用意した。なお、例えばｘ＝０．１の場合は、ターゲットは、（Ｉｎ０．９Ｇａ０．１）２Ｏ３多結晶焼結体ということになる。これは、出発原料：In2O3-Ga2O2（4N試薬）を、湿式混合(溶媒：エタノール)、仮焼（1000℃：2h）、乾式粉砕、本焼結（1550℃：2h）を経て得られる。【０１０６】
成長室到達真空は、2×10-6(Pa)であり、成長中の酸素分圧は、1(Pa)とした。基板温度は、室温で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、30(mm)、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、1.5(mJ/cm２/pulse)、パルス幅は、20(nsec)、繰り返し周波数は、10(Hz)、照射スポット径は、1×1(mm角)であった。成膜レートは、6(nm/min)であった。【０１０７】
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角 0.5度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、１２０ｎｍであった。得られたＩｎ−Ｇａ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０１６／ｃｍ３で、電子移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ・秒であった。【０１０８】
（実施例８：Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製（ガラス基板））
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ガラス基板（１）上に、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧５Ｐａの条件で、実施例２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の作製法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０nmのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜を形成した。【０１０９】
さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Pa未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜及び金膜をそれぞれ３０nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【０１１０】
最後にゲート絶縁膜（３）として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し（厚み：90nm、比誘電率：約15、リーク電流密度：0.5MV/cm印加時に10-3A/cm2）、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。【０１１１】
（ＴＦＴ素子の特性評価）
図６に、室温下で測定したＴＦＴ素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧ＶDSの増加に伴い、ドレイン電流ＩDSが増加したことからチャネルがｎ型伝導であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩDSはＶDS＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、ＶDS＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧ＶGSの閾値は約−０．５Ｖであった。また、ＶG＝１０Ｖ時には、ＩDS＝１．０×１０-5Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、１０３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１１２】
作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０１７／ｃｍ３以下がより好ましく、１０１６／ｃｍ３以下にすると更に好ましかった。【０１１３】
（実施例９：Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。具体的には、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例２に示した成膜法により、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧５Ｐａの雰囲気で、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０nmのＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。【０１１４】
さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Pa未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【０１１５】
最後にゲート絶縁膜（３）を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。ゲート絶縁膜として、Ｙ２Ｏ３（厚さ：１４０ｎｍ），Ａｌ２Ｏ３（厚さ：１３０ｎｍ）及びＨｆＯ２（厚さ：１４０ｎｍ）を用いた３種類の上記の構造を有するＴＦＴを作成した。【０１１６】
（ＴＦＴ素子の特性評価）
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性は、図６と同様であった。すなわち、ドレイン電圧ＶDSの増加に伴い、ドレイン電流ＩDSが増加したことから、チャネルがｎ型伝導であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩDSはＶDS＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖｇ＝０のときには、Ｉｄｓ＝１０−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、ＩDS＝２.０×１０-5Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、１０３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１１７】
ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで屈曲させ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかった。また、可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。【０１１８】
ゲート絶縁膜としてＡｌ２Ｏ３膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Ｖｇ＝０のときには、Ｉｄｓ＝１０−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、ＩDS＝５．０×１０-６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約２cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１１９】
ゲート絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Ｖｇ＝０のときには、Ｉｄｓ＝１０−８Ａ，Ｖｇ＝１０Ｖ時には、ＩDS＝１．０×１０-６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１２０】
（実施例１０：ＰＬＤ法によるＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例５に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ８０nmのＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜を形成した。【０１２１】
さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【０１２２】
最後にゲート絶縁膜（３）として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。【０１２３】
（ＴＦＴ素子の特性評価）
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶDSの増加に伴い、ドレイン電流ＩDSが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩDSはＶDS＝５Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖｇ＝０Ｖ時には、２×１０−８Ａ、Ｖｇ＝１０Ｖ時には、Ｉｄｓ＝２．０×１０-６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１２４】
ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。【０１２５】
（実施例１１：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例６に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１００nmのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。【０１２６】
さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【０１２７】
最後にゲート絶縁膜（３）として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。【０１２８】
（ＴＦＴ素子の特性評価）
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶDSの増加に伴い、ドレイン電流ＩDSが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩDSはＶDS＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖｇ＝０Ｖ時には、５×１０−８Ａ、ＶG＝１０Ｖ時には、ＩDS＝５.０×１０-５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０３であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約５cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１２９】
ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。【０１３０】
（実施例１２：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）
図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例７に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０nmのＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。【０１３１】
さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Pa未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０nm積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【０１３２】
最後にゲート絶縁膜（３）として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。【０１３３】
（ＴＦＴ素子の特性評価）
ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶDSの増加に伴い、ドレイン電流ＩDSが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩDSはＶDS＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Ｖｇ＝０Ｖ時には、１×１０−８Ａ、ＶG＝１０Ｖ時には、ＩDS＝１.０×１０-６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約０．８cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。【０１３４】
ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかった。【０１３５】
なお、上述の実施例で示したように、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０１７／ｃｍ３以下がより好ましく、１０１６／ｃｍ３以下にすると更に好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明に係るアモルファス酸化物は、薄膜トランジスタなどの半導体デバイスに利用できる。そして、この薄膜トランジスタは、例えば、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイのスイッチング素子として応用することができ、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、シースルー型のディスプレイ、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】第１図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。
【図２】第２図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電子キャリアの濃度と電子移動度の関係を示すグラフである。
【図３】第３図は、高周波スパッタ法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電気伝導度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。
【図４】第４図は、パルスレーザー蒸着法により成膜したＩｎＧａＯ３（Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ）４のｘの値に対する電気伝導度、電子キャリア濃度、電子移動度の変化を示すグラフである。
【図５】第５図は、トップゲート型ＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図６】第６図は、トップゲート型ＴＦＴ素子の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図７】第７図は、パルスレーザー蒸着装置を示す模式図である。
【図８】第８図は、スパッタ製膜装置を示す模式図である。
【図１】
2005088726.tif 000003
【図２】
2005088726.tif 000004
【図３】
2005088726.tif 000005
【図４】
2005088726.tif 000006
【図５】
2005088726.tif 000007
【図６】
2005088726.tif 000008
【図７】
2005088726.tif 000009
【図８】
2005088726.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲【請求項１】電子キャリア濃度が、１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とするアモルファス酸化物。【請求項２】電子キャリア濃度が、１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。【請求項３】電子キャリア濃度が、１０１６／ｃｍ３以下であることを特徴とするアモルファス酸化物。【請求項４】電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物。【請求項５】電子移動度が、０．１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であることを特徴とする請求項４に記載されるアモルファス酸化物。【請求項６】縮退伝導を示す請求項５に記載されるアモルファス酸化物。【請求項７】前記アモルファス酸化物が、Ｚｎ、Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分とし、［（Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ）Ｏ２］ａ・［（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３］ｂ・［（Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ）Ｏ］ｃ  （０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ、ｙ、ｚは同時に１ではなく、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍ４はＳｎより原子番号の小さいＩＶ族元素、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいＩＩＩ族元素又はＬｕ、Ｍ２はＺｎより原子番号の小さなＩＩ族元素）で示される化合物である請求項１に記載されるアモルファス酸化物。【請求項８】前記アモルファス酸化物が、Ｖ族元素Ｍ５又はＷのうち、少なくとも１種類の元素を含む請求項７に記載されるアモルファス酸化物。【請求項９】前記アモルファス酸化物が、結晶状態における組成が、［（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３］［（Ｚｎ１−ｘＭ２ｘ）Ｏ］ｍ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつｘ、ｙは同時に１ではなく、ｍは０又は６未満の自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいＩＩＩ族元素又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さいＩＩ族元素）で表される化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である請求項７に記載のアモルファス酸化物。【請求項１０】Ｍ３が、Ｇａである請求項９記載のアモルファス酸化物。【請求項１１】Ｍ２が、Ｍｇである請求項９記載のアモルファス酸化物。【請求項１２】ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた請求項１に記載されるアモルファス酸化物。【請求項１３】請求項１に記載のアモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタ。【請求項１４】Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート絶縁層とする請求項１３記載の電界効果型トランジスタ。【請求項１５】ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル層に、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。【請求項１６】前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１７／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタ。【請求項１７】前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１６／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタ。【請求項１８】前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物���あり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタ。【請求項１９】前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ，Ｇａ，ＺｎおよびＭｇを含む酸化物であり、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ１−ｘＭｇｘ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）、０＜ｘ≦１であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタ。【請求項２０】前記アモルファス酸化物が、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）、あるいはＩｎｘ（Ｚｎ、Ｓｎ）１−ｘ酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から選択されるアモルファス酸化物であることを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタ。【請求項２１】前記アモルファス酸化物は、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とする請求項１５に記載の薄膜トランジスタ。【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】ン・オフ比が充分にとれず、ノーマリーオフ型のＴＦＴにはふさわしくないことが判明したからである。［０００６］【特許文献１】特開２００３−２９８０６２号公報【特許文献２】特開２０００−０４４２３６号公報【発明の開示】［０００７］  そこで、本発明は、電子キャリア濃度が低い、アモルファス酸化物を提供すること、更には当該アモルファス酸化物をチャネル層に用いた薄膜トランジスタを提供することを目的としている。［０００８］  本発明は、（１）電子キャリア濃度が、１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とするアモルファス酸化物である。また、本発明は、電子キャリア濃度が、１０１７／ｃｍ３以下、あるいは１０１６／ｃｍ３以下のアモルファス酸化物であることが好ましい。［０００９］  また、本発明は、（２）電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物である。［００１０］  また、本発明は、（３）電子移動度が、０．１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載されるアモルファス酸化物である。［００１１］  また、本発明は、（４）縮退伝導を示す上記（２）又は（３）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。なお、ここでの縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、３０ｍｅＶ以下の状態をいう。［００１２］  また、別の本発明は、（５）Ｚｎ，Ｉｎ及びＳｎのうち、少なくとも１種類の元素を構成成分とし、［（Ｓｎ１−ｘＭ４ｘ）Ｏ２］ａ・［（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３］ｂ・［（Ｚｎ１−ｚＭ２ｚ）Ｏ］ｃ  ［０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ、ｙ、ｚは同時に１ではなく、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、かつａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍ４はＳｎより原子番号の小さいＩＶ族（４族）元素（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいＩＩＩ族（３族）元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２はＺｎより原子番号の小さなＩＩ族（２族）元素（Ｍｇ，Ｃａ）］で示される上記（１）から（４）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。［００１３］  また、本発明は、上記（５）の発明に更に、Ｖ族（５族）元素Ｍ５（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の元素を含んでもよい。［００１４］  また、別の本発明は、（６）結晶状態における組成が、［（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３］［（Ｚｎ１−ｘＭ２）Ｏ］ｍ［【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつｘ、ｙは同時に１ではなく、ｍは０又は６未満の数あるいは自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さいＩＩＩ族（３族）元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さいＩＩ族（２族）元素（Ｍｇ，Ｃａ）］である化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である上記（１）から（４）のいずれかに記載のアモルファス酸化物を用いた薄膜トランジスタである。Ｍ３としては例えば、Ｇａであり、Ｍ２としては、例えばＭｇである。［００１５］  また、本発明は、ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた（１）から（６）のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。また、本発明は、上記アモルファス酸化物をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタである。また、本発明に係る前記電界効果型トランジスタは、Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３、又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種含む混晶化合物をゲート絶縁層とすることを特徴とする。［００１６］  また別の本発明は、（７）Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏから構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表され、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超かつ電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。［００１７］  また、別の本発明は、（８）Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏから構成され、結晶状態の組成がＩｎＧａＯ３（Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数、０＜ｘ≦１で表され、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超かつ電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であることを特徴とする透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜である。更にまた、本発明は、電気抵抗を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含む雰囲気中で成膜することを特徴とする上述の透明半絶縁性アモルファス酸化物薄膜の製造方法である。［００１８］  更にまた、別の本発明に係る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、ゲート絶縁膜、及びチャネル層を備え、前記チャネル層に、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるアモルファス酸化物が用いられていることを有することを特徴とする。前記アモルファス酸化物の電子キャリア濃度が１０１７／ｃｍ３以下あるいは、１０１６／ｃｍ３以下であることが好ましい。ここで、前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎを含む酸化物であり、原子数比Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：ｍ（ｍ＜６）である。あるいは前記アモルファス酸化物が、Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎおよびＭｇを含む酸化物であり、原子数比【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】番号の小さい４族元素Ｍ４（Ｍ４は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｒ）、５族元素Ｍ５（Ｍ５は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）又はＷのうち、少なくとも１種類の複合酸化物を構成する元素を添加することにより、より電子キャリア濃度を減少させることができる。［００３１］  それぞれＺｎ，Ｉｎ，Ｓｎより原子番号の小さなＭ２，Ｍ３，Ｍ４元素は、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎよりイオン性が強く、そのために酸素欠陥の発生が少なく、電子キャリア濃度を低減できる。また、Ｌｕは、原子番号はＧａより大きいが、イオン半径が小さく、イオン性が強く、Ｍ３と同様の機能を果たす。Ｍ５は、プラス５価でイオン化するために、酸素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。Ｗは、６価イオン化するために、酸素との結合が強く、酸素欠陥を生じにくい。［００３２］  また、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、結晶状態における組成が、［（Ｉｎ１−ｙＭ３ｙ）２Ｏ３］［（Ｚｎ１−ｘＭ２ｘ）Ｏ］ｍ［０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつｘ、ｙは同時に１ではなく、ｍは０又は６未満の数あるいは自然数、Ｍ３は、Ｉｎより原子番号の小さい３族元素（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｙ）又はＬｕ、Ｍ２は、Ｚｎより原子番号の小さい２族元素（Ｍｇ，Ｃａ）］で表される化合物単体又はｍの値の異なる化合物の混合体である。ここで、Ｍ３は、例えばＧａであり、Ｍ２は、例えばＭｇである。［００３３］  このように、本発明に適用できるアモルファス酸化物としては、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３及びＺｎＯを頂点とする３角形の内部に位置する一元系、二元系、又は三元系組成の化合物である。上記３種類の化合物のうち、Ｉｎ２Ｏ３はアモルファス形成能が大きく気相法において成膜中の雰囲気に水分を、０．１Ｐａ程度添加するなどの手段により成膜した状態で完全非晶質相を形成できる。［００３４］  一方、ＺｎＯ及びＳｎＯ２は、単独でアモルファス相を形成しがたい場合があるが、Ｉｎ２Ｏ３をホスト酸化物とすることにより非晶質相を形成できる。具体的には、上記３種の化合物のうち二つを含む二元系組成（上記３角形の辺に位置する組成）のうち、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系では、Ｉｎが約２０原子％以上含まれる組成、Ｓｎ−Ｉｎ−Ｏ系の場合には、Ｉｎが約８０原子％以上含まれる組成で、アモルファス膜を作成することができる。［００３５］  Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜を気相法で得るためには、例えば、雰囲気中に水蒸気を０．１Ｐａ程度、又、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス膜を得るためには、雰囲気中に窒素ガスを０．１Ｐａ程度導入すればよい。上記化合物のうち３つを含む三元系組成であるＳｎ−Ｉｎ−Ｚｎ系では、Ｉｎが約１５原子％を以上の組成範囲で、気相法によりアモル【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】膜では、さらに、電子キャリア数を１０１６／ｃｍ３に低下させることができた。［００６３］  得られた薄膜は、図２に示す様に、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超であった。しかし、本実施例のパルスレーザー蒸着法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となる。従って、酸素分圧４．５Ｐａ超、望ましくは５Ｐａ超、６．５Ｐａ未満の雰囲気で、パルスレーザー蒸着法で作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏから構成され、結晶状態における組成ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の数）で表される透明アモルファス酸化物薄膜を用いれば、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。［００６４］  また、該薄膜の電子移動度は、１ｃｍ２／Ｖ・秒超が得られ、オン・オフ比を１０３超に大きくすることができた。以上、説明したように、本実施例に示した条件下でＰＬＤ法によりＩｎＧａＺｎ酸化物の成膜を行う場合は、酸素分圧を４．５Ｐａ以上６．５Ｐａ未満になるように制御することが望ましい。なお、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満を実現するためには、酸素分圧の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などに依存する。［００６５］［００６６］［００６７］［００６８］【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】［００６９］［００７０］［００７１］（実施例２：ＰＬＤ法によるアモルファスＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）及びＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４酸化物膜の成膜）  ＫｒＦエキシマレーザーを用いたＰＬＤ法により、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）及びＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとして、ガラス基板（コーニング社製１７３７）上にＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を堆積させた。ＰＬＤ成膜装置は、実施例１で示したものを用い、成膜条件は上記と同様とした。基板温度は２５℃で成膜を行った。［００７２］  得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、２種類のターゲットから作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜は、いずれもアモルファス膜であることが示された。［００７３］  さらに、ガラス基板上のＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜のＸ線反射率測【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．５ｎｍであり、膜厚は約１２０ｎｍであることが分かった。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属原子組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．１：１．１：０．９であった。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属原子組成比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．９８：１．０２：４であった。［００７４］  成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度を測定した。その結果を図１に示す。酸素分圧が４．５Ｐａ超の雰囲気中で成膜することにより、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態でほぼ室温に維持されている。また、酸素分圧が６．５Ｐａ未満の時は、得られたアモルファス酸化物膜の表面は平坦であった。［００７５］  酸素分圧が５Ｐａの時、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度は１０１６／ｃｍ３、電気伝導度は、１０−２Ｓ／ｃｍであった。また、電子移動度は、約５ｃｍ２／Ｖ・秒と推測された。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制帯エネルギー幅は、約３ｅＶと求まった。酸素分圧を５Ｐａからさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。［００７６］  図１に示す様に、基板温度２５℃、酸素分圧６Ｐａで成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を８×１０１５／ｃｍ３（電気伝導度：約８×１０−３Ｓ／ｃｍ）に低下させることができた。得られた膜は、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）超と推測された。しかし、ＰＬＤ法では、酸素分圧を６．５Ｐａ以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、ＴＦＴのチャネル層として用いることが困難となった。［００７７］  ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、異なる酸素分圧で成膜したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜に関して、電子キャリア濃度と電子移動度の関係を調べた。その結果を図２に示す。電子キャリア濃度が、１０１６／ｃｍ３から１０２０／ｃｍ３に増加すると、電子移動度は、約３ｃｍ２／（Ｖ・秒）から約１１ｃｍ２／（Ｖ・秒）に増加ことが示された。また、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をター【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】ゲットとして得られたアモルファス酸化膜に関しても、同様の傾向が見られた。［００７８］  ガラス基板の代わりに厚さ２００μｍのポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた場合にも、得られたＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。［００７９］（実施例３：ＳＰ法によるＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）  雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波ＳＰ法により、成膜する場合について説明する。ＳＰ法は、図８に示す装置を用いて行った。同図において、８０７は被成膜基板、８０８はターゲット、８０５は冷却機構付き基板保持手段、８１４は、ターボ分子ポンプ、８１５はロータリーポンプ、８１７はシャッター、８１８はイオン真空計、８１９はピラニ真空計、８２１は成長室（チャンバー）、８３０はゲートバルブである。被成膜基板８０７としては、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。成膜前処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各５分ずつ行った後、空気中１００℃で乾燥させた。［００８０］  ターゲット材料としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用いた。この焼結体は、出発原料として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ（各４Ｎ試薬）を湿式混合（溶媒：エタノール）し、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て作製した。このターゲット８０８の電気伝導度は９０（Ｓ／ｃｍ）であり、半絶縁体状態であった。［００８１］  成長室８２１内の到達真空は、１×１０−４（Ｐａ）であり、成長中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、４〜０．１ｘ１０−１（Ｐａ）の範囲での一定の値とし、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を、１０−３〜２ｘ１０−１（Ｐａ）の範囲で変化させた。また、基板温度は、室温とし、ターゲット８０８と被成膜基板８０７間の距離は、３０（ｍｍ）であった。投入電力は、ＲＦ１８０Ｗであり、成膜レートは、１０（ｎｍ／ｍｉｎ）で行った。［００８２］  得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角＝０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。さらに、Ｘ線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ（Ｒｒｍｓ）は約０．５ｎｍであり、膜厚は約１２０ｎｍであることが分かった。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、薄膜の金属組成比はＩｎ【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各５分間ずつ行った。その後、空気中１００℃で乾燥させた。［０１０１］  ターゲットは、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を準備した。これは、出発原料として、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（４Ｎ試薬）を湿式混合（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て得られる。ターゲットの組成は、（Ｉｎ０．９Ｓｎ０．１）２Ｏ３．１多結晶体であった。［０１０２］  成長室到達真空は、２×１０−６（Ｐａ）、成長中の酸素分圧は、５（Ｐａ）、窒素分圧は、０．１（Ｐａ）とし、さらに、酸素ラジカル発生装置に２００Ｗを印加して、酸素ラジカルを発生させた。基板温度は室温で成膜した。ターゲットと被成膜基板間の距離は、３０（ｍｍ）とし、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５（ｍＪ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）、繰り返し周波数は、１０（Ｈｚ）、照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）であった。［０１０３］  成膜レートは、６（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。得られたＩｎ−Ｓｎ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０１７／ｃｍ３で、電子移動度は、約５ｃｍ２／（Ｖ・秒）であった。膜厚は、１００ｎｍであった。［０１０４］（実施例７：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の成膜）  次に、ＩｎＧａ酸化物を成膜する場合について説明する。被成膜基板として、ＳｉＯ２ガラス基板（コーニング社製１７３７）を用意した。基板の前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各５分間行った後、空気中１００℃で乾燥させた。［０１０５］  ターゲットとして、（Ｉｎ２Ｏ３）１−ｘ−（Ｇａ２Ｏ３）ｘ（Ｘ＝０−１）焼結体（サイズ２０ｍｍΦ５ｍｍｔ）を用意した。なお、例えばｘ＝０．１の場合は、ターゲットは、（Ｉｎ０．９Ｇａ０．１）２Ｏ３多結晶焼結体ということになる。これは、出発原料：Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３（４Ｎ試薬）を、湿式混合（溶媒：エタノール）、仮焼（１０００℃：２ｈ）、乾式粉砕、本焼結（１５５０℃：２ｈ）を経て得られる。［０１０６］  成長室到達真空は、２×１０−６（Ｐａ）であり、成長中の酸素分圧は、１（Ｐａ）とした。基板温度は、室温で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、３０（ｍｍ）、ＫｒＦエキシマレーザーのパワーは、１．５（ｍＪ／ｃｍ２／ｐｕｌｓｅ）、パルス幅は、２０（ｎｓｅｃ）、繰り返し周波数は、【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】１０（Ｈｚ）、照射スポット径は、１×１（ｍｍ角）であった。成膜レートは、６（ｎｍ／ｍｉｎ）であった。［０１０７］  得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射Ｘ線回折（薄膜法、入射角０．５度）を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｏ系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、１２０ｎｍであった。得られたＩｎ−Ｇａ−Ｏアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、８×１０１６／ｃｍ３で、電子移動度は、約１ｃｍ２／Ｖ・秒であった。［０１０８］（実施例８：Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製（ガラス基板））  図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ガラス基板（１）上に、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧５Ｐａの条件で、実施例１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の作製法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜を形成した。［０１０９］  さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Ｐａ未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。［０１１０］  最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ２Ｏ３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し（厚み：９０ｎｍ、比誘電率：約１５、リーク電流密度：０．５ＭＶ／ｃｍ印加時に１０−３Ａ／ｃｍ２）、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。［０１１１］（ＴＦＴ素子の特性評価）  図６に、室温下で測定したＴＦＴ素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧ＶＤＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型伝導であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩＤＳはＶＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、ＶＤＳ＝４Ｖ印加時におけるゲート電圧ＶＧＳの閾値は約−０．５Ｖであった。また、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】１０−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、１０３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１１２］  作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０１７／ｃｍ３以下がより好ましく、１０１６／ｃｍ３以下にすると更に好ましかった。  本実施例によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗が高く、かつ電子移動度が大きいチャネル層を有する薄膜トランジスタを実現でさる。なお、上記したアモルファス酸化物は、電子キャリア濃度の増加と共に、電子移動度が増加し、さらに縮退伝導を示すという優れた特性を備えていた。  本実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製したが、成膜自体が室温で行えるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。また、本実施例で得られたアモルファス酸化物は、可視光の光吸収が殆どなく、透明なフレキシブルＴＦＴを実現できる。［０１１３］（実施例９：Ｉｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作製）  図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。具体的には、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例２に示した成膜法により、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧５Ｐａの雰囲気で、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｚｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。［０１１４］  さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、ＰＬＤ法により電気伝導度の大きなＩｎ−Ｚｒ−Ｇａ−Ｏ糸アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。［０１１５］  最後にゲート絶縁膜（３）を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。チャネル長は、５０μｍで、チャネル幅は、２００μｍであった。ゲート絶縁膜として、Ｙ２Ｏ３（厚さ：１４０ｎｍ），Ａｌ２Ｏ３（厚さ：１３０ｎｍ）及びＨｆＯ２（厚さ：１４０ｎｍ）を用いた３種類の上記の構造を有するＴＦＴを作成した。［０１１６］（ＴＦＴ素子の特性評価）  ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性は、図６と同様であった。すなわち、ドレイン電圧ＶＤＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことから、チャネルがｎ型伝導であることが分かる。これは、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩＤＳはＶＤＳ＝６【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×１０−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、１０３超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約７ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１１７］  ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで屈曲させ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかった。また、可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。［０１１８］  ゲート絶縁膜としてＡｌ２Ｏ３膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝０のときには、ＩＤＳ＝１０−８Ａ，ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝５．０×１０−６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約２ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１１９］  ゲート絶縁膜としてＨｆＯ２膜を用いたＴＦＴでも、図６に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝０のときには、ＩＤＳ＝１０−８Ａ，ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×１０−６Ａの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、１０２超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１２０］（実施例１０：ＰＬＤ法によるＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）  図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例５に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ８０ｎｍのＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜を形成した。［０１２１］  さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ２Ｏ３アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】［０１２２］  最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ２Ｏ３膜を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。［０１２３］（ＴＦＴ素子の特性評価）  ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶＤＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩＤＳはＶＤＳ＝５Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝０Ｖ時には、ＩＤＳ＝２×１０−８Ａ、ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝２．０×１０−６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約１０ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１２４］  ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。［０１２５］（実施例１１：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）  図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例６に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。［０１２６］  さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。［０１２７］  最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ２Ｏ３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】［０１２８］（ＴＦＴ素子の特性評価）  ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶＤＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩＤＳはＶＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝０Ｖ時には、ＩＤＳ＝５×１０−８Ａ、ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝５．０×１０−５Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０３であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約５ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１２９］  ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。［０１３０］（実施例１２：ＰＬＤ法によるＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を用いたＴＦＴ素子の作成）  図５に示すトップゲート型ＴＦＴ素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（１）上に、実施例７に示した成膜法により、チャンネル層（２）として用いる厚さ１２０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜を形成した。［０１３１］  さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を１Ｐａ未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、ＰＬＤ法により、電気伝導度の大きなＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ３０ｎｍ積層し、フォトリゾグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子（５）及びソース端子（６）を形成した。［０１３２］  最後にゲート絶縁膜（３）として用いるＹ２Ｏ３膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子（４）を形成した。［０１３３］（ＴＦＴ素子の特性評価）  ＰＥＴフィルム上に形成したＴＦＴの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧ＶＤＳの増加に伴い、ドレイン電流ＩＤＳが増加したことからチャネルがｎ型半【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】導体であることが分かる。これは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜がｎ型伝導体であるという事実と矛盾しない。ＩＤＳはＶＤＳ＝６Ｖ程度で飽和（ピンチオフ）する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、ＶＧＳ＝６Ｖ印加時には、ＶＤＳ＝０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１×１０−８Ａ、ＶＤＳ＝１０Ｖ時には、ＩＤＳ＝１．０×１０−６Ａの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のＩｎ−Ｇａ−Ｏ系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。トランジスタのオン・オフ比は、約１０２であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約０．８ｃｍ２（Ｖｓ）−１の電界効果移動度が得られた。［０１３４］  ガラス基板上に作成したＴＦＴ素子も同様の特性を示した。ＰＥＴフィルム上に作成した素子を、曲率半径３０ｍｍで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大幅な変化は認められなかった。［０１３５］  なお、上述の実施例で示したように、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にすることでＴＦＴのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、１０１７／ｃｍ３以下がより好ましく、１０１０／ｃｍ３以下にすると更に好ましい。【産業上の利用可能性】［０１３６］  本発明に係るアモルファス酸化物は、薄膜トランジスタなどの半導体デバイスに利用できる。そして、この薄膜トランジスタは、例えば、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイのスイッチング素子として応用することができ、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、シースルー型のディスプレイ、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用できる。【図面の簡単な説明】［０１３７］［図１］第１図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。［図２］第２図は、パルスレーザー蒸着法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電子キャリアの濃度と電子移動度の関係を示すグラフである。［図３］第３図は、高周波スパッタ法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物膜の電気伝導度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。［図４］第４図は、パルスレーザー蒸着法により成膜したＩｎＧａＯ３（Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ）４のｘの値に対する電気伝導度、電子キャリア濃度、電子移動度の変化を示すグラフである。［図５］第５図は、トップゲート型ＴＦＴ素子構造を示す模式図である。【国際調査報告】
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