CN103274608A - 半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件 - Google Patents

半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件 Download PDF

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Abstract

将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中。氧等离子体的产生条件优选外加频率数为1kHz以上300MHz以下、压力为5Pa以上。另外，优选利用溅射法、离子镀法、真空蒸镀法、溶胶凝胶法、微粒涂布法的任一者暴露非晶质氧化物薄膜。

Description

半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件
本发明为下述申请的分案申请。
发明名称：半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件
申请日：2008年4月23日
申请号：200880015165.9（PCT/JP2008/057804）
技术领域
本发明涉及半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。详细来说，涉及通过将含有非晶质氧化物的薄膜暴露于氧等离子体而得到的半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。
背景技术
目前，作为构成晶体管等的半导体，已知有例如含有铟、镓、锡等的氧化物的半导体薄膜。该半导体薄膜与硅等的半导体相比，可以在低温下成膜，因此有可将不耐热的树脂材料作为基板进行元件设计的优点（例如参考专利文献1至专利文献7）。
在专利文献1至专利文献7中，公开了例如作为半导体薄膜的氧化物膜，在规定浓度的氧氛围下成膜的氧化物膜，所述半导体薄膜是含有铟、锌和镓，并含有微结晶，同时具有小于规定值的电子载流子浓度、使用了非晶质氧化物的半导体薄膜。
另外，专利文献5还公开了在形成非晶质氧化物薄膜后，对于该非晶质氧化物薄膜照射含有氧的等离子体来得到氧化物膜。
【专利文献1】日本专利特开2006-165527号公报
【专利文献2】日本专利特开2006-165528号公报
【专利文献3】日本专利特开2006-165529号公报
【专利文献4】日本专利特开2006-165530号公报
【专利文献5】日本专利特开2006-165531号公报
【专利文献6】日本专利特开2006-165532号公报
【专利文献7】日本专利特开2006-173580号公报
发明内容
但是，由于在专利文献1至专利文献7中记载的氧氛围下成膜得到的氧化物膜是由非晶质的氧化物所形成的，因此有热稳定性低、由长时间的通电导致半导体特性发生变化的担心。
通过加热而将氧进行热固定，可以避免上述问题的发生，但此时需要加热，因此失去了有效发挥非晶质的特性而进行低温成膜的意义。
而且，在非晶质的结构中被热固定的氧易于脱离。例如将半导体薄膜在真空下加热时，氧脱离而产生氧缺失。由此，有载流子增大、损害半导体特性的担心。
另外，专利文献5没有公开含有氧的等离子体的发生条件等。因此，例如当含有氧的等离子体的发生条件不合适时，有下述的担心，即，由于含有氧的等离子体的照射，而损害作为氧化物膜的半导体薄膜的半导体特性。
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供在不进行加热的情况下制备的、对于热和长时间通电具有高的半导体特性的非晶质的半导体薄膜和结晶性的半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法、使用了半导体薄膜的半导体元件。
本发明的半导体薄膜的特征在于，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露在氧等离子体中而形成，所述氧等离子体是用高频率激发含有氧的气体而产生的。
根据本发明，利用高频率有效地产生氧等离子体。另外，由于氧等离子体是激发含有氧的气体而产生的，因此可以有效地氧化非晶质氧化物薄膜。
非晶质氧化物薄膜在低温状态下被氧等离子体(低温等离子体)所氧化。这种半导体薄膜由于表面和内部易于被氧化，因此对于热和长时间的通电变得易于稳定。因此，半导体薄膜的半导体特性是稳定的。
由氧等离子体固定的氧与成膜时固定的氧相比，难以脱离，因此对于半导体薄膜，由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
进而，通过使用等离子体，可以将基板温度保持在200℃以下的低温，因此半导体薄膜即使在薄膜等耐热性低的基板上也可以成膜。
在本发明中，上述氧等离子体优选外加频率数、即外加的电压的频率数为1kHz以上300MHz以下。
外加频率数优选为100kHz以上100MHz以下，更优选1MHz以上50MHz以下。13.56MHz的RF等离子体最为优选。另外，输入电功率为100W以上，优选300W以上。
这里，当外加频率数为1kHz以上300MHz以下的范围以外时，有氧等离子体不稳定的情况。另外，有由于高频率的电场而使将半导体成膜的基板、或成膜的薄膜自身被加热的情况，因此不是优选的。
因此，外加频率数为1kHz以上300MHz以下，可以稳定地产生氧等离子体。
在本发明中，上述氧等离子体优选在压力为5Pa以上0.1MPa以下的条件下产生。
压力更优选为50Pa以上且小于0.01MPa，进而优选100Pa以上且小于1000Pa。
当压力小于5Pa时，有不能有效进行氧化的情况，在进行下述的结晶化时，有该结晶化的进行变慢的情况。另外，当压力超过0.1MPa时，有氧等离子体的温度升高、基板过热的担心。
因此，在压力为5Pa以上0.1MPa以下的条件下，可以稳定地产生氧等离子体。
在本发明中，上述非晶质氧化物薄膜优选利用溅射法、离子镀法、真空蒸镀法、溶胶凝胶法、微粒涂布法的任一者来形成。
根据这种构成，在非晶质氧化物薄膜的形成过程中，不需要加热处理，因此可以将例如不耐热的树脂材料等作为基板。并且，当使用真空装置时，溅射法是有效的。另外，作为廉价制备的方法，溶胶凝胶法或微粒涂布法等也是有效的。
进而，当考虑到对于大型基板的适应性、表面平滑性和面内的均一性等时，溅射法是有效的。
在本发明中，上述非晶质氧化物薄膜是以氧化铟为主成分的薄膜，优选含有除氧化铟以外的正三价的金属氧化物。
主成分是指全部金属氧化物中氧化铟的含量超过50质量％的意思。另外，将正三价的金属记作N时，In/（In＋N）为0.5以上0.95以下，优选0.6以上0.9以下。
这里，当小于0.5时，半导体薄膜有迁移率下降的情况。另一方面，当超过0.95时，半导体薄膜有发生结晶化的情况。
因此，根据这种构成，半导体薄膜形成迁移率高的非晶质状态。
在以上述氧化铟为主成分、且含有除上述氧化铟以外的上述正三价的金属氧化物的上述非晶质氧化物薄膜中，上述正三价的金属氧化物优选是选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以简单地氧化，因此半导体薄膜形成非晶质的状态。半导体薄膜难以产生氧缺失，因而可以稳定地工作。
在本发明的半导体薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜也可以以氧化铟和正二价的金属氧化物作为主成分。
主成分是指全部金属氧化物中的氧化铟和正二价的金属氧化物的含量超过50质量％的意思。将正二价的金属记作M时，氧化铟和正二价的金属氧化物的组成以原子比计、In/（In+M）为0.2以上0.95以下，优选0.5以上0.9以下。
这里，对于小于0.2和超过0.95的情况，有时通过等离子体处理而结晶化。
因此，根据这种构成，非晶质氧化物薄膜易于被氧化，因而半导体薄膜容易形成稳定的非晶质的状态。
在以上述氧化铟和上述正二价的金属氧化物为主成分的上述非晶质氧化物薄膜中，上述正二价的金属氧化物优选是选自氧化锌、氧化镁中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，对于非晶质氧化物薄膜，难以使载流子的迁移率下降。另外，半导体薄膜利用氧等离子体可以有效地形成非晶质的状态。
另外，在以上述氧化铟和上述正二价的金属氧化物为主成分的上述非晶质氧化物薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜优选含有选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜进而易于降低氧缺失，因此半导体薄膜容易形成非晶质的状态。
进而，在本发明的半导体薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锌和氧化锡为主成分。
主成分是指全部金属氧化物中的氧化锌和氧化锡的含量超过50质量％。
另外，氧化锌和氧化锡的组成以原子比计、Zn/（Zn+Sn）为0.1以上0.9以下，优选为0.2以上0.8以下。
另一方面，对于小于0.1和超过0.9的情况，半导体薄膜有时通过等离子体处理而结晶化。
因此，根据这种构成，非晶质氧化物薄膜容易被氧化，因而半导体薄膜容易形成稳定的非晶质的状态。
另外，在以上述氧化锌和上述氧化锡为主成分的上述非晶质氧化物薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜优选含有正三价的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，因此半导体薄膜易于形成非晶质的状态。半导体薄膜难以发生氧缺失，可以稳定地工作。
另外，在以上述氧化锌和上述氧化锡为主成分，且含有上述正三价的金属氧化物的上述非晶质氧化物薄膜中，上述正三价的金属氧化物优选是选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化铟、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，因此半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以产生氧缺失，因此可以稳定地工作。
进而，在本发明的半导体薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜也可以以氧化铟和氧化锡为主成分。
主成分是指全部金属氧化物中氧化铟和氧化锡的含量超过50质量％。
另外，氧化铟和氧化锡的组成以原子比计、In/（In+Sn）为0.2以上0.8以下，优选0.5以上0.7以下。
另一方面，对于小于0.2和超过0.8的情况，半导体薄膜有时发生结晶化。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜容易被氧化，因此半导体薄膜的迁移率变高，同时形成非晶质的状态。
另外，以上述氧化铟和上述氧化锡为主成分的上述非晶质氧化物薄膜优选还含有除氧化铟以外的正三价的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以保持稳定的非晶质结构。因此，非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，从而半导体薄膜易于形成非晶质的状态。半导体薄膜难以发生氧缺失，因此半导体特性是稳定的。
在以上述氧化铟和上述氧化锡为主成分、且含有除上述氧化铟以外的上述正三价的金属氧化物的上述非晶质氧化物薄膜中，上述正三价的金属氧化物优选是选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，因此半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，氧化物半导体难以产生氧缺失，且可以稳定地工作稳定。
在本发明的半导体薄膜中，上述非晶质氧化物薄膜也可以以上述氧化铟和上述氧化锡为主成分，且含有正二价的金属氧化物。
根据这种构成，非晶质氧化物薄膜可以保持稳定的非晶质结构。因此，非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，从而半导体薄膜易于形成非晶质的状态。半导体薄膜难以产生氧缺失，因而半导体特性是稳定的。
另外，在以上述氧化铟和上述氧化锡为主成分、且含有上述正二价的金属氧化物的上述非晶质氧化物薄膜中，上述正二价的金属氧化物优选是选自氧化锌、氧化镁中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
根据这种构成，对于非晶质氧化物薄膜，载流子的迁移率难以下降。半导体薄膜可以有效地形成非晶质的状态。
在本发明中，上述非晶质氧化物薄膜是以氧化铟为主成分的薄膜，优选通过暴露于上述氧等离子体中来结晶化。
根据本发明，将以氧化铟为主成分的非晶质氧化物薄膜暴露于氧等离子体中，可以得到结晶性的氧化铟半导体薄膜。
即，根据本发明，可以在不对氧化铟实施加热处理的情况下使其结晶化，能够得到对于热和长时间通电具有高稳定性的半导体薄膜。
另外，由于利用氧等离子体可在半导体薄膜中固定氧，因此在进行氧化铟的结晶化时可以降低氧缺失。由此，可以得到半导体特性优异的半导体薄膜。
进而，利用氧等离子体而结晶化并固定的氧与比起热固定的氧，难以脱离，因此由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
本发明的这种半导体薄膜可以在不实施热处理的情况下进行制备，因此可以在不耐热的树脂基板上成膜，同时作为半导体的特性也优异。
例如，利用本发明的半导体薄膜在成膜中不需要热处理、在成膜后不需要热处理、以及氧化铟薄膜为透明性的性质，可以适用于以可挠性的树脂材料为基板的薄型显示装置的驱动元件等。
并且，在非晶质氧化物薄膜中含有的非晶质的氧化铟可以是含有微结晶的非晶质，也可以完全是非晶质。这里，所谓含有微结晶的非晶质和非晶质，是指利用X射线衍射完全不能观察到峰，或者即使观察到，也仅能利用结晶化的薄膜的X射线衍射观察到小的峰。
另外，“成为主成分”是指非晶质氧化物薄膜中含有50质量％以上的氧化铟。并且，氧化铟的含量优选为70质量％以上，更优选80质量％以上。
在本发明中，上述非晶质氧化物薄膜优选含有正二价的金属氧化物。
根据这种构成，在所得半导体薄膜中，正二价的金属氧化物可以有效地抑制载流子的发生。因此，根据本发明，可以得到长期稳定工作的半导体薄膜。
在本发明中，上述正二价的金属氧化物优选是选自氧化锌、氧化镁、氧化镍、氧化铜和氧化钴中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
利用这种构成，可以更有效地抑制载流子的发生，能够得到长期稳定工作的半导体薄膜。
并且，对于氧化铁或氧化锰等，不具有添加效果。
在本发明中，上述非晶质氧化物薄膜优选含有正三价的金属氧化物。
根据这种构成，正三价的金属氧化物可以在进行氧化铟的结晶化时使氧缺陷降低。因此，根据本发明，可以得到稳定工作的半导体薄膜。
在本发明中，上述正三价的金属氧化物优选是选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱和氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
利用这种构成，可以更有效地降低氧缺失，能够得到稳定工作的半导体薄膜。
并且，氧化铊等易于产生氧缺失，不具有添加效果。
本发明半导体薄膜的制备方法的特征在于，在基板上含有非晶质氧化物并形成薄膜，暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中。
根据本发明，由于非晶质氧化物薄膜被氧等离子体氧化，因此可以在低温状态得到氧缺失减少的半导体薄膜。这种半导体薄膜的表面和内部易于被氧化，因此半导体薄膜内部的氧缺失有效地减少。因此，可以得到半导体特性稳定的半导体薄膜。
另外，由于可以利用氧等离子体使氧缺失减少，因此能够有效地制备载流子密度减少的半导体薄膜。通过使用氧等离子体，可以将基板温度保持在200℃以下的低温，因而即使在薄膜等耐热性低的基板上，也可以得到半导体薄膜。
另外，利用氧等离子体固定的氧与在成膜时固定的氧相比难以脱离，因此由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
本发明的半导体元件的特征在于，具有上述的半导体薄膜。
因此，半导体薄膜具有稳定的半导体特性，因此半导体元件能够稳定地工作。
另外，由于半导体元件具有半导体薄膜，因而可以作为例如晶体管等来利用。
附图说明
【图1】是表示本发明第1实施方式的实施例1-2中薄膜的18O/16O比、和比较例1-2中薄膜的18O/16O比的关系的附图。
【图2】是表示本发明第2实施方式的实施例2-1和比较例2-1中的氧化铟薄膜的电阻率与成膜中的氧浓度的关系的附图。
【图3】是表示本发明第2实施方式的实施例2-1和比较例2-1的氧化铟薄膜的X射线衍射图形的附图。
【图4】是表示本发明第2实施方式的实施例2-1和比较例2-1中的氧化铟薄膜的载流子密度的附图。
【图5】是表示本发明第2实施方式的实施例2-1中氧化铟薄膜的迁移率的附图。
【图6】是表示本发明第2实施方式的实施例2-2和比较例2-2中氧化铟薄膜的电阻率与氧化锌浓度的关系的附图。
【图7】是表示本发明第2实施方式的实施例2-2和比较例2-2中氧化铟薄膜的X射线衍射图形的附图。
【图8】是表示本发明第2实施方式的实施例2-2和比较例2-2中氧化铟薄膜的载流子密度的附图。
【图9】是表示本发明第2实施方式的实施例2-2中氧化铟薄膜的迁移率的附图。
【图10】是表示本发明第2实施方式的实施例2-3和比较例2-3中氧化铟薄膜的电阻率与成膜中的氧浓度的关系的附图。
【图11】是表示本发明第2实施方式的实施例2-3和比较例2-3中氧化铟薄膜的X射线衍射图形的附图。
【图12】是表示本发明第2实施方式的实施例2-3和比较例2-3中氧化铟薄膜的载流子密度的附图。
【图13】是表示本发明第2实施方式的实施例2-3中氧化铟薄膜的迁移率的附图。
【图14】是表示本发明第2实施方式的实施例2-5中氧化铟薄膜的电阻率与等离子体处理中的放大功率的关系的附图。
【图15】是表示本发明第2实施方式的实施例2-5中氧化铟薄膜的氧化铟薄膜电阻率与等离子体暴露时间的关系的附图。
【图16】是表示本发明第2实施方式的实施例2-6中氧化铟薄膜的氧化铟薄膜电阻率与氧化锌浓度的关系的附图。
具体实施方式
＜第1实施方式＞
在本实施方式中，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中，来形成非晶质的半导体薄膜。
以下，对于本发明的第1实施方式进行详述。
［对于非晶质氧化物薄膜］
本实施方式的非晶质氧化物薄膜以氧化铟为主成分，且含有正三价的金属氧化物。主成分具体来说，是指氧化铟的含量超过50质量％。
另外，当将正三价的金属记作N时，以原子比计，In/（In＋N）为0.5以上0.95以下，优选为0.6以上0.9以下。
另一方面，当小于0.5时，有迁移率降低的情况。另外，当超过0.95时，非晶质氧化物薄膜有时形成结晶化的半导体薄膜。
正三价的金属氧化物可以列举例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥等。
在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有这些正三价的金属氧化物中的1种，也可以含有2种以上。
另外，本实施方式的非晶质氧化物薄膜也可以以氧化铟和正二价的金属化合物作为主成分。
主成分具体来说，是指氧化铟和正二价的金属化合物的含量超过50质量％。
当将正二价的金属记作M时，氧化铟和正二价的金属氧化物的组成以原子比计，In/（In+M）为0.2以上0.95以下，优选0.5以上0.9以下。
另一方面，对于小于0.2和超过0.95的情况，有时利用等离子体处理进行结晶化。
另外，正二价的金属氧化物优选氧化锌和氧化镁等。在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有氧化锌和氧化镁中的1种，也可以含有2种以上。
另外，以氧化铟和正二价的金属化合物为主成分的非晶质氧化物薄膜进而还可以含有选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
另外，本实施方式的非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锌和氧化锡作为主成分。
主成分具体来说，是指氧化锌和氧化锡的含量超过50质量％。
另外，氧化锌和氧化锡的组成以原子比计、Zn/（Zn+Sn）为0.1以上0.9以下，优选0.2以上0.8以下。
另一方面，对于小于0.1和超过0.9的情况，非晶质氧化物薄膜有时形成结晶化的半导体薄膜。
这里，以氧化锌和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜进而也可以含有正三价的金属氧化物。
正三价的金属氧化物可以列举例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化铟、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥等。
在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有这些正三价的金属氧化物中的1种，也可以含有2种以上。
另外，本实施方式的非晶质氧化物薄膜也可以以氧化铟和氧化锡作为主成分。
主成分具体来说，是指氧化铟和氧化锡的含量超过50质量％。
氧化铟和氧化锡的组成以原子比计、In/（In+Sn）为0.2以上0.8以下，优选为0.5以上0.7以下。
另一方面，如果小于0.2和超过0.8，则非晶质氧化物薄膜有时形成结晶化的半导体薄膜。
这里，以氧化铟和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜进而也可以含有正三价的金属氧化物。正三价的金属氧化物可以列举例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥等。
在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有这些正三价的金属氧化物中的1种，也可以含有2种以上。
另外，本实施方式的非晶质氧化物薄膜以氧化铟和氧化锡作为主成分，也可以含有正二价的金属氧化物。
这里，作为正二价的金属氧化物，优选氧化锌和氧化镁等。在非晶质氧化物薄膜中可以单独含有氧化锌和氧化镁中的1种，也可以含有2种以上。
本实施方式的非晶质氧化物薄膜可以利用例如溅射法、离子镀法、真空蒸镀法、溶胶凝胶法和微粒涂布法的任一种方法在基板上成膜。当使用真空装置时，溅射法是有效的。另外，作为廉价进行制备的方法，溶胶凝胶法或微粒的涂布法等也是有效的。
这里，基板可以列举例如无碱玻璃、碱玻璃、青板玻璃等的玻璃基板、聚碳酸酯薄膜、聚芳酯薄膜、聚醚砜薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚萘二甲酸乙二酯薄膜、聚乙酰纤维素薄膜、聚苯乙烯薄膜等的塑料薄膜等。
另外，由于可以在不需要加热处理的情况下将半导体薄膜成膜，因此可以将不耐热的树脂材料等作为基板。
［利用了氧等离子体的处理］
在本实施方式的非晶质半导体制备中使用的氧等离子体是通过激发含有氧的气体而产生的高频率等离子体。
作为氧等离子体的发生条件，外加频率数为1kHz以上300MHz以下，压力为5Pa以上0.1MPa以下。
当外加频率数小于1kHz时，有时氧等离子体不稳定，因此不是优选的。如果外加频率数超过300MHz，则有时不产生氧等离子体，或者变得不稳定，另外，通过外加高频率的电场，有将半导体成膜的基板、或成膜的薄膜自身被加热的情况，因此不是优选的。
并且，外加频率数优选为100kHz以上100MHz以下，更优选1MHz以上50MHz以下。最优选13.56MHz的RF等离子体。
另外，当压力为小于5Pa的压力时，有时不能有效地进行氧化。
投入电功率为100W以上，优选300W以上。
［第1实施方式的效果］
根据本实施方式，可以得到以下的效果。
（1）根据本实施方式，通过使以上述原子比含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中，可以得到非晶质的半导体薄膜。
因此，非晶质氧化物薄膜利用氧等离子体在低温状态下被氧化，因而半导体薄膜容易具有非晶质的结构。该非晶质的半导体薄膜的表面和内部易于被氧化，因此半导体特性变得稳定。
利用氧等离子体固定的氧与成膜时固定的氧相比难以脱离，因此对于半导体薄膜，由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
另外，通过使用等离子体，可以将基板温度保持在200℃以下的低温，因此半导体薄膜即使在薄膜等耐热性低的基板上也可以进行成膜。
（2）根据本实施方式，由于氧等离子体是高频等离子体，因此可以有效地产生氧等离子体。
另外，氧等离子体的发生条件是外加频率数为1kHz以上300MHz以下，压力为5Pa以上0.1MPa以下，因此可以产生稳定的氧等离子体，可以在不加热非晶质氧化物薄膜的情况下得到稳定工作的半导体薄膜。
（3）根据本实施方式，通过激发含有氧的气体而产生氧等离子体，因而氧等离子体摄入到非晶质氧化物薄膜的内部。由此，上述本实施方式的以各原子比含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜可以有效地被氧化，能够得到易于形成非晶质状态的半导体薄膜。
（4）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜可以通过溅射法、离子镀法、真空蒸镀法、溶胶凝胶法和微粒涂布法的任一种方法形成，在非晶质氧化物薄膜的形成过程中，不需要进行加热处理。由此，例如可以将不耐热的树脂材料等用作为基板。
（5）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜以氧化铟作为主成分，含有正三价的金属氧化物。另外，当将氧化铟记作In、将正三价的金属记作N时，以原子比计，In/（In＋N）为0.5以上0.95以下，因此迁移率高，可以得到非晶质状态的半导体薄膜。
另外，全部金属氧化物中的氧化铟含量超过50质量％，从而以原子比计，In/（In＋N）为0.95以下，因此非晶质的半导体薄膜的迁移率降低的担忧小。另外，半导体薄膜发生结晶化的情况也少。
另外，以氧化铟为主成分的非晶质氧化物薄膜通过含有例如氧化硼等正三价的金属氧化物，变得易于被氧化。因此，半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，因此可以稳定地工作。
（6）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜通过以氧化铟和正二价的金属氧化物作为主成分，容易被氧化。另外，当将正二价的金属记作M时，以原子比计，In/（In+M）为0.2以上0.95以下，因此半导体薄膜形成非晶质的状态。
另外，在以氧化铟和正二价的金属氧化物作为主成分的非晶质氧化物薄膜中，非晶质氧化物薄膜通过使正二价的金属氧化物为选自氧化锌、氧化镁中的至少任一者的1种以上的金属氧化物，载流子的迁移率难以降低。因此，半导体薄膜可以有效地形成非晶质的状态。
另外，在以氧化铟和正二价的金属氧化物为主成分的非晶质氧化物薄膜中，非晶质氧化物薄膜通过含有例如氧化硼等的金属氧化物，可以进而减少氧缺失。因此，半导体薄膜形成非晶质的状态。
（7）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜以氧化锌和氧化锡作为主成分，由此容易被氧化。另外，当将氧化锌记作Zn、将氧化锡记作Sn时，以原子比计，Zn/（Zn+Sn）为0.1以上0.9以下，因此半导体薄膜形成非晶质的状态。
另外，氧化锌和氧化锡的组成以原子比计、Zn/（Zn+Sn）为0.1以上0.9以下，因此结晶化的情况也少。
另外，以氧化锌和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜进而含有正三价的金属氧化物，由此非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化。因此，半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，因此可以稳定地工作。
另外，以氧化锌和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜含有例如氧化硼等的正三价的金属氧化物，由此可以简单地被氧化。因此，半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，因此可以稳定地工作。
（8）根据本实施方式，通过非晶质氧化物薄膜以氧化铟和氧化锡作为主成分，由此可以容易地被氧化。另外，当将氧化铟记作In、将氧化锡记作Sn时，以原子比计、In/（In+Sn）为0.2以上0.8以下，因此半导体薄膜的迁移率高，且形成非晶质的状态。
另外，以氧化铟和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜进而含有除了氧化铟以外的正三价的金属氧化物，由此半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，因此可以稳定地工作。
另外，在以氧化铟和氧化锡为主成分、且含有除氧化铟以外的正三价的金属氧化物的非晶质氧化物薄膜中，正三价的金属氧化物例如为氧化硼等。因此，半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，且可以稳定地工作。
另外，以氧化铟和氧化锡为主成分的非晶质氧化物薄膜进而含有正二价的金属氧化物。因此，非晶质氧化物薄膜保持稳定的非晶质结构。非晶质氧化物薄膜可以简单地被氧化，因此半导体薄膜易于形成非晶质的状态。另外，半导体薄膜难以发生氧缺失，且可以稳定地工作。
另外，在以氧化铟和氧化锡为主成分、且含有正二价的金属氧化物的非晶质氧化物薄膜中，正二价的金属氧化物是选自氧化锌、氧化镁中的至少任一者的1种以上的金属氧化物。因此，对于非晶质氧化物薄膜，载流子的迁移率难以下降。另外，由于非晶质氧化物薄膜可以有效地被氧化，因此半导体薄膜形成非晶质的状态。
＜第2实施方式＞
在上述第1实施方式中，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中，来形成非晶质的半导体薄膜，而在本第2实施方式中，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中，来形成结晶性的半导体薄膜。
以下，对于本发明的第2实施方式进行详述。
并且，在本实施方式中，对于与上述第1实施方式同样的内容，省略或简化其说明。
［关于非晶质氧化物薄膜］
本实施方式的非晶质氧化物薄膜含有非晶质的氧化铟作为主成分。具体来说，非晶质氧化物薄膜含有50质量％以上的氧化铟。并且，氧化铟的含量优选为70质量％以上，更优选80质量％以上。
非晶质氧化物薄膜中含有的非晶质的氧化铟可以是含有微结晶的非晶质，也可以完全是非晶质。
本实施方式的非晶质氧化物薄膜含有正二价的金属氧化物。
正二价的金属氧化物可以列举例如氧化锌、氧化镁、氧化镍、氧化铜和氧化钴等。
在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有这些正二价的金属氧化物中的1种，也可以含有2种以上。
并且，正二价的金属氧化物的添加量只要是不阻碍利用氧等离子体进行的氧化铟的结晶化的程度即可，没有特别地限定，例如优选在全部金属氧化物中小于10质量％。
这里，如果添加量为10质量％以上，则有氧化铟不发生结晶化，或者结晶化过于花费时间的情况，因此不是优选的。
另外，本实施方式的非晶质氧化物薄膜含有正三价的金属氧化物。
正三价的金属氧化物可以列举例如氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱和氧化镥等。
在非晶质氧化物薄膜中，可以单独含有这些正三价的金属氧化物中的1种，也可以含有2种以上。
并且，正三价的金属氧化物的添加量只要是不阻碍利用氧等离子体进行的氧化铟的结晶化的程度即可，没有特别地限定，例如优选在全部金属氧化物中小于10质量％。
这里，如果添加量为10质量％以上，则有氧化铟不发生结晶化，或者结晶化过于花费时间的情况，因此不是优选的。
本实施方式的非晶质氧化物薄膜可以用与上述第1实施方式同样的方法在基板上成膜。
并且，从对于大型基板的适应性、表面平滑性或面内的均一性等的角度考虑，本实施方式的非晶质氧化物薄膜优选利用溅射法来形成。
[利用氧等离子体的处理］
在本实施方式的结晶性半导体的制备中，非晶质氧化物薄膜利用与上述第1实施方式同样的氧等离子体进行处理。
并且，本实施方式的氧等离子体处理中的压力优选为5Pa以上0.1MPa以下，更优选50Pa以上且小于0.01MPa，进而优选100Pa以上且小于1000Pa。当压力小于5Pa时，结晶化的进行变缓，如果压力超过0.1MPa，则等离子体形成高温，非晶质氧化物薄膜被加热，因此不是优选的。
［第2实施方式的效果］
根据本实施方式，除了上述第1实施方式的效果、（3）和（4），还可以得到以下的效果。
（9）根据本实施方式，通过将以上述非晶质的氧化铟为主成分的非晶质氧化物薄膜在高频电场中暴露于氧等离子体，可以得到结晶性的氧化铟半导体薄膜。
即，可以在不对氧化铟实施加热处理的情况下使其结晶化，可以得到对于热和长时间通电具有高的稳定性的结晶性的半导体薄膜。
另外，由于利用氧等离子体在结晶性的半导体薄膜中固定氧，因此在进行氧化铟的结晶化时，可以减少氧缺失。由此，可以得到半导体特性优异的结晶性的半导体薄膜。
进而，利用氧等离子体固定的氧与热固定的氧相比，难以脱离，因此由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
（10）根据本实施方式，通过激发含有氧的气体来产生氧等离子体，因此在非晶质氧化物薄膜中含有的氧化铟通过氧等离子体被结晶化，与此同时被激发的氧原子摄入到非晶质氧化物薄膜中。由此，可在氧化铟进行结晶化时使氧缺失减少。因此，可以得到稳定工作的结晶性的半导体薄膜。
另外，利用氧等离子体固定的氧与热固定的氧相比，难以脱离，因此由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。
（11）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜中含有的正二价的金属氧化物可有效地抑制载流子的发生，因此半导体薄膜可以长期稳定地工作。
另外，正二价的金属氧化物的添加量在全部金属氧化物中小于10质量％，因此对由氧等离子体引起的对氧化铟的结晶化产生阻碍的担心小。
（12）根据本实施方式，非晶质氧化物薄膜中含有的正三价的金属氧化物在进行氧化铟的结晶化时使氧缺陷减少，因此可以得到稳定工作的半导体薄膜。
另外，正三价的金属氧化物的添加量在全部金属氧化物中小于10质量％，因此对由氧等离子体引起的对氧化铟的结晶化产生阻碍的担心小。
实施例
以下，列举实施例和比较例进而详细地说明上述各实施方式。并且，本发明不限定于这些实施例记载的任何内容。
＜第1实施方式的实施例＞
［比较例1-1］
使用RF（Radio Frequency）磁控管溅射装置（株式会社岛津制作所生产商品名：HMS-552），在氩气氛围中、室温下，在玻璃上溅射成膜厚度为100nm的氧化铟-氧化镓-氧化锌（IGZO）薄膜。
靶（出光兴产株式会社生产）使用含有氧化铟、氧化镓、氧化锌（In：Ga：Zn＝1：1：1摩尔比）的靶。
［实施例1-1］
将比较例1-1中得到的IGZO薄膜、在以频率数为13.56MHz、放大功率为500W、氧压力为330Pa的条件产生的氧等离子体中暴露10分钟。该等离子体处理时的基板温度小于120℃。
［实施例1-1和比较例1-1的IGZO薄膜的评价］
对于比较例1-1中得到的作为非晶质氧化物薄膜的IGZO薄膜、和实施例1-1中得到的暴露在氧等离子体中的IGZO薄膜进行X射线衍射。比较例1-1中得到的薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-1中得到的暴露于氧等离子体的IGZO薄膜也没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表1中，表示实施例1-1的IGZO薄膜和比较例1-1的IGZO薄膜的电阻率。
实施例1-1的IGZO薄膜为4.44E＋3Ωcm，比较例1-1的IGZO薄膜为2.95E-2Ωcm。因此可知，通过进行氧等离子体处理，实施例1-1的IGZO薄膜与比较例1-1的IGZO薄膜相比，电阻率增大，因此是半导体薄膜。
【表1】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
IGZO溅射膜 2.95E-2 1.16E+19 18.2
IGZO等离子体处理膜 4.44E+3 1.18E+14 11.9
另外，在表1中，表示通过孔测定求得的、实施例1-1的IGZO薄膜和比较例1-1的IGZO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-1的IGZO薄膜，载流子密度为1.18E＋14/cm3，迁移率为11.9cm2/V·秒。另一方面，对于比较例1-1的IGZO薄膜，载流子密度为1.16E＋19/cm3，迁移率为18.2cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-1的IGZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-1的IGZO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-1的IGZO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-1的IGZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-1的IGZO薄膜相比，迁移率降低的实施例1-1的IGZO薄膜。
［比较例1-2］
将比较例1-1的IGZO薄膜在通常的氧氛围中进行等离子体处理。
［实施例1-2］
将比较例1-1的IGZO薄膜在作为同位素的18O2的氛围中进行等离子体处理。
［实施例1-2和比较例1-2的IGZO薄膜的评价］
对于实施例1-2中得到的薄膜，进行SIMS分析，求得薄膜的18O/16O比。另外，对于比较例1-2中得到的薄膜，进行SIMS分析，求得薄膜的18O2比。图1表示这些测定结果的关系。以使用普通的氧进行等离子体处理的比较例1-2的18O/16O比为1.0E＋0，表示使用18O2氧进行等离子体处理的实施例1-2的18O增加量。根据图1，使用18O2氧进行等离子体处理的半导体薄膜从表面起15nm的范围内可以观察到18O。由此可知，通过等离子体处理，氧摄入到薄膜中。这样，通过非晶质氧化物薄膜暴露在氧等离子体中，由此氧摄入到薄膜内部。
由表1和图1的关系可知，暴露于氧等离子体的IGZO薄膜，由于氧摄入到薄膜的内部，因此与没有暴露在氧等离子体中的IGZO薄膜相比，载流子浓度降低，同时电阻率增加。
［实施例1-3和比较例1-3］
除了使用含有氧化铟、氧化锌（In：Zn＝8：2摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化铟-氧化锌（IZO）薄膜。
［实施例1-3和比较例1-3的IZO薄膜的评价］
对于比较例1-3中得到的作为非晶质氧化物薄膜的IZO薄膜、和实施例1-3中得到的暴露于氧等离子体的IZO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-3中得到的薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-3中得到的暴露于氧等离子体的IZO薄膜也观察不到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表2中，表示实施例1-3的IZO薄膜和比较例1-3的IZO薄膜的电阻率。
实施例1-3的IZO薄膜为2.86E＋2Ωcm，比较例1-3的IZO薄膜为2.56E-4Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-3的IZO薄膜与比较例1-3的IZO薄膜相比，电阻率增大，因此为半导体薄膜。
【表2】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
IZO溅射膜 2.56E-4 7.12E＋20 34.2
IZO等离子体处理膜 2.86E+2 1.95E＋15 11.3
另外，在表2中，表示通过孔测定求得的、实施例1-3的IZO薄膜和比较例1-3的IZO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-3的IZO薄膜，载流子密度为1.95E＋15/cm3，迁移率为11.3cm2/V·秒。另一方面，对于比较例1-3的IZO薄膜，载流子密度为7.12E＋20/cm3，迁移率为34.2cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-3的IZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-3的IZO薄膜相比、载流子密度降低的实施例1-3的IZO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-3的IZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-3的IZO薄膜相比、迁移率下降的实施例1-3的IZO薄膜。
［实施例1-4和比较例1-4］
除了使用含有氧化铟、氧化锡、氧化锌（In：Sn：Zn＝1：1：1摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化铟-氧化锡-氧化锌（ITZO）薄膜。
［实施例1-4和比较例1-4的ITZO薄膜的评价］
对于比较例1-4中得到的作为非晶质氧化物薄膜的ITZO薄膜、和实施例1-4中得到的暴露于氧等离子体的ITZO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-4中得到的ITZO薄膜不能观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-4中得到的暴露于氧等离子体的ITZO薄膜也不能观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表3中，表示实施例1-4的ITZO薄膜和比较例1-4的ITZO薄膜的电阻率。
实施例1-4的ITZO薄膜为6.02E＋0Ωcm，比较例1-4的ITZO薄膜为2.63E-3Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-4的ITZO薄膜与比较例1-4的ITZO薄膜相比，电阻率增大，因此为半导体薄膜。
【表3】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ITZO溅射膜 2.63E-3 5.51E＋19 43.1
ITZO等离子体处理膜 6.02E＋0 5.35E＋17 1.94
另外，在表3中，表示通过孔测定求得的、实施例1-4的ITZO薄膜和比较例1-4的ITZO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-4的ITZO薄膜，载流子密度为5.35E＋17/cm3，迁移率为1.94cm2/V·秒。另一方面，对于比较例1-4的ITZO薄膜，载流子密度为5.51E＋19/cm3，迁移率为43.1cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-4的ITZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-4的ITZO薄膜相比、载流子密度下降的实施例1-4的ITZO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-4的ITZO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-4的ITZO薄膜相比、迁移率下降的实施例1-4的ITZO薄膜。
［实施例1-5和比较例1-5］
除了使用含有氧化锌、氧化锡（Zn：Sn＝6：4摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化锌-氧化锡（ZTO）薄膜。
［实施例1-5和比较例1-5的ZTO薄膜的评价］
对于比较例1-5中得到的作为非晶质氧化物薄膜的ZTO薄膜、和实施例1-5中得到的暴露于氧等离子体的ZTO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-5中得到的ZTO薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-5中得到的暴露于氧等离子体的ZTO薄膜也没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表4中，表示实施例1-5的ZTO薄膜和比较例1-5的ZTO薄膜的电阻率。
实施例1-5的ZTO薄膜为1.61E＋1Ωcm，比较例1-5的ZTO薄膜为7.75E-2Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-5的ZTO薄膜与比较例1-5的ZTO薄膜相比，电阻率增大，因此为半导体薄膜。
【表4】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ZTO溅射膜 7.75E-2 4.42E＋18 18.2
ZTO等离子体处理膜 1.61E＋1 2.76E＋17 1.4
另外，在表4中，表示通过孔测定求得的、实施例1-5的ZTO薄膜和比较例1-5的ZTO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-5的ZTO薄膜，载流子密度为2.76E＋17/cm3，迁移率为1.4cm2/V·秒。另一方面，对于比较例1-5的ZTO薄膜，载流子密度为4.42E＋18/cm3，迁移率为18.2cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-5的ZTO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-5的ZTO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-5的ZTO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-5的ZTO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-5的ZTO薄膜相比，迁移率下降的实施例1-5的ZTO薄膜。
［实施例1-6和比较例1-6］
除了使用含有氧化锌、氧化锡、氧化镱（Zn：Sn：Yb＝20：76：4摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化锌-氧化锡-氧化镱（ZTYbO）薄膜。
［实施例1-6和比较例1-6的ZTYbO薄膜的评价］
对于比较例1-6中得到的作为非晶质氧化物薄膜的ZTYbO薄膜、和实施例1-6中得到的暴露于氧等离子体的ZTYbO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-6中得到的ZTYbO薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-6中得到的暴露于氧等离子体的ZTYbO薄膜也没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表5中，表示实施例1-6的ZTYbO薄膜和比较例1-6的ZTYbO薄膜的电阻率。
实施例1-6的ZTYbO薄膜为5.61E＋0Ωcm，比较例1-6的ZTYbO薄膜为7.21E-2Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-6的ZTYbO薄膜与比较例1-6的ZTYbO薄膜相比，电阻率增大，因而为半导体薄膜。
【表5】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ZTYbO溅射膜 7.21E-1 4.34E＋18 1.99
ZTYbO等离子体处理膜 5.61E＋0 6.36E＋17 1.75
另外，在表5中，表示通过孔测定求得的、实施例1-6的ZTYbO薄膜和比较例1-6的ZTYbO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-6的ZTYbO薄膜，载流子密度为6.36E＋17/cm3，迁移率为1.75cm2/V·秒。另一方面，对于比较例1-6的ZTYbO薄膜，载流子密度为4.34E＋18/cm3，迁移率为1.99cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-6的ZTYbO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-6的ZTYbO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-6的ZTYbO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-6的ZTYbO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-6的ZTYbO薄膜相比，迁移率降低的实施例1-6的ZTYbO薄膜。
［实施例1-7和比较例1-7］
除了使用含有氧化铟、氧化锡（In：Sn＝60：40摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化铟-氧化锡（ITO）薄膜。
［实施例1-7和比较例1-7的ITO薄膜的评价］
对于比较例1-7中得到的作为非晶质氧化物薄膜的ITO薄膜、和实施例1-7中得到的暴露于氧等离子体的ITO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-7中得到的ITO薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-7中得到的暴露于氧等离子体的ITO薄膜也没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表6中，表示实施例1-7的ITO薄膜和比较例1-7的ITO薄膜的电阻率。
实施例1-7的ITO薄膜为1.66E＋0Ωcm，比较例1-7的ITO薄膜为8.66E-1Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-7的ITO薄膜与比较例1-7的ITO薄膜相比，电阻率增大，因此为半导体薄膜。
【表6】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ITO溅射膜 8.66E-1 1.54E＋20 46.8
ITO等离子体处理膜 1.66E＋0 1.29E＋17 2.9
另外，在表6中，表示通过孔测定求得的、实施例1-7的ITO薄膜和比较例1-7的ITO薄膜的载流子密度和迁移率。
对于实施例1-7的ITO薄膜，载流子密度为1.29E＋17/cm3，迁移率为2.9cm2/V·秒。另一方面，比较例1-7的ITO薄膜，载流子密度为1.54E＋18/cm3，迁移率为46.8cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-7的ITO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-7的ITO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-7的ITO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-7的ITO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-7的ITO薄膜相比，迁移率降低的实施例1-7的ITO薄膜。
［实施例1-8和比较例1-8］
除了使用含有氧化铟、氧化锡、氧化钐（In：Sn：Sm＝60：35：5摩尔比）的靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化铟-氧化锡-氧化钐（ITSmO）薄膜。
［实施例1-8和比较例1-8的ITSmO薄膜的评价］
对于作为比较例1-8中得到的非晶质氧化物薄膜的ITSmO薄膜、和实施例1-8中得到的暴露于氧等离子体的ITSmO薄膜，进行X射线衍射。对于比较例1-8中得到的ITSmO薄膜，观察不到X射线的衍射峰峰，因此是非晶质的。另外，对于实施例1-8中得到的暴露于氧等离子体的ITSmO薄膜，也观察不到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表7中，表示实施例1-8的ITSmO薄膜和比较例1-8的ITSmO薄膜的电阻率。
实施例1-8的ITSmO薄膜为7.07E＋1Ωcm，比较例1-8的ITSmO薄膜为7.95E-3Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-8的ITSmO薄膜与比较例1-8的ITSmO薄膜相比，电阻率增大，因而为半导体薄膜。
【表7】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ITSmO溅射膜 7.95E-3 1.76E＋19 44.6
ITSmO等离子体处理膜 7.07E＋1 6.02E＋17 14.6
另外，在表7中，表示通过孔测定求得的、实施例1-8的ITSmO薄膜和比较例1-8的ITSmO薄膜的载流子密度和迁移率。
实施例1-8的ITSmO薄膜，载流子密度为6.02E＋17/cm3，迁移率为14.6cm2/V·秒。另一方面，比较例1-8的ITSmO薄膜，载流子密度为1.76E＋19/cm3，迁移率为44.6cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-8的ITSmO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-8的ITSmO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-8的ITSmO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-8的ITSmO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-8的ITSmO薄膜相比，迁移率降低的实施例1-8的ITSmO薄膜。
［实施例1-9和比较例1-9］
除了使用含有氧化铟、氧化钐（In：Sm＝90：10摩尔比）的溅射靶以外，其他与实施例1-1和比较例1-1同样来形成氧化铟-氧化钐（ISmO）薄膜。
［实施例1-9和比较例1-9的ISmO薄膜的评价］
对于比较例1-9中得到的作为非晶质氧化物薄膜的ISmO薄膜、和实施例1-9中得到的暴露于氧等离子体的ISmO薄膜，进行X射线衍射。比较例1-9中得到的ISmO薄膜没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。另外，实施例1-9中得到的暴露于氧等离子体的ISmO薄膜也没有观察到X射线的衍射峰，因此是非晶质的。
在表8中，表示实施例1-9的ISmO薄膜和比较例1-9的ISmO薄膜的电阻率。
实施例1-9的ISmO薄膜为9.53E＋0Ωcm，比较例1-9的ISmO薄膜为5.18E-2Ωcm。因此，可知通过进行氧等离子体处理，实施例1-9的ISmO薄膜与比较例1-9的ISmO薄膜相比，电阻率增大，因此为半导体薄膜。
【表8】
电阻率（Ωcm） 载流子密度（cm3） 迁移率（cm2/V·秒）
ISmO溅射膜 5.18E-2 4.96E＋18 24.3
ISmO等离子体处理膜 9.53E＋0 4.79E＋17 1.4
另外，在表8中，表示通过孔测定求得的、实施例1-9的ISmO薄膜和比较例1-9的ISmO薄膜的载流子密度和迁移率。
实施例1-9的ISmO薄膜，载流子密度为4.79E＋17/cm3，迁移率为1.4cm2/V·秒。另一方面，比较例1-9的ISmO薄膜，载流子密度为4.96E＋18/cm3，迁移率为24.3cm2/V·秒。
因此，可知通过将比较例1-9的ISmO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-9的ISmO薄膜相比，载流子密度下降的实施例1-9的ISmO薄膜。
另外，可知通过将比较例1-9的ISmO薄膜暴露在氧等离子体中，可以得到与比较例1-9的ISmO薄膜相比，迁移率降低的实施例1-9的ISmO薄膜。
根据本实施例可知，通过暴露在氧等离子体中，可以得到载流子密度降低，且具有稳定半导体特性的半导体薄膜。
＜第2实施方式的实施例＞
［比较例2-1］
使用RF（Radio Frequency）磁控管溅射装置（株式会社岛津制作所生产），在改变氧浓度的氩气存在下，在室温的玻璃基板上溅射成膜厚度为100nm的氧化铟薄膜。
靶使用仅含有氧化铟的靶。
得到使成膜中的氧浓度为0％、3％、5％、10％的4种氧化铟薄膜。
［实施例2-1］
以比较例2-1的氧化铟薄膜为质地薄膜，将这些质地薄膜在以频率数为13.56MHz、放大功率为500W、氧压力为330Pa的条件下产生的等离子体中暴露10分钟。
［实施例2-1和比较例2-1的氧化铟薄膜的评价］
成膜中的氧浓度与成膜的氧化铟薄膜的电阻率的关系示于图2。
在比较例2-1中，伴随着成膜中的氧浓度的增加，氧化铟薄膜的电阻率增大。
实施了等离子体处理的实施例2-1的氧化铟薄膜的电阻率为1.0×100Ωcm以上，与比较例2-1相比，电阻率大。实施例2-1中形成的氧化铟薄膜形成半导体薄膜。
实施例2-1和比较例2-1的氧化铟薄膜的X射线衍射图形示于图3。
由图3明确可知，比较例2-1的氧化铟薄膜（图3中的B、D、F、H）不论氧浓度如何，都观察不到X射线的衍射峰，是非晶质。
另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-1的氧化铟薄膜（图3中的A、C、E、G）不论氧浓度如何，都可以观察到X射线的衍射峰，是结晶质的。并且，该X射线衍射图形是氧化铟的方铁锰矿结构的衍射图形。
在图4和图5中，表示通过孔测定求得的实施例2-1和比较例2-1的氧化铟薄膜的载流子密度和迁移率。
由图4可知，对于例2-1的氧化铟薄膜，伴随着成膜中氧浓度的增加，载流子密度下降，下降止于1.0×1018/cm3阶段。另一方面，可知对于实施了等离子体处理的实施例2-1的氧化铟薄膜，可以得到1.0×1017/cm3阶段的载流子密度，作为半导体是有效的。
由图5可知，通过成膜中氧浓度的增加，氧化铟薄膜的迁移率降低。但是，该值为1cm2/V·秒以上，与无定形硅系的半导体薄膜相比，值较大。
［实施例2-2和比较例2-2］
使用包含含有1质量％～3质量％氧化锌的氧化铟的靶（出光兴产株式会社生产），并将成膜中的氧浓度固定在0％，除此以外，其他与实施例2-1和比较例2-1同样来形成氧化铟薄膜。
［实施例2-2和比较例2-2的氧化铟薄膜的评价］
氧化铟膜中的氧化锌浓度与氧化铟薄膜的电阻率的关系示于图6。
由图6明确可知，对于没有实施等离子体处理的比较例2-2的氧化铟薄膜，电阻率为1.0×10-4Ωcm阶段，是导电材料。
另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-2的氧化铟薄膜表现出1.0×101Ωcm阶段以上的电阻率，为半导体。
实施例2-2和比较例2-2的氧化铟薄膜的X射线衍射图形示于图7。
由图7明确可知，比较例2-2的氧化铟薄膜（图7中的B、D、F）不论氧化锌浓度如何，都观察不到X射线的衍射峰，为非晶质。
另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-2的氧化铟薄膜（图7中的A、C、E）不论氧化锌的含量如何，都可以观察到X射线的衍射峰，为结晶质。并且，该X射线衍射图形是氧化铟的方铁锰矿结构的衍射图形。
在图8和图9中，表示实施例2-2和比较例2-2的氧化铟薄膜的载流子密度和迁移率。
由图8可知，比较例2-2的氧化铟薄膜的载流子密度为1.0×1020/cm3阶段以上，为导电体。另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-2的氧化铟薄膜的载流子密度为1.0×1017/cm3阶段以下，可知实施例2-2的氧化铟薄膜是优异的半导体。
由图9可知，实施了等离子体处理的实施例2-2的氧化铟薄膜表现出15cm2/V·秒以上的高迁移率，并具有优异的半导体特性、变换特性。
并且，在本实施例中是以氧化锌为例作为正二价的金属氧化物，但氧化镁、氧化钴、氧化镍、氧化铜也可以得到同样的结果。另外，作为可用的正二价的金属氧化物，还尝试了氧化亚铁（II）、氧化铂、氧化银、氧化钯、氧化金等，观察不到如图8所示的载流子的减少。由此可知，作为正二价的金属氧化物，氧化锌、氧化镁、氧化钴、氧化镍、氧化铜表现出优异的添加效果。
［实施例2-3和比较例2-3］
除了使用包含含有3质量％氧化镱的氧化铟的靶以外，其他与实施例2-1和比较例2-1同样来形成氧化铟薄膜。
［实施例2-3和比较例2-3的氧化铟薄膜的评价］
成膜中的氧浓度与成膜后的氧化铟薄膜的电阻率的关系示于图10。
由图10明确可知，比较例2-3的氧化铟薄膜的电阻率随着成膜中氧浓度的增加，从1.0×10-3Ωcm阶段变化至1.0×10-2Ωcm阶段，但都为导电材料。
另一方面，实施例2-3的氧化铟薄膜表现出1.0×100Ωcm阶段以上的电阻率，可知为半导体。
实施例2-3和比较例2-3的氧化铟薄膜的X射线衍射图形示于图11。
由图11明确可知，比较例2-3的氧化铟薄膜（图11中的B、D、F、H）不论氧浓度如何，都观察不到X射线的衍射峰，是非晶质。
另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-3的氧化铟薄膜（图11中的A、C、E、G）不论氧浓度，都可以观察到X射线的衍射峰，是结晶质的。并且，该X射线衍射图形是氧化铟的方铁锰矿结构的衍射图形。
在图12和图13中，表示实施例2-3和比较例2-3的氧化铟薄膜的载流子密度和迁移率。
由图12可知，比较例2-3的氧化铟薄膜的载流子密度从1.0×1020/cm3阶段至1.0×1018/cm3阶段来变化，但都为导电体。另一方面，实施了等离子体处理的实施例2-3的氧化铟薄膜的载流子密度为1.0×1017/cm3阶段，实施例2-3的氧化铟薄膜是优异的半导体。
由图13可知，实施了等离子体处理的实施例2-3的氧化铟薄膜表现出2cm2/V·秒以上的高迁移率，并具有优异的半导体特性、变换特性。
并且，在本实施例中，以氧化镱作为正三价的金属氧化物的例子，但氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镥，也可以得到同样的结果。另外，作为可用的正三价的金属氧化物，可以考虑氧化铊等，但有大量发生氧缺失的可能性，不能形成半导体。
［实施例2-4］
使用包含含有3质量％氧化锌和2质量％氧化镱的氧化铟靶、将成膜中的氧浓度固定在1％，除此以外，与实施例2-1同样来形成氧化铟薄膜。
即使在本实施例中，也与实施例2-1和实施例2-3同样，刚成膜后的氧化铟薄膜是非晶质，但X射线衍射测定的结果表明通过等离子体处理而产生结晶化。
本实施例的氧化铟薄膜的电阻率为1.0×101Ωcm以上，作为半导体是有效的。另外，本实施例的氧化铟薄膜的载流子密度为1.0×1017/cm3阶段以下，具有充分的能力形成常关（normally off）状态的薄膜晶体管。
在本实施例中，作为正二价的金属氧化物，以氧化锌为例，但氧化镁、氧化钴、氧化镍、氧化铜也可以得到同样的结果。另外，作为正三价的金属氧化物，以氧化镱为例，但氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镥也可以得到同样的结果。
［实施例2-5］
使用包含含有5质量％氧化锌的氧化铟靶，在改变氧浓度的氩气的存在下，在室温的玻璃基板上溅射成膜厚度为50nm的氧化铟薄膜。
将得到的氧化铟薄膜在氧为100％、内压为330Pa、13.56MHz的RF等离子体中暴露5分钟。得到使该等离子体处理中的放大功率为100W、200W、300W、400W、500W的5种氧化铟薄膜。
图14表示等离子体处理中的放大功率与得到的氧化铟薄膜的电阻率的关系。
由图14可知，等离子体处理中的放大功率从300W附近，电阻率开始急剧增大。另外，X射线衍射测定的结果表明电阻率增大后的氧化铟薄膜为结晶质。并且，等离子体处理中的放大功率根据基板的大小、产生等离子体的空间体积等而发生变化。
图15表示等离子体处理中的放大功率为500W、并改变氧分压时的等离子体暴露时间与氧化铟薄膜的电阻率的关系。
在氧分压为130Pa、530Pa时，暴露约10分钟的电阻率为1.0×100～1.0×102Ωcm，正在半导体化。另外，在X射线衍射测定中，观察到结晶峰，可以确认为结晶质。
［实施例2-6］
除了使用包含含有1质量％～7.5质量％氧化锌的氧化铟靶，并使等离子体处理中的氧分压变化以外，其他与实施例2-1和比较例2-1同样来形成氧化铟薄膜。
在图16中，表示在使等离子体处理中的氧分压变化时、氧化锌浓度与氧化铟薄膜的电阻率的关系。
当用130Pa的氧分压进行等离子体处理时，氧化铟薄膜的电阻率为1.0×102Ωcm阶段以上，可知作为半导体是有效的。当用330Pa的氧分压进行等离子体处理时，对于氧化锌浓度为3质量％以下的情况，电阻率为1.0×102Ωcm阶段，但对于氧化锌的含量为4质量％以上的情况，电阻率为1.0×101Ωcm阶段。另外，当用530Pa的氧压力进行等离子体处理时，对于氧化锌的含量为2～3质量％的情况，电阻率取最大值，之后电阻率为1.0×100Ωcm阶段，因此是导体。
并且，本发明不限定于上述实施方式，在可实现本发明目的的范围下的变形、改良等都涵盖在本发明中。
另外，本发明实施中的具体材料和处理等在可以实现本发明目的的范围下也可以采用其他材料和处理等。
［第1实施方式的变形例］
在第1实施方式中，外加频率数的范围为1kHz以上300MHz以下，但不限定于此。例如，外加频率数的范围也可以小于1kHz。此时，氧化速度变慢，因此有通过长时间的处理也可以得到具有期望载流子浓度的半导体薄膜的情况。
另一方面，外加频率数的范围也可以超过300MHz。此时，氧化速度变快，因此可以有效地制备半导体薄膜，但有基板也被加热的情况，需要选择基板。
另外，在第1实施方式中，非晶质氧化物薄膜通过溅射法、离子镀法、真空蒸镀法、溶胶凝胶法、微粒涂布法的任一种方法进行成膜，但不限定于这些方法。非晶质氧化物薄膜也可以通过ARE法、电子束蒸镀法、线束激光蒸镀法、脉冲激光蒸镀法等进行成膜。并且，成膜温度的下限优选比基板的热变形温度低。
在第1实施方式中，列举了氧化锌和氧化镁作为正二价的金属氧化物，但不限定于此。
例如也可以是氧化铍、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化镭、氧化镉、氧化汞等。
进而，在第1实施方式中，列举了氧化硼作为正三价的金属氧化物，但不限定于此。
例如也可以是氧化铈、氧化镨、氧化钷、氧化铽等。
另外，在第1实施方式中，列举了含有正二价的金属氧化物和正三价的金属氧化物的非晶质氧化物薄膜，但不限定于此。
非晶质氧化物薄膜也可以含有例如正二价的金属氧化物、正三价的金属氧化物、正四价的金属氧化物、正五价的金属氧化物、正六价的金属氧化物等金属化合物中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
在第1实施方式中，非晶质氧化物薄膜形成以氧化铟和正二价的金属化合物为主成分的构成，但不限定于此。
例如，非晶质氧化物薄膜也可以以氧化铟和正三价的金属化合物作为主成分。
另外，在第1实施方式中，非晶质氧化物薄膜形成以氧化锌和氧化锡为主成分的构成，但不限定于此。
例如，非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锌和正二价的金属化合物作为主成分。另外，非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锌和正三价的金属化合物作为主成分。非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锡和正二价的金属化合物作为主成分。进而，非晶质氧化物薄膜也可以以氧化锡和正三价的金属化合物为主成分。
另外，在第1实施方式中，外加频率数和压力等氧等离子体的产生条件不限定于第1实施方式中列举的条件。
即使是其他的产生条件，也可以产生氧等离子体，且只要通过使非晶质氧化物薄膜氧化，得到电子载流子浓度降低的非晶质的半导体薄膜，就能够得到与上述第1实施方式同样优异的作用效果。
［第2实施方式的变形例］
在第2实施方式中，列举了含有正二价的金属氧化物和正三价的金属氧化物的非晶质氧化物薄膜，但不限定于此。
非晶质氧化物薄膜可以不含有正二价的金属氧化物和正三价的金属氧化物，也可以仅含有其中的任一者。
该情况下，由于作为非晶质氧化物薄膜主成分的氧化铟通过氧等离子体被结晶化、以及利用氧等离子体将氧固定在半导体薄膜中不发生改变，因此可以得到与上述第2实施方式同样优异的作用效果。
另外，在第2实施方式中，外加频率数、使用的气体和压力等氧等离子体的产生条件不限定于第2实施方式中列举的条件。
即使是其他的产生条件，也可以产生氧等离子体，只要可以使氧化铟结晶化，就能够得到与上述第2实施方式同样优异的作用效果。
产业可利用性
本发明可以用于半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。详细来说，可以用于通过将含有非晶质氧化物的薄膜暴露在等离子体中而得到的半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。
例如，可以适用于以可挠性的树脂材料为基板的薄型显示装置的驱动元件、晶体管等的半导体元件、传感器、二极管等的各种电部件、液晶显示装置、太阳能电池、触摸屏、有机EL显示器等。

Claims (7)

1.半导体薄膜，其特征在于，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露在用高频率激发含有氧的气体所产生的氧等离子体中而成，上述非晶质氧化物薄膜是以氧化铟为主成分的薄膜，通过暴露于上述氧等离子体中而结晶化。
2.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，上述非晶质氧化物薄膜含有正二价的金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的半导体薄膜，其特征在于，上述正二价的金属氧化物是选自氧化锌、氧化镁、氧化镍、氧化铜和氧化钴中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的半导体薄膜，其特征在于，上述非晶质氧化物薄膜含有正三价的金属氧化物。
5.根据权利要求4所述的半导体薄膜，其特征在于，上述正三价的金属氧化物是选自氧化硼、氧化铝、氧化镓、氧化钪、氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱和氧化镥中至少任一者的1种以上的金属氧化物。
6.半导体薄膜的制备方法，其特征在于，将含有非晶质氧化物并形成薄膜的非晶质氧化物薄膜暴露于用高频率激发含有氧的气体而产生的氧等离子体中。
7.半导体元件，其特征在于，具有权利要求1～5中任一项所述的半导体薄膜。
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