CN105009298B - 氧氮化物半导体薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是通过氧氮化物结晶质薄膜提供一种具有相对高的载流子迁移率并且适合作为TFT的沟道层材料的氧化物半导体薄膜。本发明对含有In、O以及N的非晶质的氧氮化物半导体薄膜或者含有In、O、N以及添加元素M(M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素)的非晶质的氧氮化物半导体薄膜进行加热温度为200℃以上、加热时间为1分钟～120分钟的退火处理，由此，得到结晶质的氧氮化物半导体薄膜。

Description

氧氮化物半导体薄膜
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管，特别是涉及一种作为薄膜晶体管的沟道层材料的氧氮化物半导体薄膜以及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)是一种场效应晶体管(Field EffectTransistor：FET)。作为基本结构，TFT是具有栅极端子、源极端子以及漏极端子的3端子元件，而且是具有将在基板上成膜的半导体薄膜作为电子或空穴移动的沟道层使用，通过在栅极端子上施加电压，并且控制流向沟道层的电流，从而开关源极端子和漏极端子之间的电流的功能的有源元件。目前，作为TFT的沟道层，广泛地使用多晶硅膜、非晶硅膜。
其中，非晶硅膜可在大面积的第10代玻璃基板上均匀成膜，而且可作为液晶面板用TFT的沟道层被广泛应用。但是，由于作为载流子的电子的迁移率(载流子迁移率)较低且在1cm2/Vsec以下，其在高精细面板用TFT中的应用正趋于困难。即，伴随着液晶的高精细化，需要TFT的高速驱动，为了实现这种TFT的高速驱动，需要在沟道层中使用表现出比非晶硅膜的载流子迁移率1cm2/Vsec高的载流子迁移率的半导体薄膜。
与此相对，多晶硅膜表现出100cm22/Vsec左右的高载流子迁移率，因此，其作为用于高精细面板的TFT的沟道层材料，具有充分的特性。但是，多晶硅膜在晶界处的载流子迁移率降低，因此，基板的面内均匀性欠缺，存在TFT的特性出现偏差的问题。另外，在多晶硅膜的制造工序中，在300℃以下的较低温度形成非晶硅膜之后，通过退火处理工序使该膜结晶化。该退火处理工序是应用准分子激光器退火等的特殊工序，因此，需要较高的运行成本。此外，能够进行处理的玻璃基板的大小也停留在第5代左右的水平，因此，不仅在降低成本方面受限，而且在产品扩展上也受限。
因此，作为TFT的沟道层的材料，目前需要一种兼具非晶硅膜和多晶硅膜的优越特性并且以较低成本即可获得的材料。例如，在日本特开2010-219538号公报中提出了一种透明非晶氧化薄膜(a-IGZO膜)，其是通过气相成膜法成膜，由In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)以及O(氧)构成，而且没有添加杂质离子，载流子迁移率高于1cm2/Vsec并且载流子的浓度为1016/cm3以下。
但是，在日本特开2010-219538号公报中提出的通过溅射法、脉冲激光蒸镀法等气相成膜法所形成的a-IGZO膜，虽然表现出大致为1cm2/Vsec～10cm2/Vsec的范围的相对较高的载流子迁移率，但是，由于非晶氧化物薄膜原本容易产生氧缺失，以及，面对加热等外部因素，作为载流子的电子的行为不一定稳定，因此，会产生TFT等装置的动作时常变得不稳定的问题。
并且，进一步地指出，会产生非晶膜中特有的现象，即，若在可见光的照射下对TFT元件连续施加负偏压，则阈值电压转移到负侧(光负偏压劣化现象)的现象，在液晶等的显示的应用上成为严重的问题。
另一方面，在日本特开2008-192721号公报中，以获得不需要高温程序即可制作用于高分子基板的元件、而且能够达到低成本、高性能且高可靠性的薄膜晶体管作为目的，提出了掺杂有Sn(锡)、Ti(钛)、W(钨)中的任意元素的In2O3(氧化铟)膜、掺杂有W和Zn及/或Sn的In2O3膜。根据日本特开2008-192721号公报，认为通过将这些非晶In2O3膜用于沟道层中，TFT元件的载流子迁移率可达到5cm2/Vsec以上。
另外，在日本特开2010-251604号公报中，提出了一种非晶In2O3膜，其是将掺杂有Sn、Ti、W以及Zn中的一种或2种以上的In2O3烧结体作为靶，使用非加热的溅射法成膜后，在150℃～300℃的温度进行10分钟～120分钟的热处理，由此而得到。根据日本特开2010-251604号公报，通过该热处理，在保持兼具高载流子迁移率和非晶性这一特征的同时，通过相对容易的控制，能够得到稳定性优越的In2O3膜。
同样地，在日本特开2011-58012号公报中，提出了一种非晶In2O3膜，其含有In、Ga、Zn、O以及N(氮)、并且N的浓度被控制在1×1020原子/cc(atom/cc)以上且1×1022原子/cc以下，而且稳定性优越。
但是，在这些文献中记载的In2O3膜，均为非晶膜，因此，不能根本上解决其容易产生氧缺失、对加热等外部因素不稳定的问题、或是发生光负偏压劣化现象的问题。另外，在考虑将其作为面向高精细面板用TFT的沟道层材料来使用的情况下，期望达到更高的载流子迁移率。
对此，在非专利文献1中，提出了一种掺杂有Ga的In2O3膜，其是将掺杂有Ga的In2O3烧结体作为靶，使用溅射法形成非晶膜后，在300℃温度进行1小时的热处理以使其结晶化，由此而得到。该膜，虽然具有高载流子迁移率，但难以进行氧缺失的控制，而且，由于载流子的浓度变高且达到1×1017cm-3左右，因此，难以获得具有稳定特性的TFT元件。
另外，在日本特开2009-275236号公报中，提出了一种氧氮化物半导体薄膜，其含有Zn和In或Ga等的添加元素、而且N/(N+O)表示的N的原子组成比率为7原子％以上并且低于100原子％。该氧氮化物半导体薄膜，可使用在气相中导入含有N(氮)原子的原料气体或者使用自由基源照射N自由基的溅射法、蒸镀法以进行成膜，由此而形成，或者，在成膜以后，任选地通过在150℃～450℃的温度进行热处理，由此而形成。根据日本特开2009-275236号公报，该氧氮化物半导体薄膜具有六方晶系结构，而且具有10cm2/Vsec～30cm2/Vsec的高载流子迁移率和优越的稳定性。其中，载流子浓度变高且达到约1×1018cm-3左右。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-219538号公报；
专利文献2：日本特开2008-192721号公报；
专利文献3：日本特开2010-251604号公报；
专利文献4：日本特开2011-58012号公报；
专利文献5：日本特开2009-275236号公报。
非专利文献
非专利文献1：Applied Physics Express5(2012)011。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于，通过氧氮化物结晶质薄膜提供一种适合作为薄膜晶体管(TFT)的沟道层材料的半导体薄膜，其可消除硅半导体薄膜、氧化物半导体薄膜所存在的问题并且具有较低的载流子浓度以及较高的载流子迁移率。
解决课题的方法
本发明的氧氮化物半导体薄膜，其特征在于，其是由含有In、O以及N的结晶质的氧氮化物半导体构成，或者，由含有In、O、N以及添加元素M(M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素)的结晶质的氧氮化物半导体构成，并且，载流子浓度为1×1017cm-3以下、载流子的迁移率为5cm2/Vsec以上。
上述氧氮化物半导体中的N的含量，优选是3×1020原子/cm3以上并且低于1×1022原子/cm3。
上述氧氮化物半导体的结晶结构，优选是由方铁锰矿型结构的In2O3所构成，并且，N原子固溶于In2O3相中。
对上述添加元素M的含量而言，优选以M/(In+M)的原子数比计是大于0且在0.20以下。
上述载流子的迁移率，优选为15cm2/Vsec以上，更优选为25cm2/Vsec以上。
上述氧氮化物半导体的膜厚，优选为15nm～200nm，更优选为40nm～100nm。
该结晶质的氧氮化物半导体薄膜，能够通过对含有In、O以及N的非晶质的氧氮化物半导体薄膜或者含有In、O、N以及添加元素M(M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素)的非晶质的氧氮化物半导体薄膜进行加热温度为200℃以上、加热时间为1分钟～120分钟的退火处理而得到。
另外，本发明的薄膜晶体管，其是具有源电极、漏电极、栅电极、沟道层以及栅绝缘膜的薄膜晶体管，其特征在于，沟道层是由本发明的氧氮化物半导体薄膜构成。
发明的效果
本发明的氧氮化物半导体薄膜，是一种氧氮化物结晶质薄膜，并且其具有1×1017cm-3以下的较低的载流子浓度和5cm2/Vsec以上的较高的载流子迁移率。此外，本发明的氧氮化物半导体薄膜，不存在传统的氧化物半导体薄膜特别是非晶氧化物半导体薄膜中的问题，即不存在易于产生氧缺失、对热等外部因素不稳定、或者易于产生光负偏压劣化现象的缺陷。
另外，根据本发明，通过对由规定的组成的氧氮化物构成的非晶质的薄膜进行400℃以下的退火处理，可将其转换为具有高结晶度的结晶质的氧氮化物薄膜。
此外，通过将本发明的氧氮化物半导体薄膜作为沟道层材料使用，能够以低成本来实现TFT的特性的改善。因此，本发明在工业上是非常有用的。
附图说明
图1是本发明的TFT元件的概略剖面图。
具体实施方式
本发明人等针对氧化物半导体薄膜的替代材料进行了深入研究。具体而言，反复进行了下述实验，即，对由溅射法得到的主要成分为In的氧氮化物半导体薄膜进行退火处理，以形成结晶质的氧氮化物半导体薄膜。此时，针对结晶质的氧氮化物半导体薄膜的可在抑制载流子浓度的同时表现出高载流子迁移率的条件，进行了详细探讨。其结果是，本发明人等发现，对In、O以及N，或者，在它们中加入了规定的添加元素的非晶质的氧氮化物半导体薄膜，进行规定条件的退火处理，由此得到结晶质的氧氮化物半导体薄膜，该薄膜具有5cm2/Vsec以上的高载流子浓度，同时表现出1×1017cm-3以下的低载流子浓度，而且能够适宜作为薄膜晶体管(TFT)的沟道材料使用。本发明是基于该发现而完成的。
下面，对本发明的氧氮化物半导体薄膜，以及，将该氧氮化物半导体薄膜作为沟道层材料使用的薄膜晶体管(TFT)，进行详细说明。
1.氧氮化物半导体薄膜
(1)组成
本发明的氧氮化物半导体，是由含有In、O以及N，或者，除此之外另含有规定的添加元素M的氧氮化物半导体所构成。
通常，主要成分为In的结晶质的氧化物半导体薄膜容易产生氧缺失且该氧缺失为主要的载流子源，因此，载流子浓度趋向于变高。但是，在本发明中，通过加入N来形成氧氮化物半导体薄膜，并且，由作为受体而起作用的N所产生的空穴和由氧缺失所产生的成为载流子的电子发生中和，因此，作为结果，可抑制载流子浓度。
氧氮化物半导体薄膜中的N的含量，设为3×1020原子/cm3以上且小于1×1022原子/cm3，优选设为5×1020原子/cm3以上且8×1021原子/cm3以下，更优选设为8×1020原子/cm3以上且6×1021原子/cm3以下。当N的含量低于3×1020原子/cm3时，不能充分获得上述效果。另一方面，即使将N的含量设为1×1022原子/cm3以上，也不能期待获得更大的效果。另外，结晶化温度变得过高，因此，即使在400℃以上的高温进行退火处理，也难以得到结晶质的氧氮化物半导体薄膜。
本发明的氧氮化物半导体薄膜，除了含有In、O以及N以外，作为添加元素M，能够含有可抑制载流子的迁移率的降低并且作为载流子源不会使载流子浓度增加到必要浓度以上，并且以抑制产生氧缺失的作用为支配地位的添加元素。具体而言，能够含有从Zn、Ga、Ti、Si(硅)、Ge(锗)、Sn、W、Mg(镁)、Al(铝)、Y(钇)、以及La(镧)和Sc(钪)所代表的稀土类元素中选出的一种以上的元素。此外，对稀土类元素而言，La、Sc等所代表的3价元素，难以成为离子化杂质散射因素，因此，能够适宜地作为添加元素使用。
在含有添加元素M的情况下，对其含量而言，优选以M/(In+M)的原子数比计设为大于0且在0.20以下，更优选设为0.05以上且在0.15以下，进一步优选设为0.08以上且在0.12以下。若M的含量，以M/(In+M)的原子数比计超过0.20，则氧氮化物半导体薄膜中的In的比率降低，因此，载流子迁移率不能达到5cm2/Vsec以上。但是，在作为添加元素M而使用Zn的情况下，结晶结构容易变成六方晶系结构，因此，其含量优选设为0.10以下，更优选设为0.05以下。
(2)结晶结构
在本发明的氧氮化物半导体薄膜中，只要其是结晶质，则对结晶结构没有特别的限定，但是，优选其由方铁锰矿型结构的In2O3相构成，而且，N原子固溶在In2O3相中。特别优选，全部或一部分N原子在In2O3相的氧位点进行取代，或者，全部或一部分N原子进入在In2O3相的晶格之间。在方铁锰矿型结构的In2O3相中，形成了由In和O所构成的InO6八面体结构，而且，相邻接的InO6八面体结构共边，因此，In-In间的距离变短，因此，作为载流子的电子的轨道的重叠增加。因此，通过使氧氮化物半导体薄膜具有这种结晶结构，能够使载流子的迁移率提高。
此时，所谓由方铁锰矿型结构的In2O3相构成，不仅包含仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成的情况，而且包含除方铁锰矿型结构的In2O3相以外，在该结晶结构不发生坍塌的范围内存在异相的情况。此外，氧氮化物半导体薄膜的结晶结构能够通过X射线衍射测定进行鉴定。
(3)膜厚
本发明的氧氮化物半导体薄膜的膜厚，优选控制在15nm～200nm，更优选控制在30nm～150nm，进而优选控制在40nm～100nm的范围内。此外，膜厚可通过表面形状测定装置进行测定。
通常，半导体薄膜多形成在玻璃基板上。即，在非晶质的基板上形成结晶质的氧氮化物半导体薄膜。因此，在本发明的氧氮化物半导体薄膜中，在膜的厚度小于15nm的情况下，由于受到基板的影响，即使在400℃左右的高温进行退火处理，作为前驱体的氧氮化物非晶薄膜有时也不会结晶化。假设即使能够使该氧氮化物非晶薄膜结晶化，也难以使其具有充分的结晶度。对于由非晶质的基板所造成的对氧氮化物半导体的结晶度的影响而言，通过将膜厚设为30nm以上，能够进一步减轻，但是，通过将膜厚设为40nm以上，能够稳定地排除其影响。但是，若从成本方面考虑，膜厚的上限值优选设为200nm以下，更优选设为150nm以下，进一步优选设为100nm以下。
另外，通过将膜厚控制在100nm附近，在氧氮化物半导体薄膜在玻璃基板上形成的情况下，利用光学干涉，可望提高蓝光的透过率。因此，在将本发明的氧氮化物半导体薄膜用于透明TFT中的情况下，优选将膜厚调节在100nm附近。
(4)特性
本发明的氧氮化物半导体薄膜，是由In、O以及N，或者，在它们中加入了规定的添加元素M的氧氮化物构成，并且以结晶质构成。因此，使用了本发明的氧氮化物半导体薄膜的TFT元件，对热等的外部因素具有较高的稳定性，而且不存在产生光负偏压劣化现象的缺陷。
在本发明的氧氮化物半导体薄膜中，需要将载流子浓度控制在1×1017cm-3以下，优选控制在8×1016cm-3以下，更优选控制在5×1016cm-3以下。若载流子浓度超过1×1017cm-3，则难以实现较高的开/关比(on/off比)，因此，不能作为需要高速驱动的TFT的沟道层材料来使用。此处，所谓开/关比，是指通电状态和截至状态中的电流值的比。
另一方面，需要将载流子迁移率控制在5cm2/Vsec以上。当载流子的迁移率控制低于5cm2/Vsec时，难以确保TFT的高像素控制性能。特别地，若考虑用于高精细液晶面板用TFT中，则需要将载流子迁移率优选控制在15cm2/Vsec以上，更优选控制在25cm2/Vsec以上。
此外，载流子浓度以及载流子迁移率，可利用霍尔效应测定装置，通过测定氧氮化物半导体薄膜的霍尔效应来求出。
如此地，本发明的氧氮化物半导体薄膜，由于载流子浓度以及载流子迁移率被控制在上述范围，因此，不仅能够将其作为载流子浓度需要比氧化物透明导电膜低2数量级～4数量级的沟道层材料来优选使用，而且根据其高载流子迁移率，可确保TFT的高像素控制性能。
另外，本发明的氧氮化物半导体薄膜，能够通过湿式蚀刻或干式蚀刻的方法使TFT等应用中所需的精细加工更容易进行。例如，首先形成非晶质膜，然后在结晶化温度以上的温度进行退火处理以使氧氮化物半导体薄膜结晶化，由此，制造本发明的氧氮化物半导体薄膜，在此情况下，可在形成非晶质膜后，进行使用了弱酸的湿式蚀刻加工。此时，只要是弱酸，没有特别的限定，都可使用，但是，优选主要成分为草酸的弱酸。具体而言，能够使用关东化学株式会社制的透明导电膜蚀刻液(ITO-06N)等。另一方面，在采取干式蚀刻的情况下，能够使用合适的蚀刻气体对氧氮化物半导体薄膜进行加工。
2.氧氮化物半导体薄膜的制造方法
如上所述，本发明的氧氮化物半导体薄膜，必须是结晶质。作为获得这种结晶质薄膜的方法，可举出，将成膜时的基板温度设为结晶化温度以上进行成膜的方法，以及，在低于结晶化温度时形成非晶膜后，通过退火处理等进行结晶化的方法。在本发明中，可采用任意一种方法，但是，通过对非晶膜进行退火处理，能够有效地消除氧缺失，因此，从获得较低的载流子浓度的观点出发，采用后一种方法更有利。因此，下面，针对利用后一种方法来制造本发明的氧氮化物半导体薄膜的方法进行说明。
(1)成膜工序
(基板)
作为形成本发明的氧氮化物半导体薄膜的基板，能够使用玻璃基板、Si(硅)等的半导体装置用基板。另外，即使是这些以外的基板，只要能够承受成膜时或者退火处理时的温度，也能够使用树脂板、树脂膜等。
(原料)
作为原料，能够使用氧化物烧结体或氧氮化物烧结体。但是，在原料中使用氧化物烧结体的情况下，在后述的成膜时的环境中必须含有N。
作为原料的氧化物烧结体或氧氮化物烧结体中的金属元素的组成比，可根据成膜条件来适当设定，但是，通常优选将其设定成和构成目标氧氮化物半导体薄膜的金属元素相同的组成比。
(成膜方法)
对用来形成本发明的氧氮化物半导体薄膜的方法没有特别的限定，能够使用溅射法、离子镀敷法或者外延生长法等。在这些当中，优选使用成膜时的热影响较小且能够高速成膜的直流溅射法。
例如，在通过溅射法来形成氧氮化物半导体薄膜的情况下，将溅射装置的腔室内的压力通过真空排气调节在2×10-4Pa以下后，通过导入由Ar(氩气)、O2以及N2组成的混合气体，将气体压力调节为0.1Pa～1Pa，优选调节为0.2Pa～0.8Pa，更优选调节为0.2Pa～0.5Pa，同时将溅射靶—基板之间的距离调节为10mm～100mm，优选调节为40mm～70mm的范围内。接着，施加直流电力以使相对于靶面积的直流电力，即直流电力密度达到1W/cm2～3W/cm2的范围，使其产生直流等离子，并进行5分钟～30分钟的预溅射，然后，根据需要修改基板的位置，在此基础上，在同样的条件下进行溅射。
对于成膜时的基板温度而言，若膜厚在15nm～70nm的范围内，则优选将其设为200℃以下，若膜厚在70nm～200nm的范围内，则优选设为100℃以下。在每一种情况下，都更优选设为从室温到100℃为止的范围。
作为溅射气体，在将氧氮化物烧结体设为靶的情况下，使用由非活性气体和O2组成的混合气体，更优选使用由Ar和O2组成的混合气体。与此相对，在将氧化物烧结体设为靶的情况下，使用由非活性气体、O2以及N2组成的混合气体，优选使用由Ar、O2以及N2组成的混合气体。
溅射气体中的O2浓度，需要根据溅射条件、特别是直流电力密度来进行适当调节。例如，在将直流电力密度控制在1W/cm2～3W/cm2的范围内以进行溅射的情况下，优选将O2浓度控制在0.1体积％～10体积％，更优选控制在0.5体积％～8体积％，进一步优选控制在1.0体积％～5.0体积％的范围内。在O2浓度低于0.1体积％时，由于产生氧缺失，载流子浓度可能变高。另一方面，若浓度超过10体积％，则成膜速度显著降低。
此外，作为溅射气体，在使用由非活性气体、O2以及N2组成的混合气体的情况下，同样地，溅射气体中的N2浓度也需要根据直流电力等溅射条件进行适当调节。例如，在将直流电力密度控制在上述范围内以进行溅射的情况下，优选将N2浓度控制在0.4体积％以上且小于6.0体积％，更优选控制在0.5体积％以上且5.7体积％以下，进一步优选控制在1.0体积％以上且5.0体积％的以下。在N2浓度低于0.4体积％时，可能不能获得固溶有充分的量的N的氧氮化物半导体薄膜。另一方面，若N2浓度为6.0体积％以上，则不仅成膜速度大幅度降低，而且，由于氧氮化物半导体薄膜中的N的含量的增加，结晶化温度变高，即使进行400℃温度以上的退火处理，也难以获得结晶质的氧氮化物半导体薄膜。
(2)退火工序
如上所述，在本发明的氧氮化物半导体薄膜的制造方法中，需要在形成非晶质的氧氮化物半导体薄膜之后，通过退火处理以使该氧氮化物半导体薄膜结晶化。
需要将退火处理时的加热温度设为200℃以上，优选设为250℃以上，更优选设为300℃以上。若加热温度低于200℃，则氧氮化物半导体薄膜不能充分结晶化。此外，虽然对加热温度的上限不应做特别限定，但是，若考虑到生产性，则优选将其设为400℃以下。
处理时间设为1分钟～120分钟，优选设为5分钟～60分钟。处理时间少于1分钟时，则不能使得到的氧氮化物半导体薄膜充分结晶化。另一方面，即使处理时间超过120分钟，也不能期待获得更大的效果，并且生产率降低。
对退火处理的环境没有限定，但是，在除使其结晶化以外，还将使载流子浓度降低作为目的的情况下，优选含有O2的环境，更优选将O2浓度设为20体积％以上，进一步优选在大气中进行。
对于这些条件，优选根据退火处理中所用的退火炉的性能来进行适当调节，更优选在进行预备实验的基础上适当调节。
此外，在日本特开2010-251604号公报中记载了，如上所述，通过非加热溅射法对沟道层等进行成膜以后，在大气中、150℃～300℃温度、10分钟～120分钟的条件下进行退火处理，由此，在保持非晶性的同时，使非晶膜中的过量的缺失减少的技术。此外，在其实施例中，在大气中、在150℃温度对在非加热下成膜的In-W-Zn-O膜(W＝1重量％～10重量％)进行30分钟的退火处理。即，在日本特开2010-251604号公报中记载的技术，是通过大量添加可固溶于In2O3相、从而使结晶化温度升高的元素，在上述温度范围内的退火处理中，使保持氧化物半导体薄膜的非晶性成为可能的技术，在这一点上其与本发明不同。
另外，在日本特开2009-275236号公报中，在150℃～450℃温度对由溅射法、蒸镀法得到的非晶氧氮化物半导体薄膜进行退火处理，由此，将其转换为具有与膜厚同等程度的结晶粒径的六方晶系结构的结晶质氧氮化物半导体薄膜。如此地，在日本特开2009-275236号公报中记载的氧氮化物半导体薄膜以六方晶系结构为基础，因此，在结晶结构复杂的薄膜的形成过程中，易于产生氧缺失，对载流子浓度的抑制效果小，从该方面考虑，其与本发明不同。
3.TFT元件
本发明的薄膜晶体管(TFT)，其特征在于，在沟道层材料中应用了本发明的氧氮化物半导体薄膜。TFT的结构没有受到限定，但是，例如，能够例举图1所示的结构的TFT元件。
图1的TFT元件是在通过热氧化使表面形成有SiO2膜的SiO2/Si基板上，由本发明的氧氮化物半导体薄膜，以及Au/Ti积层电极所构成。在该结构中，栅电极1由Si基板构成，栅绝缘层2由SiO2膜构成，沟道层3由本发明的氧氮化物半导体薄膜构成，源电极4以及漏电极5由Au/Ti积层电极构成。
在图1的TFT元件中，虽然使用了SiO2/Si基板，但基板并不限于此，也能够使用以往作为含有薄膜晶体管的电子装置的基板而使用的基板。例如，除SiO2/Si基板、Si基板以外，能够使用无碱玻璃、石英玻璃等的玻璃基板。另外，也能够使用各种金属基板、塑料基板、聚酰亚胺等的不透明的耐热性高分子膜基板等。
虽然在图1的TFT元件中，栅电极1是由Si基板构成的，但并不限于此。例如，例如，能够使用Mo(钼)、Al、Ta(钽)、Ti(钛)、Au(金)、Pt(铂)等的金属薄膜、这些金属的导电性氧化物、氮化物薄膜或氧氮化物薄膜，或者各种导电性高分子材料。在透明TFT的情况下，能够使用氧化铟锡(ITO)等透明导电膜。进而，也能够将具有与本发明的氧氮化物半导体薄膜相同的金属元素组成的氧氮化物半导体薄膜作为栅电极1来使用。在使用其中任何一种材料的情况下，都需要栅电极1具有良好的导电性。具体而言，栅电极1的电阻率优选是在1×10-6Ω·cm～1×10-1Ω·cm的范围内，更优选是在1×10-6Ω·cm～1×10-3Ω·cm的范围内。
另外，栅绝缘层2能够使用SiO2、Y2O3、Ta2O5、Hf氧化物等的金属氧化物薄膜、SiNx等的金属氮化物薄膜、或者聚酰亚等的绝缘性高分子材料等公知的材料。栅绝缘层2的电阻率优选是在1×106Ω·cm～1×1015Ω·cm的范围内，更优选是在1×1010Ω·cm～1×1015Ω·cm的范围内。
对沟道层3的电阻率没有特别的限定，但是，优选将其控制在10-1Ω·cm～106Ω·cm的范围内，更优选控制在1Ω·cm～103Ω·cm的范围内。此外，在本发明的氧氮化物半导体薄膜中，通过对溅射法或离子镀敷法中的成膜条件、结晶化的退火处理的条件进行选择，可调节氧缺失的生成量，因此，能够相对容易地控制电阻率。
作为源电极4以及漏电极5，与栅电极1同样地，能够使用Mo、Al、Ta、Ti、Au、Pt等的金属薄膜或这些金属的合金薄膜、这些金属的导电性氧化物、氮化物薄膜或氧氮化物薄膜、或者各种导电性高分子材料。在透明TFT的情况下，能够使用ITO等的透明导电膜。进而，也可使用对这些薄膜进行积层后的积层物。在该源电极4、漏电极5中需要良好的导电性。具体而言，源电极4以及漏电极5的电阻率优选是在10-6Ω·cm～10-1Ω·cm的范围内，更优选是在10-6Ω·cm～10-3Ω·cm的范围内。
4.TFT元件的制造方法
对于本发明的TFT元件的制造方法，以在形成氧氮化物半导体薄膜时，在低温成膜后进行退火处理的方法为例，进行说明。
首先，在高掺杂的n型Si晶片基板的表面，通过热氧化形成SiO2膜，从而得到SiO2/Si基板。将该基板保持在100℃以下的温度下，在SiO2膜上，通过直流磁控溅射法形成具有规定膜厚的非晶质的氧氮化物半导体薄膜。此外，关于此时的成膜条件，是与“2.氧氮化物半导体薄膜的制造方法”中所述的条件相同，因此，在此省略说明。另外，在形成该非晶质薄膜时，通过在实施掩蔽的基础上进行成膜，或者，在形成非晶质薄膜后，通过利用光刻技术等进行蚀刻，能够形成具有所期望的沟道长度和/或沟道宽度的氧氮化物半导体薄膜。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜进行退火处理，由此，形成结晶质的氧氮化物半导体薄膜。关于该退火处理的条件，也是与“2.氧氮化物半导体薄膜的制造方法”中所述的条件相同，因此，在此省略说明。
然后，在得到的结晶质的氧氮化物半导体薄膜(沟道层)上，在施加掩蔽的基础上将膜厚为5nm的Ti薄膜以及膜厚为100nm的Au薄膜依次进行层叠以形成源电极以及漏电极，由此，能够得到本发明的TFT元件。此外，对于源电极以及漏电极的形成而言，也可采用与沟道层的形成同样的方法，在形成Ti薄膜以及Au薄膜后，利用光刻技术等以进行蚀刻。
实施例
下面，使用本发明的实施例进一步进行详细说明，但是，本发明并不受到这些实施例的限定。
(实施例1)
将通过仅由In2O3相构成的In2O3所形成的氧化物烧结体作为溅射靶来使用，从而进行氧氮化物半导体薄膜的成膜。
首先，将该溅射靶安装在没有电弧抑制功能的直流磁控溅射装置(特期株式会社(トッキ株式会社)制，SPK503)的非磁性靶用阴极上。另外，基板使用无碱玻璃基板(康宁社(コーニング社)制，EAGLE XG)。将靶—基板间的距离固定为60mm，并进行真空排气至气压为2×10-4Pa以下后，导入由Ar、O2以及N2组成的混合气体以使O2浓度达到1.5体积％且N2浓度达到1.5体积％，并将气压调节到0.6Pa。
然后，施加直流电力300W(1.64W/cm2)使产生直流等离子，并实施成膜。具体而言，在进行10分钟的预溅射后，在溅射靶的静止对向位置设置基板，不加热基板地实施溅射。由此，形成膜厚为50nm的氧氮化物半导体薄膜。对得到的氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成，使用ICP发光分析装置(株式会社日立高新技术社(株式会社日立ハイテクサイエンス社)制，SPS3520UV)，并采用ICP发光分光分析法进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，使用X射线衍射装置(帕纳科社(パナリティカル社)制，X’PertPRO MPD)，通过X射线衍射对该氧氮化物半导体薄膜的结晶结构进行测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜为非晶质。
接着，在大气中、300℃温度、30分钟的条件下对该氧氮化物半导体薄膜进行退火处理。对退火处理后的氧氮化物半导体薄膜，同样进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且是仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，使用2次离子质量分析装置(爱发科株式会社(アルバック·ファイ株式会社)制，PHI ADEPT1010)进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。此外，2次离子质量分析测定是使用将N离子注入In2O3薄膜中的标准试样进行定量。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置(立真科技有限公司(ケーエルエー·テンコール株式会社)制，Alpha-Step IQ)对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置(东阳科技有限公司(株式会社東陽テクニカ)制，ResiTest8400)测定所得到的氧氮化物半导体薄膜的霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为5×1016cm-3且载流子迁移率为29cm2/Vsec。
(实施例2)
在大气中、在400℃温度进行30分钟的退火处理，除此以外与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1016cm-3且载流子迁移率为30cm2/Vsec。
(实施例3)
将溅射气体中的O2浓度设为1.4体积％且将N2浓度设为5.7体积％，除此以外与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有5×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为8×1015cm-3且载流子迁移率为27cm2/Vsec。
(实施例4)
将溅射气体中的O2浓度设为1.4体积％且将N2浓度设为5.7体积％，除此以外与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有5×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为4×1015cm-3且载流子迁移率为30cm2/Vsec。
(实施例5)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为7×1014cm-3且载流子迁移率为28cm2/Vsec。
(实施例6)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为4×1014cm-3且载流子迁移率为30cm2/Vsec。
(实施例7)
将溅射气体中的O2浓度设为1.5体积％且将N2浓度设为0.5体积％，除此以外与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有4×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1015cm-3且载流子迁移率为28cm2/Vsec。
(实施例8)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，除将热处理时间设为120分钟以外，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1014cm-3且载流子迁移率为20cm2/Vsec。
(实施例9)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，除将热处理时间设为60分钟以外，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1014cm-3且载流子迁移率为27cm2/Vsec。
(实施例10)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，除将热处理时间设为5分钟以外，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1014cm-3且载流子迁移率为30cm2/Vsec。
(实施例11)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，除将热处理时间设为1分钟以外，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1015cm-3且载流子迁移率为30cm2/Vsec。
(实施例12)
将溅射气体中的O2浓度设为1.4体积％且将N2浓度设为5.7体积％，除此以外与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1014cm-3且载流子迁移率为26cm2/Vsec。
(实施例13)
将溅射气体中的O2浓度设为1.4体积％且将N2浓度设为5.7体积％，除此以外与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1014cm-3且载流子迁移率为28cm2/Vsec。
(实施例14)
除将膜厚设为15nm以外，与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为15nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1014cm-3且载流子迁移率为26cm2/Vsec。
(实施例15)
除将膜厚设为200nm以外，与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为200nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1014cm-3且载流子迁移率为29cm2/Vsec。
(实施例16)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga+Y)原子数比计为0.10的Ga和以Y/(In+Ga+Y)原子数比计为0.05的Y的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1014cm-3且载流子迁移率为27cm2/Vsec。
(实施例17)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga+La)原子数比计为0.10的Ga和以La/(In+Ga+La)原子数比计为0.05的La的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1014cm-3且载流子迁移率为26cm2/Vsec。
(实施例18)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.05的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为7×1014cm-3且载流子迁移率为29cm2/Vsec。
(实施例19)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.08的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为5×1014cm-3且载流子迁移率为29cm2/Vsec。
(实施例20)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.12的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在和实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1014cm-3且载流子迁移率为27cm2/Vsec。
(实施例21)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.15的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1014cm-3且载流子迁移率为26cm2/Vsec。
(实施例22)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.20的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1014cm-3且载流子迁移率为25cm2/Vsec。
(实施例23)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Zn/(In+Zn)原子数比计为0.10的Zn的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1015cm-3且载流子迁移率为12cm2/Vsec。
(实施例24)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ti/(In+Ti)原子数比计为0.10的Ti的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1014cm-3且载流子迁移率为8cm2/Vsec。
(实施例25)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以W/(In+W)原子数比计为0.10的W的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为7×1014cm-3且载流子迁移率为10cm2/Vsec。
(实施例26)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Mg/(In+Mg)原子数比计为0.10的Mg的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1015cm-3且载流子迁移率为8cm2/Vsec。
(实施例27)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Al/(In+Al)原子数比计为0.10的Al的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为8×1014cm-3且载流子迁移率为22cm2/Vsec。
(实施例28)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Y/(In+Y)原子数比计为0.10的Y的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1015cm-3且载流子迁移率为20cm2/Vsec。
(实施例29)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以La/(In+La)原子数比计为0.10的La的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1015cm-3且载流子迁移率为18cm2/Vsec。
(实施例30)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Sc/(In+Sc)原子数比计为0.10的Sc的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1015cm-3且载流子迁移率为17cm2/Vsec。
(实施例31)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Si/(In+Si)原子数比计为0.05的Si的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为8×1016cm-3且载流子迁移率为29cm2/Vsec。
(实施例32)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有Ge/(In+Ge)原子数比计为0.05的Ge的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为7×1016cm-3且载流子迁移率为31cm2/Vsec。
(实施例33)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Sn/(In+Sn)原子数比计为0.05的Sn的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为9×1016cm-3且载流子迁移率为35cm2/Vsec。
(实施例34)
除在大气中、在200℃温度进行30分钟的退火处理以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为9×1016cm-3且载流子迁移率为6cm2/Vsec。
(实施例35)
除在大气中、在200℃温度进行30分钟的退火处理以外，与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本实施例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1015cm-3且载流子迁移率为7cm2/Vsec。
(比较例1)
作为溅射气体，导入由Ar和O2组成的混合气体以使O2浓度达到1.5体积％，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本比较例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1019cm-3且载流子迁移率为22cm2/Vsec。
(比较例2)
作为溅射气体，导入由Ar和O2组成的混合气体以使O2浓度达到1.5体积％，除此以外，与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本比较例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为3×1017cm-3且载流子迁移率为14cm2/Vsec。
(比较例3)
除在大气中、在180℃温度进行30分钟的退火处理以外，与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜为非晶质。然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。
此外，由于比较例3的氧氮化物半导体薄膜没有如上述一样已结晶化，因此，没有实施2次离子质量分析测定以及霍尔效应测定。
(比较例4)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.25的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本比较例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为2×1014cm-3且载流子迁移率为4cm2/Vsec。
(比较例5)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，除将热处理时间设为0.5分钟以外，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。
同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜为非晶质。然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。
此外，由于比较例3的氧氮化物半导体薄膜没有如上述一样已结晶化，因此，没有实施2次离子质量分析测定以及霍尔效应测定。
(比较例6)
将溅射气体中的O2浓度设为1.5体积％且将N2浓度设为0.3体积％，除此以外与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已已结晶化，而且仅由方铁锰矿型结构的In2O3相构成。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有3×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本比较例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为1×1019cm-3且载流子迁移率为24cm2/Vsec。
(比较例7)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Zn/(In+Zn)原子数比计为0.65的Zn的氧化物烧结体，除此以外，与实施例1同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行测定，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在和实施例1相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜已结晶化，而且具有纤锌矿型结构的ZnO相。另外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。根据这些结果，可理解成在本比较例的氧氮化物半导体薄膜中，N已固溶于In2O3相中。
然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。另外，使用霍尔效应测定装置测定霍尔效应，其结果是，确认了载流子浓度为6×1019cm-3且载流子迁移率为26cm2/Vsec。
(比较例8)
将溅射气体中的O2浓度设为1.5体积％且将N2浓度设为6.0体积％，除此以外与实施例5同样地进行，从而得到氧氮化物半导体薄膜。
通过ICP发光分光分析法对该氧氮化物半导体薄膜中所含的金属成分的组成进行检测，其结果是，确认了其与氧化物烧结体的组成大致相同。另外，对该氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了其为非晶质。
接着，对该氧氮化物半导体薄膜，在与实施例2相同的条件下进行退火处理。同样地，对于退火处理后的氧氮化物半导体薄膜进行X射线衍射测定，其结果是，确认了氧氮化物半导体薄膜为非晶质。然后，使用表面形状测定装置对得到的氧氮化物半导体薄膜的膜厚进行测定，其结果是，确认了膜厚为50nm。此外，进行2次离子质量分析测定，其结果是，确认了该氧氮化物半导体薄膜含有2×1022原子/cm3左右的N。
此外，由于比较例8的氧氮化物半导体薄膜没有如上述一样已结晶化，因此，没有实施霍尔效应测定。
[表1]
※结晶结构 b：方铁锰矿型 w：纤锌矿型 a：非晶质
[TFT元件的特性评价]
(实施例36)
作为溅射靶，使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子数比计为0.10的Ga的氧化物烧结体，在通过热氧化而形成有SiO2膜的厚度为300nm的硅晶片基板的SiO2膜上，实施非晶质的氧氮化物半导体薄膜的成膜以使膜厚达到50nm。
通过对得到的非晶质的氧氮化物半导体薄膜在大气中、在300℃温度、30分钟的条件下进行退火处理而使其结晶化，由此，分别将上述Si基板、SiO2膜以及结晶质的氧氮化物半导体薄膜作为栅电极、栅绝缘层以及沟道层。
然后，在上述沟道层的表面，利用直流磁控溅射法依次形成厚度为5nm的Ti膜、以及厚度为100nm的Au膜，从而形成由Au/Ti积层膜构成的源电极以及漏电极，从而得到图1所示的结构的薄膜晶体管(TFT元件)。此外，对于源电极以及漏电极的成膜条件而言，将溅射气体设为仅有Ar，将直流电力更改为50W，除此以外，与氧氮化物半导体薄膜的成膜条件相同。
进一步地，对于源电极以及漏电极，使用金属掩模进行构图，从而得到沟道长度100μm、沟道宽度为450μm的TFT元件。
对该TFT元件的动作特性，使用半导体参数分析仪(株式会社TFT吉时利仪器公司(株式会社TFTケースレーインスツルメンツ社)制，4200SCS)进行检测，其结果是，确认了作为TFT元件的动作特性。
附图标记的说明
1：栅电极；
2：栅绝缘膜；
3：沟道层；
4：源电极；
5：漏电极。

Claims (9)

1.一种氧氮化物半导体薄膜，其特征在于，
所述氧氮化物半导体薄膜是由含有In、O以及N的结晶质的氧氮化物半导体构成，
所述氧氮化物半导体薄膜的载流子浓度为1×1017cm-3以下、载流子的迁移率为5cm2/Vsec以上，
所述氧氮化物半导体中的N的含量是3×1020原子/cm3以上且低于1×1022原子/cm3，
所述氧氮化物半导体的结晶结构是由方铁锰矿型结构的In2O3构成，并且，N原子固溶于In2O3相中。
2.一种氧氮化物半导体薄膜，其特征在于，
所述氧氮化物半导体薄膜是由含有In、O、N以及添加元素M的结晶质的氧氮化物半导体构成，并且M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素，
所述氧氮化物半导体薄膜的载流子浓度为1×1017cm-3以下、载流子的迁移率为5cm2/Vsec以上，
所述氧氮化物半导体中的N的含量是3×1020原子/cm3以上且低于1×1022原子/cm3，
所述氧氮化物半导体的结晶结构是由方铁锰矿型结构的In2O3构成，并且，N原子固溶于In2O3相中。
3.如权利要求2所述的氧氮化物半导体薄膜，其中，上述添加元素M的含量以M/(In+M)的原子数比计是大于0且在0.20以下。
4.如权利要求1或2所述的氧氮化物半导体薄膜，其中，上述载流子迁移率是15cm2/Vsec以上。
5.如权利要求1或2所述的氧氮化物半导体薄膜，其中，上述载流子迁移率是25cm2/Vsec以上。
6.如权利要求1或2所述的氧氮化物半导体薄膜，其中，膜厚是15nm～200nm。
7.如权利要求1或2所述的氧氮化物半导体薄膜，其中，膜厚是40nm～100nm。
8.一种权利要求1～7中的任意一项所述的氧氮化物半导体薄膜的制造方法，其特征在于，
对含有In、O以及N的非晶质的氧氮化物半导体薄膜或者含有In、O、N以及添加元素M的非晶质的氧氮化物半导体薄膜进行加热温度为200℃以上、加热时间为1分钟～120分钟的退火处理，由此，得到结晶质的氧氮化物半导体薄膜，并且，M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素。
9.一种薄膜晶体管，其具有源电极、漏电极、栅电极、沟道层以及栅绝缘膜，其特征在于，
上述沟道层是由权利要求1～7中的任意一项所述的氧氮化物半导体薄膜构成。
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