JP2003273133A - 酸化物半導体層およびその形成方法ならびに半導体装置 - Google Patents
酸化物半導体層およびその形成方法ならびに半導体装置Info
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- JP2003273133A JP2003273133A JP2002071514A JP2002071514A JP2003273133A JP 2003273133 A JP2003273133 A JP 2003273133A JP 2002071514 A JP2002071514 A JP 2002071514A JP 2002071514 A JP2002071514 A JP 2002071514A JP 2003273133 A JP2003273133 A JP 2003273133A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 密着性を向上させるとともに、導電率の経時
変化を少なくすることが可能な、酸化物半導体層を提供
する。 【解決手段】 この酸化物半導体層は、ＳｒおよびＣｕ
を主成分とする酸化物半導体層１２であって、その酸化
物半導体層１２には、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い
元素（たとえばＡｒ）が含有されている。
変化を少なくすることが可能な、酸化物半導体層を提供
する。 【解決手段】 この酸化物半導体層は、ＳｒおよびＣｕ
を主成分とする酸化物半導体層１２であって、その酸化
物半導体層１２には、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い
元素（たとえばＡｒ）が含有されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物半導体層
およびその形成方法ならびに半導体装置に関し、特に、
ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層およびそ
の形成方法ならびに半導体装置に関する。
およびその形成方法ならびに半導体装置に関し、特に、
ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層およびそ
の形成方法ならびに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸
化物半導体材料が知られている。ＳｒおよびＣｕを主成
分とする酸化物半導体層の形成方法としては、Ｓｒおよ
びＣｕを含む酸化物半導体材料からなるターゲットをス
パッタすることによって、酸化物半導体層を基板上に形
成する方法が知られている。
化物半導体材料が知られている。ＳｒおよびＣｕを主成
分とする酸化物半導体層の形成方法としては、Ｓｒおよ
びＣｕを含む酸化物半導体材料からなるターゲットをス
パッタすることによって、酸化物半導体層を基板上に形
成する方法が知られている。
【０００３】上記したスパッタを行う方法として、たと
えば、ＤＣスパッタ法を用いることが第６２回応用物理
学会学術講演会講演予稿集、１１ｐ−ＺＷ−４、（２０
０１）４５３などに開示されている。
えば、ＤＣスパッタ法を用いることが第６２回応用物理
学会学術講演会講演予稿集、１１ｐ−ＺＷ−４、（２０
０１）４５３などに開示されている。
【０００４】これらに開示された方法では、酸化物半導
体からなるターゲット中のＳｒとＣｕの組成比やスパッ
タを行う雰囲気中の酸素分圧を制御しながら、Ｓｒおよ
びＣｕを主成分とする酸化物半導体層を形成する。
体からなるターゲット中のＳｒとＣｕの組成比やスパッ
タを行う雰囲気中の酸素分圧を制御しながら、Ｓｒおよ
びＣｕを主成分とする酸化物半導体層を形成する。
【０００５】図５は、従来のＳｒおよびＣｕを主成分と
する酸化物半導体層を形成する場合に用いるＤＣマグネ
トロンスパッタ装置を示した概略図である。図５を参照
して、ＤＣマグネトロンスパッタ装置１０１は、真空チ
ャンバ１０２と、ターゲットホルダ１０３と、基板１０
４を保持するとともに基板１０４の温度調整を行うこと
が可能なホルダ１０５とを備えている。ターゲットホル
ダ１０３には、ターゲット１０６が設置されるととも
に、直流（ＤＣ）電源１０７が接続されている。また、
ＤＣマグネトロンスパッタ装置１０１には、真空チャン
バ１０２の内部を排気するための真空ポンプ１０９と、
排気速度を調整するためのバルブ１１０と、真空チャン
バ１０２内にガスを導入するためのガス供給系１１１と
が設けられている。
する酸化物半導体層を形成する場合に用いるＤＣマグネ
トロンスパッタ装置を示した概略図である。図５を参照
して、ＤＣマグネトロンスパッタ装置１０１は、真空チ
ャンバ１０２と、ターゲットホルダ１０３と、基板１０
４を保持するとともに基板１０４の温度調整を行うこと
が可能なホルダ１０５とを備えている。ターゲットホル
ダ１０３には、ターゲット１０６が設置されるととも
に、直流（ＤＣ）電源１０７が接続されている。また、
ＤＣマグネトロンスパッタ装置１０１には、真空チャン
バ１０２の内部を排気するための真空ポンプ１０９と、
排気速度を調整するためのバルブ１１０と、真空チャン
バ１０２内にガスを導入するためのガス供給系１１１と
が設けられている。
【０００６】図５に示した従来のＤＣマグネトロンスパ
ッタ装置１０１を用いて酸化物半導体層１１２を形成す
る場合の形成プロセスとしては、まず、ホルダ１０５上
に基板１０４を設置した状態で、真空チャンバ１０２内
を真空状態にする。そして、必要に応じて基板１０４の
加熱を行う。さらに、真空チャンバ１０２内に、ガス供
給系１１１よりＡｒガスや必要に応じてＯ2ガスを導入
する。この状態で、ターゲットホルダ１０３にＤＣ電力
を印加することにより、導入されたガスのプラズマ１１
３を発生させる。このとき、図５中に模式的に示すプラ
ズマ１１３中に存在するＡｒ+イオンが、ターゲット１
０６に衝突するので、ターゲット１０６がスパッタされ
る。これにより、基板１０４上に酸化物半導体層１１２
が形成される。
ッタ装置１０１を用いて酸化物半導体層１１２を形成す
る場合の形成プロセスとしては、まず、ホルダ１０５上
に基板１０４を設置した状態で、真空チャンバ１０２内
を真空状態にする。そして、必要に応じて基板１０４の
加熱を行う。さらに、真空チャンバ１０２内に、ガス供
給系１１１よりＡｒガスや必要に応じてＯ2ガスを導入
する。この状態で、ターゲットホルダ１０３にＤＣ電力
を印加することにより、導入されたガスのプラズマ１１
３を発生させる。このとき、図５中に模式的に示すプラ
ズマ１１３中に存在するＡｒ+イオンが、ターゲット１
０６に衝突するので、ターゲット１０６がスパッタされ
る。これにより、基板１０４上に酸化物半導体層１１２
が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のスパッタ法によりＳｒおよびＣｕを主成分とす
る酸化物半導体層を形成する方法では、形成される酸化
物半導体層中に、ボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶
欠陥が発生しやすいと考えられる。
た従来のスパッタ法によりＳｒおよびＣｕを主成分とす
る酸化物半導体層を形成する方法では、形成される酸化
物半導体層中に、ボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶
欠陥が発生しやすいと考えられる。
【０００８】図６は、従来のスパッタ法により形成され
たＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層に対し
て本願発明者が考案した問題点を説明するための概念図
である。図６を参照して、従来のスパッタ法により形成
された酸化物半導体層１１２中には、ボイドや結晶粒界
などの結晶欠陥１１２ａが存在すると考えられる。
たＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層に対し
て本願発明者が考案した問題点を説明するための概念図
である。図６を参照して、従来のスパッタ法により形成
された酸化物半導体層１１２中には、ボイドや結晶粒界
などの結晶欠陥１１２ａが存在すると考えられる。
【０００９】このため、従来のスパッタ法により形成し
たＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層１１２
では、上記結晶欠陥１１２ａのまわりの原子配列の歪み
によって、酸化物半導体層１１２中にストレス（内部応
力）が発生しやすいので、酸化物半導体層１１２が基板
１０４から剥離しやすいという不都合があった。その結
果、基板１０４に対する酸化物半導体層１１２の密着性
を向上させるのが困難であった。
たＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層１１２
では、上記結晶欠陥１１２ａのまわりの原子配列の歪み
によって、酸化物半導体層１１２中にストレス（内部応
力）が発生しやすいので、酸化物半導体層１１２が基板
１０４から剥離しやすいという不都合があった。その結
果、基板１０４に対する酸化物半導体層１１２の密着性
を向上させるのが困難であった。
【００１０】また、形成された酸化物半導体層を大気中
に放置した場合には、酸化物半導体層がより一層酸化さ
れるので、酸化物半導体層の導電率が時間とともに減少
していくという問題点があった。
に放置した場合には、酸化物半導体層がより一層酸化さ
れるので、酸化物半導体層の導電率が時間とともに減少
していくという問題点があった。
【００１１】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
密着性を向上させるとともに導電率の経時変化を少なく
することが可能な酸化物半導体層を提供することであ
る。
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
密着性を向上させるとともに導電率の経時変化を少なく
することが可能な酸化物半導体層を提供することであ
る。
【００１２】この発明のもう１つの目的は、密着性が向
上され、かつ、導電率の経時変化が少ない酸化物半導体
層を容易に形成することが可能な酸化物半導体層の形成
方法を提供することである。
上され、かつ、導電率の経時変化が少ない酸化物半導体
層を容易に形成することが可能な酸化物半導体層の形成
方法を提供することである。
【００１３】この発明のさらにもう１つの目的は、密着
性が向上され、かつ、導電率の経時変化が少ない酸化物
半導体層を含む半導体装置を提供することである。
性が向上され、かつ、導電率の経時変化が少ない酸化物
半導体層を含む半導体装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第一の局面による酸化物半導体層は、Ｓ
ｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層であって、
酸化物半導体層中には、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低
い元素が含有されている。
に、この発明の第一の局面による酸化物半導体層は、Ｓ
ｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層であって、
酸化物半導体層中には、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低
い元素が含有されている。
【００１５】この第一の局面による酸化物半導体層で
は、上記のように、ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化
物半導体層中に、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素
を含有させることによって、内部応力に起因する酸化物
半導体層の基板からの剥離を抑制することができるの
で、密着性を向上させることができる。この原因として
は、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素が酸化物半導
体層中のボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥に取
り込まれることによって、結晶欠陥のまわりの原子配列
の歪みから生じる酸化物半導体層中のストレス（内部応
力）が緩和されると考えられる。その結果、基板からの
剥離を抑制することができるので、密着性を向上させる
ことができると考えられる。
は、上記のように、ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化
物半導体層中に、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素
を含有させることによって、内部応力に起因する酸化物
半導体層の基板からの剥離を抑制することができるの
で、密着性を向上させることができる。この原因として
は、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素が酸化物半導
体層中のボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥に取
り込まれることによって、結晶欠陥のまわりの原子配列
の歪みから生じる酸化物半導体層中のストレス（内部応
力）が緩和されると考えられる。その結果、基板からの
剥離を抑制することができるので、密着性を向上させる
ことができると考えられる。
【００１６】また、上記のように、ＳｒおよびＣｕとの
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合にも、結晶欠陥の中へ酸素が
取り込まれるのを抑制することができる。これにより、
酸化物半導体層がより一層酸化されるのを抑制すること
ができるので、酸化物半導体層の酸化の進行による変質
を抑制することができる。その結果、組成および構造が
安定化すると推測されるので、酸化物半導体層の導電率
の経時変化を少なくすることができると考えられる。
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合にも、結晶欠陥の中へ酸素が
取り込まれるのを抑制することができる。これにより、
酸化物半導体層がより一層酸化されるのを抑制すること
ができるので、酸化物半導体層の酸化の進行による変質
を抑制することができる。その結果、組成および構造が
安定化すると推測されるので、酸化物半導体層の導電率
の経時変化を少なくすることができると考えられる。
【００１７】上記第一の局面による酸化物半導体層にお
いて、好ましくは、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元
素は、希ガス元素を含む。このように構成すれば、希ガ
ス元素は不活性ガスであるので、ＳｒおよびＣｕとの反
応性が低い。このため、ＳｒおよびＣｕを主成分とする
酸化物半導体層中に希ガス元素が含有された場合にも、
希ガス元素はＳｒおよびＣｕと反応しにくいため、膜質
や結晶構造を変化させることなく、酸化物半導体層中の
内部応力を緩和することができるとともに、導電率の経
時変化を少なくすることができる。
いて、好ましくは、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元
素は、希ガス元素を含む。このように構成すれば、希ガ
ス元素は不活性ガスであるので、ＳｒおよびＣｕとの反
応性が低い。このため、ＳｒおよびＣｕを主成分とする
酸化物半導体層中に希ガス元素が含有された場合にも、
希ガス元素はＳｒおよびＣｕと反応しにくいため、膜質
や結晶構造を変化させることなく、酸化物半導体層中の
内部応力を緩和することができるとともに、導電率の経
時変化を少なくすることができる。
【００１８】この場合、希ガス元素は、１×１０16原子
／ｃｍ3以上１×１０19原子／ｃｍ3未満含有されている
のが好ましい。このように希ガス元素を１×１０16原子
／ｃｍ3以上酸化物半導体層に含有させることによっ
て、酸化物半導体層の内部応力に起因する膜はがれを抑
制することができるとともに、導電率の経時変化を少な
くすることができる。また、希ガス元素を１×１０19原
子／ｃｍ3未満酸化物半導体層に含有させることによっ
て、酸化物半導体層の膜質を低下させることなく、酸化
物半導体層の剥離の抑制と導電率の経時変化の低減とを
図ることができる。
／ｃｍ3以上１×１０19原子／ｃｍ3未満含有されている
のが好ましい。このように希ガス元素を１×１０16原子
／ｃｍ3以上酸化物半導体層に含有させることによっ
て、酸化物半導体層の内部応力に起因する膜はがれを抑
制することができるとともに、導電率の経時変化を少な
くすることができる。また、希ガス元素を１×１０19原
子／ｃｍ3未満酸化物半導体層に含有させることによっ
て、酸化物半導体層の膜質を低下させることなく、酸化
物半導体層の剥離の抑制と導電率の経時変化の低減とを
図ることができる。
【００１９】上記の酸化物半導体層においては、希ガス
元素は、ＡｒおよびＨｅの少なくともいずれかを含むの
が好ましい。このように構成すれば、ＡｒおよびＨｅ
は、酸化物半導体層の膜はがれの抑制と導電率の経時変
化の低減とを図ることができることが実験により確認さ
れているので、ＡｒまたはＨｅを用いれば、確実に酸化
物半導体層の内部応力に起因する剥離の抑制と導電率の
経時変化の低減とを図ることができる。
元素は、ＡｒおよびＨｅの少なくともいずれかを含むの
が好ましい。このように構成すれば、ＡｒおよびＨｅ
は、酸化物半導体層の膜はがれの抑制と導電率の経時変
化の低減とを図ることができることが実験により確認さ
れているので、ＡｒまたはＨｅを用いれば、確実に酸化
物半導体層の内部応力に起因する剥離の抑制と導電率の
経時変化の低減とを図ることができる。
【００２０】また、この発明の第二の局面による酸化物
半導体層の形成方法は、ＳｒおよびＣｕを主成分とする
酸化物半導体層の形成方法であって、基板の電位が実質
的に負電位になるように基板に電圧を印加した状態で、
スパッタ法を用いて、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低
く、かつ、正イオンになる元素を含む雰囲気中で、基板
上にＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層を形
成する工程を備えている。
半導体層の形成方法は、ＳｒおよびＣｕを主成分とする
酸化物半導体層の形成方法であって、基板の電位が実質
的に負電位になるように基板に電圧を印加した状態で、
スパッタ法を用いて、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低
く、かつ、正イオンになる元素を含む雰囲気中で、基板
上にＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層を形
成する工程を備えている。
【００２１】この第二の局面による酸化物半導体層の形
成方法では、上記のように、基板の電位が実質的に負電
位になるように基板に電圧を印加した状態でスパッタす
ることによって、プラズマ中において正イオンになる元
素を効率的に基板方向に引き寄せることができる。これ
により、酸化物半導体層中にＳｒおよびＣｕとの反応性
が低い元素を効率よく含有させることができる。この元
素が酸化物半導体層中のボイドや結晶粒界などのいわゆ
る結晶欠陥に取り込まれると考えられるので、結晶欠陥
のまわりの原子配列の歪みから生じる酸化物半導体層中
のストレス（内部応力）が緩和されると考えられる。そ
の結果、内部応力に起因する酸化物半導体層の基板から
の剥離を抑制することができるので、密着性を向上させ
ることができる。
成方法では、上記のように、基板の電位が実質的に負電
位になるように基板に電圧を印加した状態でスパッタす
ることによって、プラズマ中において正イオンになる元
素を効率的に基板方向に引き寄せることができる。これ
により、酸化物半導体層中にＳｒおよびＣｕとの反応性
が低い元素を効率よく含有させることができる。この元
素が酸化物半導体層中のボイドや結晶粒界などのいわゆ
る結晶欠陥に取り込まれると考えられるので、結晶欠陥
のまわりの原子配列の歪みから生じる酸化物半導体層中
のストレス（内部応力）が緩和されると考えられる。そ
の結果、内部応力に起因する酸化物半導体層の基板から
の剥離を抑制することができるので、密着性を向上させ
ることができる。
【００２２】また、上記のように、ＳｒおよびＣｕとの
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合であっても、結晶欠陥の中へ
酸素が取り込まれるのを抑制することができる。これに
より、酸化物半導体層が酸化されるのを抑制することが
できるので、酸化物半導体層の酸化による変質を抑制す
ることができる。その結果、組成および構造が安定化す
ると推測されるので、酸化物半導体層の導電率の経時変
化を少なくすることができると考えられる。
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合であっても、結晶欠陥の中へ
酸素が取り込まれるのを抑制することができる。これに
より、酸化物半導体層が酸化されるのを抑制することが
できるので、酸化物半導体層の酸化による変質を抑制す
ることができる。その結果、組成および構造が安定化す
ると推測されるので、酸化物半導体層の導電率の経時変
化を少なくすることができると考えられる。
【００２３】上記第二の局面による酸化物半導体層の形
成方法において、好ましくは、ＳｒおよびＣｕとの反応
性が低く、かつ、正イオンになる元素は、ＡｒおよびＨ
ｅの少なくともいずれかを含む。このように構成すれ
ば、ＡｒおよびＨｅは、不活性ガスであるので、Ｓｒお
よびＣｕとの反応性が低い。このため、酸化物半導体層
中に含有された場合にも、膜質や結晶構造を変化させる
ことがない。また、ＡｒおよびＨｅは正イオンになりや
すいので、基板の負電位によって酸化物半導体層中に容
易に取り込むことができる。これにより、酸化物半導体
層の剥離の抑制を図ることができ、かつ、導電率の経時
変化が少ない酸化物半導体層を得ることができる。な
お、ＡｒおよびＨｅについては、実験により上記効果を
確認済みである。
成方法において、好ましくは、ＳｒおよびＣｕとの反応
性が低く、かつ、正イオンになる元素は、ＡｒおよびＨ
ｅの少なくともいずれかを含む。このように構成すれ
ば、ＡｒおよびＨｅは、不活性ガスであるので、Ｓｒお
よびＣｕとの反応性が低い。このため、酸化物半導体層
中に含有された場合にも、膜質や結晶構造を変化させる
ことがない。また、ＡｒおよびＨｅは正イオンになりや
すいので、基板の負電位によって酸化物半導体層中に容
易に取り込むことができる。これにより、酸化物半導体
層の剥離の抑制を図ることができ、かつ、導電率の経時
変化が少ない酸化物半導体層を得ることができる。な
お、ＡｒおよびＨｅについては、実験により上記効果を
確認済みである。
【００２４】この発明の第三の局面による半導体装置
は、基板と、基板上に形成され、ＳｒおよびＣｕを主成
分とするとともに、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元
素が含有された酸化物半導体層を含む半導体素子層を備
えている。
は、基板と、基板上に形成され、ＳｒおよびＣｕを主成
分とするとともに、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元
素が含有された酸化物半導体層を含む半導体素子層を備
えている。
【００２５】この第三の局面による半導体装置では、上
記のように、ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導
体層中に、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素を含有
させることによって、この元素が酸化物半導体層中のボ
イドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥に取り込まれる
と考えられるので、結晶欠陥のまわりの原子配列の歪み
から生じる酸化物半導体層中のストレス（内部応力）が
緩和されると考えられる。その結果、内部応力に起因す
る酸化物半導体層の基板からの剥離を抑制することがで
きるので、密着性を向上させることができる。
記のように、ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導
体層中に、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素を含有
させることによって、この元素が酸化物半導体層中のボ
イドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥に取り込まれる
と考えられるので、結晶欠陥のまわりの原子配列の歪み
から生じる酸化物半導体層中のストレス（内部応力）が
緩和されると考えられる。その結果、内部応力に起因す
る酸化物半導体層の基板からの剥離を抑制することがで
きるので、密着性を向上させることができる。
【００２６】また、上記のように、ＳｒおよびＣｕとの
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合であっても、結晶欠陥の中へ
酸素が取り込まれるのを抑制することができる。これに
より、酸化物半導体層がさらに酸化されるのを抑制する
ことができるので、酸化物半導体層の酸化による変質を
抑制することができる。その結果、組成および構造が安
定化すると推測されるので、酸化物半導体層の導電率の
経時変化を少なくすることができると考えられる。これ
により、密着性が向上され、かつ、導電率の経時変化の
少ない酸化物半導体層を含む半導体装置を得ることがで
きる。
反応性が低い元素が酸化物半導体層中の結晶欠陥に取り
込まれると考えられるので、酸化物半導体層を形成した
後、大気中に放置した場合であっても、結晶欠陥の中へ
酸素が取り込まれるのを抑制することができる。これに
より、酸化物半導体層がさらに酸化されるのを抑制する
ことができるので、酸化物半導体層の酸化による変質を
抑制することができる。その結果、組成および構造が安
定化すると推測されるので、酸化物半導体層の導電率の
経時変化を少なくすることができると考えられる。これ
により、密着性が向上され、かつ、導電率の経時変化の
少ない酸化物半導体層を含む半導体装置を得ることがで
きる。
【００２７】なお、本発明における「半導体装置」と
は、例えば、薄膜トランジスタや発光ダイオードおよび
ＥＬ素子との組み合わせによる発光デバイスや表示装置
などを含む広い概念である。
は、例えば、薄膜トランジスタや発光ダイオードおよび
ＥＬ素子との組み合わせによる発光デバイスや表示装置
などを含む広い概念である。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００２９】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
よる酸化物半導体層の作製に用いるＲＦマグネトロンス
パッタ装置を示した概略図である。まず、図１を参照し
て、実施例１で用いるＲＦマグネトロンスパッタ装置１
は、真空チャンバ２と、ターゲットホルダ３と、基板４
を保持するとともに基板４の温度調整を行うことが可能
なホルダ５とを備えている。ターゲットホルダ３には、
ターゲット６が設置されるとともに、高周波（ＲＦ）電
源７が接続されている。また、ホルダ５には基板４の電
位が負電位になるように、直流電源８が接続されてい
る。さらに、ＲＦマグネトロンスパッタ装置１には、真
空チャンバ２の内部を排気するための真空ポンプ９と、
排気速度を調整するためのバルブ１０と、真空チャンバ
２内にガスを導入するためのガス供給系１１とが設けら
れている。
よる酸化物半導体層の作製に用いるＲＦマグネトロンス
パッタ装置を示した概略図である。まず、図１を参照し
て、実施例１で用いるＲＦマグネトロンスパッタ装置１
は、真空チャンバ２と、ターゲットホルダ３と、基板４
を保持するとともに基板４の温度調整を行うことが可能
なホルダ５とを備えている。ターゲットホルダ３には、
ターゲット６が設置されるとともに、高周波（ＲＦ）電
源７が接続されている。また、ホルダ５には基板４の電
位が負電位になるように、直流電源８が接続されてい
る。さらに、ＲＦマグネトロンスパッタ装置１には、真
空チャンバ２の内部を排気するための真空ポンプ９と、
排気速度を調整するためのバルブ１０と、真空チャンバ
２内にガスを導入するためのガス供給系１１とが設けら
れている。
【００３０】実施例１では、上記のようなＲＦマグネト
ロンスパッタ装置１を用いて、以下の表１に示す条件下
で、ガラス基板からなる基板４上に酸化物半導体層１２
を作製した。
ロンスパッタ装置１を用いて、以下の表１に示す条件下
で、ガラス基板からなる基板４上に酸化物半導体層１２
を作製した。
【００３１】
【表１】
上記表１を参照して、実施例１では、ターゲット６とし
て、ＫがドープされたＳｒＣｕ2Ｏxを用いてサンプル１
〜３を作製した。実施例１のサンプル１では、基板電位
を−１０Ｖとして、酸化物半導体層１２を作製した。ま
た、サンプル２では基板電位を−１００Ｖとして、酸化
物半導体層１２を作製した。また、サンプル３では基板
電位を−１０００Ｖとして、酸化物半導体層１２を作製
した。また、比較例１として、ホルダ５を接地すること
により、基板電位を０Ｖとしたサンプル４を作製した。
なお、基板としては、ガラス基板（コーニング（株）製
１７３７）を用いるとともに、この基板上に作製される
酸化物半導体層の膜厚は、約３０ｎｍとした。
て、ＫがドープされたＳｒＣｕ2Ｏxを用いてサンプル１
〜３を作製した。実施例１のサンプル１では、基板電位
を−１０Ｖとして、酸化物半導体層１２を作製した。ま
た、サンプル２では基板電位を−１００Ｖとして、酸化
物半導体層１２を作製した。また、サンプル３では基板
電位を−１０００Ｖとして、酸化物半導体層１２を作製
した。また、比較例１として、ホルダ５を接地すること
により、基板電位を０Ｖとしたサンプル４を作製した。
なお、基板としては、ガラス基板（コーニング（株）製
１７３７）を用いるとともに、この基板上に作製される
酸化物半導体層の膜厚は、約３０ｎｍとした。
【００３２】具体的な作製プロセスとしては、まず、図
１に示したホルダ５上に基板４を設置した後、真空チャ
ンバ２内を真空状態にした。その基板４を３００℃に加
熱して維持した。さらに、真空チャンバ２内に、ガス導
入口１１よりＡｒガスを１０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを５０
ｓｃｃｍ導入するとともに、バルブ１０を調整すること
によって、真空チャンバ２内の真空度を１Ｐａとした。
この状態で、ターゲットホルダ３にＲＦ電力５０Ｗを印
加することによって、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスの
プラズマ１３を発生させて、ターゲット６をスパッタし
た。なお、Ａｒガスは本発明の「ＳｒおよびＣｕとの反
応性が低い元素」の一例である。
１に示したホルダ５上に基板４を設置した後、真空チャ
ンバ２内を真空状態にした。その基板４を３００℃に加
熱して維持した。さらに、真空チャンバ２内に、ガス導
入口１１よりＡｒガスを１０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを５０
ｓｃｃｍ導入するとともに、バルブ１０を調整すること
によって、真空チャンバ２内の真空度を１Ｐａとした。
この状態で、ターゲットホルダ３にＲＦ電力５０Ｗを印
加することによって、ＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスの
プラズマ１３を発生させて、ターゲット６をスパッタし
た。なお、Ａｒガスは本発明の「ＳｒおよびＣｕとの反
応性が低い元素」の一例である。
【００３３】また、ターゲット６をスパッタすることに
より、基板４上に酸化物半導体層１２を作製する際に、
サンプル１〜３（実施例１）では直流電源８により基板
４にそれぞれ−１０Ｖ、−１００Ｖ、−１０００Ｖの負
電位を与えた。これにより、図１中に模式的に示したプ
ラズマ１３中のＡｒ+イオンは、ターゲット６方向だけ
でなく、基板４の方向にも引き寄せられる。その結果、
Ａｒ+イオンが作製中の酸化物半導体層１２に効果的に
衝突することになる。また、サンプル４（比較例１）で
は、ホルダ５を接地することにより、基板電位を０Ｖと
した。すなわち、比較例１によるサンプル４では、基板
に負電位を印加するための直流電源を用いなかった。
より、基板４上に酸化物半導体層１２を作製する際に、
サンプル１〜３（実施例１）では直流電源８により基板
４にそれぞれ−１０Ｖ、−１００Ｖ、−１０００Ｖの負
電位を与えた。これにより、図１中に模式的に示したプ
ラズマ１３中のＡｒ+イオンは、ターゲット６方向だけ
でなく、基板４の方向にも引き寄せられる。その結果、
Ａｒ+イオンが作製中の酸化物半導体層１２に効果的に
衝突することになる。また、サンプル４（比較例１）で
は、ホルダ５を接地することにより、基板電位を０Ｖと
した。すなわち、比較例１によるサンプル４では、基板
に負電位を印加するための直流電源を用いなかった。
【００３４】上記サンプル１〜４について、基板４上に
作製した酸化物半導体層のアニール処理前の剥離の有
無、膜中のＡｒ濃度、導電率および透光性について評価
を行った。
作製した酸化物半導体層のアニール処理前の剥離の有
無、膜中のＡｒ濃度、導電率および透光性について評価
を行った。
【００３５】剥離の有無については、ピンセットで引っ
かく程度で、酸化物半導体層１２が基板４から剥離する
かどうかを観察した。また、酸化物半導体層中のＡｒ濃
度については、昇温脱離ガス分析（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄ
ｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＤ
Ｓ）法により測定した。また、導電率については、成膜
直後と空気中に放置した状態で１５０時間経過後との酸
化物半導体層の導電率を測定した。そして、導電率が１
桁以上低下した場合を「×」、５０％以下の低下の場合
を「○」、その間を「△」とした。また、透光性につい
ては、波長７００ｎｍの光に対する透過率を測定した。
そして、８５％以上を「○」、７０％以上を「△」、５
０％以下を「×」とした。これらの評価結果を以下の表
２に示す。
かく程度で、酸化物半導体層１２が基板４から剥離する
かどうかを観察した。また、酸化物半導体層中のＡｒ濃
度については、昇温脱離ガス分析（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄ
ｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＤ
Ｓ）法により測定した。また、導電率については、成膜
直後と空気中に放置した状態で１５０時間経過後との酸
化物半導体層の導電率を測定した。そして、導電率が１
桁以上低下した場合を「×」、５０％以下の低下の場合
を「○」、その間を「△」とした。また、透光性につい
ては、波長７００ｎｍの光に対する透過率を測定した。
そして、８５％以上を「○」、７０％以上を「△」、５
０％以下を「×」とした。これらの評価結果を以下の表
２に示す。
【００３６】
【表２】
上記表２を参照して、基板４を接地して作製した比較例
１によるサンプル４に比べて、基板４に負電位を与えて
作製した実施例１によるサンプル１〜３では、酸化物半
導体層１２の剥離は見られなかった。これにより、実施
例１によるサンプル１〜３では、密着性が向上している
ことが判明した。
１によるサンプル４に比べて、基板４に負電位を与えて
作製した実施例１によるサンプル１〜３では、酸化物半
導体層１２の剥離は見られなかった。これにより、実施
例１によるサンプル１〜３では、密着性が向上している
ことが判明した。
【００３７】また、酸化物半導体層中のＡｒ濃度に関し
ては、本発明の実施例１によるサンプル１〜３において
は、酸化物半導体層１２中にＡｒが検出された。そし
て、基板４の負電位が大きくなるにつれて、酸化物半導
体層１２中のＡｒ濃度が増加する傾向があることが判明
した。これに対して、比較例１によるサンプル４では、
酸化物半導体層中にはＡｒは検出されず、検出限界（1
×1016原子/cm3）未満のＡｒ濃度であることが判明し
た。
ては、本発明の実施例１によるサンプル１〜３において
は、酸化物半導体層１２中にＡｒが検出された。そし
て、基板４の負電位が大きくなるにつれて、酸化物半導
体層１２中のＡｒ濃度が増加する傾向があることが判明
した。これに対して、比較例１によるサンプル４では、
酸化物半導体層中にはＡｒは検出されず、検出限界（1
×1016原子/cm3）未満のＡｒ濃度であることが判明し
た。
【００３８】さらに、導電率については、本発明の比較
例１によるサンプル４では、酸化物半導体層の導電率が
時間とともに大きく減少している。これに対して、実施
例１によるサンプル１〜３では、酸化物半導体層の導電
率の経時変化が少なくなっていることが判明した。ま
た、この傾向は、基板の負電位が大きくなるにつれて顕
著になる傾向があることもわかった。
例１によるサンプル４では、酸化物半導体層の導電率が
時間とともに大きく減少している。これに対して、実施
例１によるサンプル１〜３では、酸化物半導体層の導電
率の経時変化が少なくなっていることが判明した。ま
た、この傾向は、基板の負電位が大きくなるにつれて顕
著になる傾向があることもわかった。
【００３９】次に、酸化物半導体層を作製後、実施例１
によるサンプル２および比較例１によるサンプル４に対
して、真空中において、３００℃で１時間のアニール処
理を行った後、導電率の経時変化を測定した。
によるサンプル２および比較例１によるサンプル４に対
して、真空中において、３００℃で１時間のアニール処
理を行った後、導電率の経時変化を測定した。
【００４０】図２は、本発明の実施例１によるサンプル
２および比較例１によるサンプル４のアニール処理前後
の導電率の測定結果を示したグラフである。図２を参照
して、基板４に−１００Ｖの負電位を与えて作製した実
施例１によるサンプル２では、酸化物半導体層の導電率
はほぼ一定で、経時変化は見られないことが判明した。
これに対して、比較例１によるサンプル４では、酸化物
半導体層の導電率が時間の経過とともに、大きく減少し
ていることが判明した。また、サンプル２およびサンプ
ル４をアニール処理したサンプルは、ともにアニール前
と同様の傾向を有していることがわかった。この結果よ
り、酸化物半導体層の形成後にアニール処理を行って
も、導電率の経時変化に変化は見られないことから、酸
化物半導体層形成後の熱処理は、その導電性に影響しな
いことがわかる。
２および比較例１によるサンプル４のアニール処理前後
の導電率の測定結果を示したグラフである。図２を参照
して、基板４に−１００Ｖの負電位を与えて作製した実
施例１によるサンプル２では、酸化物半導体層の導電率
はほぼ一定で、経時変化は見られないことが判明した。
これに対して、比較例１によるサンプル４では、酸化物
半導体層の導電率が時間の経過とともに、大きく減少し
ていることが判明した。また、サンプル２およびサンプ
ル４をアニール処理したサンプルは、ともにアニール前
と同様の傾向を有していることがわかった。この結果よ
り、酸化物半導体層の形成後にアニール処理を行って
も、導電率の経時変化に変化は見られないことから、酸
化物半導体層形成後の熱処理は、その導電性に影響しな
いことがわかる。
【００４１】ここで、実施例１によるサンプル１〜３の
酸化物半導体層１２の密着性が向上する理由および導電
率の経時変化が少なくなる理由について考察する。
酸化物半導体層１２の密着性が向上する理由および導電
率の経時変化が少なくなる理由について考察する。
【００４２】図３は、本発明の実施例により作製したＳ
ｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層の概念図で
ある。図１および図３を参照して、上記の考察について
説明する。図３に示すように、酸化物半導体層１２中に
はボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥１２ａが存
在すると考えられる。この場合に、実施例１では、図１
に示すように、基板４に負電位を印加することによっ
て、プラズマ１３中のＡｒ+イオンが基板４の方向に引
き寄せられるので、形成中の酸化物半導体層１２の結晶
欠陥１２ａの中にＡｒが入り込むと考えられる。これに
より、結晶欠陥１２ａの周りの歪みが緩和されるので、
酸化物半導体層１２の内部応力（ストレス）を低減させ
ることができると考えられる。
ｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半導体層の概念図で
ある。図１および図３を参照して、上記の考察について
説明する。図３に示すように、酸化物半導体層１２中に
はボイドや結晶粒界などのいわゆる結晶欠陥１２ａが存
在すると考えられる。この場合に、実施例１では、図１
に示すように、基板４に負電位を印加することによっ
て、プラズマ１３中のＡｒ+イオンが基板４の方向に引
き寄せられるので、形成中の酸化物半導体層１２の結晶
欠陥１２ａの中にＡｒが入り込むと考えられる。これに
より、結晶欠陥１２ａの周りの歪みが緩和されるので、
酸化物半導体層１２の内部応力（ストレス）を低減させ
ることができると考えられる。
【００４３】Ａｒは、ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い
ため、ＳｒまたはＣｕと化合物を形成しにくい。これに
より、酸化物半導体層１２の原子配列を別の結晶構造に
変化させることなく、歪みを緩和することができると考
えられる。その結果、内部応力に起因する酸化物半導体
層１２の基板４からの剥離を抑制することができるの
で、密着性が向上すると考えられる。
ため、ＳｒまたはＣｕと化合物を形成しにくい。これに
より、酸化物半導体層１２の原子配列を別の結晶構造に
変化させることなく、歪みを緩和することができると考
えられる。その結果、内部応力に起因する酸化物半導体
層１２の基板４からの剥離を抑制することができるの
で、密着性が向上すると考えられる。
【００４４】また、酸化物半導体層１２の結晶欠陥１２
ａの中にＡｒが入り込むことによって、大気中に放置し
た場合にも、結晶欠陥１２ａに酸素が取り込まれるのが
抑制されるので、酸化物半導体層１２がより一層酸化さ
れるのを抑制することができる。これにより、酸化物半
導体層１２の酸化の進行による変質を抑制することがで
きるので、組成および構造が安定化すると考えられる。
ａの中にＡｒが入り込むことによって、大気中に放置し
た場合にも、結晶欠陥１２ａに酸素が取り込まれるのが
抑制されるので、酸化物半導体層１２がより一層酸化さ
れるのを抑制することができる。これにより、酸化物半
導体層１２の酸化の進行による変質を抑制することがで
きるので、組成および構造が安定化すると考えられる。
【００４５】また、酸化物半導体層の透光性について
は、基板４に−１０００Ｖの負電位を与えて作製した本
発明の実施例１によるサンプル３において、透過率が５
０％以下となった。これより、基板に与える負電位が大
きくなるほど、酸化物半導体層の透光性が低下する傾向
があると考えられる。
は、基板４に−１０００Ｖの負電位を与えて作製した本
発明の実施例１によるサンプル３において、透過率が５
０％以下となった。これより、基板に与える負電位が大
きくなるほど、酸化物半導体層の透光性が低下する傾向
があると考えられる。
【００４６】上記のように、実施例１では、酸化物半導
体層１２中にＳｒおよびＣｕとの反応性が低いＡｒを含
有させることによって、基板４から酸化物半導体層が剥
離しにくくなるとともに、酸化物半導体層の導電率の経
時変化を少なくすることができる。
体層１２中にＳｒおよびＣｕとの反応性が低いＡｒを含
有させることによって、基板４から酸化物半導体層が剥
離しにくくなるとともに、酸化物半導体層の導電率の経
時変化を少なくすることができる。
【００４７】また、基板４に負電位を与えることが、酸
化物半導体層中へのＡｒの含有に対して効果的であると
いえる。この場合、基板４の負電位が大きくなるにした
がって、酸化物半導体層の特性が低下する傾向がある。
したがって、良好な透光性を有する酸化物半導体層を得
るためには、基板４の負電位として、−１０００Ｖ未満
であることが好ましいといえる。
化物半導体層中へのＡｒの含有に対して効果的であると
いえる。この場合、基板４の負電位が大きくなるにした
がって、酸化物半導体層の特性が低下する傾向がある。
したがって、良好な透光性を有する酸化物半導体層を得
るためには、基板４の負電位として、−１０００Ｖ未満
であることが好ましいといえる。
【００４８】また、上記結果より、酸化物半導体層１２
中のＡｒは、１×１０16原子／ｃｍ 3以上１×１０19原
子／ｃｍ3未満含有されていることが好ましいといえ
る。
中のＡｒは、１×１０16原子／ｃｍ 3以上１×１０19原
子／ｃｍ3未満含有されていることが好ましいといえ
る。
【００４９】また、実施例１では、Ｏ2ガス流量を５０
ｓｃｃｍとしてサンプルの作製を行ったが、Ｏ2ガス流
量が８０ｓｃｃｍ程度までは、基板４に負電位を与える
ことによって、上記と同様の基板４からの剥離もなく、
かつ、導電率の経時変化の少ない酸化物半導体層１２を
形成することができることを実験により確認済みであ
る。
ｓｃｃｍとしてサンプルの作製を行ったが、Ｏ2ガス流
量が８０ｓｃｃｍ程度までは、基板４に負電位を与える
ことによって、上記と同様の基板４からの剥離もなく、
かつ、導電率の経時変化の少ない酸化物半導体層１２を
形成することができることを実験により確認済みであ
る。
【００５０】（実施例２）実施例２では、Ａｒガスに代
えてＨｅガスを用いて、以下の表３に示す条件下で、ガ
ラス基板４上に酸化物半導体層１２を作製した。ここ
で、Ｈｅガスは本発明の「ＳｒおよびＣｕとの反応性が
低い元素」の一例である。
えてＨｅガスを用いて、以下の表３に示す条件下で、ガ
ラス基板４上に酸化物半導体層１２を作製した。ここ
で、Ｈｅガスは本発明の「ＳｒおよびＣｕとの反応性が
低い元素」の一例である。
【００５１】
【表３】
上記表３を参照して、実施例２によるサンプル５および
６を作製した。サンプル５では、基板電位を−１００Ｖ
として、酸化物半導体層１２を作製した。また、サンプ
ル６では基板電位を−３００Ｖとして、酸化物半導体層
１２を作製した。また、比較例２として、サンプル７で
は、ホルダ５を接地することにより、基板電位を０Ｖと
して、酸化物半導体層を作製した。また、比較例２とし
て、サンプル８では、基板電位を−１０Ｖとして、酸化
物半導体層を作製した。
６を作製した。サンプル５では、基板電位を−１００Ｖ
として、酸化物半導体層１２を作製した。また、サンプ
ル６では基板電位を−３００Ｖとして、酸化物半導体層
１２を作製した。また、比較例２として、サンプル７で
は、ホルダ５を接地することにより、基板電位を０Ｖと
して、酸化物半導体層を作製した。また、比較例２とし
て、サンプル８では、基板電位を−１０Ｖとして、酸化
物半導体層を作製した。
【００５２】具体的な作製プロセスとしては、真空チャ
ンバ２内にＨｅガスを２０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを４０ｓ
ｃｃｍ導入し、ターゲットホルダ３に印加するＲＦ電力
を２００Ｗとした以外は、実施例１と同様の条件で、ガ
ラス基板（コーニング（株）製１７３７）からなる基板
上に、約３０ｎｍの膜厚を有する酸化物半導体層を作製
した。
ンバ２内にＨｅガスを２０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスを４０ｓ
ｃｃｍ導入し、ターゲットホルダ３に印加するＲＦ電力
を２００Ｗとした以外は、実施例１と同様の条件で、ガ
ラス基板（コーニング（株）製１７３７）からなる基板
上に、約３０ｎｍの膜厚を有する酸化物半導体層を作製
した。
【００５３】上記サンプル５〜８について、基板上に作
製した酸化物半導体層の剥離の有無、膜中のＨｅ濃度お
よび導電率について、実施例１と同様の評価を行った。
なお、酸化物半導体層１２中のＨｅ濃度については、Ａ
ｒ濃度の測定同様、ＴＤＳ法により測定した。
製した酸化物半導体層の剥離の有無、膜中のＨｅ濃度お
よび導電率について、実施例１と同様の評価を行った。
なお、酸化物半導体層１２中のＨｅ濃度については、Ａ
ｒ濃度の測定同様、ＴＤＳ法により測定した。
【００５４】これらの評価結果を以下の表４に示す。
【００５５】
【表４】
上記表４を参照して、基板を接地して作製した比較例２
によるサンプル７および８に比べて、基板４に負電位を
与えて作製した実施例２によるサンプル５および６で
は、酸化物半導体層に剥離も見られず、密着性が向上し
ていることが判明した。
によるサンプル７および８に比べて、基板４に負電位を
与えて作製した実施例２によるサンプル５および６で
は、酸化物半導体層に剥離も見られず、密着性が向上し
ていることが判明した。
【００５６】また、膜中のＨｅ濃度に関しては、本発明
の実施例２によるサンプル５および６においては、酸化
物半導体層１２中にはＨｅが検出された。そして、基板
の負電位が大きくなるにつれて、Ｈｅの濃度が増加する
傾向があった。これに対して、比較例２によるサンプル
７および８では、酸化物半導体層中にはＨｅは検出され
ず、検出限界（1×1016原子/cm3）未満のＨｅ濃度であ
ることが判明した。
の実施例２によるサンプル５および６においては、酸化
物半導体層１２中にはＨｅが検出された。そして、基板
の負電位が大きくなるにつれて、Ｈｅの濃度が増加する
傾向があった。これに対して、比較例２によるサンプル
７および８では、酸化物半導体層中にはＨｅは検出され
ず、検出限界（1×1016原子/cm3）未満のＨｅ濃度であ
ることが判明した。
【００５７】さらに、導電率については、本発明の比較
例２によるサンプル７および８では、酸化物半導体層の
導電率が時間とともに大きく減少している。これに対し
て、実施例２によるサンプル５および６では、酸化物半
導体層１２の導電率の経時変化が少なくなっていること
が判明した。また、この傾向は、基板４の負電位が大き
くなるにつれて顕著になることもわかった。
例２によるサンプル７および８では、酸化物半導体層の
導電率が時間とともに大きく減少している。これに対し
て、実施例２によるサンプル５および６では、酸化物半
導体層１２の導電率の経時変化が少なくなっていること
が判明した。また、この傾向は、基板４の負電位が大き
くなるにつれて顕著になることもわかった。
【００５８】上記のように、実施例２では、酸化物半導
体層１２中にＳｒおよびＣｕとの反応性が低いＨｅを含
有させることによって、基板４から酸化物半導体層１２
が剥離しにくくなるとともに、酸化物半導体層１２の導
電率の経時変化を少なくすることができた。
体層１２中にＳｒおよびＣｕとの反応性が低いＨｅを含
有させることによって、基板４から酸化物半導体層１２
が剥離しにくくなるとともに、酸化物半導体層１２の導
電率の経時変化を少なくすることができた。
【００５９】また、基板４に負電位を与えることが、酸
化物半導体層１２中へのＨｅの含有に対して効果的であ
るといえる。
化物半導体層１２中へのＨｅの含有に対して効果的であ
るといえる。
【００６０】また、上記結果より、酸化物半導体層１２
中のＨｅは、３×１０16原子／ｃｍ 3以上含有されてい
ることが好ましいといえる。ただし、酸化物半導体層１
２中において、ＨｅとＡｒは同じ希ガス元素であり、同
様の作用効果を有していると考えられる。このため、酸
化物半導体層１２中の好ましいＨｅ濃度としては、１×
１０16原子／ｃｍ3以上１×１０19原子／ｃｍ3未満であ
ると考えられる。
中のＨｅは、３×１０16原子／ｃｍ 3以上含有されてい
ることが好ましいといえる。ただし、酸化物半導体層１
２中において、ＨｅとＡｒは同じ希ガス元素であり、同
様の作用効果を有していると考えられる。このため、酸
化物半導体層１２中の好ましいＨｅ濃度としては、１×
１０16原子／ｃｍ3以上１×１０19原子／ｃｍ3未満であ
ると考えられる。
【００６１】また、実施例２では、Ｏ2ガス流量を４０
ｓｃｃｍとしてサンプルの作製を行ったが、Ｏ2ガス流
量が６０ｓｃｃｍ程度までは、基板４に負電位を与える
ことによって、上記と同様の基板からの剥離もなく、か
つ、導電率の経時変化の少ない酸化物半導体層１２を形
成することができることを実験により確認済みである。
ｓｃｃｍとしてサンプルの作製を行ったが、Ｏ2ガス流
量が６０ｓｃｃｍ程度までは、基板４に負電位を与える
ことによって、上記と同様の基板からの剥離もなく、か
つ、導電率の経時変化の少ない酸化物半導体層１２を形
成することができることを実験により確認済みである。
【００６２】（実施例３）実施例３では、本発明の酸化
物半導体層を半導体素子層として用いることにより、ｐ
ｎ接合デバイスを作製した。ここで、ｐｎ接合デバイス
は本発明の「半導体装置」の一例である。
物半導体層を半導体素子層として用いることにより、ｐ
ｎ接合デバイスを作製した。ここで、ｐｎ接合デバイス
は本発明の「半導体装置」の一例である。
【００６３】図４は、本発明のｐｎ接合デバイスの断面
構造を示した概略図である。ＳｒおよびＣｕを主成分と
するＳｒＣｕ系酸化物半導体層に、Ｋなどの適当な元素
をドープすることにより、ｐ型半導体層を形成すること
ができる。
構造を示した概略図である。ＳｒおよびＣｕを主成分と
するＳｒＣｕ系酸化物半導体層に、Ｋなどの適当な元素
をドープすることにより、ｐ型半導体層を形成すること
ができる。
【００６４】図４を参照して、実施例３によるｐｎ接合
デバイスでは、ガラス基板（コーニング（株）製１７３
７）２０上に、３００ｎｍの膜厚を有するＩＴＯからな
る透明電極２１が形成されている。その透明電極２１上
の一部には、４００ｎｍの膜厚を有する透光性のｎ型Ｚ
ｎＯ層２２が作製されている。さらに、ｎ型ＺｎＯ層２
２の上に、本発明によるＡｒを含有する１５０ｎｍの膜
厚を有する透光性のｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３
が作製されている。このｎ型ＺｎＯ層２２とｐ型ＳｒＣ
ｕ系酸化物半導体層２３とによってｐｎ接合が作製され
る。また、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３上および
透明電極２１上に、それぞれ３０ｎｍの膜厚を有するＡ
ｌ電極２４および２５が作製されている。Ａｌ電極２４
とＡｌ電極２５とには、直流電源２６が接続されてい
る。
デバイスでは、ガラス基板（コーニング（株）製１７３
７）２０上に、３００ｎｍの膜厚を有するＩＴＯからな
る透明電極２１が形成されている。その透明電極２１上
の一部には、４００ｎｍの膜厚を有する透光性のｎ型Ｚ
ｎＯ層２２が作製されている。さらに、ｎ型ＺｎＯ層２
２の上に、本発明によるＡｒを含有する１５０ｎｍの膜
厚を有する透光性のｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３
が作製されている。このｎ型ＺｎＯ層２２とｐ型ＳｒＣ
ｕ系酸化物半導体層２３とによってｐｎ接合が作製され
る。また、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３上および
透明電極２１上に、それぞれ３０ｎｍの膜厚を有するＡ
ｌ電極２４および２５が作製されている。Ａｌ電極２４
とＡｌ電極２５とには、直流電源２６が接続されてい
る。
【００６５】ここで、ｐｎ接合界面に順方向電圧が印加
されるよう、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３側のＡ
ｌ電極２４にプラス、ｎ型ＺｎＯ層２２側のＡｌ電極２
５にマイナスの電圧を直流電源２６によって印加する。
これにより、ｐｎデバイス中を電子と正孔が移動して電
流が流れる。このとき、主にｐｎ接合界面において、電
子と正孔とが互いに衝突することによって、電子と正孔
とが再結合する。この再結合の際に、波長３８０ｎｍ程
度の光の放出を伴う。この場合、ｎ型ＺｎＯ層２２、ｐ
型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３、透明電極２１および
ガラス基板２０は、この波長域で透光性を有するため、
図４の矢印で示したように、ガラス基板２０側から光を
出射させることができた。
されるよう、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３側のＡ
ｌ電極２４にプラス、ｎ型ＺｎＯ層２２側のＡｌ電極２
５にマイナスの電圧を直流電源２６によって印加する。
これにより、ｐｎデバイス中を電子と正孔が移動して電
流が流れる。このとき、主にｐｎ接合界面において、電
子と正孔とが互いに衝突することによって、電子と正孔
とが再結合する。この再結合の際に、波長３８０ｎｍ程
度の光の放出を伴う。この場合、ｎ型ＺｎＯ層２２、ｐ
型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３、透明電極２１および
ガラス基板２０は、この波長域で透光性を有するため、
図４の矢印で示したように、ガラス基板２０側から光を
出射させることができた。
【００６６】上記のように、実施例３では、本発明の酸
化物半導体層２３を半導体素子層として用いることによ
って、ｎ型ＺｎＯ層２２またはＡｌ電極２４から、ｐ型
ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３の剥離が発生することも
なく、また、酸化物半導体層の導電率の経時変化が小さ
いことから、安定な特性を有する半導体装置を得ること
ができる。
化物半導体層２３を半導体素子層として用いることによ
って、ｎ型ＺｎＯ層２２またはＡｌ電極２４から、ｐ型
ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３の剥離が発生することも
なく、また、酸化物半導体層の導電率の経時変化が小さ
いことから、安定な特性を有する半導体装置を得ること
ができる。
【００６７】なお、今回開示された実施例は、すべての
点で例示であって、制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明で
はなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求
の範囲と均等の意味および範囲ですべての変更が含まれ
る。
点で例示であって、制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明で
はなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求
の範囲と均等の意味および範囲ですべての変更が含まれ
る。
【００６８】たとえば、上記実施例１および実施例２で
は、それぞれＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素とし
てＡｒおよびＨｅを用いたが、本発明はこれに限らず、
Ｎｅ、Ｋｒなどの他の希ガスや窒素なども用いることが
できる。また、これら以外のＳｒとＣｕとの反応性が低
い元素を用いてもよい。
は、それぞれＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素とし
てＡｒおよびＨｅを用いたが、本発明はこれに限らず、
Ｎｅ、Ｋｒなどの他の希ガスや窒素なども用いることが
できる。また、これら以外のＳｒとＣｕとの反応性が低
い元素を用いてもよい。
【００６９】また、上記実施例１および実施例２におい
て、酸化物半導体層１２の作製時に基板４に直流電圧を
印加したが、本発明はこれに限らず、基板の電位が実質
的に負電位になれば、交流電圧やパルス状電圧などの印
加であってもよい。この場合、例えば、交流電圧であっ
ても、プラズマ中の正イオンと電子との移動度の差によ
って発生するバイアス作用によって、時間平均的には、
基板は負電位となり、正イオンを引き寄せる効果が働く
ためである。このように構成すれば、基板としてガラス
基板やシリコン基板などの絶縁性、または導電性の低い
材質であっても、上記効果を得ることができる。
て、酸化物半導体層１２の作製時に基板４に直流電圧を
印加したが、本発明はこれに限らず、基板の電位が実質
的に負電位になれば、交流電圧やパルス状電圧などの印
加であってもよい。この場合、例えば、交流電圧であっ
ても、プラズマ中の正イオンと電子との移動度の差によ
って発生するバイアス作用によって、時間平均的には、
基板は負電位となり、正イオンを引き寄せる効果が働く
ためである。このように構成すれば、基板としてガラス
基板やシリコン基板などの絶縁性、または導電性の低い
材質であっても、上記効果を得ることができる。
【００７０】また、上記実施例３において、光はガラス
基板２０側から出射させたが、本発明はこれに限らず、
Ａｌ電極２４の膜厚を薄くしたり、またはＡｌ電極２４
に代えてＩＴＯからなる透明電極を用いることによっ
て、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３上の電極側から
も光線を出射させることができる。
基板２０側から出射させたが、本発明はこれに限らず、
Ａｌ電極２４の膜厚を薄くしたり、またはＡｌ電極２４
に代えてＩＴＯからなる透明電極を用いることによっ
て、ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層２３上の電極側から
も光線を出射させることができる。
【００７１】さらに、上記実施例３では、ｐｎ接合デバ
イスを作製したが、本発明はこれに限らず、ｐｎ接合を
有しない半導体装置であってもよい。たとえば、本発明
の酸化物半導体層をチャネル層に用いる、薄膜トランジ
スタを例示することができる。また、ＥＬ素子と組み合
わせた発光デバイスに応用することや、上記薄膜トラン
ジスタを表示装置に応用することも可能である。
イスを作製したが、本発明はこれに限らず、ｐｎ接合を
有しない半導体装置であってもよい。たとえば、本発明
の酸化物半導体層をチャネル層に用いる、薄膜トランジ
スタを例示することができる。また、ＥＬ素子と組み合
わせた発光デバイスに応用することや、上記薄膜トラン
ジスタを表示装置に応用することも可能である。
【００７２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ｓｒお
よびＣｕを主成分とする酸化物半導体層中にＳｒおよび
Ｃｕとの反応性が低い元素を含有させることによって、
酸化物半導体層の基板からの剥離を防止することができ
るとともに、酸化物半導体層の導電率の経時変化の低減
を図ることができる。
よびＣｕを主成分とする酸化物半導体層中にＳｒおよび
Ｃｕとの反応性が低い元素を含有させることによって、
酸化物半導体層の基板からの剥離を防止することができ
るとともに、酸化物半導体層の導電率の経時変化の低減
を図ることができる。
【図１】本発明の実施例１による酸化物半導体層の作製
に用いるＲＦマグネトロンスパッタ装置を示した概略図
である。
に用いるＲＦマグネトロンスパッタ装置を示した概略図
である。
【図２】本発明の実施例１によるサンプル２および比較
例１によるサンプル４のアニール処理前後の導電率の測
定結果を示したグラフである。
例１によるサンプル４のアニール処理前後の導電率の測
定結果を示したグラフである。
【図３】本発明の実施例により作製したＳｒおよびＣｕ
を主成分とする酸化物半導体層の概念図である。
を主成分とする酸化物半導体層の概念図である。
【図４】本発明の実施例３において作製したｐｎ接合デ
バイスの断面構造を示した概略図である。
バイスの断面構造を示した概略図である。
【図５】従来のＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半
導体層を形成する場合に用いるＤＣマグネトロンスパッ
タ装置を示した概略図である。
導体層を形成する場合に用いるＤＣマグネトロンスパッ
タ装置を示した概略図である。
【図６】図５に示した従来のＤＣマグネトロンスパッタ
装置を用いて形成した従来の酸化物半導体層に対して本
願発明者が考案した問題点を説明するための概念図であ
る。
装置を用いて形成した従来の酸化物半導体層に対して本
願発明者が考案した問題点を説明するための概念図であ
る。
１ ＲＦマグネトロンスパッタ装置
４ 基板
６ ターゲット
８ 直流電源
１２ 酸化物半導体層
２２ ｎ型ＺｎＯ層
２３ ｐ型ＳｒＣｕ系酸化物半導体層（酸化物半導体
層：半導体素子層）
層：半導体素子層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K029 AA09 BA50 BD01 CA05 DC05
EA05
5F041 CA03 CA41 CA46 CA67 CA82
CA83 CA88
5F103 AA08 DD30 HH03 JJ01 LL02
NN06 RR07
5F110 AA14 BB01 GG01 GG33 GG43
Claims (7)
- 【請求項１】 ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半
導体層であって、 前記酸化物半導体層中には、前記ＳｒおよびＣｕとの反
応性が低い元素が含有されている、酸化物半導体層。 - 【請求項２】 前記ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元
素は、希ガス元素を含む、請求項１に記載の酸化物半導
体層。 - 【請求項３】 前記希ガス元素は、１×１０16原子／ｃ
ｍ3以上１×１０19原子／ｃｍ3未満含有されている、請
求項２に記載の酸化物半導体層。 - 【請求項４】 前記希ガス元素は、ＡｒおよびＨｅの少
なくともいずれかを含む、請求項２または３に記載の酸
化物半導体層。 - 【請求項５】 ＳｒおよびＣｕを主成分とする酸化物半
導体層の形成方法であって、 基板の電位が実質的に負電位になるように前記基板に電
圧を印加した状態で、スパッタ法を用いて、前記Ｓｒお
よびＣｕとの反応性が低く、かつ、正イオンになる元素
を含む雰囲気中で、前記基板上にＳｒおよびＣｕを主成
分とする酸化物半導体層を形成する工程を備える、酸化
物半導体層の形成方法。 - 【請求項６】 前記ＳｒおよびＣｕとの反応性が低く、
かつ、正イオンになる元素は、ＡｒおよびＨｅの少なく
ともいずれかを含む、請求項５に記載の酸化物半導体層
の形成方法。 - 【請求項７】 基板と、 前記基板上に形成され、ＳｒおよびＣｕを主成分とする
とともに、前記ＳｒおよびＣｕとの反応性が低い元素が
含有された酸化物半導体層を含む半導体素子層とを備え
る、半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002071514A JP2003273133A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 酸化物半導体層およびその形成方法ならびに半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002071514A JP2003273133A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 酸化物半導体層およびその形成方法ならびに半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003273133A true JP2003273133A (ja) | 2003-09-26 |
Family
ID=29201772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002071514A Withdrawn JP2003273133A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 酸化物半導体層およびその形成方法ならびに半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003273133A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010003822A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2011009719A (ja) * | 2009-05-29 | 2011-01-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| JP2015128162A (ja) * | 2010-02-12 | 2015-07-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 成膜方法 |
-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002071514A patent/JP2003273133A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010003822A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2011009719A (ja) * | 2009-05-29 | 2011-01-13 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及びその作製方法 |
| US8872171B2 (en) | 2009-05-29 | 2014-10-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US9947797B2 (en) | 2009-05-29 | 2018-04-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2015128162A (ja) * | 2010-02-12 | 2015-07-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 成膜方法 |
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