JP2011066070A - 多結晶薄膜、その成膜方法、及び薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】十分に結晶化された多結晶薄膜を提供する。
【解決手段】インジウム元素及び酸素元素を含有した非晶質膜をスパッタリング装置で成膜し加熱することで、Ｘ線回折測定において２θが２５ｄｅｇ〜３５ｄｅｇの範囲に観測される（２２２）配向のロッキングカーブの半値全幅が０．４ｄｅｇ以下である多結晶薄膜を形成する。又、金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、プラズマの照射を２〜５秒間隔として成膜しその後結晶化する。
【選択図】なし

Description

本発明は、多結晶薄膜、その成膜方法、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。

近年、表示装置の発展は目覚ましく、液晶表示装置やＥＬ表示装置等、種々の表示装置がパソコンやワープロ等のＯＡ機器へ活発に導入されている。これらの表示装置は、いずれも表示素子を透明導電膜で挟み込んだサンドイッチ構造を有している。

上記の表示装置を駆動させる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子には、現在、シリコン系の半導体膜が主に使用されている。それは、シリコン系薄膜は安定性、及び加工性が良く、また、スイッチング速度が速い等の特徴があるためである。このシリコン系薄膜は、一般に化学蒸気析出法（ＣＶＤ）法により作製されている。

しかしながら、シリコン系薄膜が非晶質の場合、スイッチング速度が比較的遅く、高速な動画等を表示する場合は画像を表示できないという難点を有している。また、結晶質のシリコン系薄膜の場合には、スイッチング速度は比較的速いが、結晶化するために８００℃以上の高温や、レーザーによる加熱等が必要であり、製造時に多大なエネルギーと工程を要する。また、シリコン系の薄膜は、電圧素子としても性能は優れているものの、電流を流した場合、その特性の経時変化が問題となっている。

シリコン系薄膜よりも安定性に優れるとともに、ＩＴＯ膜と同等の光透過率を有する透明半導体膜を得るための材料等として、酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化亜鉛からなるスパッタリングターゲットや、酸化亜鉛と酸化マグネシウムからなる透明半導体薄膜が提案されている（例えば、特許文献１）。酸化インジウム、酸化ガリウム及び酸化亜鉛、又は酸化亜鉛と酸化マグネシウムからなる透明半導体膜は、弱酸でのエッチング性が非常に早いという特徴がある。しかしながら、金属薄膜のエッチング液でもエッチングされるため、透明半導体膜上の金属薄膜をエッチングする場合に、半導体膜も同時にエッチングされてしまうことがある。そのため、透明半導体膜上の金属薄膜だけを選択的にエッチングする場合には不適であった。

一方、酸化インジウムの結晶質を含む膜、特に多結晶膜は、酸素欠損を生成しやすく、成膜時の酸素分圧を上げたり、酸化処理等をしても、キャリアー密度を２×１０^＋１７ｃｍ^−３にすることが困難と考えられていた。そのために、半導体膜又はＴＦＴとしての試みはほとんどなされていなかった。

また、特許文献２には酸化インジウムに正２価の金属酸化物を含有させたビックスバイト構造を有する酸化インジウム半導体膜が記載されている。正２価の金属酸化物を含有させることにより、キャリアー濃度を低減する試みがなされている。しかしながら、正２価の金属酸化物の場合、ビックスバイト構造のエネルギーバンド構造のバンドギャップ内に不純物順位を形成することがあり、これが、移動度を低下させる場合がある。

特許文献３には、結晶質の酸化インジウム薄膜を用いた薄膜トランジスタが記載されている。しかしながら、チャンネル部分のトラップ密度が高くなる場合があった。このため、Ｓ値を十分に低減できないことや、ノーマリーオンのトランジスタになる等の問題があった。また、薄膜中のトラップ密度が高いと、トラップによりオフ電流値が十分低減できないという問題があった。
この点について、特許文献３では酸化インジウム薄膜の膜厚を２０ｎｍとすることにより、オフ電流値が低減できることが記載されている。しかしながら、膜厚を２０ｎｍに制御して、均一に、かつ大面積に成膜することは技術的に難しい。そのため、ＴＦＴの特性がばらつく原因となる可能性があった。

また、特許文献３には、酸化インジウムからなる活性層（チャネル層）を備えたＴＦＴの製造方法が記載されている。具体的に、アモルファスの酸化インジウム膜に熱処理して結晶化するＴＦＴの製造法が記載されている。この方法で得られるＴＦＴは、ＦＥＴ特性を有している。しかし、結晶化が不十分であるため半導体薄膜のキャリアー密度が十分低減できていない。そのため、ＦＥＴ特性ではノーマリーオンを示している。結晶化が不十分であることは、ＸＲＤスペクトルから考察される（２２２）配向面のピークの半値幅が広いことから把握できる。

特開２００４−１１９５２５号公報 国際公開２００７／０５８２４８号パンフレット 特開２００８−１３０８１４号公報

本発明の目的は、十分に結晶化された多結晶薄膜を提供することである。

本発明者らは、スパッタリングによる成膜を間欠的にすることで、均一かつ平坦な非晶質のＩｎ_２Ｏ_３薄膜の成膜ができ、この薄膜を加熱結晶化することにより、ＴＦＴ用薄膜として優れた性能を有する多結晶薄膜が得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の多結晶薄膜、その成膜方法、及び薄膜トランジスタが提供される。
１．インジウム元素及び酸素元素を含有し、Ｘ線回折測定において２θが２５ｄｅｇ〜３５ｄｅｇの範囲に観測される（２２２）配向のロッキングカーブの半値全幅が０．４ｄｅｇ以下である多結晶薄膜。
２．前記（２２２）配向のロッキングカーブの半値全幅が０．３ｄｅｇ以下である１に記載の多結晶薄膜。
３．金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、プラズマの照射を２〜５秒間隔として成膜する工程と、
前記工程で得た膜を結晶化する工程とを有する、１又は２に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
４．前記プラズマ照射の照射軸を、成膜対象に対し４５〜９０°とする３に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
５．前記成膜工程時の、チャンバ内の排気圧力を５×１０^−４〜１×１０^−３Ｐａとする３又は４に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
６．前記成膜工程時に、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択されるいずれかの１つ以上の導入ガスを用い、スパッタ圧を０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとする３〜５のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
７．金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、スパッタリングチャンバ内の排気圧力を５×１０^−４〜１×１０^−３Ｐａとする多結晶薄膜の成膜方法。
８．金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択されるいずれかの１つ以上の導入ガスを用い、スパッタ圧を０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとする多結晶薄膜の成膜方法。
９．前記成膜工程時のスパッタリング出力を、５０〜１５０Ｗ／４インチφとする３〜８のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
１０．前記成膜工程時の酸素濃度を５〜２０体積％とする３〜９のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
１１．前記金属酸化物が、金属酸化物を構成する全金属原子に対しインジウム原子を０．１〜１００原子％含有する３〜１０のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
１２．前記結晶化工程が、前記成膜工程で得た膜を、酸素１０〜４０体積％及び窒素１０〜８０体積％を含む混合ガス雰囲気下にて、１５０〜４５０℃で０．１〜１２００分間熱処理する工程である３〜１１のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
１３．前記結晶化工程の前後に、プラズマアッシング処理及び／又はＵＶオゾン照射処理する工程を有する、１２に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
１４．上記３〜１３のいずれかの成膜方法により成膜された多結晶薄膜を有する薄膜トランジスタ。
１５．チャンネルエッチ型の薄膜トランジスタである１４に記載の薄膜トランジスタ。
１６．エッチストッパー型の薄膜トランジスタである１４に記載の薄膜トランジスタ。

本発明により、十分に結晶化された多結晶薄膜が提供できる。この薄膜は、キャリアー密度を十分に低減しているため、ＴＦＴに使用することにより、高移動度かつノーマリーオフであるＴＦＴが得られる。

公転プラズマ法を利用したスパッタリングによる成膜方法を説明するための概念図であり、（ａ）はスパッタリング装置の真空チャンバ内を図示したものであり、（ｂ）はターゲットシャッターの概略上面図である。 本発明の薄膜トランジスタの実施形態を示す概略断面図である。 本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。 実施例１で作製した薄膜トランジスタの概略断面図である。 実施例１で作製した薄膜の（２２２）配向のロッキングカーブである。 実施例５で作製した薄膜の（２２２）配向のロッキングカーブである。 実施例６で作製した薄膜の（２２２）配向のロッキングカーブである。

本発明の多結晶薄膜は、インジウム元素及び酸素元素を含有し、Ｘ線回折測定においてロッキングカーブの２５ｄｅｇ〜３５ｄｅｇの範囲に観測される（２２２）配向の半値全幅が０．４ｄｅｇ以下であることを特徴とする。本条件を満たす薄膜は、結晶性のよい半導体膜である。
ここで、ロッキングカーブはＲｉｇａｋｕ社製ＳｍａｒｔＬａｂにより測定し、（２２２）配向ピークの半値全幅を算出して求めたものである。半値幅は、まずロッキングカーブの２５ｄｅｇ〜３５ｄｅｇの範囲でバックグラウンドを差し引き、その後、Ｌｏｒｅｎｔｚ型関数、Ｇａｕｓｓ型関数、Ｖｏｉｇｔ型関数のいずれかを用いて、ピークをフィットしたものの半値全幅である。
バックグラウンドを差し引く方法としては、例えば、バックグラウンドを関数で表現し、ロッキングカーブのグラフの値から差し引く方法、基板のＸＲＤスペクトルの測定値をロッキングカーブのグラフの値から差し引く方法等が挙げられる。

ロッキングカーブの配向ピークの半値全幅は、結晶性、均一性を示し、幅が狭いほど結晶性の高い均一な多結晶であることを示している。そのため、酸化インジウム結晶に見られる（２２２）配向ピークの半値全幅は０．３ｄｅｇ以下であることが好ましい。

本発明の多結晶薄膜は、例えば、金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、成膜対象へのプラズマの照射を間欠的にすることにより成膜し、その後、加熱することにより得ることができる。具体的に、スパッタの照射を２〜５秒間隔として成膜する工程と、この工程で得た膜を結晶化する工程と、を有する成膜方法によって得ることができる。
成膜工程としては、例えば、金属酸化物からなるスパッタリングターゲットを使用した公転プラズマ法による成膜が採用できる。

図１は公転プラズマ法を利用したスパッタリングによる成膜方法を説明するための概念図である。図１（ａ）はスパッタリング装置の真空チャンバ内を図示したものであり、（ｂ）はターゲットシャッターの概略上面図である。チャンバ内には、円板状の基板ホルダー１があり、円板の中心を軸として回転するように設置されている。基板ホルダー１に対向する位置にスパッタリングターゲット２が設置されている。基板ホルダー１とスパッタリングターゲット２の間には、ターゲットシャッター３が設けられている。ターゲットシャッター３は、ターゲット１をプラズマにてスパッタすることで発生するスパッタ粒子の進行方向や堆積箇所を制御するものである。

本装置では、基板ホルダー１に取り付けられた基板４は、ホルダー１の回転により円軌道を描いて移動する（公転）。そのため、基板はターゲットシャッター３の開口部３’上を一定の周期で通過することになる。基板がターゲットシャッターの開口部付近上に位置するときのみ、スパッタ粒子が基板に到達し、堆積することになる。尚、図１（ａ）の点線矢印はスパッタ粒子の進行方向を示している。

本発明では、スパッタの照射を２〜５秒間隔として成膜する。例えば、上記の装置では、基板ホルダー１の回転速度やターゲットシャッター３の開口部３’の形状を調整することにより、照射時間を制御する。照射時間は２〜５秒間とし、照射間（未照射時間）を１〜１５秒間とする。
基板にスパッタ粒子を堆積させて、薄膜を形成する。膜の厚さは用途等を考慮して適宜調整すればよいが、通常、薄膜トランジスタ用途では１０ｎｍ〜６０ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜５０ｎｍがより好ましく、２０ｎｍ〜４０ｎｍがさらに好ましく、特に好ましくは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。半導体層の膜厚が１０ｎｍ以下は工業的に均一な薄膜を得ることが難しく、また６０ｎｍ以上では成膜時間が長くなり、薄膜トランジスタの性能が低下する。

本発明ではスパッタ照射の照射軸を、成膜対象に対し３０°〜９０°とすることが好ましく、さらに４５°〜９０°が好ましく、特に９０°（垂直、図１（ａ）の点線矢印方向）とすることが好ましい。これにより均一でターゲットとの組成ズレが少ない薄膜を得ることができる。

成膜工程前の、チャンバ内の排気圧力は５×１０^−４〜８×１０^−３Ｐａとすることが好ましく、さらに、８×１０^−４〜７×１０^−３Ｐａとすることが好ましく、特に１×１０^−３〜５×１０^−３Ｐａとすることが好ましい。これにより、成膜直後に均一な非晶質膜を得ることができ、加熱処理後に結晶性の良い半導体薄膜を得ることができる。排気圧力が５×１０^−４Ｐａ未満では、成膜時に低質な結晶が生成してしまうことがあり、加熱処理後も均一な多結晶膜が得られない可能性がある。また排気圧力が８×１０^−３Ｐａ超では基板から薄膜が剥離してしまう可能性がある。

成膜工程時におけるスパッタガスは、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択される１つ又は２つ以上の導入ガスを用いることが好ましい。また、スパッタ圧は０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとすることが好ましい。
また、成膜工程時のスパッタリング出力は、５０〜１５０Ｗ／４インチφとすることが好ましい。
成膜工程時の酸素濃度は５〜２０体積％とすることが好ましい。

ターゲットである金属酸化物は、金属酸化物を構成する全金属原子に対しインジウム原子を０．１〜１００原子％含有するものが好ましい。例えば、酸化インジウムや、酸化インジウムに対して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を０．１ｗｔ％〜８ｗｔ％含有するもの、酸化インジウムに対して、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）を０．１ｗｔ％〜８ｗｔ％含有するもの、酸化インジウムに対して、酸化銅（ＣｕＯ）を０．０５ｗｔ％〜７ｗｔ％含有するもの等が挙げられる。

上述した成膜工程で得た膜は非晶質（アモルファス）であり、加熱等により結晶化させることにより、本発明の多結晶薄膜を得る。結晶化には、酸素の存在下にランプアニ―ル装置、レーザーアニール装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。
本発明では、上述した成膜工程で形成したアモルファス薄膜を結晶化させることにより、ＸＲＤスペクトルから見られる半値幅が狭く、結晶性の良い半導体膜が得られる。

結晶化工程としては、成膜工程で得た膜を、酸素１０〜４０体積％及び窒素１０〜８０体積％を含む混合ガス雰囲気下にて、加熱処理することが好ましい。処理温度は１５０〜４５０℃が好ましい。１５０℃未満では、半導体膜が十分に結晶化しない場合があり、４５０℃超では、基板や半導体膜にダメージを与える場合がある。熱処理温度は、１８０℃〜３５０℃がさらに好ましく、特に２００℃〜３００℃が好ましい。
処理時間は０．１〜１２００分間が好ましい。熱処理時間が０．１分未満では、熱処理時間が短すぎて膜の結晶化が不十分となる場合があり、１２００分超では時間が掛かりすぎ生産的ではない。熱処理時間は、１分〜６００分がさらに好ましく、特に５分〜６０分が好ましい。

本発明では、結晶化工程の前後に、プラズマアッシング処理及び／又はＵＶオゾン照射処理することが好ましい。これにより、パターニング、保護膜（又はエッチストッパー）等の各作製工程により、半導体膜中の酸素が抜け、キャリアー密度が低下することを防ぐことができる。

尚、本発明の薄膜は、成膜時の薄膜表面の温度を、４０〜６０℃である高温域と、３５℃以下である低温域とに制御し、これら温度域を交互に繰り返して成膜することによっても得ることができる。この成膜方法では、反跳アルゴンによるダメージによってスパッタ粒子となったインジウム元素と酸素元素の、基板上における結合阻害を低減できる。そのため、良質な非晶質膜を形成でき、これを加熱処理することで多結晶薄膜を形成することが期待できる。
ここで、基板上に成膜された薄膜の表面温度は、例えば、四線式白金測温抵抗体を使用した電位差計四端子抵抗測定法や、赤外線放射測定による温度センサーにより測定できる。

成膜工程においては、高温域での成膜を０．１〜３秒間、好ましくは０．５〜２秒間とし、低温域での成膜を１〜１０秒間、好ましくは１．５〜５秒間とし、高温域での成膜と低温域での成膜を交互に繰り返すことが好ましい。
高温域及び低温域について、例えば、成膜対象にプラズマを照射することで、高温域の条件を形成することができ、プラズマの照射を停止することで低温域の条件を形成できる。
また、スパッタリングターゲットの背面にマグネットを配置し、これを揺動させることによっても、高温域と低温域を変動させることができる。
この場合、マグネットの揺動の周期は１５秒〜４５秒とすることが好ましく、特に、１５秒〜３０秒とすることが好ましい。

また、本発明の薄膜は、金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、スパッタリングチャンバ内の排気圧力を５×１０^−４〜１×１０^−３Ｐａとすることによっても成膜できる。
さらに、金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択されるいずれかの１つ以上の導入ガスを用い、スパッタ圧を０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとすることによっても成膜できる。

本発明の多結晶薄膜は、薄膜トランジスタの構成層に好適に使用できる。以下、薄膜トランジスタに適用した例を説明する。

図２は、本発明の薄膜トランジスタの実施形態を示す概略断面図である。
薄膜トランジスタは、基板１０及び絶縁膜３０の間にゲート電極２０を挟持しており、ゲート絶縁膜３０上には半導体膜４０が活性層として積層されている。さらに、半導体膜４０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。半導体膜４０、ソース電極５０及びドレイン電極５２で囲まれた部分にチャンネル部６０を形成している。
尚、図２の薄膜トランジスタはいわゆるチャンネルエッチ型薄膜トランジスタである。本発明の薄膜トランジスタは、チャンネルエッチ型薄膜トランジスタに限定されず、本技術分野で公知の素子構成を採用できる。例えば、エッチストッパー型の薄膜トランジスタでもよい。

図３は、本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す概略断面図である。尚、上述した薄膜トランジスタと同じ構成部材には同じ番号を付し、その説明を省略する。
薄膜トランジスタは、エッチストッパー型の薄膜トランジスタである。薄膜トランジスタは、チャンネル部６０を覆うようにエッチストッパー７０が形成されている点を除き、上述した薄膜トランジスタと同じ構成である。半導体膜４０の端部付近及びエッチストッパー７０の端部付近を覆うようにしてソース電極５０及びドレイン電極５２がそれぞれ設けられている。

本発明の薄膜トランジスタは、半導体膜４０に上述した本発明の多結晶薄膜を使用している。この薄膜は、キャリアー密度を十分に低減しているため、トランジスタに使用することにより、高移動度かつノーマリーオフとなる。

本発明の薄膜トランジスタにおいて、基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極等の構成部材は、公知のものが使用でき、特に限定されない。
例えば、各電極にはＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属薄膜が使用でき、ゲート絶縁膜には、酸化シリコン膜、酸化ハフニウム膜等の酸化物薄膜を使用できる。

本発明の薄膜トランジスタは、上述した成膜工程でアモルファス薄膜（多結晶薄膜の前駆体）を成膜する成膜工程と、この膜を結晶化する工程を含む。尚、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース・ドレイン電極等の構成部材は、公知の方法により形成できる。

例えば、基板上にＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属薄膜からなるゲート電極を形成し、その上に、酸化シリコン膜、酸化ハフニウム膜等からなる酸化物薄膜をゲート絶縁膜として形成する。その上に、金属マスクを装着して必要な部分だけに上述した本発明の製造方法により金属酸化物からなるアモルファス膜を形成する。その後、金属マスクを用いて、必要部分にソース・ドレイン電極を形成することで、薄膜トランジスタを製造することができる。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法では、アモルファス薄膜の形成後、薄膜を結晶化する。結晶化工程は、酸化処理を兼ねていてもよい。
アモルファス薄膜の結晶化には、酸素の存在下にランプアニ―ル装置、レーザーアニール装置、熱風加熱装置、接触加熱装置等を用いることができる。処理条件は、上述した多結晶薄膜の結晶化工程と同様である。
尚、アモルファス薄膜の結晶化は、膜の形成後、すぐに実施してもよく、また、ソース・ドレイン電極等、他の構成部材の形成後に実施してもよい。

本発明の製造方法は、特に、チャンネルエッチ型の薄膜トランジスタの製造方法に適している。本発明の多結晶薄膜は結晶質であるため、Ａｌ等の金属薄膜からソース・ドレイン電極及びチャンネル部を形成する方法として、フォトリソグラフィを使用したエッチング工程を採用できる。即ち、金属薄膜を除去するエッチング液では、半導体膜（多結晶薄膜）はエッチングされず、金属薄膜を選択的にエッチングできる。尚、エッチストッパー型の薄膜トランジスタの製造方法であってもよい。

実施例１
（Ａ）薄膜トランジスタの作製
図４に示す逆スタガ型のチャンネルエッチ型の薄膜トランジスタを作製した。
１００ｎｍ厚みの熱酸化膜（ＳｉＯ_２膜）付きの導電性シリコン基板（ＫＳＴワールド社製）１０を使用した。熱酸化膜がゲート絶縁膜３０として機能し、導電性シリコン部（ｎ型高ドープＳｉ）がゲート電極２０として機能する。
ゲート絶縁膜３０上に、酸化インジウムターゲット（純度９９．９％）を用いて、公転プラズマスパッタリング法で５０ｎｍの半導体膜４０を成膜した。
尚、公転プラズマスパッタリング装置は新港精機製（チャンバサイズ１１００ｍｍ×４８０ｍｍ）を使用し、以下の条件で成膜した。

・スパッタの形式：図１（ａ）に示す装置を使用し、基板を基板ホルダー中心を軸として公転（公転速度：６ｒｐｍ）させ、スパッタを間欠照射した。照射時間は２〜５秒間とし、照射間を１〜１５秒間とした。
・基板に対するプラズマの照射角：９０°
・チャンバ内の排気圧力：５×１０^−４Ｐａ
・スパッタガス：Ａｒ
・スパッタ圧：１．２×１０^−１Ｐａ
・プラズマ出力：ＲＦ１００Ｗ／４φ
・ターゲットと基板間の距離（Ｔ−Ｓ距離）：１０ｃｍ
・基板温度（ホルダー側）：室温
・成膜速度：５ｎｍ／ｍｉｎ
・連続成膜時間：１０分間

半導体膜４０を所望の形状にパターニングした。レジストとしてＯＦＰＲ♯８００（東京応化工業製）を使用し、塗布、プレベーク（８０℃、５分）、露光した。現像後、ポストベーク（１２０℃、５分）し、硝酸第二セリウムアンモニウム（ＣＡＮ）にてエッチングした。
パターニングした半導体膜４０を、大気下３００℃で６０分熱処理して結晶化した。

その後、半導体膜の上端部周辺及び側部に、リフトオフにてＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１００ｎｍ）／Ｔｉ（５０ｎｍ）からなるソース電極及びドレイン電極を形成した。尚、レジストにはＯＦＰＲ♯８００を使用し、各電極層は
ＲＦスパッタ法で形成した。
このようにしてソース・ドレイン電極間間隙（Ｌ）が１０μｍ、幅（Ｗ）が２０μｍである図４の構成を有する薄膜トランジスタを作製した。

（Ｂ）半導体膜の評価
石英ガラス基板上に、上記（Ａ）の公転スパッタリングと同じ条件にて半導体膜を形成した。その後、熱風加熱炉内で、空気中、３００℃で６０分間熱処理した。得られた半導体膜のＸ線回折（ＸＲＤ）測定をしたところ、酸化インジウムの結晶ピークが観察された。これにより、半導体膜が結晶質であることが確認できた。

実施例２
実施例１で作製した薄膜トランジスタについて、評価直前にアニール処理（条件：１３０℃，１時間）した。アニール処理したものを実施例１と同様にして評価した。

実施例３
実施例１において、ソース・ドレイン電極間間隙（Ｌ）を２０μｍとし、実施例２と同様にアニール処理した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製し、半導体膜を評価した。

実施例４
ソース・ドレイン電極の幅（Ｗ）を１００μｍとした他は、実施例３と同様にして薄膜トランジスタを作製し、半導体膜を評価した。

実施例５
実施例１において、酸化インジウムターゲットに代えて、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：登録商標）ターゲット（Ｉｎ_２Ｏ_３：９５ｗｔ％、ＺｎＯ：５ｗｔ％）を用い、実施例２と同様にアニール処理した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製し、半導体膜を評価した。

実施例６
実施例１において、酸化インジウムターゲットに代えて、酸化インジウム−酸化ガリウム（ＩＧＯ）ターゲット（Ｉｎ_２Ｏ_３：９５ｗｔ％、Ｇａ_２Ｏ_３：５ｗｔ％）を用い、実施例２と同様にアニール処理した他は、実施例１と同様にして薄膜トランジスタを作製し、半導体膜を評価した。

評価
上記実施例１−６で作製した薄膜トランジスタについて、オンオフ（ｏｎ／ｏｆｆ）比、オフ電流、電界効果移動度（μ）Ｓ値及び閾値電圧（Ｖｔｈ）を評価した。半導体パラメーターアナライザー（ケースレーインスツルメンツ社製４２００ＳＣＳ）を用い、室温、遮光環境下（シールドボックス内）で測定した。尚、ドレイン電圧（Ｖｄ）は１Ｖとした。
また、半導体膜のＸ線回折により、結晶性又は非晶性について評価した。結果を表１に示す。また、薄膜の（２２２）配向のロッキングカーブから求めた半値全幅及び薄膜形成時における薄膜表面の温度を表２に示す。
図５−７に実施例１，５，６で作製した薄膜の（２２２）配向のロッキングカーブを示す。尚、実施例２−４のロッキングカーブは実施例１と同様である。

＊１：高温時の薄膜表面温度とは、基板へのスパッタ粒子照射時の最高温度を、低温時の薄膜表面温度とは、未照射時の最低温度を意味する。

本発明の多結晶薄膜は、薄膜トランジスタ、半導体メモリー、発光ダイオード素子、レーザー素子等の構成部材として好適である。
本発明の薄膜トランジスタは、ディスプレイ用パネル、ＲＦＩＤタグ、Ｘ線ディテクタパネル・指紋センサー・フォトセンサー等のセンサー等に好適に使用できる。

１ 基板ホルダー
２ スパッタリングターゲット
３ ターゲットシャッター
３’ 開口部
４ 基板
１０ 基板
２０ ゲート電極
３０ ゲート絶縁膜
４０ 半導体膜（多結晶膜）
５０ ソース電極
５２ ドレイン電極
６０ チャンネル部
７０ エッチストッパー

Claims (16)

1. インジウム元素及び酸素元素を含有し、Ｘ線回折測定において２θが２５ｄｅｇ〜３５ｄｅｇの範囲に観測される（２２２）配向のロッキングカーブの半値全幅が０．４ｄｅｇ以下である多結晶薄膜。
2. 前記（２２２）配向のロッキングカーブの半値全幅が０．３ｄｅｇ以下である請求項１に記載の多結晶薄膜。
3. 金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、プラズマの照射を２〜５秒間隔として成膜する工程と、
   前記工程で得た膜を結晶化する工程とを有する、請求項１又は２に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
4. 前記プラズマ照射の照射軸を、成膜対象に対し４５〜９０°とする請求項３に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
5. 前記成膜工程時の、チャンバ内の排気圧力を５×１０^−４〜１×１０^−３Ｐａとする請求項３又は４に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
6. 前記成膜工程時に、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択されるいずれかの１つ以上の導入ガスを用い、スパッタ圧を０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとする請求項３〜５のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
7. 金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、スパッタリングチャンバ内の排気圧力を５×１０^−４〜１×１０^−３Ｐａとする多結晶薄膜の成膜方法。
8. 金属酸化物をスパッタリングによって成膜するに際し、アルゴン、酸素、水素、水蒸気及び窒素から選択されるいずれかの１つ以上の導入ガスを用い、スパッタ圧を０．１〜０．６×１０^−１Ｐａとする多結晶薄膜の成膜方法。
9. 前記成膜工程時のスパッタリング出力を、５０〜１５０Ｗ／４インチφとする請求項３〜８のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
10. 前記成膜工程時の酸素濃度を５〜２０体積％とする請求項３〜９のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
11. 前記金属酸化物が、金属酸化物を構成する全金属原子に対しインジウム原子を０．１〜１００原子％含有する請求項３〜１０のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
12. 前記結晶化工程が、前記成膜工程で得た膜を、酸素１０〜４０体積％及び窒素１０〜８０体積％を含む混合ガス雰囲気下にて、１５０〜４５０℃で０．１〜１２００分間熱処理する工程である請求項３〜１１のいずれかに記載の多結晶薄膜の成膜方法。
13. 前記結晶化工程の前後に、プラズマアッシング処理及び／又はＵＶオゾン照射処理する工程を有する、請求項１２に記載の多結晶薄膜の成膜方法。
14. 請求項３〜１３のいずれかの成膜方法により成膜された多結晶薄膜を有する薄膜トランジスタ。
15. チャンネルエッチ型の薄膜トランジスタである請求項１４に記載の薄膜トランジスタ。
16. エッチストッパー型の薄膜トランジスタである請求項１４に記載の薄膜トランジスタ。

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