JP2023550623A - 金属酸化物半導体及び薄膜トランジスタと応用 - Google Patents

金属酸化物半導体及び薄膜トランジスタと応用 Download PDF

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Abstract

本発明は、金属酸化物半導体を開示し、それは、インジウムを含有する金属酸化物に、少なくとも二種の希土類元素ＲとＲ'の酸化物をそれぞれドーピングし、ＩｎｘＭｙＲｎＲ'ｍＯｚ半導体を形成したものである。本発明は、希土類元素Ｒの酸化物における極めて高い酸素結合解除エネルギーを利用して、半導体内のキャリア濃度を効果的に制御し、希土類イオンの半径がインジウムイオンの半径に相当するという特性を利用することで、電荷変換中心を形成し、その電気的安定性を向上させることができる。本発明は、この金属酸化物半導体に基づく薄膜トランジスタと応用をさらに提供する。【選択図】【図２】

Description

本発明は、半導体製造分野に関し、特にフラットパネルディスプレイと検出器の応用における金属酸化物半導体による薄膜トランジスタのバックボードの製作に用いられる材料とデバイス構造に関し、具体的には金属酸化物半導体及び薄膜トランジスタと応用に関する。
従来の金属酸化物半導体システムでは、インジウムイオン（Ｉｎ３＋）が相対的に大きいイオン半径を有するため、多価金属酸化物中でより高い確率で軌道が重なり、その効率的なキャリア輸送通路が確保されており、その５ｓ軌道は、主なエレクトロン輸送通路である。しかしながら、一方では、インジウムは酸素との結合後のＩｎ－Ｏの結合解除エネルギーが低いため、単純な酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）薄膜中には酸素空孔欠陥が多く存在する。酸素空孔は、金属酸化物薄膜トランジスタの安定性を劣化させる要因となる。他方では、従来のスパッタ成膜された酸化インジウム中に格子不整合が多く、薄膜のキャリア移動度が低く、高性能な薄膜トランジスタへの応用が制限されている。一般的には、数がＩｎ３＋イオンに相当するＧａ３＋イオンをドーピングして酸素空孔を制御する必要がある。それとともに、半導体デバイスの性能の均一性を保証するために、金属酸化物半導体薄膜が非結晶薄膜構造を維持する必要がある。
ＺｎＯの結晶構造とＩｎ２Ｏ３及びＧａ２Ｏ３の二種の材料の結晶構造とが大きく異なるため、薄膜に数がＩｎイオンに相当するＺｎイオンをドーピングすることで、材料の結晶化を抑制し、薄膜の非結晶構造を維持することができる。従って、現在の金属酸化物半導体材料では、最も広く用いられているものは、ＩＧＺＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１ｍｏｌ）である。
しかしながら、ＩＧＺＯには、いくつかの問題もある。Ｇａ３＋とＺｎ２＋イオンが多く加えられるため、Ｉｎ３＋の濃度が大幅に希釈し、さらに５ｓ軌道の重なり度合を減少させ、エレクトロン移動度を低減させた。
なお、ＩＧＺＯなどの材料は、価電子帯近傍に多数のトラップ状態が存在する。このため、光照射エネルギーが禁制帯幅よりも小さい場合であっても、光キャリアが発生し、現在の金属酸化物半導体に光安定性が悪いという問題があった。
従来技術の欠陥を克服するために、本発明は、移動度が相対的に高く、光安定性が強い金属酸化物半導体を提供し、これは、希土類酸化物の特殊な４ｆ電子軌道の特徴を利用して、高Ｉｎ比の酸化物薄膜において、高い移動度を実現すると同時に、キャリア濃度を制御し、光安定性の強い金属酸化物半導体を得ることができる新たな共ドーピング戦略である。
本発明の新たな共ドーピング戦略は、インジウムを含有する金属酸化物に、二種の役割が異なる希土類元素Ｒの酸化物材料と希土類元素Ｒ'の酸化物材料を同時に導入することであり、ここで、希土類元素Ｒの酸化物は、キャリア濃度制御剤であり、希土類元素Ｒ'の酸化物は、光安定剤であり、即ち希土類元素Ｒ'の酸化物は、電荷変換中心であり、その作用原理は以下のとおりである。
キャリア濃度制御剤は、希土類元素Ｒの酸化物である酸化イッテルビウムと酸化ユーロピウムにおいてＹｂ２＋イオンとＥｕ２＋イオンがそれぞれ完全に満たされた４ｆ電子軌道と半分に満たされた４ｆ電子軌道を有することを利用した。そのため、希土類元素Ｒの酸化物における二価イオンは、三価イオンに比べて酸化物においてより低いエネルギーを有する。酸化物半導体において、Ｉｎ３＋イオンに取って代わるためにドーピングを行う場合、キャリア濃度を明らかに減少することができる。それとともに、Ｙｂ－ＯとＥｕ－Ｏの結合解除エンタルピー（ΔＨｆ２９８）は、それぞれ７１５．１ｋＪ／ｍｏｌと５５７．０ｋＪ／ｍｏｌであるため、いずれもＩｎ－Ｏの結合解除エネルギー（３６０．０ｋＪ／ｍｏｌ）よりもはるかに大きく、酸素空孔濃度の効果的な制御が可能となる。以上をまとめると、以上の二つの特徴をあわせて、希土類元素Ｒの酸化物の導入によって、高Ｉｎシステムで酸化物半導体薄膜の酸素空孔を効果的に制御することができ、ここで、Ｙｂ２＋のイオン半径がＥｕ２＋よりも小さいため、酸化物半導体内のＩｎ－Ｉｎの距離の減少により有利であるため、その高移動度の特性を維持することができる。
光安定剤は、希土類元素Ｒ'の酸化物のうちの酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化セリウム、酸化ジスプロシウムなどの材料の希土類イオン半径が酸化インジウムにおけるインジウムイオン半径に相当するという特性、及び希土類イオンにおける４ｆ軌道の電子構造とインジウムイオンの５ｓ軌道が効果的な電荷変換中心を形成できることを利用して、その電気的安定性、特に光照射における安定性を向上させるものである。
本発明の目的のその二は、この金属酸化物半導体を含む薄膜トランジスタを提供することにある。
本発明の目的のその三は、この薄膜トランジスタの応用を提供することにある。
本発明は以下の技術案によって実現される。
金属酸化物半導体であって、この金属物酸化物半導体は、インジウムを含有する金属酸化物ＭＯ－Ｉｎ２Ｏ３半導体に、少なくとも二種の希土類元素Ｒの酸化物と希土類元素Ｒ'の酸化物をそれぞれドーピングし、ＩｎｘＭｙＲｎＲ'ｍＯｚ半導体材料を形成したものであり、ここで、ｘ＋ｙ＋ｍ＋ｎ＝１であり、０．４≦ｘ＜０．９９９９であり、０≦ｙ＜０．５であり、０．０００１≦（ｍ＋ｎ）≦０．２であり、ｍ＞０であり、ｎ＞０であり、ｚ＞０である。
即ち、本発明による金属酸化物半導体は、酸化インジウムに基づく複合半導体であり、共ドーピングの手段によって、二種類の機能が異なっており、作用が相補的である希土類酸化物を導入した。ここで、希土類元素Ｒの酸化物の選択的な材料は、酸化イッテルビウム、酸化ユーロピウムであり、それは、キャリア濃度制御剤として、酸化イッテルビウムと酸化ユーロピウムにおけるＹｂ２＋イオンとＥｕ２＋イオンがそれぞれ完全に満たされた４ｆ電子軌道と半分に満たされた４ｆ電子軌道を有することを利用した。そのため、希土類元素Ｒの酸化物における二価イオンは、三価イオンに比べて酸化物においてより低いエネルギーを有する。酸化物半導体において、Ｉｎ３＋イオンに取って代わるためにドーピングを行う場合、キャリア濃度を明らかに減少することができる。それとともに、Ｙｂ－ＯとＥｕ－Ｏの結合解除エンタルピー（ΔＨｆ２９８）は、それぞれ７１５．１ｋＪ／ｍｏｌと５５７．０ｋＪ／ｍｏｌであるため、いずれもＩｎ－Ｏの結合解除エネルギー（３６０．０ｋＪ／ｍｏｌ）よりもはるかに大きく、酸素空孔濃度の効果的な制御が可能となる。以上の二つの特徴をあわせて、希土類元素Ｒの酸化物の導入によって、高Ｉｎシステムで酸化物半導体薄膜の酸素空孔を効果的に制御することができる。ここで、Ｙｂ２＋のイオン半径がＥｕ２＋よりも小さいため、酸化物半導体内のＩｎ－Ｉｎの距離の減少により有利であるため、その高移動度の特性を維持することができる。
それとともに、希土類元素Ｒ'の酸化物の選択的な材料は、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化セリウム、酸化ジスプロシウムである。この材料は、希土類イオンにおける４ｆ軌道の電子構造特徴を利用しており、それとインジウムイオンの５ｓ軌道は、効果的な電荷変換中心を形成することができる。順バイアスでは、希土類イオンは安定した低エネルギー状態にあり、フェルミ準位の変調作用により薄膜中のキャリア濃度が高く、この変換中心によるキャリア散乱効果を効果的に遮蔽することができ、それによってデバイスの電気特性等に大きな影響を与えることはない。負バイアスでは、希土類元素４ｆ中の電子軌道とインジウムの５ｓ軌道とが結合し、希土類イオンが不安定な活性化状態となる。一方では、デバイスのオフ電流の増加をもたらし、かつキャリアの散乱効果を高め、デバイスのサブスレッショルドスイング値をわずかに増加させ、他方では、適当な光が発生して光キャリアが発生すると、光キャリアはこの活性化変換中心によって急速に「トラップ」され、この光キャリアとイオン化酸素空孔とが非輻射遷移の形で結合軌道により再結合するとともに、この活性化中心は再び活性化状態に戻る。そのため、この変換中心は、光キャリアの高速再結合通路を提供し、Ｉ－Ｖ特性及び安定性への影響を回避することができる。金属酸化物半導体デバイスの光照射における安定性を大幅に向上させた。
さらに、前記希土類元素Ｒの酸化物は、キャリア濃度制御剤であり、前記希土類元素Ｒの酸化物は、酸化イッテルビウム、酸化ユーロピウムのうちの一種又は二種の材料の組み合わせである。
さらに、前記希土類元素Ｒ'の酸化物は、光安定剤であり、前記希土類元素Ｒ'の酸化物は、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化セリウム、酸化ジスプロシウムのうちの一種又は任意の二種以上の材料の組み合わせである。
さらに、前記ＭＯにおいて、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうちの一種又は任意の二種以上の材料の組み合わせである。
さらに、前記金属酸化物半導体は、物理気相成長プロセス、化学気相成長プロセス、原子層堆積プロセス、レーザー堆積プロセス、反応性イオン堆積プロセス、溶液法プロセスのうちのいずれか一つのプロセスを採用する方法で製造されて成膜される。
本発明の目的のその二は、以下の技術案によって実現される。
ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極と活性層との間に位置する絶縁層と、前記活性層の両端にそれぞれ電気的に接続されるソース電極とドレイン電極と、スペーサ層とを含む薄膜トランジスタであって、前記活性層は、以上に記載の金属酸化物半導体であることを特徴とする。
即ち、本発明は、この金属酸化物半導体に基づいて製造された活性層によって形成された薄膜トランジスタをさらに提供し、この金属酸化物半導体は、インジウムを含有する金属酸化物に、二種の役割が異なる希土類元素Ｒの酸化物材料と希土類元素Ｒ'の酸化物を同時に導入し、ここで、希土類元素Ｒの酸化物をキャリア濃度制御剤とし、希土類元素Ｒ'の酸化物を光安定剤とし、それによって比較的高い高移動度の特性を維持し、且つその電気的安定性、特に光照射における安定性を向上させることができる。
さらに、前記スペーサ層は、プラズマ強化化学気相成長方式で製造される酸化シリコン、窒化シリコン、オキシ窒化シリコン薄膜のうちの一種の構造又は任意の二種以上からなる積層構造である。
本発明の目的のその三は、以下の技術案によって実現される。
前記薄膜トランジスタの表示パネル又は検出器への応用。
従来技術に比べて、本発明の有益な効果は以下のとおりである。
本発明は、新規の共ドーピング戦略を用いて、インジウム系金属酸化物において、二種の機能的に異なる希土類酸化物材料を導入することによって、キャリア濃度制御を実現し、且つ良好なデバイス光安定性効果を達成し、将来の高性能金属酸化物半導体材料の実現に対する斬新な着想を提供する。
本発明は、インジウムを含有する金属酸化物に、少なくとも二種の希土類元素Ｒの酸化物と希土類元素Ｒ'の酸化物を導入することで、金属酸化物半導体を形成し、希土類元素Ｒの酸化物をキャリア濃度制御剤とし、希土類元素Ｒ'の酸化物を光安定性の補強のためのものとし、その目的は、希土類元素Ｒの酸化物における極めて高い酸素結合解除エネルギーを利用して、酸化物半導体内のキャリア濃度をさらに効果的に制御することである。それとともに、希土類イオン半径が酸化インジウムにおけるインジウムイオン半径に相当するという特性、及び希土類元素Ｒ'イオンにおける４ｆ軌道の電子構造とインジウムイオンの５ｓ軌道が効果的な電荷変換中心を形成できることを利用して、その電気的安定性、特に光照射における安定性を向上させる。
実施例１３、実施例１４の薄膜トランジスタの構造概略図である。 実施例１５、実施例１６及び実施例１７の薄膜トランジスタの構造概略図である。 実施例１８の薄膜トランジスタの構造概略図である。 実施例１３のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。 実施例１４のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。 実施例１５のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。 実施例１６のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。 実施例１７のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。 実施例１８のデバイス移動特性及び光生成電流特性を示す図である。
以下、図面と具体的な実施形態を参照しながら、本発明をさらに説明するが、説明すべきこととして、矛盾しない限り、以下に記述される各実施例又は各技術的特徴を任意に組み合わせて新しい実施例を形成することができる。
以下は、本発明の具体的な実施例であり、以下の実施例に採用される原材料、設備などは特別な限定を除き、購入方式で入手することができる。
実施例１：酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムがドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウムスズ亜鉛（ＩｎＳｎＺｎＯ）に酸化プラセオジムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化ユーロピウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛（Ｐｒ－Ｅｕ：ＩｎＳｎＺｎＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化スズ亜鉛であり、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝３：１：１ｍｏｌであり、Ｉｎ（３）Ｓｎ（１）Ｚｎ（１）と表記され、Ｉｎｘ（ＳｎＺｎ）ｙＥｕｎＰｒｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．５であり、ｙ＝０．３３３３であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．１１６７である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．５３であり、ｙ＝０．３５３であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．０６７であり、又は、ｘ＝０．５６であり、ｙ＝０．３７３であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．０１７であり、又は、ｘ＝０．５８であり、ｙ＝０．３８７であり、ｍ＝０．０３であり、ｎ＝０．００３であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例２：酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウム亜鉛チタン（ＩｎＺｎＴｉＯ）に酸化プラセオジムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化イッテルビウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン（Ｐｒ－Ｙｂ：ＩｎＺｎＴｉＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化亜鉛チタンであり、Ｉｎ：Ｚｎ：Ｔｉ＝４：１：０．０５ｍｏｌであり、Ｉｎ（４）Ｚｎ（１）Ｔｉ（０．０５）と表記され、Ｉｎｘ（ＺｎＴｉ）ｙＹｂｎＰｒｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．７５であり、ｙ＝０．１９６９であり、ｍ＝０．００３１であり、ｎ＝０．０５である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．７であり、ｙ＝０．１８３８であり、ｍ＝０．０６６２であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．６５であり、ｙ＝０．１７であり、ｍ＝０．１３であり、ｎ＝０．０５であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例３：酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）に酸化テルビウムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化ユーロピウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｔｂ－Ｅｕ：ＩｎＧａＺｎＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化ガリウム亜鉛であり、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：０．５：１ｍｏｌであり、Ｉｎ（４）Ｇａ（０．５）Ｚｎ（１）と表記され、Ｉｎｘ（ＧａＺｎ）ｙＥｕｎＴｂｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．６５であり、ｙ＝０．２４３８であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．０５６２である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．５５であり、ｙ＝０．２０５３であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．１９３７であり、又は、ｘ＝０．５８であり、ｙ＝０．２１７５であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．１５２５であり、又は、ｘ＝０．６であり、ｙ＝０．２２５であり、ｍ＝０．０５であり、ｎ＝０．１２５であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例４：酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウムガリウムジルコニウム（ＩｎＧａＺｒＯ）に酸化テルビウムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化イッテルビウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム（Ｔｂ－Ｙｂ：ＩｎＧａＺｒＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化ガリウムジルコニウムであり、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｒ＝５：１：０．０５ｍｏｌであり、Ｉｎ（５）Ｇａ（１）Ｚｒ（０．０５）と表記され、Ｉｎｘ（ＧａＺｒ）ｙＹｂｎＴｂｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．７であり、ｙ＝０．１４７であり、ｍ＝０．１０３であり、ｎ＝０．０５である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．６５であり、ｙ＝０．１３６５であり、ｍ＝０．１６３５であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．６３であり、ｙ＝０．１３２３であり、ｍ＝０．１８７７であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．７４であり、ｙ＝０．１５５４であり、ｍ＝０．０５４６であり、ｎ＝０．０５であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例５：酸化セリウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウム亜鉛（ＩｎＺｎＯ）に酸化セリウムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化ユーロピウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化セリウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛（Ｃｅ－Ｅｕ：ＩｎＺｎＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化亜鉛であり、Ｉｎ：Ｚｎ＝９：１ｍｏｌであり、Ｉｎ（９）Ｚｎ（１）と表記され、ＩｎｘＺｎｙＥｕｎＣｅｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．６８であり、ｙ＝０．０７５６であり、ｍ＝０．１９４４であり、ｎ＝０．０５である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．７であり、ｙ＝０．０７７８であり、ｍ＝０．１７２２であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．７５であり、ｙ＝０．０８３３であり、ｍ＝０．１１６７であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．８であり、ｙ＝０．０８８９であり、ｍ＝０．０６１１であり、ｎ＝０．０５であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例６：酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル半導体材料
一組の金属酸化物半導体材料であって、この組の金属酸化物半導体材料は、酸化インジウム亜鉛タンタル（ＩｎＺｎＴａＯ）に酸化ジスプロシウムを電荷変換中心としてドーピングし、酸化イッテルビウムをキャリア制御剤としてドーピングし、酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル（Ｄｙ－Ｙｂ：ＩｎＺｎＴａＯ）半導体材料を形成したものである。
ここで、ＭＯは、酸化亜鉛タンタルであり、Ｉｎ：Ｚｎ：Ｔａ＝３：１：０．１ｍｏｌであり、Ｉｎ（３）Ｚｎ（１）Ｔａ（０．１）と表記され、Ｉｎｘ（ＺｎＴａ）ｙＹｂｎＤｙｍＯｚでは、ここで、ｘ＝０．５８であり、ｙ＝０．２１２７であり、ｍ＝０．１５７３であり、ｎ＝０．０５である。しかしながら、上述した割合に限らず、他のいくつかの実施例では、ｘ＝０．６であり、ｙ＝０．２２であり、ｍ＝０．１３であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．６５であり、ｙ＝０．２３８３であり、ｍ＝０．０６１７であり、ｎ＝０．０５であり、又は、ｘ＝０．６８であり、ｙ＝０．２４９３であり、ｍ＝０．０２０７であり、ｎ＝０．０５であり、ここでこれ以上説明しない。
実施例７：酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例１の酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛半導体材料をマグネトロンスバッタすることで形成されたものである。
実施例８：酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例２の酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン半導体材料をマグネトロンスバッタすることで形成されたものである。
実施例９：酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例３の酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛半導体材料をマグネトロンスバッタすることで製造されたものである。
実施例１０：酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例４の酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム半導体材料をマグネトロンスバッタすることで製造されたものである。
実施例１１：酸化セリウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例５の酸化セリウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛半導体材料をマグネトロンスバッタすることで製造されたものである。
実施例１２：酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル薄膜
一組の金属酸化物半導体薄膜であり、この組の金属酸化物半導体薄膜は、実施例６の酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル半導体材料をマグネトロンスバッタすることで製造されたものである。
実施例１３：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、バックチャネルエッチング型構造を採用し、その構造概略図は、図１に示すように、基板０１と、基板０１の上に位置するゲート電極０５と、基板０１及びゲート電極０５の上に位置する絶縁層０４と、絶縁層０４の上面を覆い、ゲート電極０５に対応するチャネル層０３と、互いに離間し、チャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、スペーサ層０６とが設けられている。
ここで、基板０１は、硬質無アルカリガラス基板であり、その上にバッファ層０２酸化シリコンが被覆されている。
ゲート電極０５の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造された金属モリブデン／銅（Ｍｏ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
絶縁層０４は、化学気相成長方式で製造された窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層であり、厚さは、２５０／５０ｎｍであり、ここで、窒化シリコンは下層にゲート電極０５と接触し、酸化シリコンは、上層にチャネル層０３と接触する。
様々な酸化プラセオジム含有量によるデバイス性能への影響をテストするために、チャネル層０３の材料は、実施例１の酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛半導体材料であり、酸化インジウムスズ亜鉛（ＩｎＳｎＺｎＯ）、酸化ユーロピウムがドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛（Ｅｕ：ＩｎＳｎＺｎＯ）、及び酸化プラセオジム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムスズ亜鉛（Ｐｒ－Ｅｕ：ＩｎＳｎＺｎＯ）という三つのセラミックスターゲット材料を利用し、単一のターゲット材料を用いるか又は二つのターゲット材料を共スバッタする方式で、二つのターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、様々な割合の成分の薄膜の製造を実現する。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、金属モリブデン／銅（Ｍｏ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍであり、それは、市販されている過酸化水素系エッチング液を用いてパターニングを行い、チャネル層０３に対する損傷が比較的に小さく、且つ明らかなエッチング残りがない。
スペーサ層０６の材料は、化学気相成長方式で製造された酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、厚さは、３００ｎｍであり、堆積温度は、２５０℃である。
本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１と、ゲート電極０５と、絶縁層０４と、チャネル層０３と、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、スペーサ層０６をのみ含む封止構造であってもよく、平坦層、反射電極、画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングプロセスはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表１に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源（光強度を１００００ｎｉｔｓに設定した）を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層０３を照射し、光照射及び非照射条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧及びサブスレッショルドスイング値等の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表１]
この表１から分かるように、酸化プラセオジムと酸化ユーロピウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表１の試験１に示すように、酸化プラセオジム（ｍ＝０）と酸化ユーロピウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウムスズ亜鉛で製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表１の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の酸化ユーロピウムをドーピングした後に、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、詳しくは図４（ａ）を参照し、酸化ユーロピウムをドーピングすることで、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に抑制できることを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表１に示すとおりである。さらに、表２の試験２～８に示すように、共スバッタにおけるターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、プラセオジム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。指摘すべきこととして、酸化プラセオジムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）は、相対的高い移動度、比較的小さいサブスレッショルドスイング値及び負の閾値電圧を有するが、その光生成電流特性が極めて強く、即ち、光照射条件下ではデバイスの特性に非常に明らかな変化が生じた（閾値電圧が負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化する）。しかしながら、一定量の酸化プラセオジムがドーピングされたデバイスの光生成電流特性は、明らかに抑制された。無論、酸化プラセオジム含有量の増加に伴い、デバイスの移動度などの特性はさらに劣化し、光生成電流特性もさらに改善する。過剰な酸化プラセオジムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．１５、ｎ＝０．０５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、デバイスの光生成電流特性が極めて弱いが、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。
本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図４（ｂ）と４（ｃ）に示すように、それに対応するｍ値はそれぞれ０と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、酸化プラセオジムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の閾値電圧は負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化するが、一定量の酸化プラセオジムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表１における弱い光生成電流特性に対応する。
本実施例の試験結果から分かるように、本発明では酸化インジウムスズ亜鉛基材に一定量の酸化プラセオジムと酸化ユーロピウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１４：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、バックチャネルエッチング型構造を採用し、その構造概略図は、図１に示すように、基板０１と、基板０１の上に位置するゲート電極０５と、基板０１及びゲート電極０５の上に位置する絶縁層０４と、絶縁層０４の上面を覆い、ゲート電極０５に対応するチャネル層０３と、互いに離間し、チャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、スペーサ層０６とが設けられている。
ここで、基板０１は、硬質無アルカリガラス基板であり、その上にバッファ層０２酸化シリコンが被覆されている。
ゲート電極０５の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造された金属モリブデン／銅（Ｍｏ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
絶縁層０４は、化学気相成長方式で製造された窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層であり、厚さは、２５０／５０ｎｍであり、ここで、窒化シリコンは下層にゲート電極０５と接触し、酸化シリコンは、上層にチャネル層０３と接触する。
様々な酸化イッテルビウム含有量によるデバイス性能への影響をテストするために、チャネル層０３の材料は、実施例２の酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン半導体材料であり、酸化インジウム亜鉛チタン（ＩｎＺｎＴｉＯ）、酸化プラセオジムがドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン（Ｐｒ：ＩｎＺｎＴｉＯ）、及び酸化プラセオジム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛チタン（Ｐｒ－Ｙｂ：ＩｎＺｎＴｉＯ）という三つのセラミックスターゲット材料を利用し、単一のターゲット材料を用いるか又は二つのターゲット材料を共スバッタする方式で、二つのターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、様々な割合の成分の薄膜の製造を実現する。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、金属モリブデン／銅（Ｍｏ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍであり、それは、市販されている過酸化水素系エッチング液を用いてパターニングを行い、チャネル層０３に対する損傷が比較的に小さく、且つ明らかなエッチング残りがない。
スペーサ層０６の材料は、化学気相成長方式で製造された酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、厚さは、３００ｎｍであり、堆積温度は、２５０℃である。
本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１と、ゲート電極０５と、絶縁層０４と、チャネル層０３と、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、スペーサ層０６をのみ含む封止構造であってもよく、平坦層、反射電極、画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングプロセスはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表２に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源（光強度を１００００ｎｉｔｓに設定した）を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層０３を照射し、光照射及び非照射条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧及びサブスレッショルドスイング値等の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表２]
この表２から分かるように、酸化プラセオジムと酸化イッテルビウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表２の試験１に示すように、酸化プラセオジム（ｍ＝０）と酸化イッテルビウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウム亜鉛チタンで製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表２の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０．０５、ｎ＝０に対応する）の酸化プラセオジムをドーピングした後に、デバイスは、依然として「スイッチング」特性を示しておらず、さらに、一定量の酸化イッテルビウムをドーピングし続けた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０００１に対応する）、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、酸化プラセオジムによる薄膜中のキャリア濃度の抑制効果が酸化イッテルビウムによる効果よりも顕著ではないことを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表２に示すとおりである。さらに、酸化イッテルビウムによる影響をさらに検討するために、表２の試験２～８に示すように、共スバッタにおけるターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、イッテルビウム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。具体的には、少量の酸化イッテルビウムがドーピングされたデバイス（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０００１に対応する）は、相対的高い移動度と負の閾値電圧を有する。酸化イッテルビウム含有量の増加に伴い、デバイスの閾値電圧は正にシフトし、移動率は逓減し、酸化イッテルビウムがデバイスの閾値電圧を効果的に調整でき、即ち、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に調整できることが示され、これは、表２におけるＨａｌｌデータからさらに認証されてもよい。無論、過剰な酸化イッテルビウムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．０５、ｎ＝０．１５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。
本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図５（ｂ）と５（ｃ）に示すように、それに対応するｍ値はいずれも０．０５であり、ｎ値はそれぞれ０．００１と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、少量の酸化イッテルビウムがドーピングされたデバイス（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．００１に対応する）の閾値電圧は明らかにシフトせず、サブスレッショルドスイング値がわずか悪化し、なお、一定量の酸化イッテルビウムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表２における弱い光生成電流特性に対応する。指摘すべきことして、異なるイッテルビウム含有量（ｍ＝０．０５、ｎ＝０～０．１５）を有するデバイスの光生成電流特性がいずれも弱く、これは、酸化プラセオジムをドーピングすることでデバイスの光安定性を効果的に向上させることができることを表す。
本実施例の試験結果から変わるように、本発明では酸化インジウム亜鉛チタン基材に一定量の酸化プラセオジムと酸化イッテルビウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１５：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、トップゲート型セルフアライン構造を採用し、その構造概略図は、図２に示すように、基板０１と、バッファ層０２と、チャネル層０３と、チャネル層０３の上に位置する絶縁層０４及びゲート電極０５と、チャネル層０３とゲート電極の上面を覆うスペーサ層０６と、スペーサ層０６の上に位置し且つチャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２とが設けられている。
ここで、基板０１は、硬質ガラス基板である。
バッファ層０２は、プラズマ強化化学気相成長方式で製造される酸化シリコンである。
チャネル層０３の材料は、実施例３の酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛半導体材料であり、厚さは、３０ｎｍである。
絶縁層０４は、酸化シリコンであり、厚さは３００ｎｍであり、ゲート電極０５は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたチタン／銅 （Ｔｉ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
スペーサ層０６は酸化シリコンであり、厚さは３００ｎｍである。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたチタン／銅（Ｔｉ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
様々なユーロピウム含有量によるデバイス性能への影響をテストするために、チャネル層０３の材料は、実施例３の酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛半導体材料であり、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩｎＧａＺｎＯ）、酸化テルビウムがドーピングされた酸化ガリウム亜鉛（Ｔｂ：ＩｎＧａＺｎＯ）、及び酸化テルビウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｔｂ－Ｅｕ：ＩｎＧａＺｎＯ）という三つのセラミックスターゲット材料を利用し、単一のターゲット材料を用いるか又は二つのターゲット材料を共スバッタする方式で、二つのターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、様々な割合の成分の薄膜の製造を実現する。
本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１、チャネル層０３、絶縁層０４、ゲート電極０５、スペーサ層０６、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２をのみ含む封止構造であってもよく、保護層及び画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表３に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層を照射し、様々な光強度条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表３]
この表３から分かるように、酸化テルビウムと酸化ユーロピウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表３の試験１に示すように、酸化テルビウム（ｍ＝０）と酸化ユーロピウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウムガリウム亜鉛で製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表３の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０．０５、ｎ＝０に対応する）の酸化テルビウムをドーピングした後に、デバイスは、依然として「スイッチング」特性を示しておらず、さらに、一定量の酸化ユーロピウムをドーピングし続けた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０００１に対応する）、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、酸化テルビウムによる薄膜中のキャリア濃度の抑制効果が酸化ユーロピウムによる効果よりも顕著ではないことを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表３に示すとおりである。さらに、酸化ユーロピウムによる影響をさらに検討するために、表３の試験２～８に示すように、共スバッタにおけるターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、ユーロピウム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。具体的には、少量の酸化ユーロピウムがドーピングされたデバイス（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０００１に対応する）は、相対的高い移動度と負の閾値電圧を有する。酸化ユーロピウム含有量の増加に伴い、デバイスの閾値電圧は正にシフトし、移動率は逓減し、酸化ユーロピウムがデバイスの閾値電圧を効果的に調整でき、即ち、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に調整できることが示され、これは、表３におけるＨａｌｌデータからさらに認証されてもよい。無論、過剰な酸化ユーロピウムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．０５、ｎ＝０．１５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図６（ｂ）と６（ｃ）に示すように、それに対応するｍ値はいずれも０．０５であり、ｎ値はそれぞれ０．００１と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、少量の酸化ユーロピウムがドーピングされたデバイス（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．００１に対応する）の閾値電圧は明らかにシフトせず、サブスレッショルドスイング値がわずか悪化し、なお、一定量の酸化ユーロピウムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表３における弱い光生成電流特性に対応する。指摘すべきことして、異なるユーロピウム含有量（ｍ＝０．０５、ｎ＝０～０．１５）を有するデバイスの光生成電流特性がいずれも弱く、これは、酸化テルビウムをドーピングすることでデバイスの光安定性を効果的に向上させることができることを表す。
本実施例の試験結果から分かるように、本発明では酸化インジウムガリウム亜鉛基材に一定量の酸化テルビウムと酸化ユーロピウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１６：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、トップゲート型セルフアライン構造を採用し、その構造概略図は、図２に示すように、基板０１と、バッファ層０２と、チャネル層０３と、チャネル層０３の上に位置する絶縁層０４及びゲート電極０５と、チャネル層０３とゲート電極の上面を覆うスペーサ層０６と、スペーサ層０６の上に位置し且つチャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２とが設けられている。
ここで、基板０１は、硬質ガラス基板である。
バッファ層０２は、プラズマ強化化学気相成長方式で製造される酸化シリコンである。
チャネル層０３の材料は、実施例４の酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム半導体材料であり、厚さは、３０ｎｍである。
絶縁層０４は、酸化シリコンであり、厚さは、３００ｎｍであり、ゲート電極０５は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたチタン／銅（（Ｔｉ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
スペーサ層０６は酸化シリコンであり、厚さは３００ｎｍである。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたチタン／銅（Ｔｉ／Ｃｕ）積層構造であり、厚さは、２０／４００ｎｍである。
様々なイッテルビウム含有量によるデバイス性能への影響をテストするために、チャネル層０３の材料は、実施例４の酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム半導体材料であり、酸化インジウムガリウムジルコニウム（ＩｎＧａＺｒＯ）、酸化テルビウムがドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム（Ｔｂ：ＩｎＧａＺｒＯ）、及び酸化テルビウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウムガリウムジルコニウム（Ｔｂ－Ｙｂ：ＩｎＧａＺｒＯ）という三つのセラミックスターゲット材料を利用し、単一のターゲット材料を用いるか又は二つのターゲット材料を共スバッタする方式で、二つのターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、様々な割合の成分の薄膜の製造を実現する。
本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１、チャネル層０３、絶縁層０４、ゲート電極０５、スペーサ層０６、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２をのみ含む封止構造であってもよく、保護層及び画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表４に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層０３を照射し、光照射及び非照射条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表４]
この表４から分かるように、酸化テルビウムと酸化イッテルビウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表４の試験１に示すように、酸化テルビウム（ｍ＝０）と酸化イッテルビウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウムガリウムジルコニウムで製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表４の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の酸化イッテルビウムをドーピングした後に、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、詳しくは図７（ａ）を参照し、酸化イッテルビウムをドーピングすることで、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に抑制できることを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表４に示すとおりである。さらに、表４の試験２～８に示すように、共スバッタにおけるターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、テルビウム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。指摘すべきこととして、酸化テルビウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）は、相対的高い移動度、比較的小さいサブスレッショルドスイング値及び負の閾値電圧を有するが、その光生成電流特性が極めて強く、即ち、光照射条件下ではデバイスの特性に非常に明らかな変化が生じた（閾値電圧が負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化する）。しかしながら、一定量の酸化テルビウムがドーピングされたデバイスの光生成電流特性は、明らかに抑制された。無論、酸化テルビウム含有量の増加に伴い、デバイスの移動度などの特性はさらに劣化し、光生成電流特性もさらに改善する。過剰な酸化テルビウムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．１５、ｎ＝０．０５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、デバイスの光生成電流特性が極めて弱いが、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。
本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図７（ｂ）と７（ｃ）に示すように、それに対応するｎ値はいずれも０．０５であり、ｍ値はそれぞれ０と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、酸化テルビウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の閾値電圧は負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化するが、一定量の酸化テルビウムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表４における弱い光生成電流特性に対応する。
本実施例の試験結果から分かるように、本発明では酸化インジウムガリウムジルコニウム基材に一定量の酸化テルビウムと酸化イッテルビウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１７：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、セルフアライン構造を採用し、その構造概略図は、図２に示すように、基板０１と、バッファ層０２と、チャネル層０３と、チャネル層０３の上に位置する絶縁層０４及びゲート電極０５と、チャネル層０３とゲート電極０５の上面を覆うスペーサ層０６と、スペーサ層０６の上に位置し且つチャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２とが設けられている。
ここで、基板０１は、硬質ガラス基板である。
バッファ層０２は、プラズマ強化化学気相成長方式で製造される酸化シリコンである。
チャネル層０３の材料は、実施例５の酸化セリウム、酸化ユーロピウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛半導体材料であり、厚さは、２０ｎｍである。
絶縁層０４は、酸化シリコンであり、厚さは、３００ｎｍであり、ゲート電極０５は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたモリブデン／銅／モリブデン（Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ）積層構造であり、厚さは、２０／４００／５０ｎｍである。
スペーサ層０６は、プラズマ強化化学気相成長で製造される酸化シリコン薄膜であり、厚さは、３００ｎｍである。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたモリブデン／銅／モリブデン（Ｍｏ／Ｃｕ／Ｍｏ）積層構造であり、厚さは、２０／４００／５０ｎｍである。
本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１、チャネル層０３、絶縁層０４、ゲート電極０５、スペーサ層０６、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２をのみ含む封止構造であってもよく、保護層及び画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表５に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層０３を照射し、光照射及び非照射条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表５]
この表５から分かるように、酸化セリウムと酸化ユーロピウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表５の試験１に示すように、酸化セリウム（ｍ＝０）と酸化ユーロピウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウム亜鉛で製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表５の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の酸化ユーロピウムをドーピングした後に、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、詳しくは図８（ａ）を参照し、酸化ユーロピウムをドーピングすることで、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に抑制できることを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表５に示すとおりである。さらに、表５の試験２～８に示すように、配合される溶液中の成分を調整することで、セリウム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。指摘すべきこととして、酸化セリウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）は、相対的高い移動度、比較的小さいサブスレッショルドスイング値及び負の閾値電圧を有するが、その光生成電流特性が極めて強く、即ち、光照射条件下ではデバイスの特性に非常に明らかな変化が生じた（閾値電圧が負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化する）。しかしながら、一定量の酸化セリウムがドーピングされたデバイスの光生成電流特性は、明らかに抑制された。無論、酸化セリウム含有量の増加に伴い、デバイスの移動度などの特性はさらに劣化し、光生成電流特性もさらに改善する。過剰な酸化セリウムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．１５、ｎ＝０．０５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、デバイスの光生成電流特性が極めて弱いが、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。
本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図８（ｂ）と８（ｃ）に示すように、それに対応するｎ値はいずれも０．０５であり、ｍ値はそれぞれ０と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、酸化セリウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の閾値電圧は負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化するが、一定量の酸化セリウムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表５における弱い光生成電流特性に対応する。
本実施例の試験結果から分かるように、本発明では酸化インジウム亜鉛基材に一定量の酸化セリウムと酸化ユーロピウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１８：薄膜トランジスタ
一組の薄膜トランジスタであって、エッチングストッパ型構造を採用し、その構造概略図は、図３に示すように、基板０１と、基板０１の上に位置するゲート電極０５と、基板０１及びゲート電極０５の上に位置する絶縁層０４と、絶縁層０４の上面を覆い、ゲート電極０５に対応するチャネル層０３と、エッチングストッパ層０８と、互いに離間し、チャネル層０３の両端に電気的に接続されたソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、スペーサ層０６とが設けられている。
ここで、基板０１はガラス基板であり、その上にバッファ層０２酸化シリコンが被覆されている。
ゲート電極０５の材料は、マグネトロンスバッタ方式で製造されたモリブデンアルミニウムモリブデン（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）金属積層構造であり、厚さは、５０／３００／５０ｎｍである。
絶縁層０４は、化学気相成長方式で製造された窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の積層であり、厚さは、２５０／５０ｎｍであり、ここで、窒化シリコンは下層にゲート電極０５と接触し、酸化シリコンは、上層にチャネル層０３と接触する。
様々な酸化ジスプロシウム含有量によるデバイス性能への影響をテストするために、チャネル層０３の材料は、実施例６の酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル半導体材料であり、酸化インジウム亜鉛タンタル（ＩｎＺｎＴａＯ）、酸化イッテルビウムがドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル（Ｙｂ：ＩｎＺｎＴａＯ）、及び酸化ジスプロシウム、酸化イッテルビウムが共ドーピングされた酸化インジウム亜鉛タンタル（Ｄｙ－Ｙｂ：ＩｎＺｎＴａＯ）という三つのセラミックスターゲット材料を利用し、単一のターゲット材料を用いるか又は二つのターゲット材料を共スバッタする方式で、二つのターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、様々な割合の成分の薄膜の製造を実現する。
エッチングストッパ層０８とスペーサ層０６の材料は、化学気相成長方式で製造された酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、厚さは、３００ｎｍであり、堆積温度は、３００℃である。
ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２の材料は、金属モリブデンアルミニウムモリブデン（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）積層構造であり、厚さは、５０／３００／５０ｎｍである。
なお、本実施例の薄膜トランジスタは、基板０１と、ゲート電極０５と、絶縁層０４と、チャネル層０３と、エッチングストッパ層０８と、ソース電極０７－１及びドレイン電極０７－２と、保護層をのみ含む封止構造であってもよく、平坦層、反射電極、画素定義層などをさらに含んでもよく、他のデバイスなどと集積されてもよい。
ここで、薄膜のパターニングプロセスはフォトリソグラフィープロセスを採用し、湿式法又は乾式法のエッチング方式と組み合わせて行われる。
本実施例における具体的なパラメータ及び製造された薄膜トランジスタデバイスの性能は、表６に示すとおりであり、ここで、光生成電流特性は、市販の白色ＬＥＤ光源を用いて薄膜トランジスタデバイスのチャネル層０３を照射し、光照射及び非照射条件下でのデバイスの移動特性を評価し、デバイスの閾値電圧の変動を抽出することによってその強度を評価することで特徴付けられ、閾値電圧変動幅が大きいということは、光生成電流特性が強いことを示し、逆の場合は弱いことを示す。
[表６]
この表６から分かるように、酸化ジスプロシウムと酸化イッテルビウムのドーピングは、デバイスの性能に対して非常に明らかな影響を有する。まず、表６の試験１に示すように、酸化ジスプロシウム（ｍ＝０）と酸化イッテルビウム（ｎ＝０）がドーピングされていない酸化インジウム亜鉛タンタルで製造されたデバイスは、薄膜トランジスタの「スイッチング」特性（導通状態）を示しておらず、薄膜におけるキャリア濃度が高すぎることを表す。表６の試験２に示すように、一定量（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の酸化イッテルビウムをドーピングした後に、デバイスは、「スイッチング」特性を示し、詳しくは図９（ａ）を参照し、酸化イッテルビウムをドーピングすることで、薄膜におけるキャリア濃度を効果的に抑制できることを表し、対応する薄膜Ｈａｌｌデータは、表６に示すとおりである。さらに、表６の試験２～８に示すように、対応するターゲット材料のスバッタパワーを調整することで、ジスプロシウム含有量が異なる一連のデバイスを製造することができる。指摘すべきこととして、酸化ジスプロシウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）は、相対的高い移動度、比較的小さいサブスレッショルドスイング値及び負の閾値電圧を有するが、その光生成電流特性が極めて強く、即ち、光照射条件下ではデバイスの特性に非常に明らかな変化が生じた（閾値電圧が負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化する）。しかしながら、一定量の酸化ジスプロシウムがドーピングされたデバイスの光生成電流特性は、明らかに抑制された。無論、酸化ジスプロシウム含有量の増加に伴い、デバイスの移動度などの特性はさらに劣化し、光生成電流特性もさらに改善する。過剰な酸化ジスプロシウムがドーピングされた後に（例えば、ｍ＝０．１５、ｎ＝０．０５）、デバイスの移動度は明らかに劣化し、デバイスの光生成電流特性が極めて弱いが、これは、その応用される分野を大幅に制限した。そのため、実際の応用において、両者の関係をよく考えて、適切なドーピング量を選択する必要がある。
本実施例で製造されたデバイスに対して対応する光生成電流特性テストを行い、図９（ｂ）と９（ｃ）に示すように、それに対応するｎ値はいずれも０．０５であり、ｍ値はそれぞれ０と０．０５であり、光をデバイスに照射している場合、酸化ジスプロシウムがドーピングされていないデバイス（ｍ＝０、ｎ＝０．０５に対応する）の閾値電圧は負にシフトし、サブスレッショルドスイング値が悪化するが、一定量の酸化ジスプロシウムがドーピングされた後に（ｍ＝０．０５、ｎ＝０．０５に対応する）、デバイスの閾値電圧がほとんど変わらず、優れた光照射安定性を示しており、即ち表６における弱い光生成電流特性に対応する。
本実施例の試験結果から変わるように、本発明では酸化インジウム亜鉛タンタル基材に一定量酸化ジスプロシウムと酸化イッテルビウムをドーピングすることで、材料のキャリア濃度を効果的に制御し、光安定性を向上させることができる。
実施例１９：表示パネル
表示パネルであって、上記実施例１３－１８における薄膜トランジスタを含み、薄膜トランジスタは、表示パネルにおける表示ユニットを駆動するために用いられる。
実施例２０：検出器
検出器であって、上記実施例１３－１８における薄膜トランジスタを含み、薄膜トランジスタは、検出器の検出ユニットを駆動するために用いられる。
以下、本発明の実施例の薄膜トランジスタの各機能層をさらに説明する。
本発明における基板は、特に限定されず、当分野における周知の基板０１を用いてもよい。例えば、硬質のアルカリガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、シリコン基板などであり、可撓性のポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン酸エーテル（ＰＥＳ）、又は金属シート等であってもよい。
本発明におけるゲート電極０５の材料は特に限定されず、当分野の周知の材料から任意に選択してもよい。例えば、透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＦＴＯなど）、金属（Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｉなど）及びその合金、及び金属と酸化物（ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＺＯ／Ａｇ／ＩＺＯなど）、金属と金属の積層（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉなど）で形成される複合導電薄膜である。
ゲート電極０５の薄膜の製造方法は、スパッタ法、メッキ法、熱蒸着法及び他の堆積方式が挙げられるが、好ましくは、スパッタ堆積方式であり、その理由は、この方式で製造される薄膜と基板０１の密着性が良く、均一性に優れ、大面積化が可能であることである。
ここで、どうのような構造のゲート電極を具体的に用いるかは、達成すべき技術パラメータによって決まり、例えば、透明表示では、透明電極を用いる必要があり、それは、単一層のＩＴＯをゲート電極としてもよく、ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯをゲート電極としてもよい。なお、特殊分野への応用では、高温プロセスを必要とするため、ゲート電極として耐高温の金属合金薄膜を選択してもよい。
本発明における絶縁層０４の材料は特に限定されず、それは、当分野の周知の材料から任意に選択してもよい。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム及び高分子有機膜層などである。
指摘すべきこととして、これらの絶縁薄膜の成分は、理論上の化学的計量比と一致しなくてもよい。なお、絶縁層０４は、複数の絶縁膜を積層してなるものであってもよく、一方では、より良好な絶縁特性を形成し、他方では、チャネル層０３と絶縁層０４の界面特性を改善することができる。そして、この絶縁層０４の製造方式は多様であり、物理気相成長、化学気相成長、原子層堆積、レーザー堆積、陽極酸化又は溶液法などの方式で製造されてもよい。
湿式エッチングに用いられるエッチング液は、リン酸、硝酸及び氷酢酸の混合液、又は過酸化水素による混合液を含む。金属酸化物半導体材料の過酸化水素系エッチング液中のエッチング速度は、１ｎｍ／ｍｉｎ未満である。乾式エッチングは例示的には、プラズマエッチングプロセスを選択してもよく、エッチングガスは、塩素系ガス又はフッ素系ガスを含む。
金属酸化物半導体材料に対して真空マグネトロンスパッタ法を用いる場合、単一ターゲット材料スパッタ又はマルチターゲット材料の共スパッタを選択してもよく、好ましくは単一ターゲット材料スパッタである
単一ターゲット材料スパッタは、再現性がより良く、より安定した薄膜を提供することができ、薄膜の微細構造の制御がより容易になり、また、共スパッタ薄膜のように、スパッタ粒子が再結合過程でより大きな要因で乱されることがない。
真空スパッタ堆積プロセスでは、電源として、無線周波数（ＲＦ）スパッタ、直流（ＤＣ）スパッタ又は交流（ＡＣ）スパッタを選択してもよく、好ましくは、工業的に一般的に用いられている交流スパッタである。
スパッタ堆積プロセスでは、スパッタ気圧は、選択的に０．１Ｐａ～１０Ｐａであり、好ましくは、０．３Ｐａ～０．７Ｐａである。
スパッタ気圧が低すぎると、安定したグロースパッタを維持できず、スパッタ気圧が高すぎると、スパッタ粒子が基板０１への成膜時に受ける散乱が著しく大きくなり、エネルギーロスが大きくなり、基板０１に到達した後の運動エネルギーが低下し、形成される薄膜の欠陥が増大してデバイス性能に大きな影響を与える。
スパッタ堆積プロセスでは、酸素分圧は、選択的に０～１Ｐａであり、好ましくは、０．００１～０．５Ｐａであり、より好ましくは０．０１～０．１Ｐａである。
一般的には、スパッタによって酸化物半導体を製造するプロセスでは、酸素分圧は、キャリア濃度に直接的に影響を及ぼし、そしていくつかの酸素空孔に関わる欠陥を導入する。酸素含有量が低すぎると、薄膜における酸素のひどい不整合になり、キャリア濃度が増加することを引き起こす可能性があり、酸素空孔が高すぎると、多くの弱い結合を引き起こし、デバイスの信頼性を低減させる。
スパッタ堆積プロセスでは、基板温度は好ましくは２００～３００℃である。
チャネル層薄膜の堆積プロセスでは、一定の基板温度は、スパッタ粒子が基板０１に到達した後の結合方式を効果的に改善し、弱い結合の存在確率を低減させ、デバイスの安定性を向上させることができる。無論、この効果は、後続のアニーリング処理などのプロセスによって同様に実現されてもよい。
チャネル層０３の厚さは、選択的に２～１００ｎｍであり、好ましくは５～５０ｎｍであり、より好ましくは２０～４０ｎｍである。
本発明におけるソースドレイン電極の材料は特に限定されず、種々の必要な構造デバイスの実現に影響を及ぼさない限り、当分野の周知の材料から任意に選択してもよい。例えば、透明導電性酸化物（ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＩＺＯ、ＩＴＺＯ、ＦＴＯなど）、金属（Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｉなど）及びその合金、及び金属と酸化物（ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ、ＩＺＯ／Ａｇ／ＩＺＯなど）、金属と金属の積層（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉなど）で形成される複合導電薄膜である。
ソースドレイン電極の薄膜の製造方法は、スパッタ法、熱蒸着法及び他の堆積方式が挙げられるが、好ましくは、スパッタ堆積方式であり、その理由は、この方式で製造される薄膜と基板０１の密着性が良く、均一性に優れ、大面積化が可能であることである。
ここで、特に説明すべきこととして、バックチャネルエッチング型構造のデバイスを製造する場合、ソースドレイン電極とチャネル層０３は、適切なエッチング選択比を必要とし、そうでなければ、デバイスの製造を実現できない。本発明の実施例では、湿式エッチングのエッチング液は、工業分野における一般的な金属によるエッチング液（例えば、過酸化水素系エッチング液）であり、その理由は、本発明の金属酸化物半導体材料が湿式過酸化水素系エッチング液によるエッチングに効果的に抵抗することができ、それと金属（例えば、モリブデン、モリブデン合金、モリブデン／アルミニウム／モリブデンなど）とが極めて高いエッチング選択比を有し、この金属酸化物半導体層がエッチング液による影響をほとんど受けることがなく、製造されたデバイスの性能が優れ、安定性が高いことである。なお、本発明の実施例における乾式エッチングは、工業分野における一般的なエッチングガス（例えば、塩素系ガス、フッ素系ガスなど）によるものであり、本発明の酸化物半導体層に与える影響は小さく、製造されたデバイスの特性に優れ、安定性が高い。
本発明における保護層の材料は特に限定されず、それは、当分野の周知の材料から任意に選択してもよい。例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウム及び高分子有機膜層などである。
指摘すべきこととして、これらの絶縁薄膜の成分は、理論上の化学的計量比と一致しなくてもよい。なお、絶縁層０４は、複数の絶縁膜を積層してなるものであってもよく、一方では、より良好な絶縁特性を形成し、他方では、チャネル層０３と保護層の界面特性を改善することができる。そして、この保護層の製造方式は多様であり、物理気相成長、化学気相成長、原子層堆積、レーザー堆積又は溶液法などの方式で製造されてもよい。
以下、本発明の実施例の薄膜トランジスタの製造過程における処理プロセスをさらに説明する。
相対的には、スパッタにより製造された膜は、高エネルギープラズマの関与のため、堆積した膜の速度も一般的に速く、薄膜が堆積時に緩和処理を行う時間が十分に確保されず、薄膜中に一定の割合の転位や応力が残留してしまうことがある。これは、後の加熱アニーリング処理によって、所望の相対的定常状態に達し続け、薄膜の性能を改善する必要がある。
本発明の実施例では、アニーリング処理はほとんど、チャネル層０３の堆積後、及び保護層の堆積後に設けられる。一方では、チャネル層０３が堆積した後にアニーリング処理を行うことで、チャネル層０３におけるインサイチュ欠陥を効果的に改善し、チャネル層０３が後続のプロセスにおける可能な損傷に耐える能力を向上させることができる。他方では、後続の保護層堆積プロセスでは、プラズマの関与及び活性ラジカルの改質効果のために、界面準位及び何らかのドナードープリングなどの効果を更に排除する「活性化」プロセスが必要となる場合がある。
なお、本発明の実施では、処理方式は、加熱処理だけでなくてもよく、プラズマ処理界面（例えば、絶縁層０４／半導体界面、チャネル層０３／保護層界面など）を含んでもよい。
上記の処理プロセスによって、デバイスの性能を効果的に改善し、デバイスの安定性を向上させることができる。
上記実施例は、本発明の好ましい実施形態であるが、本発明の実施形態は、上記実施例に限定されず、本発明の精神と原理から逸脱しない他のいかなる変更、修正、置換、組合せ、簡略化がいずれも等価な置換方式であるべきであり、すべて本発明の保護範囲に含まれる。
０１、基板 ０２、バッファ層 ０３、チャネル層 ０４、絶縁層 ０５、ゲート電極 ０６、スペーサ層 ０７－１、ソース電極 ０７－２、ドレイン電極 ０８、エッチングバリア層。

Claims (10)

  1. 金属酸化物半導体であって、この金属物酸化物半導体は、インジウムを含有する金属酸化物ＭＯ－Ｉｎ２Ｏ３半導体に、少なくとも二種の希土類元素Ｒの酸化物と希土類元素Ｒ'の酸化物をそれぞれドーピングし、ＩｎｘＭｙＲｎＲ'ｍＯｚ半導体材料を形成したものであり、ここで、ｘ＋ｙ＋ｍ＋ｎ＝１であり、０．４≦ｘ＜０．９９９９であり、０≦ｙ＜０．５であり、０．０００１≦（ｍ＋ｎ）≦０．２であり、ｍ＞０であり、ｎ＞０であり、ｚ＞０であることを特徴とする、金属酸化物半導体。
  2. 前記希土類元素Ｒの酸化物は、キャリア濃度制御剤であることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  3. 前記希土類元素Ｒの酸化物は、酸化イッテルビウム、酸化ユーロピウムのうちの一種又は二種の材料の組み合わせであることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  4. 前記希土類元素Ｒ'の酸化物は、光安定剤であることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  5. 前記希土類元素Ｒ'の酸化物は、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、酸化セリウム、酸化ジスプロシウムのうちの一種又は任意の二種以上の材料の組み合わせであることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  6. 前記ＭＯにおいて、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうちの一種又は任意の二種以上の材料の組み合わせであることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  7. 前記金属酸化物半導体は、物理気相成長プロセス、化学気相成長プロセス、原子層堆積プロセス、レーザー堆積プロセス、反応性イオン堆積プロセス、溶液法プロセスのうちのいずれか一つのプロセスを採用する方法で製造されて成膜されることを特徴とする
    請求項１に記載の金属酸化物半導体。
  8. ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極と活性層との間に位置する絶縁層と、前記活性層の両端にそれぞれ電気的に接続されるソース電極とドレイン電極と、スペーサ層とを含む薄膜トランジスタであって、前記活性層は、請求項１に記載の金属酸化物半導体であることを特徴とする、薄膜トランジスタ。
  9. 前記スペーサ層は、プラズマ強化化学気相成長方式で製造される酸化シリコン、窒化シリコン、オキシ窒化シリコン薄膜のうちの一種の構造又は任意の二種以上からなる積層構造であることを特徴とする
    請求項８に記載の薄膜トランジスタ。
  10. 請求項８に記載の薄膜トランジスタの表示パネル又は検出器への応用。
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