JP5053537B2 - Semiconductor device using amorphous oxide - Google Patents

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Description

本発明は、非晶質酸化物を利用した半導体デバイス、電気素子、及び回路に関する。特に、非晶質酸化物を利用した半導体デバイスに関する。   The present invention relates to a semiconductor device, an electric element, and a circuit using an amorphous oxide. In particular, the present invention relates to a semiconductor device using an amorphous oxide.

近年、液晶やエレクトロルミネッセンス(ElectroLuminescence:EL)技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置(Flat Panel Display:FPD)が実用化されている。   2. Description of the Related Art In recent years, flat and thin image display devices (Flat Panel Displays: FPD) have been put into practical use due to advances in liquid crystal and electroluminescence (EL) technologies.

これらFPDは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる電界効果型薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)のアクティブマトリクス回路により駆動されている。   These FPDs are driven by an active matrix circuit of a field effect thin film transistor (TFT) using an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film provided on a glass substrate as an active layer.

一方、これらFPDのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。   On the other hand, in order to further reduce the thickness, weight, and breakage resistance of these FPDs, an attempt has been made to use a lightweight and flexible resin substrate instead of a glass substrate.

しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。   However, the manufacture of the transistor using the above-described silicon thin film requires a relatively high temperature thermal process and is generally difficult to form directly on a resin substrate having low heat resistance.

そこで、低温での成膜が可能な、たとえばZnOを材料とした酸化物半導体薄膜を用いるTFTの開発が活発に行われている(特許文献1)。   In view of this, TFTs that can be formed at a low temperature and that use an oxide semiconductor thin film made of, for example, ZnO have been actively developed (Patent Document 1).

このように、新規な半導体デバイスが期待されている。
特開2003-298062号公報
Thus, a new semiconductor device is expected.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-298062

そこで、本発明は、非晶質酸化物を利用した様々な半導体デバイスや、それを用いた回路等を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide various semiconductor devices using amorphous oxides, circuits using the same, and the like.

本発明の集積回路は、In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、酸素を所定濃度含む雰囲気で成膜されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm/(V・秒)超であることを特徴とする。
さらに、本発明の集積回路は、In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、成膜後に酸素を含む雰囲気で後処理されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm /(V・秒)超であることを特徴とする。
さらにまた、本発明の集積回路は、In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、酸素を所定濃度含む雰囲気で成膜された後に酸素を含む雰囲気で後処理されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm /(V・秒)超であることを特徴とする。
Integrated circuit of the present invention, In -Zn-Ga oxide, In-Zn-Ga-Mg oxide, In-Zn oxide, In-Sn oxide, Sn-In-Zn oxide, In oxide, Zn A circuit including an N-type TFT using an amorphous oxide which is one of —Ga oxide and In—Ga oxide as an N-type semiconductor, and the N-type semiconductor includes oxygen has become an electron carrier concentration less than 10 18 / cm 3 by a has been formed at a predetermined concentration containing atmosphere, the N-type TFT, the gate voltage is not applied when the source of the same - a current between the drain terminal 10 It is less than microamperes and has a field effect mobility of more than 1 cm 2 / (V · sec).
Further, the integrated circuit of the present invention includes an In—Zn—Ga oxide, an In—Zn—Ga—Mg oxide, an In—Zn oxide, an In—Sn oxide, a Sn—In—Zn oxide, and an In oxide. , A Zn-Ga oxide, and an In-Ga oxide, which is a component including an N-type TFT using an amorphous oxide as an N-type semiconductor. After the film formation, the electron carrier concentration is less than 10 18 / cm 3 due to the post-treatment in the atmosphere containing oxygen , so that the N-type TFT can be connected between the source and drain terminals when no gate voltage is applied. The current is less than 10 microamperes and the field effect mobility is more than 1 cm 2 / (V · sec).
Furthermore, the integrated circuit of the present invention includes In—Zn—Ga oxide, In—Zn—Ga—Mg oxide, In—Zn oxide, In—Sn oxide, Sn—In—Zn oxide, In oxidation. A circuit including an N-type TFT using an amorphous oxide that is any one of an oxide, a Zn—Ga oxide, and an In—Ga oxide as an N-type semiconductor, and the N-type semiconductor Has an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 because the film is formed in an atmosphere containing oxygen at a predetermined concentration and then post-treated in an atmosphere containing oxygen , whereby the N-type TFT has a gate voltage The current between the source and drain terminals when no voltage is applied is less than 10 microamperes, and the field effect mobility is more than 1 cm 2 / (V · sec).

ところで、本発明者が酸化物半導体を検討したところ、ZnOは、一般に安定なアモルファス相を形成することができないことが判った。そして、殆どのZnOは多結晶相を呈するために、多結晶粒子間の界面でキャリアは散乱され、結果として電子移動度を大きくすることができないようである。   By the way, when the present inventor examined an oxide semiconductor, it was found that ZnO cannot generally form a stable amorphous phase. Since most ZnO exhibits a polycrystalline phase, carriers are scattered at the interface between the polycrystalline particles, and as a result, it seems that the electron mobility cannot be increased.

また、ZnOには、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生してしまうため、電気伝導度を小さくすることが難しい。このために、トランジスタのゲート電圧が無印加時でも、ソース端子とドレイン端子間に大きな電流が流れてしまい、TFTのノーマリーオフ動作を実現できないことが判った。また、トランジスタのオン・オフ比を大きくすることも難しいようである。   In addition, oxygen defects are easily introduced into ZnO, and a large number of carrier electrons are generated. Therefore, it is difficult to reduce the electrical conductivity. For this reason, it was found that even when the gate voltage of the transistor is not applied, a large current flows between the source terminal and the drain terminal, and the normally-off operation of the TFT cannot be realized. It also seems difficult to increase the on / off ratio of the transistor.

また、本発明者は、特開2000−044236号公報に記載されている非晶質酸化物膜ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)(式中、MはAl及びGaのうち少なくとも一つの元素である。)について検討した。この材料は、電子キャリア濃度が、1018/cm以上であり、単なる透明電極としては好適な材料である。 Further, the present inventor has amorphous oxide film Zn x M y In z O ( x + 3y / 2 + 3z / 2) ( in the formula as described in JP 2000-044236, M is Al And at least one element of Ga). This material has an electron carrier concentration of 10 18 / cm 3 or more, and is a suitable material as a simple transparent electrode.

しかし、電子キャリア濃度が1018/cm以上の酸化物をTFTのチャネル層に用いた場合、オン・オフ比が十分にとれず、ノーマリーオフ型のTFTにはふさわしくないことが分かった。 However, it has been found that when an oxide having an electron carrier concentration of 10 18 / cm 3 or more is used for the TFT channel layer, the on / off ratio is not sufficient, which is not suitable for a normally-off type TFT.

つまり、従来の非晶質酸化物膜では、電子キャリア濃度が1018/cm未満の膜を得ることはできていなかった。 That is, in the conventional amorphous oxide film, a film having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 could not be obtained.

そこで、本発明者は、電界効果型トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が1018/cm未満の非晶質酸化物を用いているTFTを作製したところ、所望の特性のTFTが得られることを発見したのである。 Therefore, when the present inventor fabricated a TFT using an amorphous oxide having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 as an active layer of a field effect transistor, a TFT having desired characteristics can be obtained. I discovered that.

しかも、このような非晶質酸化物は、TFT以外の半導体デバイスにも好適に用いることができることも判明した。   Moreover, it has been found that such an amorphous oxide can be suitably used for semiconductor devices other than TFTs.

本発明者らは、InGaO(ZnO)、及びこの材料の成膜条件に関する研究開発を精力的に進めた結果、成膜時の酸素雰囲気の条件を制御することで、電子キャリア濃度を1018/cm未満にできることを見出した。 As a result of intensive research and development on InGaO 3 (ZnO) m and film formation conditions of this material, the present inventors have controlled the oxygen atmosphere conditions during film formation to reduce the electron carrier concentration to 10 It has been found that it can be less than 18 / cm 3 .

しかも、このような非晶質酸化物は、TFT以外の半導体デバイスにも好適に用いることができることも判明した。   Moreover, it has been found that such an amorphous oxide can be suitably used for semiconductor devices other than TFTs.

即ち、本発明は、室温での電子キャリア濃度が、1018/cm未満のアモルファス酸化物を電子伝導体材料として用いていることを特徴とする半導体デバイスである。更にまた、別の本発明は、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物を電子伝導体材料として用いていることを特徴とする半導体デバイスである。 That is, the present invention is a semiconductor device characterized in that an amorphous oxide having an electron carrier concentration at room temperature of less than 10 18 / cm 3 is used as an electron conductor material. Yet another aspect of the present invention is a semiconductor device characterized in that an amorphous oxide characterized by an increase in electron carrier concentration and an increase in electron mobility is used as an electron conductor material.

本発明によれば、非晶質酸化物を利用した新規な集積回路を提供できる。   According to the present invention, a novel integrated circuit using an amorphous oxide can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、第1の実施形態として、本発明に係る半導体デバイスを、そして、第2の実施形態として、集積回路について説明し、その後、本発明に用いられる非晶質酸化物について詳述している。
(第1の実施形態:半導体デバイス)
まず、P型領域とN型領域とを有する半導体デバイスについて説明する。
ここでいう、半導体デバイスは、PN接合型トランジスタやヘテロ接合デバイスが含まれる。
First, a semiconductor device according to the present invention will be described as a first embodiment, an integrated circuit will be described as a second embodiment, and then an amorphous oxide used in the present invention will be described in detail. .
(First Embodiment: Semiconductor Device)
First, a semiconductor device having a P-type region and an N-type region will be described.
The semiconductor device here includes a PN junction type transistor and a heterojunction device.

本発明では、N型領域を構成する非晶質酸化物として、電子キャリア濃度が1018/cm未満である酸化物や、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加する傾向を示す酸化物を用いることに特徴がある。この非晶質酸化物については後述する。 In the present invention, as an amorphous oxide constituting the N-type region, an oxide having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 , or an electron carrier concentration increases and the electron mobility tends to increase. It is characterized by using an oxide. This amorphous oxide will be described later.

なお、基板上で、前記P型領域内に前記N型領域が設けられているか、あるいは前記N型領域内に前記P型領域が設けられていることも好ましい形態である。   Note that it is also preferable that the N-type region is provided in the P-type region or the P-type region is provided in the N-type region on the substrate.

また、前記P型領域と前記N型領域とが、基板上の同一層に形成されていることも好ましい形態である。   It is also a preferred embodiment that the P-type region and the N-type region are formed in the same layer on the substrate.

また、P型領域及びN型領域を非晶質酸化物を異なる材料で構成することも好ましい形態である。   It is also a preferred embodiment that the P-type region and the N-type region are made of different materials of amorphous oxide.

更にまた、本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたSIT素子に関する。   Furthermore, the present invention relates to an SIT element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor.

例として図7を用いて説明する。   An example will be described with reference to FIG.

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、上記透明酸化物半導体とオーミックコンタクトを形成できるITOにより電極11−1を形成し、続いて、上記電極上に上記透明酸化物半導体膜13を形成する。さらに、上記酸化物膜中に、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きな仕事関数を持つ材料、例えば、Ptにより電極12を複数形成し、さらに上記酸化物膜を積層する。その後、電極11−2を電極11−1と同じ材料で形成することで、SIT素子を作製することができる。従って、上記透明酸化物半導体膜を用いたTFTよりも、高い電流能力を有する素子を実現する、という効果が得られる。   Specifically, an electrode 11-1 is formed on the insulating substrate 10 made of glass, plastic, or the like with ITO capable of forming an ohmic contact with the transparent oxide semiconductor, and then the transparent oxide semiconductor film is formed on the electrode. 13 is formed. Further, a plurality of electrodes 12 are formed in the oxide film with a material having a work function larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film, for example, Pt, and the oxide film is stacked. Then, the SIT element can be manufactured by forming the electrode 11-2 with the same material as the electrode 11-1. Therefore, an effect of realizing an element having a higher current capability than that of the TFT using the transparent oxide semiconductor film can be obtained.

又、上記電極12のPtを薄くする、あるいは、上記電極12として、フェルミ準位の絶対値が、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きいP型の透明酸化膜半導体を用いる事で、透明なSIT素子を作製できる。   Further, the Pt of the electrode 12 is made thin, or a P-type transparent oxide semiconductor whose absolute value of the Fermi level is larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film is used as the electrode 12. A transparent SIT element can be produced.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたSBT素子に関する。   The present invention relates to an SBT element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor.

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板上に、上記透明酸化物N型半導体膜1を形成する。続いて、上記酸化物膜上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極11−1、11−2を形成する。そして、電極11−1、11−2間に、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きな仕事関数を持つ材料、例えば、Ptによりゲート電極12を形成することで、SBT素子を作製することができる。従って、上記透明酸化物半導体膜を用いたTFTよりも簡単な構成で、ゲート電極に印加する電圧で電極11−1、11−2間の電流を制御できるトランジスタ素子を実現する、という効果が得られる。特に、上記電極11−2の下の上記酸化物膜を薄くすることで、よりゲート電圧により変調できる電流の大きさが大きくなる。   Specifically, the transparent oxide N-type semiconductor film 1 is formed on an insulating substrate such as glass or plastic. Subsequently, electrodes 11-1 and 11-2 are formed on the oxide film by ITO capable of forming an ohmic contact. Then, the SBT element is manufactured by forming the gate electrode 12 with a material having a work function larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film, for example, Pt, between the electrodes 11-1 and 11-2. be able to. Therefore, an effect of realizing a transistor element that can control the current between the electrodes 11-1 and 11-2 with a voltage applied to the gate electrode with a simpler configuration than the TFT using the transparent oxide semiconductor film is obtained. It is done. In particular, by reducing the thickness of the oxide film under the electrode 11-2, the magnitude of the current that can be modulated by the gate voltage is increased.

又、上記電極12のPtを薄くする事で、透明なSBT素子を作製できる。   Further, by making Pt of the electrode 12 thin, a transparent SBT element can be produced.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたPN−T素子に関する。   The present invention relates to a PN-T element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor.

具体的には、図12に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、上記透明酸化物N型半導体膜13を形成する。   Specifically, as shown in FIG. 12, the transparent oxide N-type semiconductor film 13 is formed on an insulating substrate 10 such as glass or plastic.

続いて、上記酸化物膜上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極11−1、11−2を形成する。そして、電極11−1、11−2間に、フェルミ準位の絶対値が、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体材料14を積層する。さらに、上記P型半導体材料上に、上記P型半導体材料とオーミックコンタクトを形成できる材料、例えば、Ptによりゲート電極12を形成することで、PN−T素子を作製することができる。従って、上記透明酸化物半導体膜を用いたTFTよりも簡単な構成で、ゲート電極に印加する電圧で電極11−1、11−2間の電流を制御できるトランジスタ素子を実現する、という効果が得られる。特に、上記電極12の下の上記酸化物膜を薄くすることで、よりゲート電圧により変調できる電流の大きさが大きくなる。   Subsequently, electrodes 11-1 and 11-2 are formed on the oxide film by ITO capable of forming an ohmic contact. Then, a P-type semiconductor material 14 having a Fermi level absolute value larger than the Fermi level absolute value of the semiconductor film is stacked between the electrodes 11-1 and 11-2. Furthermore, a PN-T element can be manufactured by forming the gate electrode 12 with a material capable of forming an ohmic contact with the P-type semiconductor material, for example, Pt, on the P-type semiconductor material. Therefore, an effect of realizing a transistor element that can control the current between the electrodes 11-1 and 11-2 with a voltage applied to the gate electrode with a simpler configuration than the TFT using the transparent oxide semiconductor film is obtained. It is done. In particular, by reducing the thickness of the oxide film under the electrode 12, the current that can be modulated by the gate voltage is increased.

又、上記電極12のPtを薄くし、上記P型半導体に透明酸化物P型半導体を用いれば、透明なPN−T素子を作製できる。   Further, if the Pt of the electrode 12 is made thin and a transparent oxide P-type semiconductor is used for the P-type semiconductor, a transparent PN-T element can be produced.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたBPT素子に関する。   The present invention relates to a BPT element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor.

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板上に、透明酸化物N型半導体膜1、透明酸化物N型半導体でキャリア密度・伝導度が異なる半導体膜1’、フェルミ準位の絶対値が上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体膜を形成する。続いて、上記酸化物膜1、1’上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極1−1、1−2を形成する。さらに、上記P型半導体膜上にオーミックコンタクトを形成できる材料、例えば、Ptにより、ベース電極2を形成することで、BPT素子を作製することができる。   Specifically, on an insulating substrate such as glass or plastic, the transparent oxide N-type semiconductor film 1, the semiconductor film 1 ′ having a different carrier density and conductivity in the transparent oxide N-type semiconductor, and the absolute value of the Fermi level A P-type semiconductor film larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film is formed. Subsequently, electrodes 1-1 and 1-2 are formed on the oxide films 1 and 1 'using ITO capable of forming an ohmic contact. Furthermore, the BPT element can be manufactured by forming the base electrode 2 from a material that can form an ohmic contact on the P-type semiconductor film, for example, Pt.

又、上記電極2のPtを薄くし、上記P型半導体に透明酸化物P型半導体を用いれば、透明なBPT素子を作製できる。   Further, if the Pt of the electrode 2 is made thin and a transparent oxide P-type semiconductor is used for the P-type semiconductor, a transparent BPT element can be produced.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたSBD素子に関する。   The present invention relates to an SBD element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor.

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板上に、上記透明酸化物N型半導体膜1を形成する。続いて、上記酸化物膜上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極1と、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きな仕事関数を持つ材料、例えば、Ptにより電極2を形成することで、SBD素子を作製することができる。   Specifically, the transparent oxide N-type semiconductor film 1 is formed on an insulating substrate such as glass or plastic. Subsequently, an electrode 1 is formed on the oxide film with ITO capable of forming an ohmic contact, and an electrode 2 with a material having a work function larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film, for example, Pt. Thus, an SBD element can be manufactured.

又、上記電極2のPtを薄くする事で、透明なSBD素子を作製できる。   Further, by making Pt of the electrode 2 thin, a transparent SBD element can be produced.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜をN型半導体として用いたPN−D素子に関する(図14)。   The present invention relates to a PN-D element using the transparent oxide semiconductor film as an N-type semiconductor (FIG. 14).

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、上記透明酸化物N型半導体膜13を形成する。続いて、上記酸化物膜上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極11と、フェルミ準位の絶対値が、上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体材料14をそれぞれ積層する。さらに、上記P型半導体とオーミックコンタクトを形成できる材料、例えば、Ptにより電極12を形成することで、PN−D素子を作製することができる。   Specifically, the transparent oxide N-type semiconductor film 13 is formed on an insulating substrate 10 such as glass or plastic. Subsequently, the electrode 11 and the P-type semiconductor material 14 having an absolute value of the Fermi level larger than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film are made of ITO by which an ohmic contact can be formed on the oxide film. Laminate. Furthermore, a PN-D element can be manufactured by forming the electrode 12 from a material capable of forming an ohmic contact with the P-type semiconductor, for example, Pt.

又、上記P型半導体材料として、透明酸化膜P型半導体を用い、上記電極2のPtを薄くする事で、透明なPN−D素子を作製できる。   Moreover, a transparent PN-D element can be produced by using a transparent oxide film P-type semiconductor as the P-type semiconductor material and reducing the Pt of the electrode 2.

本発明は、上記透明酸化物半導体膜を抵抗材料として用いた抵抗素子に関する。   The present invention relates to a resistance element using the transparent oxide semiconductor film as a resistance material.

具体的には、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板上に、上記透明酸化物N型半導体膜1を形成する。続いて、上記酸化物膜上に、オーミックコンタクトを形成できるITOにより、電極11−1と11−2を形成することで、透明な抵抗素子を作製することができる。   Specifically, the transparent oxide N-type semiconductor film 1 is formed on an insulating substrate such as glass or plastic. Then, a transparent resistive element can be produced by forming the electrodes 11-1 and 11-2 with ITO capable of forming an ohmic contact on the oxide film.

上記半導体膜1と上記電極11−1、11−2の間に、上記半導体膜1とキャリア密度と伝導度が異なる上記透明酸化物N型半導体膜を備えても良い。ただし、上記酸化物の層が共に、キャリア濃度が1018/cm未満、かつ、伝導度が10S/cm以下である必要はない。 The transparent oxide N-type semiconductor film having carrier density and conductivity different from those of the semiconductor film 1 may be provided between the semiconductor film 1 and the electrodes 11-1 and 11-2. However, both the oxide layers do not have to have a carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 and a conductivity of 10 S / cm or less.

上記透明酸化物N型半導体とオーミックコンタクトを形成する材料として、例えば、上記ITOやカルシウム(Ca)などの、仕事関数が上記半導体膜のフェルミ準位の絶対値と同程度、又は、やや小さいことを特徴とする金属・合金等が挙げられる。   As a material for forming an ohmic contact with the transparent oxide N-type semiconductor, for example, the work function such as ITO or calcium (Ca) is approximately the same as or slightly smaller than the absolute value of the Fermi level of the semiconductor film. And metals / alloys characterized by the above.

上記SIT、SBTのゲート電極、並びに、上記SDのショットキー障壁を形成する電極として用いる大きな仕事関数を持つ高導電性材料として、例えば、白金(Pt)やNi、金(Au)などの金属がある。   Examples of highly conductive materials having a large work function used as the SIT and SBT gate electrodes and the SD Schottky barrier electrodes include metals such as platinum (Pt), Ni, and gold (Au). is there.

さらに、上記金属を非常に薄く形成することで、透明又は半透明な金属膜が形成でき、上記酸化物と組み合わせることで、透明なSIT、SBT、並びにSDを作製することが可能である。   Furthermore, a transparent or translucent metal film can be formed by forming the metal very thin, and transparent SIT, SBT, and SD can be manufactured by combining with the oxide.

上記SIT、PN−Tのゲート電極用のP型半導体、並びに、上記PN−DのP型半導体として、例えば、アクセプターをドープしたSi等の無機半導体、ペンタセン等の低分子有機半導体、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の高分子有機半導体、CuO等の酸化物半導体を用いる事ができる。ただし、PN接合障壁を形成する為には、上記P型半導体のフェルミ準位の絶対値は、上記酸化物N型半導体のフェルミ準位の絶対値よりも、大きい値を持つものとする。 Examples of the P-type semiconductor for the gate electrode of SIT and PN-T, and the P-type semiconductor of the PN-D include inorganic semiconductors such as Si doped with acceptor, low molecular organic semiconductors such as pentacene, polythiophene, and polyphenylene. A high molecular organic semiconductor such as vinylene or an oxide semiconductor such as Cu 2 O can be used. However, in order to form a PN junction barrier, the absolute value of the Fermi level of the P-type semiconductor is larger than the absolute value of the Fermi level of the oxide N-type semiconductor.

さらに、上記酸化物P型半導体と、ITO等の透明な電極を用いる事で、透明なSIT、PN−T、並びにPN−Dを作製することが可能である。   Furthermore, by using the oxide P-type semiconductor and a transparent electrode such as ITO, transparent SIT, PN-T, and PN-D can be manufactured.

また、上述したSiなどの半導体材料の多くは、電子キャリア濃度が1018/cm未満である非晶質透明酸化物や、電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加する傾向を示す非晶質透明酸化物とバンドギャップが異なる。よって、この非晶質透明酸化物半導体からなる領域とヘテロ接合を形成する。こうして、ヘテロ接合を有する半導体デバイスが構成される。
(第2の実施形態:集積回路)
また、本発明は、上記透明膜を半導体膜とするTFTを、N−TFTとして用いた論理回路に関する。
In addition, many of the semiconductor materials such as Si described above show an amorphous transparent oxide having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 , and tend to increase electron mobility as the electron carrier concentration increases. The band gap is different from that of amorphous transparent oxide. Therefore, a heterojunction is formed with the region made of this amorphous transparent oxide semiconductor. Thus, a semiconductor device having a heterojunction is configured.
(Second Embodiment: Integrated Circuit)
The present invention also relates to a logic circuit using a TFT having the transparent film as a semiconductor film as an N-TFT.

具体的には、上記透明膜を電子伝導体とした抵抗と、上記透明膜を用いたN−TFTを電源−接地電位(GND)間に直列に接続し、上記N−TFTのゲートを信号入力とし、上記TFTのソースを出力とする。   Specifically, a resistor using the transparent film as an electron conductor and an N-TFT using the transparent film are connected in series between a power source and a ground potential (GND), and the gate of the N-TFT is input as a signal. And the source of the TFT is the output.

これにより、半導体層として上記透明膜のみを用いたインバータ回路を構成できる。   Thereby, an inverter circuit using only the transparent film as a semiconductor layer can be configured.

さらに、上記抵抗に代わり、P型半導体を活性層として用いたP型TFT(以下、P−TFT)を用い、P−TFTのゲートをN−TFTのゲートと共通の入力とすることで、相補型TFT回路を構成することができる。   Further, in place of the resistor, a P-type TFT (hereinafter referred to as P-TFT) using a P-type semiconductor as an active layer is used, and the gate of the P-TFT is used as a common input with the gate of the N-TFT. A type TFT circuit can be constructed.

これにより、インバータの動作時における貫通電流を抑制し、低消費電力である回路を構成できる、という効果が得られる。   Thereby, the effect that the through current during the operation of the inverter is suppressed and a circuit with low power consumption can be configured is obtained.

上記P型半導体の材料として、例えば、ドープしたSi等の無機半導体、ペンタセン等の低分子有機半導体、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の高分子有機半導体、CuO等の酸化物半導体を用いる事が好ましい。特に、上記酸化物半導体をP型半導体として用いる場合には、半導体層が透明な回路を構成できる。 As the P-type semiconductor material, for example, an inorganic semiconductor such as doped Si, a low molecular organic semiconductor such as pentacene, a high molecular organic semiconductor such as polythiophene or polyphenylene vinylene, or an oxide semiconductor such as Cu 2 O is preferably used. . In particular, when the oxide semiconductor is used as a P-type semiconductor, a circuit in which the semiconductor layer is transparent can be configured.

上記インバータ回路と同様に、クロックドインバータ回路、NAND回路、NOR回路、フリップフロップ、シフトレジスタ等の論理回路を構成することができる。   Similarly to the inverter circuit, logic circuits such as a clocked inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit, a flip-flop, and a shift register can be formed.

また、本発明は、上記透明膜を半導体膜とするTFTを、N−TFTとして用いたSRAM回路に関する。   The present invention also relates to an SRAM circuit using a TFT having the transparent film as a semiconductor film as an N-TFT.

具体的には、2つの上記透明膜を用いたN−TFTを備えたインバータ回路について、入力と出力を接続し、上記インバータの各入力と2本のビット線(BL、BLバー)の間にN−TFTを各々備える。そして、上記N−TFTのゲートは共にワード線(WL)に接続されている。これにより、N型半導体層として上記透明膜を用いた1ビットSRAMセル回路を構成できる。   Specifically, for an inverter circuit including two N-TFTs using the transparent film, an input and an output are connected, and between each input of the inverter and two bit lines (BL, BL bar). Each includes an N-TFT. The gates of the N-TFT are both connected to the word line (WL). Thereby, a 1-bit SRAM cell circuit using the transparent film as the N-type semiconductor layer can be configured.

さらに、上記N−TFTと上記透明膜を抵抗で構成されるインバータを用いる場合には、少なくともTFTと抵抗が透明であるSRAMを作製することができる。   Furthermore, in the case of using an inverter in which the N-TFT and the transparent film are composed of a resistor, an SRAM having at least a TFT and a transparent resistor can be manufactured.

また、本発明は、上記透明膜を半導体膜とするTFTを、N−TFTとして用いたROM回路に関する。   The present invention also relates to a ROM circuit using a TFT having the transparent film as a semiconductor film as an N-TFT.

具体的には、複数のワード線(WL1〜WLn)と、複数のビット線(BL1〜BLn)を備える。そして、上記ビット線の各々には、ワード線がゲートに接続され、ソースがGNDに接続された、ドレインが並列に接続された上記透明膜を半導体膜とするN−TFTを複数備える。ただし、1本のビット線に対し、全ての上記ワード線に相当するN−TFTを備えておらず、いくつかのワード線に相当するN−TFTを省かれている。これにより、N型半導体層として上記透明膜を用いたNOR型ROM回路を構成できる。   Specifically, a plurality of word lines (WL1 to WLn) and a plurality of bit lines (BL1 to BLn) are provided. Each of the bit lines includes a plurality of N-TFTs that use the transparent film having a word line connected to the gate, a source connected to GND, and a drain connected in parallel to each other as a semiconductor film. However, N-TFTs corresponding to all the word lines are not provided for one bit line, and N-TFTs corresponding to several word lines are omitted. As a result, a NOR-type ROM circuit using the transparent film as the N-type semiconductor layer can be configured.

さらに、上記透明膜を用いることで、上記ROM回路のTFT部を透明にできる。   Furthermore, the TFT part of the ROM circuit can be made transparent by using the transparent film.

また、本発明は、上記透明膜を半導体膜とするTFTを、N−TFTとして用いた差動増幅回路に関する。   The present invention also relates to a differential amplifier circuit using a TFT having the transparent film as a semiconductor film as an N-TFT.

具体的には、ソースがGNDに接地され、ゲートにバイアス電圧として一定電圧が印加されるN−TFTと、ゲートを入力とし、ソースが上記N−TFTのドレインと接続されている2つのN−TFTとを備える。そして、2つの上記N−TFTの各々のドレインと電源間に抵抗を備え、上記N−TFTのドレインと抵抗間を出力とすることで差動増幅回路を構成できる。   Specifically, an N-TFT in which a source is grounded to GND and a constant voltage is applied to a gate as a bias voltage, and two N-TFTs having a gate as an input and a source connected to the drain of the N-TFT. TFT. A differential amplifier circuit can be configured by providing a resistor between each of the drains of the two N-TFTs and the power supply, and using an output between the drain and the resistor of the N-TFT.

さらに、上記抵抗に上記透明膜を用いることで、少なくとも上記N−TFTと抵抗部分を透明にできる。   Furthermore, at least the N-TFT and the resistance portion can be made transparent by using the transparent film for the resistance.

また、本発明は、上記透明膜を半導体とするTFTを、N−TFTとして用いた回路によって構成されるICタグ又はIDタグに関する。   The present invention also relates to an IC tag or an ID tag constituted by a circuit using a TFT using the transparent film as a semiconductor as an N-TFT.

具体的には、上記ICタグ又はIDタグは、上記論理回路、上記メモリ回路、上記差動増幅回路を用いたアナログ回路、上記N−TFTのゲート−ドレイン間をショートすることでダイオードの特性を実現する素子を用いた整流回路をすべて、あるいは、少なくともいずれかを含んで構成されている。   Specifically, the IC tag or ID tag has a diode characteristic by short-circuiting the gate and drain of the N-TFT, the logic circuit, the memory circuit, the analog circuit using the differential amplifier circuit, and the N-TFT. The rectifier circuit using the element to be realized is configured to include all or at least one of the rectifier circuits.

上記IDタグは、上記透明膜を用いることで、少なくとも上記N−TFTと抵抗部分を透明にできる。   The ID tag can make at least the N-TFT and the resistance portion transparent by using the transparent film.

また、本発明は、上記透明膜を半導体とするTFTを、N−TFTとして用いたアクティブマトリックス基板に関する。   The present invention also relates to an active matrix substrate in which a TFT using the transparent film as a semiconductor is used as an N-TFT.

具体的には、上記N−TFTを、各セル回路のスイッチング素子として用いた、LCD(Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ)、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ、光センサ等のアクティブマトリックス基板を作製できる。   Specifically, an active matrix substrate such as an LCD (Liquid Crystal Display), an organic EL (Electro-Luminescence) display, or an optical sensor can be manufactured using the N-TFT as a switching element of each cell circuit. .

上記アクティブマトリックス基板は、上記透明膜を半導体とするN−TFTを用いることで、開口率を増やすことができる、という効果が得られる。   The active matrix substrate can increase the aperture ratio by using an N-TFT having the transparent film as a semiconductor.

なお、上述の回路は、必ずしも、全ての要素をTFTで構成する必要はない。適宜PNトランジスタやSIT,SB−T,BP−Tを用いて回路を構成することもできる。
(非晶質酸化物について)
本発明に係る非晶質酸化物の電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば25℃であり、具体的には0℃から40℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係るアモルファス酸化物の電子キャリア濃度は、0℃から40℃の範囲全てにおいて、1018/cm未満を充足する必要はない。例えば、25℃において、キャリア電子密度1018/cm未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、1017/cm以下、より好ましくは1016/cm以下にするとノーマリーオフのTFTが歩留まり良く得られる。
Note that the above-described circuit does not necessarily require that all elements be composed of TFTs. A circuit can also be configured using PN transistors, SIT, SB-T, and BP-T as appropriate.
(About amorphous oxide)
The electron carrier concentration of the amorphous oxide according to the present invention is a value when measured at room temperature. The room temperature is, for example, 25 ° C., specifically, a certain temperature appropriately selected from the range of about 0 ° C. to 40 ° C. Note that the electron carrier concentration of the amorphous oxide according to the present invention does not need to satisfy less than 10 18 / cm 3 in the entire range of 0 ° C. to 40 ° C. For example, a carrier electron density of less than 10 18 / cm 3 may be realized at 25 ° C. Further, when the electron carrier concentration is further reduced to 10 17 / cm 3 or less, more preferably 10 16 / cm 3 or less, a normally-off TFT can be obtained with a high yield.

なお、1018/cm未満とは、好ましくは1×1018/cm未満であり、より好適には、1.0×1018/cm未満である。 The term “less than 10 18 / cm 3” is preferably less than 1 × 10 18 / cm 3 , and more preferably less than 1.0 × 10 18 / cm 3 .

電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることが出来る。   The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.

なお、本発明において、アモルファス酸化物とは、X線回折スペクトルにおいて、ハローパターンが観測され、特定の回折線を示さない酸化物をいう。   In the present invention, an amorphous oxide refers to an oxide that exhibits a halo pattern in an X-ray diffraction spectrum and does not exhibit a specific diffraction line.

本発明のアモルファス酸化物における、電子キャリア濃度の下限値は、TFTのチャネル層として適用できれば特に限定されるものではない。下限値は、例えば、1012/cmである。 The lower limit of the electron carrier concentration in the amorphous oxide of the present invention is not particularly limited as long as it can be applied as a TFT channel layer. The lower limit is, for example, 10 12 / cm 3 .

従って、本発明においては、後述する各実施例のようにアモルファス酸化物の材料、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm以上1018/cm未満とする。より好ましくは1013/cm以上1017/cm以下、更には1015/cm以上1016/cm以下の範囲にすることが好ましいものである。
前記非晶質酸化物としては、InZnGa酸化物のほかにも、In酸化物、InZn1−x酸化物(0.2≦x≦1)、InSn1−x酸化物(0.8≦x≦1)、あるいはIn(Zn、Sn)1−x酸化物(0.15≦x≦1)から適宜選択できる。
Therefore, in the present invention, the material, composition ratio, production conditions, etc. of the amorphous oxide are controlled as in the examples described later, for example, the electron carrier concentration is 10 12 / cm 3 or more and 10 18 / cm 3. Less than. More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.
As the amorphous oxide, in addition to InZnGa oxide, In oxide, In x Zn 1-x oxide (0.2 ≦ x ≦ 1), In x Sn 1-x oxide (0.8 ≦ x ≦ 1) or In x (Zn, Sn) 1-x oxide (0.15 ≦ x ≦ 1).

なお、In(Zn、Sn)1−x酸化物は、In(ZnSn1−y1−x酸化物と記載することができ、yの範囲は1から0である。 Note that an In x (Zn, Sn) 1-x oxide can be described as an In x (Zn y Sn 1-y ) 1-x oxide, and the range of y is 1 to 0.

なお、ZnとSnを含まないIn酸化物の場合は、Inの一部をGaに置換することもできる。即ち、InGa1−x酸化物(0≦x≦1)の場合である。 Note that in the case of an In oxide containing no Zn and Sn, part of In can be substituted with Ga. That is, it is the case of In x Ga 1-x oxide (0 ≦ x ≦ 1).

以下に、本発明者らが作製することに成功した電子キャリア濃度が1018/cm未満の非晶質酸化物について詳述する。 Hereinafter, an amorphous oxide having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 successfully produced by the present inventors will be described in detail.

上記酸化物とは、In-Ga-Zn-Oを含み構成され、結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表され、電子キャリア濃度が1018/cm未満であることを特徴とする。 The oxide includes In—Ga—Zn—O, the composition in the crystalline state is represented by InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number less than 6), and the electron carrier concentration is 10 18 / cm 3. It is characterized by being less than.

また上記酸化物は、In-Ga-Zn-Mg-Oを含み構成され、結晶状態の組成がInGaO3(Zn1-xMgxO)m (mは6未満の自然数、0<x≦1)で表され、電子キャリア濃度が1018/cm未満であることを特徴とする。 The oxide includes In—Ga—Zn—Mg—O, and the composition of the crystalline state is InGaO 3 (Zn 1−x Mg × O) m (m is a natural number less than 6, 0 <x ≦ 1 The electron carrier concentration is less than 10 18 / cm 3 .

なお、これらの酸化物で構成される膜において、電子移動度が1cm/(V・秒)超になるように設計することも好ましい。 Note that it is also preferable to design a film formed using these oxides so that the electron mobility exceeds 1 cm 2 / (V · sec).

上記膜をチャネル層に用いれば、トランジスターオフ時のゲート電流が0.1マイクロアンペヤ未満のノーマリーオフで、オン・オフ比が10超のトランジスタ特性を実現できる。そして、可視光に対して、透明あるいは透光性を有し、フレキシブルなTFTが実現される。 When the above film is used for a channel layer, transistor characteristics with a normally-off gate current of less than 0.1 microampere and an on / off ratio of more than 10 3 can be realized. In addition, a flexible TFT having transparency or translucency with respect to visible light is realized.

なお、上記膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなることを特徴とする。透明膜を形成する基板としては、ガラス基板、樹脂製プラスチック基板又はプラスチックフィルムなどを用いることができる。   The film is characterized in that the electron mobility increases as the number of conduction electrons increases. As the substrate on which the transparent film is formed, a glass substrate, a resin plastic substrate, a plastic film, or the like can be used.

上記非晶質酸化物膜をチャネル層に利用する際には、Al,Y、又はHfOの1種、又はそれらの化合物を少なくとも二種以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜に利用できる。 When the amorphous oxide film is used as a channel layer, a gate insulating layer is formed of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , or a mixed crystal compound containing at least two of these compounds. Available for membranes.

また、非晶質酸化物中に、電気抵抗を高めるための不純物イオンを意図的に添加せず、酸素ガスを含む雰囲気中で、成膜することも好ましい形態である。   In addition, it is also preferable to form a film in an atmosphere containing oxygen gas without intentionally adding impurity ions for increasing electric resistance to the amorphous oxide.

本発明者らは、この半絶縁性酸化物アモルファス薄膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなるという特異な特性を見出した。そして、その膜を用いてTFTを作成し、オン・オフ比、ピンチオフ状態での飽和電流、スイッチ速度などのトランジスタ特性が更に向上することを見出した。即ち、非晶質酸化物を利用して、ノーマリーオフ型のTFTを実現できることを見出した。   The present inventors have found that the semi-insulating oxide amorphous thin film has a unique characteristic that the electron mobility increases as the number of conduction electrons increases. Then, a TFT was formed using the film, and it was found that transistor characteristics such as an on / off ratio, a saturation current in a pinch-off state, and a switch speed were further improved. That is, it has been found that a normally-off type TFT can be realized by using an amorphous oxide.

非晶質酸化物薄膜を膜トランジスタのチャネル層として用いると、電子移動度が1cm/(V・秒)超、好ましくは5cm/(V・秒)超にすることができる。 When an amorphous oxide thin film is used as the channel layer of the film transistor, the electron mobility can exceed 1 cm 2 / (V · sec), preferably 5 cm 2 / (V · sec).

電子キャリア濃度が、1018/cm未満、好ましくは、1016/cm未満のときは、オフ時(ゲート電圧無印加時)のドレイン・ソース端子間の電流を、10マイクロアンペヤ未満、好ましくは0.1マイクロアンペア未満にすることができる。 When the electron carrier concentration is less than 10 18 / cm 3 , preferably less than 10 16 / cm 3 , the current between the drain and source terminals when off (when no gate voltage is applied) is less than 10 microamperes, Preferably it can be less than 0.1 microamperes.

また、該膜を用いれば、電子移動度が1cm/(V・秒)超、好ましくは5cm/(V・秒)超の時は、ピンチオフ後の飽和電流を10マイクロアンペア超にでき、オン・オフ比を10超とすることができる。 When the film is used, when the electron mobility is more than 1 cm 2 / (V · sec), preferably more than 5 cm 2 / (V · sec), the saturation current after pinch-off can be more than 10 microamperes, The on / off ratio can be greater than 10 3 .

TFTでは、ピンチオフ状態では、ゲート端子に高電圧が印加され、チャネル中には高密度の電子が存在している。   In the TFT, in a pinch-off state, a high voltage is applied to the gate terminal, and high-density electrons exist in the channel.

したがって、本発明によれば、電子移動度が増加した分だけ、より飽和電流値を大きくすることができる。この結果、オン・オフ比の増大、飽和電流の増大、スイッチング速度の増大など、トランジスタ特性の向上が期待できる。   Therefore, according to the present invention, the saturation current value can be further increased by the amount of increase in electron mobility. As a result, improvements in transistor characteristics such as an increase in on / off ratio, an increase in saturation current, and an increase in switching speed can be expected.

なお、通常の化合物中では、電子数が増大すると、電子間の衝突により、電子移動度は減少する。   In a normal compound, when the number of electrons increases, electron mobility decreases due to collisions between electrons.

なお、上記TFTの構造としては、半導体チャネル層の上にゲート絶縁膜とゲート端子を順に形成するスタガ(トップゲート)構造や、ゲート端子の上にゲート絶縁膜と半導体チャネル層を順に形成する逆スタガ(ボトムゲート)構造を用いることができる。
(第1の成膜法:PLD法)
結晶状態における組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される非晶質酸化物薄膜は、mの値が6未満の場合は、800℃以上の高温まで、非晶質状態が安定に保たれるが、mの値が大きくなるにつれ、結晶化しやすくなる。すなわち、InGaO3に対するZnOの比が増大して、ZnO組成に近づくにつれ、結晶化しやすくなる。
The TFT structure includes a stagger (top gate) structure in which a gate insulating film and a gate terminal are sequentially formed on a semiconductor channel layer, or a reverse structure in which a gate insulating film and a semiconductor channel layer are sequentially formed on a gate terminal. A staggered (bottom gate) structure can be used.
(First film formation method: PLD method)
An amorphous oxide thin film whose composition in the crystalline state is represented by InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number less than 6) is amorphous up to a high temperature of 800 ° C. or higher when the value of m is less than 6. Although the quality state is kept stable, it becomes easier to crystallize as the value of m increases. That is, as the ratio of ZnO to InGaO 3 increases and approaches the ZnO composition, it becomes easier to crystallize.

したがって、非晶質TFTのチャネル層としては、mの値が6未満であることが好ましい。   Therefore, the value of m is preferably less than 6 for the channel layer of the amorphous TFT.

成膜方法は、InGaO3(ZnO)m組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スッパタ法、パルスレーザー蒸着法が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタ法が最も適している。 As a film forming method, a vapor phase film forming method is preferably used with a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) m composition as a target. Among the vapor deposition methods, the sputtering method and the pulse laser deposition method are suitable. Furthermore, the sputtering method is most suitable from the viewpoint of mass productivity.

しかしながら、通常の条件で該非晶質膜を作成すると、主として酸素欠損が生じ、これまで、電子キャリア濃度を1018/cm未満、電気伝導度にして、10S/cm以下にすることができなかった。そうした膜を用いた場合、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができない。 However, when the amorphous film is formed under normal conditions, oxygen vacancies mainly occur, and until now, the electron carrier concentration has been less than 10 18 / cm 3 and the electric conductivity has not been reduced to 10 S / cm or less. It was. When such a film is used, a normally-off transistor cannot be formed.

本発明者らは、図9で示される装置により、パルスレーザー蒸着法で作製したIn-Ga-Zn-Oを作製した。   The present inventors produced In—Ga—Zn—O produced by a pulse laser deposition method using the apparatus shown in FIG.

図48に示すようなPLD成膜装置を用いて、成膜を行った。   Film formation was performed using a PLD film formation apparatus as shown in FIG.

同図において、701はRP(ロータリーポンプ)、702はTMP(ターボ分子ポンプ)、703は準備室、704はRHEED用電子銃、705は基板を回転、上下移動するための基板保持手段、706はレーザー入射窓である。また、707は基板、708はターゲット、709はラジカル源、710はガス導入口、711はターゲットを回転、上下移動するためのターゲット保持手段、712はバイパスライン、713はメインライン、714はTMP(ターボ分子ポンプ)である。また、715はRP(ロータリーポンプ)、716はチタンゲッターポンプ、717はシャッターである。また、図中718はIG(イオン真空計)、719はPG(ピラニ真空計)、720はBG(バラトロン真空計)、721は成長室(チャンバー)である。   In the figure, 701 is RP (rotary pump), 702 is TMP (turbo molecular pump), 703 is a preparation chamber, 704 is an electron gun for RHEED, 705 is a substrate holding means for rotating and moving the substrate up and down, and 706 is This is a laser incident window. 707 is a substrate, 708 is a target, 709 is a radical source, 710 is a gas inlet, 711 is a target holding means for rotating and moving the target up and down, 712 is a bypass line, 713 is a main line, 714 is TMP ( Turbo molecular pump). Reference numeral 715 denotes an RP (rotary pump), 716 denotes a titanium getter pump, and 717 denotes a shutter. In the figure, 718 is an IG (ion vacuum gauge), 719 is a PG (Pirani vacuum gauge), 720 is a BG (Baratron vacuum gauge), and 721 is a growth chamber (chamber).

KrFエキシマレーザーを用いたパルスレーザー蒸着法により、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)上にIn-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物半導体薄膜を堆積させた。堆積前の処理として、基板の超音波による脱脂洗浄を、アセトン, エタノール, 超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で乾燥させた。 An In-Ga-Zn-O amorphous oxide semiconductor thin film was deposited on a SiO 2 glass substrate (Corning 1737) by pulsed laser deposition using a KrF excimer laser. As a pre-deposition treatment, the substrate was degreased and cleaned with ultrasonic waves for 5 minutes each using acetone, ethanol, and ultrapure water, and then dried at 100 ° C. in air.

前記多結晶ターゲットには、InGaO3(ZnO)焼結体ターゲット(サイズ 20mmΦ5mmt)を用いた。これは、出発原料として、In2O3:Ga2O3:ZnO(各4N試薬)を湿式混合した後(溶媒:エタノール)、仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て得られるものである。こうして作製したターゲットの電気伝導度は、90 (S/cm)であった。
成長室の到達真空を2×10-6 (Pa)にして、成長中の酸素分圧を6.5 (Pa)に制御して成膜を行った。
As the polycrystalline target, an InGaO 3 (ZnO) 4 sintered body target (size 20 mmΦ5 mmt) was used. This is because, as a starting material, In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO (each 4N reagent) is wet-mixed (solvent: ethanol), calcined (1000 ° C .: 2 h), dry pulverized, main sintered ( 1550 ° C: 2 hours). The electric conductivity of the target thus prepared was 90 (S / cm).
The film was formed while the ultimate vacuum in the growth chamber was 2 × 10 −6 (Pa) and the oxygen partial pressure during growth was controlled to 6.5 (Pa).

チャンバー721内酸素分圧は6.5Pa、基板温度は25℃である。   The partial pressure of oxygen in the chamber 721 is 6.5 Pa, and the substrate temperature is 25 ° C.

なお、ターゲット708と被成膜基板707間の距離は、30 (mm)であり、入射窓716から入射されるKrFエキシマレーザーのパワーは、1.5-3 (mJ/cm/pulse)の範囲である。また、パルス幅は、20 (nsec)、繰り返し周波数は10 (Hz)、そして照射スポット径は、1 × 1 (mm角)とした。 The distance between the target 708 and the film formation substrate 707 is 30 (mm), and the power of the KrF excimer laser incident from the incident window 716 is 1.5-3 (mJ / cm 2 / pulse). It is a range. The pulse width was 20 (nsec), the repetition frequency was 10 (Hz), and the irradiation spot diameter was 1 × 1 (mm square).

こうして、成膜レート7 (nm/min)で成膜を行った。   Thus, film formation was performed at a film formation rate of 7 (nm / min).

得られた薄膜について、薄膜のすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは認められなかったことから、作製したIn-Ga-Zn-O系薄膜はアモルファスであるといえる。   The thin film obtained was subjected to grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) of the thin film, and no clear diffraction peak was observed. Thus, the produced In-Ga-Zn-O thin film Can be said to be amorphous.

さらに、X線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5 nmであり、膜厚は約120 nmであることが分かった。蛍光X線(XRF)分析の結果、薄膜の金属組成比はIn : Ga : Zn = 0.98 : 1.02 : 4であった。   Furthermore, as a result of measuring the X-ray reflectivity and analyzing the pattern, it was found that the mean square roughness (Rrms) of the thin film was about 0.5 nm and the film thickness was about 120 nm. As a result of X-ray fluorescence (XRF) analysis, the metal composition ratio of the thin film was In: Ga: Zn = 0.98: 1.02: 4.

電気伝導度は、約10-2 S/cm未満であった。電子キャリア濃度は約1016/cm3以下、電子移動度は約5cm2/(V・秒)と推定される。 The electrical conductivity was less than about 10-2 S / cm. The electron carrier concentration is estimated to be about 10 16 / cm 3 or less, and the electron mobility is estimated to be about 5 cm 2 / (V · sec).

光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス薄膜の禁制帯エネルギー幅は、約3 eVと求まった。以上のことから、作製したIn-Ga-Zn-O系薄膜は、結晶のInGaO3(ZnO)の組成に近いアモルファス相を呈しており、酸素欠損が少なく、電気伝導度が小さな透明な平坦薄膜であることが分かった。 From the analysis of the light absorption spectrum, the energy band gap of the fabricated amorphous thin film was found to be about 3 eV. From the above, the fabricated In-Ga-Zn-O-based thin film exhibits an amorphous phase close to the composition of crystalline InGaO 3 (ZnO) 4 , has a small oxygen deficiency, and has a low electrical conductivity and is a transparent flat surface. It turned out to be a thin film.

具体的に図1を用いて説明する。同図は、In-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態を仮定した時の組成がInGaO3(ZnO)m(mは6未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を本実施例と同じ条件下で作成する場合を示した特性図である。この特性図は、酸素分圧を変化させた場合に、成膜された酸化物の電子キャリア濃度の変化を示したものである。 This will be specifically described with reference to FIG. This figure shows a transparent amorphous oxide thin film composed of In-Ga-Zn-O and having a composition expressed by InGaO 3 (ZnO) m (m is a number less than 6) assuming a crystalline state. It is the characteristic view which showed the case where it produces on the same conditions as an example. This characteristic diagram shows the change in the electron carrier concentration of the deposited oxide when the oxygen partial pressure is changed.

本実施例と同じ条件下で酸素分圧を4.5Pa超の高い雰囲気中で、成膜することにより、図1に示すように、電子キャリア濃度を1018/cm未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態で、ほぼ室温に維持されている。フレキシブルなプラスチックフィルムを基板として使用するには、基板温度は100℃未満に保つことが好ましい。 By forming a film in an atmosphere where the oxygen partial pressure is higher than 4.5 Pa under the same conditions as in this example, the electron carrier concentration can be reduced to less than 10 18 / cm 3 as shown in FIG. did it. In this case, the temperature of the substrate is maintained at substantially room temperature without intentionally heating. In order to use a flexible plastic film as a substrate, the substrate temperature is preferably kept below 100 ° C.

酸素分圧をさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができる。例えば、図1に示す様に、基板温度25℃、酸素分圧5Paで成膜したInGaO3(ZnO)薄膜では、さらに、電子キャリア数を1016/cmに低下させることができた。 If the oxygen partial pressure is further increased, the electron carrier concentration can be further reduced. For example, as shown in FIG. 1, in the InGaO 3 (ZnO) 4 thin film formed at a substrate temperature of 25 ° C. and an oxygen partial pressure of 5 Pa, the number of electron carriers could be further reduced to 10 16 / cm 3 .

得られた薄膜は、図2に示す様に、電子移動度が1cm/(V・秒)超であった。しかし、本実施例のパルスレーザー蒸着法では、酸素分圧を6.5Pa以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、TFTのチャネル層として用いることが困難となる。 The obtained thin film had an electron mobility of more than 1 cm 2 / (V · sec) as shown in FIG. However, in the pulse laser vapor deposition method of the present embodiment, when the oxygen partial pressure is set to 6.5 Pa or more, the surface of the deposited film becomes uneven, making it difficult to use it as a TFT channel layer.

従って、酸素分圧4.5Pa超、望ましくは5Pa超、6.5Pa未満の雰囲気で、パルスレーザー蒸着法で、結晶状態における組成InGaO3(ZnO)m(mは6未満の数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を作製する。この透明アモルファス酸化物薄膜を用いれば、ノーマリーオフのトランジスタを構成することができる。 Therefore, it is expressed by the composition InGaO 3 (ZnO) m (m is a number of less than 6) in a crystalline state by pulse laser deposition in an atmosphere having an oxygen partial pressure of more than 4.5 Pa, desirably more than 5 Pa and less than 6.5 Pa. A transparent amorphous oxide thin film is prepared. If this transparent amorphous oxide thin film is used, a normally-off transistor can be formed.

また、該薄膜の電子移動度は、1cm/V・秒超が得られ、オン・オフ比を10超に大きくすることができた。 Further, the electron mobility of the thin film was obtained to exceed 1 cm 2 / V · second, and the on / off ratio could be increased to more than 10 3 .

以上、説明したように、本実施例に示した条件下でPLD法によりInGaZn酸化物の成膜を行う場合は、酸素分圧を4.5Pa以上6.5Pa未満になるように制御することが望ましい。   As described above, when an InGaZn oxide film is formed by the PLD method under the conditions shown in this embodiment, the oxygen partial pressure can be controlled to be 4.5 Pa or more and less than 6.5 Pa. desirable.

なお、電子キャリア濃度を1018/cm未満を実現するためには、酸素分圧の条件、成膜装置の構成や、成膜する材料や組成などに依存する。 Note that, in order to realize the electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 , the electron carrier concentration depends on the oxygen partial pressure conditions, the configuration of the film formation apparatus, the material and composition of the film formation, and the like.

次に、上記装置における酸素分圧6.5Paの条件で、アモルファス酸化物を作製し、図5に示すトップゲート型MISFET素子を作製した。具体的には、まず、ガラス基板(1)上に上記のアモルファスIn-Ga-Zn-O薄膜の作製法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmの半絶縁性アモルファスInGaO3(ZnO)膜を形成した。 Next, an amorphous oxide was produced under the condition of an oxygen partial pressure of 6.5 Pa in the above apparatus, and a top gate type MISFET element shown in FIG. 5 was produced. Specifically, first, a semi-insulating amorphous InGaO 3 (ZnO) having a thickness of 120 nm used as a channel layer (2) is formed on the glass substrate (1) by the above-described method for producing an amorphous In—Ga—Zn—O thin film. Four films were formed.

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、パルスレーザー堆積法により電気伝導度の大きなInGaO3(ZnO)及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し(厚み:90nm、比誘電率:約15、リーク電流密度:0.5 MV/cm印加時に10-3 A/cm2)、その上に金を成膜した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。
MISFET素子の特性評価
図6に、室温下で測定したMISFET素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、アモルファスIn-Ga-Zn-O系半導体がn型であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS = 4 V印加時におけるゲート電圧VGSの閾値は約-0.5 Vであった。また、VG=10 V時には、IDS=1.0 × 10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-Zn-O系アモルファス半導体薄膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。
Further, an InGaO 3 (ZnO) 4 film and a gold film having a large electric conductivity were stacked in a thickness of 30 nm by a pulse laser deposition method with an oxygen partial pressure in the chamber of less than 1 Pa. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method. Finally, a Y 2 O 3 film used as the gate insulating film (3) is formed by electron beam evaporation (thickness: 90 nm, relative dielectric constant: about 15, leakage current density: 10 -3 A when 0.5 MV / cm is applied) / cm 2 ), and a gold film was formed thereon. And the gate terminal (4) was formed by the photolithographic method and the lift-off method.
FIG. 6 shows the current-voltage characteristics of the MISFET element measured at room temperature. As the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel is an n-type semiconductor. This is consistent with the fact that amorphous In-Ga-Zn-O based semiconductors are n-type. IDS showed the behavior of a typical semiconductor transistor that saturates (pinch-off) at about VDS = 6 V. When the gain characteristic was examined, the threshold value of the gate voltage VGS when VDS = 4 V was applied was about −0.5 V. When VG = 10 V, a current of IDS = 1.0 × 10 −5 A flowed. This corresponds to the fact that carriers can be induced in the In-Ga-Zn-O amorphous semiconductor thin film of the insulator by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、10超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。 The on / off ratio of the transistor was more than 10 3 . When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 7 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. A similar measurement was performed by irradiating the fabricated device with visible light, but no change in transistor characteristics was observed.

本実施例によれば、電子キャリア濃度が小さく、したがって、電気抵抗が高く、かつ電子移動度が大きいチャネル層を有する薄膜トランジスタを実現できる。   According to this embodiment, it is possible to realize a thin film transistor having a channel layer having a low electron carrier concentration, a high electrical resistance, and a high electron mobility.

なお、上記したアモルファス酸化物は、電子キャリア濃度の増加と共に、電子移動度が増加し、さらに縮退伝導を示すという優れた特性を備えていた。   The above-described amorphous oxide had excellent characteristics that the electron mobility increased with an increase in the electron carrier concentration and further exhibited degenerate conduction.

本実施例では、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製したが、成膜自体が室温で行えるので、プラスチック板やフィルムなどの基板が使用可能である。   In this embodiment, a thin film transistor is formed on a glass substrate. However, since the film formation itself can be performed at room temperature, a substrate such as a plastic plate or a film can be used.

また、本実施例で得られたアモルファス酸化物は、可視光の光吸収が殆どなく、透明なフレキシブルTFTを実現できる。
(第2の成膜法:スパッタ法(SP法))
雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いた高周波SP法により、成膜する場合について説明する。
Further, the amorphous oxide obtained in this example hardly absorbs visible light and can realize a transparent flexible TFT.
(Second film formation method: sputtering method (SP method))
A case where a film is formed by a high-frequency SP method using argon gas as an atmosphere gas will be described.

SP法は、図49に示す装置を用いて行った。同図において、807は被成膜基板、808はターゲット、805は冷却機構付き基板保持手段、814は、ターボ分子ポンプ、815はロータリーポンプ、817はシャッターである。また、818はイオン真空計、819はピラニ真空計、821は成長室(チャンバー)、830はゲートバルブである。   The SP method was performed using the apparatus shown in FIG. In the figure, reference numeral 807 denotes a film formation substrate, 808 denotes a target, 805 denotes a substrate holding means with a cooling mechanism, 814 denotes a turbo molecular pump, 815 denotes a rotary pump, and 817 denotes a shutter. Reference numeral 818 denotes an ion vacuum gauge, 819 denotes a Pirani vacuum gauge, 821 denotes a growth chamber (chamber), and 830 denotes a gate valve.

被成膜基板807としては、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。成膜前処理として、この基板の超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分ずつ行った後、空気中100℃で乾燥させた。 As the film formation substrate 807, a SiO 2 glass substrate (1737 manufactured by Corning) was prepared. As pre-deposition treatment, the substrate was subjected to ultrasonic degreasing and cleaning with acetone, ethanol, and ultrapure water for 5 minutes each and then dried at 100 ° C. in air.

ターゲット材料としては、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体(サイズ 20mmΦ5mmt)を用いた。 As a target material, a polycrystalline sintered body (size 20 mmΦ5 mmt) having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition was used.

この焼結体は、出発原料として、In2O3:Ga2O3:ZnO(各4N試薬)を湿式混合(溶媒:エタノール)し、仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て作製した。このターゲット808の電気伝導度は90 (S/cm)であり、半絶縁体状態であった。 In this sintered body, as a starting material, In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO (each 4N reagent) is wet-mixed (solvent: ethanol), calcined (1000 ° C: 2h), dry pulverized, main-fired It was produced after crystallization (1550 ° C: 2h). The electric conductivity of the target 808 was 90 (S / cm) and was in a semi-insulating state.

成長室821内の到達真空は、1×10-4 (Pa)であり、成長中の酸素ガスとアルゴンガスの全圧は、4〜0.1×10−1(Pa)の範囲での一定の値とした。そして、アルゴンガスと酸素との分圧比を変えて、酸素分圧を10−3〜2×10−1(Pa)の範囲で変化させた。 The ultimate vacuum in the growth chamber 821 is 1 × 10 −4 (Pa), and the total pressure of oxygen gas and argon gas during growth is constant in the range of 4 to 0.1 × 10 −1 (Pa). The value of And the partial pressure ratio of argon gas and oxygen was changed, and the oxygen partial pressure was changed in the range of 10 < -3 > -2 * 10 <-1> (Pa).

また、基板温度は、室温とし、ターゲット808と被成膜基板807間の距離は、30 (mm)であった。   The substrate temperature was room temperature, and the distance between the target 808 and the deposition target substrate 807 was 30 (mm).

投入電力は、RF180 Wであり、成膜レートは、10 (nm/min)で行った。
得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Zn−Ga−O系膜はアモルファス膜であることが示された。
The input power was RF 180 W, and the film formation rate was 10 (nm / min).
With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Zn—Ga—O-based film was amorphous. It was shown to be a membrane.

さらに、X線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5nmであり、膜厚は約120nmであることが分かった。蛍光X線(XRF)分析の結果、薄膜の金属組成比はIn : Ga : Zn = 0.98 : 1.02 : 4であった。   Furthermore, as a result of measuring the X-ray reflectivity and analyzing the pattern, it was found that the mean square roughness (Rrms) of the thin film was about 0.5 nm and the film thickness was about 120 nm. As a result of X-ray fluorescence (XRF) analysis, the metal composition ratio of the thin film was In: Ga: Zn = 0.98: 1.02: 4.

成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、得られたアモルファス酸化物膜の電気伝導度を測定した。その結果を図3に示す。   The oxygen partial pressure of the atmosphere during film formation was changed, and the electrical conductivity of the obtained amorphous oxide film was measured. The result is shown in FIG.

図3に示すように、酸素分圧を3×10-2Pa超の高い雰囲気中で、成膜することにより、電気伝導度を10S/cm未満に低下させることができた。 As shown in FIG. 3, the electrical conductivity could be reduced to less than 10 S / cm by forming a film in an atmosphere having a high oxygen partial pressure exceeding 3 × 10 −2 Pa.

酸素分圧をさらに大きくすることにより、電子キャリア数を低下させることができた。
例えば、図3に示す様に、基板温度25℃、酸素分圧10-1Paで成膜したInGaO3(ZnO)薄膜では、さらに、電気伝導度を約10-10S/cmに低下させることができた。また、酸素分圧10-1Pa超で成膜したInGaO3(ZnO)薄膜は、電気抵抗が高すぎて電気伝導度は測定できなかった。この場合、電子移動度は測定できなかったが、電子キャリア濃度が大きな膜での値から外挿して、電子移動度は、約1cm/V・秒と推定された。
By further increasing the oxygen partial pressure, the number of electron carriers could be reduced.
For example, as shown in FIG. 3, in an InGaO 3 (ZnO) 4 thin film formed at a substrate temperature of 25 ° C. and an oxygen partial pressure of 10 −1 Pa, the electrical conductivity is further reduced to about 10 −10 S / cm. I was able to. In addition, the InGaO 3 (ZnO) 4 thin film formed at an oxygen partial pressure exceeding 10 −1 Pa had an electrical resistance that was too high to measure the electrical conductivity. In this case, although the electron mobility could not be measured, the electron mobility was estimated to be about 1 cm 2 / V · second by extrapolating from the value in the film having a high electron carrier concentration.

すなわち、酸素分圧3×10-2Pa超、望ましくは5×10-1Pa超のアルゴンガス雰囲気下でスパッタ蒸着法で成膜を行った。この成膜により、In-Ga-Zn-Oから構成され、結晶状態における組成InGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で表される透明アモルファス酸化物薄膜を作製した。この透明アモルファス酸化物薄膜を用い、ノーマリーオフで、かつオン・オフ比を10超のトランジスタを構成することができた。 That is, the film was formed by sputter deposition in an argon gas atmosphere having an oxygen partial pressure of over 3 × 10 −2 Pa, preferably over 5 × 10 −1 Pa. By this film formation, a transparent amorphous oxide thin film composed of In—Ga—Zn—O and represented by a composition InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number of less than 6) in a crystalline state was produced. Using this transparent amorphous oxide thin film, a transistor having a normally-off and an on / off ratio exceeding 10 3 could be constructed.

本実施例で示した装置、材料を用いる場合は、スパッタによる成膜の際の酸素分圧としては、例えば、3×10-2Pa以上、5×10-1Pa以下の範囲である。なお、パルスレーザー蒸着法およびスパッタ法で作成された薄膜では、図2に示す様に、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が増加する。 In the case of using the apparatus and materials shown in this embodiment, the oxygen partial pressure during film formation by sputtering is, for example, in the range of 3 × 10 −2 Pa to 5 × 10 −1 Pa. In the thin film formed by the pulse laser deposition method and the sputtering method, as shown in FIG. 2, the electron mobility increases as the number of conduction electrons increases.

上記のとおり、酸素分圧を制御することにより、酸素欠陥を低減でき、その結果、電子キャリア濃度を減少できる。また、アモルファス状態では、多結晶状態とは異なり、本質的に粒子界面が存在しないために、高電子移動度のアモルファス薄膜を得ることができる。   As described above, by controlling the oxygen partial pressure, oxygen defects can be reduced, and as a result, the electron carrier concentration can be reduced. In the amorphous state, unlike the polycrystalline state, there is essentially no particle interface, so that an amorphous thin film with high electron mobility can be obtained.

なお、ガラス基板の代わりに厚さ200μmのポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルムを用いた場合にも、得られたInGaO(ZnO)アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。 Even when a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 200 μm was used instead of the glass substrate, the obtained InGaO 3 (ZnO) 4 amorphous oxide film showed similar characteristics.

なお、ターゲットとして、多結晶InGaO3(Zn1-xMgO)m(mは6未満の自然数、0<x≦1)を用いれば、1Pa未満の酸素分圧下でも、高抵抗非晶質InGaO3(Zn1-xMgO)m膜を得ることができる。 If polycrystalline InGaO 3 (Zn 1-x Mg x O) m (m is a natural number less than 6 and 0 <x ≦ 1) is used as a target, a high-resistance amorphous material even under an oxygen partial pressure of less than 1 Pa. An InGaO 3 (Zn 1-x Mg x O) m film can be obtained.

例えば、Znを80at%のMgで置換したターゲットを使用した場合、酸素分圧0.8Paの雰囲気で、パルスレーザー堆積法で得られた膜の電子キャリア濃度を1016/cm3未満とすることができる(電気抵抗値は、約10-2S/cmである。)。 For example, when a target in which Zn is replaced with 80 at% Mg is used, the electron carrier concentration of the film obtained by the pulse laser deposition method in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 0.8 Pa may be less than 10 16 / cm 3. (The electric resistance value is about 10 −2 S / cm.)

こうした膜の電子移動度は、Mg無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、室温での電子移動度は約5cm/(V・秒)で、アモルファスシリコンに比べて、1桁程度大きな値を示す。同じ条件で成膜した場合、Mg含有量の増加に対して、電気伝導度と電子移動度は、共に低下するので、Mgの含有量は、好ましくは、20%超、85%未満(xにして、0.2<x<0.85)である。 The electron mobility of such a film is lower than that of the Mg-free film, but the degree is small, and the electron mobility at room temperature is about 5 cm 2 / (V · sec), which is one digit that of amorphous silicon. A large value is shown. When the film is formed under the same conditions, both the electrical conductivity and the electron mobility decrease as the Mg content increases, so the Mg content is preferably more than 20% and less than 85% (x). 0.2 <x <0.85).

上記した非晶質酸化物膜を用いた薄膜トランジスタにおいて、Al,Y、HfO、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。 In the thin film transistor using the above-described amorphous oxide film, a gate insulating film is preferably formed using a mixed crystal compound containing at least two of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , or a compound thereof.

ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。Al膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、Y膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のHfO膜を用いれば、電子移動度を大きくすることができる。また、これらの膜の混晶を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電子移動度の大きなTFTを形成できる。また、ゲート絶縁膜形成プロセス及びチャネル層形成プロセスは、室温で行うことができるので、TFT構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。 If there is a defect at the interface between the gate insulating thin film and the channel layer thin film, the electron mobility is lowered and the transistor characteristics are hysteresis. Further, the leakage current varies greatly depending on the type of the gate insulating film. For this purpose, it is necessary to select a gate insulating film suitable for the channel layer. If an Al 2 O 3 film is used, leakage current can be reduced. Further, the hysteresis can be reduced by using a Y 2 O 3 film. Further, if a high dielectric constant HfO 2 film is used, the electron mobility can be increased. Further, by using mixed crystals of these films, a TFT with small leakage current and hysteresis and high electron mobility can be formed. In addition, since the gate insulating film formation process and the channel layer formation process can be performed at room temperature, both a staggered structure and an inverted staggered structure can be formed as the TFT structure.

このように形成したTFTは、ゲート端子、ソース端子、及び、ドレイン端子を備えた3端子素子である。このTFTは、セラミックス、ガラス、又はプラスチックなどの絶縁基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホールが移動するチャネル層として用いるものである。そして、このTFTはゲート端子に電圧を印加して、チャンネル層に流れる電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。   The TFT thus formed is a three-terminal element having a gate terminal, a source terminal, and a drain terminal. This TFT uses a semiconductor thin film formed on an insulating substrate such as ceramics, glass, or plastic as a channel layer through which electrons or holes move. The TFT is an active element having a function of switching a current between the source terminal and the drain terminal by applying a voltage to the gate terminal to control a current flowing in the channel layer.

なお、酸素欠損量を制御して所望の電子キャリア濃度を達成できていることが本発明においては重要である。   It is important in the present invention that the desired electron carrier concentration can be achieved by controlling the oxygen deficiency.

上記記載においては、非晶質酸化物膜の酸素量(酸素欠損量)の制御を、成膜時に酸素を所定濃度含む雰囲気中で行うことで制御している。しかし、成膜後、当該酸化物膜を酸素を含む雰囲気中で後処理して酸素欠損量を制御(低減あるいは増加)することも好ましいものである。   In the above description, the amount of oxygen (oxygen deficiency) in the amorphous oxide film is controlled by performing it in an atmosphere containing oxygen at a predetermined concentration during film formation. However, it is also preferable to control (reduce or increase) the amount of oxygen vacancies after film formation by post-processing the oxide film in an atmosphere containing oxygen.

効果的に酸素欠損量を制御するには、酸素を含む雰囲気中の温度を0℃以上300℃以下、好ましくは、25℃以上、250℃以下、更に好ましくは100℃以上200℃以下で行うのがよい。   In order to effectively control the oxygen deficiency, the temperature in the atmosphere containing oxygen is 0 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 25 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Is good.

勿論、成膜時にも酸素を含む雰囲気中で行い、且つ成膜後の後処理でも酸素を含む雰囲気中で後処理してもよい。また、所定の電子キャリア濃度(1018/cm未満)を得られるのであれば、成膜時には、酸素分圧制御は行わないで、成膜後の後処理を酸素を含む雰囲気中で行ってもよい。 Needless to say, the film formation may be performed in an atmosphere containing oxygen, and the post-treatment after the film formation may be performed in the atmosphere containing oxygen. If a predetermined electron carrier concentration (less than 10 18 / cm 3 ) can be obtained, oxygen partial pressure control is not performed during film formation, and post-treatment after film formation is performed in an atmosphere containing oxygen. Also good.

なお、本発明における電子キャリア濃度の下限としては、得られる酸化物膜をどのような素子や回路あるいは装置に用いるかにもよるが、例えば1014/cm以上である。
(材料系の拡大)
さらに、組成系を拡大して研究を進めた結果、Zn,In及びSnのうち、少なくとも1種類の元素の酸化物からなるアモルファス酸化物で、電子キャリア濃度が小さく、かつ電子移動度が大きいアモルファス酸化物膜を作製できることを見出した。
Note that the lower limit of the electron carrier concentration in the present invention is, for example, 10 14 / cm 3 or more, although it depends on what kind of element, circuit or device the oxide film obtained is used for.
(Expansion of materials)
Furthermore, as a result of expanding the composition system and researching it, an amorphous oxide composed of an oxide of at least one of Zn, In and Sn, an amorphous material with a low electron carrier concentration and a high electron mobility. It has been found that an oxide film can be produced.

また、このアモルファス酸化物膜は、伝導電子数の増加と共に、電子移動度が大きくなるという特異な特性を有することを見出した。   Further, the present inventors have found that this amorphous oxide film has a unique characteristic that the electron mobility increases as the number of conduction electrons increases.

その膜を用いてTFTを作成し、オン・オフ比、ピンチオフ状態での飽和電流、スイッチ速度などのトランジスタ特性に優れたノーマリーオフ型のTFTを作成できる。   A TFT is formed using the film, and a normally-off type TFT excellent in transistor characteristics such as an on / off ratio, a saturation current in a pinch-off state, and a switch speed can be formed.

本発明には、以下(a)から(h)の特徴を有する酸化物を用いることができる。
(a) 室温での電子キャリア濃度が、1018/cm未満のアモルファス酸化物。
(b) 電子キャリア濃度が増加すると共に、電子移動度が増加することを特徴とするアモルファス酸化物。
In the present invention, an oxide having the following characteristics (a) to (h) can be used.
(A) An amorphous oxide having an electron carrier concentration at room temperature of less than 10 18 / cm 3 .
(B) An amorphous oxide characterized by an increase in electron carrier concentration and an increase in electron mobility.

なおここで、室温とは0℃から40℃程度の温度をいう。アモルファスとは、X線回折スペクトルにおいて、ハローパターンのみが観測され、特定の回折線を示さない化合物をいう。また、ここでの電子移動度は、ホール効果測定で得られる電子移動度をいう。
(c) 室温での電子移動度が、0.1cm/V・秒超であることを特徴とする上記(a)又は(b)に記載されるアモルファス酸化物。
(d) 縮退伝導を示す上記(b)から(c)のいずれかに記載されるアモルファス酸化物である。なお、ここでの縮退伝導とは、電気抵抗の温度依存性における熱活性化エネルギーが、30meV以下の状態をいう。
(e) Zn, In及びSnのうち、少なくとも1種類の元素を構成成分として含む上記(a)から(d)のいずれかに記載されるアモルファス酸化物。
(f) 上記(e)に記載のアモルファス酸化物に、Znより原子番号の小さい2族元素M2(M2は、Mg,Ca)、Inより原子番号の小さい3属元素M3(M3は、B,Al、Ga、Y),Snより小さい原子番号の小さい4属元素M4(M4は、Si,Ge,Zr)、5属元素M5(M5は、V,Nb,Ta)およびLu、Wのうち、少なくとも1種類の元素を含むアモルファス酸化物膜。
(g) 結晶状態における組成がIn1−xM33(Zn1−yM2O)m(0≦x、y≦1、mは0又は6未満の自然数)である化合物単体又はmの異なる化合物の混合体である(a)から(f)のいずれかに記載のアモルファス酸化物膜。M3は例えば、Gaであり、M2は例えば、Mgである。
Here, room temperature refers to a temperature of about 0 ° C. to 40 ° C. Amorphous refers to a compound in which only a halo pattern is observed in an X-ray diffraction spectrum and does not show a specific diffraction line. Moreover, the electron mobility here means the electron mobility obtained by Hall effect measurement.
(C) The amorphous oxide described in the above (a) or (b), wherein the electron mobility at room temperature is more than 0.1 cm 2 / V · sec.
(D) The amorphous oxide described in any one of (b) to (c) above showing degenerate conduction. Here, degenerate conduction refers to a state in which the thermal activation energy in the temperature dependence of electrical resistance is 30 meV or less.
(E) The amorphous oxide described in any one of (a) to (d) above, which contains at least one element of Zn, In, and Sn as a constituent component.
(F) To the amorphous oxide described in (e) above, the Group 2 element M2 having an atomic number smaller than Zn (M2 is Mg, Ca), the Group 3 element M3 having an atomic number smaller than In (M3 is B, Among Al, Ga, Y), Sn group 4 element M4 (M4 is Si, Ge, Zr), group 5 element M5 (M5 is V, Nb, Ta) and Lu, W An amorphous oxide film containing at least one element.
(G) the crystal composition in a state that In 1-x M3 x O 3 (Zn 1-y M2 y O) m (0 ≦ x, y ≦ 1, m is 0 or less than 6 natural number) is a compound alone or m The amorphous oxide film according to any one of (a) to (f), which is a mixture of different compounds. M3 is, for example, Ga, and M2 is, for example, Mg.

(h) ガラス基板、金属基板、プラスチック基板又はプラスチックフィルム上に設けた上記(a)から(g)記載のアモルファス酸化物膜。  (h) The amorphous oxide film according to the above (a) to (g) provided on a glass substrate, metal substrate, plastic substrate or plastic film.

また、本発明は、(10)上記記載のアモルファス酸化物、又はアモルファス酸化物膜をチャネル層に用いた電界効果型トランジスタである。   The present invention is (10) a field effect transistor using the amorphous oxide or the amorphous oxide film described above as a channel layer.

なお、電子キャリア濃度が1018/cm未満、1015/cm超のアモルファス酸化物膜をチャネル層に用い、ソース端子、ドレイン端子及びゲート絶縁膜を介してゲート端子を配した電界効果型トランジスタを構成する。ソース・ドレイン端子間に5V程度の電圧を印加したとき、ゲート電圧を印加しないときのソース・ドレイン端子間の電流を約10−7アンペヤにすることができる。 Note that a field effect type in which an amorphous oxide film having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 and more than 10 15 / cm 3 is used for a channel layer, and a gate terminal is arranged via a source terminal, a drain terminal, and a gate insulating film. A transistor is formed. When a voltage of about 5 V is applied between the source and drain terminals, the current between the source and drain terminals when no gate voltage is applied can be about 10 −7 ampere.

酸化物結晶の電子移動度は、金属イオンのs軌道の重なりが大きくなるほど、大きくなり、原子番号の大きなZn,In,Snの酸化物結晶は、0.1から200cm/(V・秒)の大きな電子移動度を持つ。 The electron mobility of the oxide crystal increases as the s orbital overlap of the metal ions increases, and the oxide crystal of Zn, In, Sn having a large atomic number has a value of 0.1 to 200 cm 2 / (V · sec). It has a large electron mobility.

さらに、酸化物では、酸素と金属イオンとがイオン結合している。   Further, in the oxide, oxygen and metal ions are ionically bonded.

そのため、化学結合の方向性がなく、構造がランダムで、結合の方向が不均一なアモルファス状態でも、電子移動度は、結晶状態の電子移動度に比較して、同程度の大きさを有することが可能となる。   Therefore, even in the amorphous state where there is no chemical bond directionality, the structure is random, and the bond direction is non-uniform, the electron mobility should be comparable to the electron mobility in the crystalline state. Is possible.

一方で、Zn,In,Snを原子番号の小さな元素で置換することにより、電子移動度は小さくなる、こうした結果により、本発明のよるアモルファス酸化物の電子移動度は、約0.01cm/(V・秒)から20cm/(V・秒)である。 On the other hand, by substituting Zn, In, and Sn with an element having a small atomic number, the electron mobility is reduced. As a result, the electron mobility of the amorphous oxide according to the present invention is about 0.01 cm 2 / (V · second) to 20 cm 2 / (V · second).

上記酸化物を用いてトランジスタのチャネル層を作製する場合、トランジスタにおいて、Al,Y、HfO、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物をゲート絶縁膜とすることが好ましい。 In the case where a channel layer of a transistor is formed using the oxide, in the transistor, a mixed crystal compound containing at least two of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , HfO 2 , or a compound thereof is used as a gate insulating film. It is preferable.

ゲート絶縁薄膜とチャネル層薄膜との界面に欠陥が存在すると、電子移動度の低下及びトランジスタ特性にヒステリシスが生じる。また、ゲート絶縁膜の種類により、リーク電流が大きく異なる。このために、チャネル層に適合したゲート絶縁膜を選定する必要がある。Al膜を用いれば、リーク電流を低減できる。また、Y膜を用いればヒステリシスを小さくできる。さらに、高誘電率のHfO膜を用いれば、電界効果移動度を大きくすることができる。また、これらの化合物の混晶からなる膜を用いて、リーク電流、ヒステリシスが小さく、電界効果移動度の大きなTFTを形成できる。また、ゲート絶縁膜形成プロセス及びチャネル層形成プロセスは、室温で行うことができるので、TFT構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。 If there is a defect at the interface between the gate insulating thin film and the channel layer thin film, the electron mobility is lowered and the transistor characteristics are hysteresis. Further, the leakage current varies greatly depending on the type of the gate insulating film. For this purpose, it is necessary to select a gate insulating film suitable for the channel layer. If an Al 2 O 3 film is used, leakage current can be reduced. Further, the hysteresis can be reduced by using a Y 2 O 3 film. Furthermore, if a high dielectric constant HfO 2 film is used, the field effect mobility can be increased. In addition, by using a film made of a mixed crystal of these compounds, a TFT with small leakage current and hysteresis and high field effect mobility can be formed. In addition, since the gate insulating film formation process and the channel layer formation process can be performed at room temperature, both a staggered structure and an inverted staggered structure can be formed as the TFT structure.

In酸化物膜は、気相法により成膜でき、成膜中の雰囲気に水分を、0.1Pa程度添加することにより、アモルファス膜が得られる。 The In 2 O 3 oxide film can be formed by a vapor phase method, and an amorphous film can be obtained by adding about 0.1 Pa of moisture to the atmosphere during film formation.

また、ZnO及びSnOは、アモルファス膜を得ることは難しいが、Inを、ZnOの場合には20原子量%程度、SnOの場合には、90原子量%程度添加することによりアモルファス膜を得ることができる。特に、Sn−In―O系アモルファス膜を得るためには、雰囲気中に窒素ガスを0.1Pa程度導入すればよい。 In addition, although it is difficult to obtain an amorphous film of ZnO and SnO 2 , an amorphous film can be obtained by adding In 2 O 3 to about 20 atomic% in the case of ZnO and about 90 atomic% in the case of SnO 2. Can be obtained. In particular, in order to obtain a Sn—In—O-based amorphous film, nitrogen gas may be introduced into the atmosphere at about 0.1 Pa.

上記のアモルファス膜に、Znより原子番号の小さい2族元素M2(M2は、Mg,Ca)、Inより原子番号の小さい3属元素M3(M3は、B,Al、Ga、Y),Snより小さい原子番号の小さい4属元素M4(M4は、Si,Ge,Zr)、5属元素M5(M5は、V,Nb,Ta)およびLu、Wのうち、少なくとも1種類の複合酸化物を構成する元素を添加できる。   From the group II element M2 (M2 is Mg, Ca) having an atomic number smaller than Zn and the group 3 element M3 (M3 is B, Al, Ga, Y), Sn having an atomic number smaller than In Consists of at least one complex oxide of group 4 element M4 having a small atomic number (M4 is Si, Ge, Zr), group 5 element M5 (M5 is V, Nb, Ta) and Lu, W Can be added.

それにより、室温での、アモルファス膜をより安定化させることができる。また、アモルファス膜が得られる組成範囲を広げることができる。   Thereby, the amorphous film at room temperature can be further stabilized. Moreover, the composition range in which an amorphous film is obtained can be expanded.

特に、共有結合性の強い、B,Si,Geの添加は、アモルファス相安定化に有効であるし、イオン半径の差の大きいイオンから構成される複合酸化物は、アモルファス相が安定化する。   In particular, the addition of B, Si, and Ge, which has strong covalent bonding, is effective for stabilizing the amorphous phase, and the complex phase composed of ions having a large difference in ionic radius stabilizes the amorphous phase.

たとえば、In−Zn−O系では、Inが約20原子%超の組成範囲でないと、室温で安定なアモルファス膜は得難いが、MgをInと当量添加することにより、Inが約15原子量%超の組成範囲で、安定なアモルファス膜を得ることができる。   For example, in the case of the In—Zn—O system, it is difficult to obtain an amorphous film that is stable at room temperature unless In is in a composition range of more than about 20 atomic%. With this composition range, a stable amorphous film can be obtained.

気相法による成膜において、雰囲気を制御することにより、電子キャリア濃度が、1018/cm未満、1015/cm超のアモルファス酸化膜を得ることができる。 In film formation by a vapor phase method, an amorphous oxide film having an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 and more than 10 15 / cm 3 can be obtained by controlling the atmosphere.

アモルファス酸化物の成膜方法としては、パルスレーザー蒸着法(PLD法)、スパッタ法(SP法)及び電子ビーム蒸着法などの気相法を用いるのがよい。気相法の中でも、材料系の組成を制御しやすい点では、PLD法が、量産性の点からは、SP法が適している。しかし、成膜法は、これらの方法に限られるのものではない。
(PLD法によるIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化膜の成膜)
KrFエキシマレーザーを用いたPLD法により、ガラス基板(コーニング社製1737)上にIn−Zn―Ga―O系アモルファス酸化物膜を堆積させた。このとき、InGaO(ZnO)及びInGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をそれぞれターゲットとした。
As a film formation method of the amorphous oxide, it is preferable to use a vapor phase method such as a pulse laser deposition method (PLD method), a sputtering method (SP method), or an electron beam evaporation method. Among the gas phase methods, the PLD method is suitable from the viewpoint of easily controlling the composition of the material system, and the SP method is suitable from the viewpoint of mass productivity. However, the film forming method is not limited to these methods.
(Formation of In-Zn-Ga-O-based amorphous oxide film by PLD method)
An In—Zn—Ga—O amorphous oxide film was deposited on a glass substrate (1737 manufactured by Corning) by a PLD method using a KrF excimer laser. At this time, polycrystalline sintered bodies having InGaO 3 (ZnO) and InGaO 3 (ZnO) 4 compositions were used as targets, respectively.

成膜装置は、既述の図48に記載されている装置を用い、成膜条件は、当該装置を用いた場合と同様とした。   As the film formation apparatus, the apparatus described in FIG. 48 described above was used, and the film formation conditions were the same as in the case of using the apparatus.

基板温度は25℃である。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、2種類のターゲットから作製したIn−Zn−Ga−O系膜は、いずれもアモルファス膜であることが示された。   The substrate temperature is 25 ° C. With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, and no clear diffraction peak was detected. In—Zn—Ga— produced from two types of targets All of the O-based films were shown to be amorphous films.

さらに、ガラス基板上のIn−Zn―Ga―O系アモルファス酸化物膜のX線反射率測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5 nmであり、膜厚は約120 nmであることが分かった。   Furthermore, the X-ray reflectivity measurement of the In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film on the glass substrate was performed and the pattern was analyzed. As a result, the mean square roughness (Rrms) of the thin film was about 0.5 nm. The film thickness was found to be about 120 nm.

蛍光X線(XRF)分析の結果、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属組成比はIn : Ga : Zn = 1.1 : 1.1 : 0.9であった。また、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られた膜の金属組成比は、In : Ga : Zn = 0.98 : 1.02 : 4であった。 As a result of X-ray fluorescence (XRF) analysis, the metal composition ratio of a film obtained using a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) composition as a target was In: Ga: Zn = 1.1: 1.1: 0. .9. The metal composition ratio of the film obtained using the polycrystalline sintered body having the InGaO (ZnO) 4 composition as a target was In: Ga: Zn = 0.98: 1.02: 4.

成膜時の雰囲気の酸素分圧を変化させ、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度を測定した。その結果を図1に示す。酸素分圧が4.2Pa超の雰囲気中で成膜することにより、電子キャリア濃度を1018/cm未満に低下させることができた。この場合、基板の温度は意図的に加温しない状態でほぼ室温に維持されている。また、酸素分圧が6.5Pa未満の時は、得られたアモルファス酸化物膜の表面は平坦であった。 The oxygen partial pressure of the atmosphere during film formation was changed, and the electron carrier concentration of the amorphous oxide film obtained using a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition as a target was measured. The result is shown in FIG. By forming a film in an atmosphere having an oxygen partial pressure of over 4.2 Pa, the electron carrier concentration could be lowered to less than 10 18 / cm 3 . In this case, the temperature of the substrate is maintained at substantially room temperature without intentionally heating. When the oxygen partial pressure was less than 6.5 Pa, the surface of the obtained amorphous oxide film was flat.

酸素分圧が5Paの時、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜の電子キャリア濃度は1016/cm、電気伝導度は、10−2S/cmであった。また、電子移動度は、約5cm/V・秒と推測された。光吸収スペクトルの解析から、作製したアモルファス酸化物膜の禁制帯エネルギー幅は、約3 eVと求まった。 When the oxygen partial pressure is 5 Pa, the electron carrier concentration of an amorphous oxide film obtained using a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition as a target is 10 16 / cm 3 , and the electric conductivity is 10 −2. S / cm. The electron mobility was estimated to be about 5 cm 2 / V · sec. From the analysis of the light absorption spectrum, the band gap energy width of the fabricated amorphous oxide film was found to be about 3 eV.

酸素分圧をさらに大きくすると、電子キャリア濃度をさらに低下させることができた。図1に示す様に、基板温度25℃、酸素分圧6Paで成膜したIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を8×1015/cm(電気伝導:約8×10-3S/cm)に低下させることができた。得られた膜は、電子移動度が1cm/(V・秒)超と推測された。しかし、PLD法では、酸素分圧を6.5Pa以上にすると、堆積した膜の表面が凸凹となり、TFTのチャネル層として用いることが困難となった。 Increasing the oxygen partial pressure further reduced the electron carrier concentration. As shown in FIG. 1, an In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film formed at a substrate temperature of 25 ° C. and an oxygen partial pressure of 6 Pa has an electron carrier concentration of 8 × 10 15 / cm 3 (electric conduction: about 8 × 10 −3 S / cm). The obtained film was estimated to have an electron mobility exceeding 1 cm 2 / (V · sec). However, in the PLD method, when the oxygen partial pressure is set to 6.5 Pa or more, the surface of the deposited film becomes uneven, making it difficult to use as a TFT channel layer.

InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、異なる酸素分圧で成膜したIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜に関して、電子キャリア濃度と電子移動度の関係を調べた。その結果を図2に示す。電子キャリア濃度が、1016/cmから1020/cmに増加すると、電子移動度は、約3cm/(V・秒)から約11cm/(V・秒)に増加することが示された。また、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして得られたアモルファス酸化膜に関しても、同様の傾向が見られた。 Regarding the In—Zn—Ga—O amorphous oxide film formed with different oxygen partial pressures, targeting a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition, the relationship between the electron carrier concentration and the electron mobility is as follows. Examined. The result is shown in FIG. It is shown that as the electron carrier concentration increases from 10 16 / cm 3 to 10 20 / cm 3 , the electron mobility increases from about 3 cm 2 / (V · sec) to about 11 cm 2 / (V · sec). It was done. Further, with regard InGaO 3 (ZnO) amorphous oxide film obtained as a target, a polycrystalline sintered body having a composition similar trend was observed.

ガラス基板の代わりに厚さ200μmのポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルムを用いた場合にも、得られたIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。
(PLD法によるIn−Zn−Ga−Mg−O系アモルファス酸化物膜の成膜)
ターゲットとして多結晶InGaO (Zn1-xMgO)(0<x≦1)を用い、PLD法により、ガラス基板上にInGaO(Zn1-xMgO)(0<x≦1)膜を成膜した。
Even when a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 200 μm was used instead of the glass substrate, the obtained In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film exhibited similar characteristics.
(Formation of In-Zn-Ga-Mg-O-based amorphous oxide film by PLD method)
Polycrystalline InGaO 3 (Zn 1-x Mg x O) 4 (0 <x ≦ 1) was used as a target, and InGaO 3 (Zn 1-x Mg x O) 4 (0 <x ≦ 1) A film was formed.

成膜装置は、図48に記載の装置を用いた。   As the film forming apparatus, the apparatus shown in FIG. 48 was used.

被成膜基板としては、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。その基板に前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水により各5分間ずつ行った後、空気中100℃で.乾燥させた。ターゲットとしては、InGa(Zn1-xMgxO)4(x=1-0)焼結体(サイズ 20mmΦ5mmt)を用いた。 As a film formation substrate, a SiO 2 glass substrate (1737 manufactured by Corning) was prepared. As a pretreatment, the substrate was subjected to ultrasonic degreasing and washing with acetone, ethanol, and ultrapure water for 5 minutes each and then dried at 100 ° C. in air. As a target, an InGa (Zn 1-x Mg x O) 4 (x = 1-0) sintered body (size 20 mmΦ5 mmt) was used.

ターゲットは、出発原料In2O3:Ga2O3:ZnO:MgO(各4N試薬)を、湿式混合(溶媒:エタノール)、仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て作製した。 The target is starting material In 2 O 3 : Ga 2 O 3 : ZnO: MgO (each 4N reagent), wet mixing (solvent: ethanol), calcining (1000 ° C: 2h), dry grinding, main sintering (1550 (C: 2h).

成長室到達真空は、2×10-6 (Pa)であり、成長中の酸素分圧は、0.8 (Pa)とした。基板温度は、室温(25℃)で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、30 (mm)であった。 The growth chamber reaching vacuum was 2 × 10 −6 (Pa), and the oxygen partial pressure during growth was 0.8 (Pa). The substrate temperature was room temperature (25 ° C.), and the distance between the target and the deposition target substrate was 30 (mm).

なお、KrFエキシマレーザーのパワーは、1.5 (mJ/cm/pulse)、パルス幅は、20 (nsec)、繰り返し周波数は、10 (Hz) 、照射スポット径は、1 × 1 (mm角)とした。
成膜レートは、7 (nm/min)であった。
The power of the KrF excimer laser is 1.5 (mJ / cm 2 / pulse), the pulse width is 20 (nsec), the repetition frequency is 10 (Hz), and the irradiation spot diameter is 1 × 1 (mm square) ).
The film formation rate was 7 (nm / min).

雰囲気は酸素分圧0.8Paで、基板温度は25℃である。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Zn−Ga−Mg−O系膜はアモルファス膜であることが示された。得られた膜の表面は平坦であった。   The atmosphere is an oxygen partial pressure of 0.8 Pa, and the substrate temperature is 25 ° C. With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Zn—Ga—Mg—O-based film Was shown to be an amorphous film. The surface of the obtained film was flat.

異なるx値のターゲットを用いて、酸素分圧0.8Paの雰囲気中で成膜したIn−Zn−Ga−Mg−O系アモルファス酸化物膜の電気伝導度、電子キャリア濃度及び電子移動度のx値依存性を調べた。   The electric conductivity, electron carrier concentration, and electron mobility x of an In—Zn—Ga—Mg—O-based amorphous oxide film formed in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.8 Pa using targets with different x values. The value dependency was examined.

その結果を、図4に示す。x値が0.4超のとき、酸素分圧0.8Paの雰囲気中で、PLD法により成膜したアモルファス酸化物膜では、電子キャリア濃度を1018/cm未満にできることが示された。また、x値が0.4超のアモルファス酸化物膜では、電子移動度は、1cm/V・秒超であった。 The result is shown in FIG. It was shown that when the x value exceeds 0.4, the electron carrier concentration can be made less than 10 18 / cm 3 in the amorphous oxide film formed by the PLD method in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.8 Pa. Further, in the amorphous oxide film having an x value exceeding 0.4, the electron mobility was more than 1 cm 2 / V · second.

図4に示すように、Znを80原子%のMgで置換したターゲットを使用した場合、酸素分圧0.8Paの雰囲気で、パルスレーザー堆積法で得られた膜の電子キャリア濃度を1016/cm未満とすることができる(電気抵抗値は、約10-2S/cmである。)。こうした膜の電子移動度は、Mg無添加膜に比べて低下するが、その程度は少なく、室温での電子移動度は約5cm/(V・秒)で、アモルファスシリコンに比べて、1桁程度大きな値を示す。同じ条件で成膜した場合、Mg含有量の増加に対して、電気伝導度と電子移動度は、共に低下するので、Mgの含有量は、好ましくは、20原子%超、85原子%未満(xにして、0.2<x<0.85)、より好適には0.5<x<0.85である。 As shown in FIG. 4, when a target in which Zn is replaced with 80 atomic% Mg is used, the electron carrier concentration of the film obtained by the pulse laser deposition method is 10 16 / in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 0.8 Pa. It can be less than cm 3 (the electrical resistance is about 10 −2 S / cm). The electron mobility of such a film is lower than that of the Mg-free film, but the degree is small, and the electron mobility at room temperature is about 5 cm 2 / (V · sec), which is one digit that of amorphous silicon. A large value is shown. When the film is formed under the same conditions, both the electrical conductivity and the electron mobility decrease with an increase in the Mg content. Therefore, the Mg content is preferably more than 20 atomic% and less than 85 atomic% ( x is 0.2 <x <0.85), and more preferably 0.5 <x <0.85.

ガラス基板の代わりに厚さ200μmのポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルムを用いた場合にも、得られたInGaO(Zn1-xMgO)(0<x≦1)アモルファス酸化物膜は、同様の特性を示した。
(PLD法によるInアモルファス酸化物膜の成膜)
KrFエキシマレーザーを用いたPLD法により、In多結晶焼結体をターゲットとして、厚さ200μmのPETフィルム上にIn膜を成膜した。
Even when a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 200 μm is used instead of the glass substrate, the obtained InGaO 3 (Zn 1-x Mg x O) 4 (0 <x ≦ 1) amorphous oxide film is Showed similar characteristics.
(In 2 O 3 amorphous oxide film deposition by PLD method)
An In 2 O 3 film was formed on a 200 μm thick PET film by using a PLD method using a KrF excimer laser and targeting an In 2 O 3 polycrystalline sintered body.

装置は、図48に示した装置を用いた。被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。 The apparatus shown in FIG. 48 was used. A SiO 2 glass substrate (1737 manufactured by Corning) was prepared as a film formation substrate.

この基板の前処理として、超音波脱脂洗浄を、アセトン、エタノール、超純水で各5分間ずつ行った後、空気中100℃で乾燥させた。   As a pretreatment of this substrate, ultrasonic degreasing was performed for 5 minutes each with acetone, ethanol, and ultrapure water, and then dried at 100 ° C. in air.

ターゲットとしては、In2O3焼結体(サイズ 20mmΦ5mmt)を用いた。これは、出発原料In2O3(4N試薬)を仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て準備した。 As a target, an In 2 O 3 sintered body (size 20 mmΦ5 mmt) was used. This was prepared by calcining the starting material In 2 O 3 (4N reagent) through calcining (1000 ° C .: 2 h), dry grinding, and main sintering (1550 ° C .: 2 h).

成長室到達真空は、2×10-6 (Pa)、成長中の酸素分圧は、5 (Pa)、基板温度は室温とした。 The growth chamber reaching vacuum was 2 × 10 −6 (Pa), the oxygen partial pressure during growth was 5 (Pa), and the substrate temperature was room temperature.

酸素分圧は5Pa、水蒸気分圧は0.1Paとし、さらに、酸素ラジカル発生装置に200Wを印加して、酸素ラジカルを発生させた。   The oxygen partial pressure was 5 Pa, the water vapor partial pressure was 0.1 Pa, and 200 W was applied to the oxygen radical generator to generate oxygen radicals.

ターゲットと被成膜基板間の距離は、40 (mm)、KrFエキシマレーザーのパワーは0.5 (mJ/cm/pulse)、パルス幅は、20 (nsec)、繰り返し周波数は、10 (Hz) 、照射スポット径は1 × 1 (mm角)であった。成膜レートは、3 (nm/min)であった。 The distance between the target and the deposition substrate is 40 (mm), the power of the KrF excimer laser is 0.5 (mJ / cm 2 / pulse), the pulse width is 20 (nsec), the repetition frequency is 10 (Hz), The irradiation spot diameter was 1 × 1 (mm square). The film formation rate was 3 (nm / min).

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−O系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、80nmであった。   Regarding the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, and no clear diffraction peak was detected, and the produced In-O film was an amorphous film. It has been shown. The film thickness was 80 nm.

得られたIn−O系アモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は5×1017/cmで、電子移動度は、約7cm/V・秒であった。
(PLD法によるIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜の成膜)
KrFエキシマレーザーを用いたPLD法により、(In0.9Sn0.1)O3.1多結晶焼結体をターゲットとして、厚さ200μmのPETフィルム上にIn−Sn−O系酸化物膜を成膜した。
The obtained In—O amorphous oxide film had an electron carrier concentration of 5 × 10 17 / cm 3 and an electron mobility of about 7 cm 2 / V · sec.
(Formation of In-Sn-O amorphous oxide film by PLD method)
By using a PLD method using a KrF excimer laser, an (In 0.9 Sn 0.1 ) O 3.1 polycrystalline sintered body is used as a target and an In—Sn—O-based oxide film is formed on a 200 μm-thick PET film. Was deposited.

具体的には、
被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。
In particular,
A SiO 2 glass substrate (1737 manufactured by Corning) was prepared as a film formation substrate.

基板前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて各5分間ずつ行った。その後、空気中100℃で乾燥させた。   As the substrate pretreatment, ultrasonic degreasing was performed for 5 minutes each using acetone, ethanol, and ultrapure water. Then, it was dried in air at 100 ° C.

ターゲットは、In2O3-SnO2焼結体(サイズ 20mmΦ5mmt)を準備した。これは、出発原料として、In2O3-SnO2(4N試薬)を湿式混合(溶媒:エタノール)、仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て得られる。 As a target, an In 2 O 3 —SnO 2 sintered body (size 20 mmΦ5 mmt) was prepared. As a starting material, In 2 O 3 -SnO 2 (4N reagent) is wet mixed (solvent: ethanol), calcined (1000 ° C: 2h), dry pulverized, and finally sintered (1550 ° C: 2h). can get.

基板温度は室温である。酸素分圧は5(Pa)、窒素分圧は、0.1(Pa)とし、さらに、酸素ラジカル発生装置に200Wを印加して、酸素ラジカルを発生させた。   The substrate temperature is room temperature. The oxygen partial pressure was 5 (Pa), the nitrogen partial pressure was 0.1 (Pa), and 200 W was applied to the oxygen radical generator to generate oxygen radicals.

ターゲットと被成膜基板間の距離は、30 (mm)とし、KrFエキシマレーザーのパワーは、1.5 (mJ/cm/pulse)、パルス幅は、20 (nsec)であった、また、繰り返し周波数は、10 (Hz) 、照射スポット径は、1 × 1 (mm角)であった。成膜レートは、6 (nm/min)であった。 The distance between the target and the deposition substrate was 30 (mm), the power of the KrF excimer laser was 1.5 (mJ / cm 2 / pulse), the pulse width was 20 (nsec), and the repetition frequency Was 10 (Hz), and the irradiation spot diameter was 1 × 1 (mm square). The film formation rate was 6 (nm / min).

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Sn−O系膜はアモルファス膜であることが示された。   With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Sn—O film was an amorphous film. It was shown that there is.

得られたIn−Sn−Oアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、8×1017/cmで、電子移動度は、約5cm/V・秒であった。膜厚は、100nmであった。
(PLD法によるIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜の成膜)
被成膜基板として、SiO2ガラス基板(コーニング社製1737)を用意した。
The obtained In—Sn—O amorphous oxide film had an electron carrier concentration of 8 × 10 17 / cm 3 and an electron mobility of about 5 cm 2 / V · sec. The film thickness was 100 nm.
(Formation of In-Ga-O amorphous oxide film by PLD method)
A SiO 2 glass substrate (1737 manufactured by Corning) was prepared as a film formation substrate.

基板の前処理として、超音波脱脂洗浄をアセトン、エタノール、超純水を用いて、各5分間行った後、空気中100℃で.乾燥させた。   As pretreatment of the substrate, ultrasonic degreasing was performed for 5 minutes each using acetone, ethanol, and ultrapure water, and then dried at 100 ° C. in air.

ターゲットとして、(In2O3)1-x-(Ga2O3)x(X = 0-1)焼結体(サイズ 20mmΦ5mmt)を用意した。なお、例えばx=0.1の場合は、ターゲットは、(In0.9Ga0.1多結晶焼結体ということになる。 As a target, an (In 2 O 3 ) 1-x- (Ga 2 O 3 ) x (X = 0-1) sintered body (size 20 mmΦ5 mmt) was prepared. For example, when x = 0.1, the target is an (In 0.9 Ga 0.1 ) 2 O 3 polycrystalline sintered body.

これは、出発原料:In2O3- Ga2O2(4N試薬)を、湿式混合(溶媒:エタノール)、仮焼(1000 ℃: 2h)、乾式粉砕、本焼結(1550 ℃: 2h)を経て得られる。 This consists of starting material: In 2 O 3 -Ga 2 O 2 (4N reagent), wet mixing (solvent: ethanol), calcining (1000 ° C: 2h), dry grinding, main sintering (1550 ° C: 2h) It is obtained through

成長室到達真空は、2×10-6 (Pa)であり、成長中の酸素分圧は、1 (Pa)とした。 The growth chamber reaching vacuum was 2 × 10 −6 (Pa), and the oxygen partial pressure during growth was 1 (Pa).

基板温度は、室温で行い、ターゲットと被成膜基板間の距離は、30 (mm)、KrFエキシマレーザーのパワーは、1.5 (mJ/cm/pulse)であった。また、パルス幅は、20 (nsec)、繰り返し周波数は、10 (Hz)、照射スポット径は、1 × 1 (mm角)であった。成膜レートは、6 (nm/min)であった。 The substrate temperature was room temperature, the distance between the target and the deposition target substrate was 30 (mm), and the power of the KrF excimer laser was 1.5 (mJ / cm 2 / pulse). The pulse width was 20 (nsec), the repetition frequency was 10 (Hz), and the irradiation spot diameter was 1 × 1 (mm square). The film formation rate was 6 (nm / min).

基板温度は25℃である。酸素分圧は1Paであった。得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Ga−O系膜はアモルファス膜であることが示された。膜厚は、120nmであった。   The substrate temperature is 25 ° C. The oxygen partial pressure was 1 Pa. Regarding the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Ga—O film was an amorphous film. It was shown that there is. The film thickness was 120 nm.

得られたIn−Ga−Oアモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度は、8×1016/cmで、電子移動度は、約1cm/V・秒であった。
(In−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT素子の作製(ガラス基板))
TFT素子の作製
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。
The obtained In—Ga—O amorphous oxide film had an electron carrier concentration of 8 × 10 16 / cm 3 and an electron mobility of about 1 cm 2 / V · sec.
(Production of TFT element using In—Zn—Ga—O amorphous oxide film (glass substrate))
Fabrication of TFT Element A top gate TFT element shown in FIG. 5 was fabricated.

まず、ガラス基板(1)上に、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの条件で、前述したPLD装置を用いて、In-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物膜を作製した。チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn-Ga-Zn-O系アモルファス膜を形成した。 First, on a glass substrate (1), a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition is used as a target, and the above-described PLD apparatus is used under the condition of an oxygen partial pressure of 5 Pa. An O-based amorphous oxide film was prepared. An In-Ga-Zn-O-based amorphous film having a thickness of 120 nm used as the channel layer (2) was formed.

さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を1Pa未満にして、PLD法により電気伝導度の大きなIn-Ga-Zn-O系アモルファス膜及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。   Further, an In—Ga—Zn—O-based amorphous film and a gold film having a high electric conductivity were stacked by 30 nm by the PLD method with an oxygen partial pressure in the chamber of less than 1 Pa. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method.

最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜した(厚み:90nm、比誘電率:約15、リーク電流密度:0.5 MV/cm印加時に10-3 A/cm2)。その上に金を成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、200μmであった。 Finally, a Y 2 O 3 film used as the gate insulating film (3) was formed by electron beam evaporation (thickness: 90 nm, relative dielectric constant: about 15, leakage current density: 10 -3 A when 0.5 MV / cm applied) / cm 2 ). A gold film was formed thereon, and a gate terminal (4) was formed by a photolithography method and a lift-off method. The channel length was 50 μm and the channel width was 200 μm.

TFT素子の特性評価
図6に、室温下で測定したTFT素子の電流−電圧特性を示す。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型伝導であることが分かる。
FIG. 6 shows the current-voltage characteristics of the TFT element measured at room temperature. As the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel has n-type conduction.

これは、アモルファスIn-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、VDS = 4 V印加時におけるゲート電圧VGSの閾値は約-0.5 Vであった。   This is consistent with the fact that the amorphous In—Ga—Zn—O amorphous oxide film is an n-type conductor. IDS showed the behavior of a typical semiconductor transistor that saturates (pinch-off) at about VDS = 6 V. When the gain characteristic was examined, the threshold value of the gate voltage VGS when VDS = 4 V was applied was about −0.5 V.

また、VG=10 V時には、IDS=1.0 × 10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物膜内にキャリアを誘起できたことに対応する。 When VG = 10 V, a current of IDS = 1.0 × 10 −5 A flowed. This corresponds to the fact that carriers can be induced in the insulator In-Ga-Zn-O amorphous oxide film by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、10超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。作製した素子に可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。 The on / off ratio of the transistor was more than 10 3 . When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 7 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. A similar measurement was performed by irradiating the fabricated device with visible light, but no change in transistor characteristics was observed.

なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を1018/cm未満にすることでTFTのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、1017/cm以下がより好ましく、1016/cm以下にすると更に好ましかった。
(In−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT素子の作製(アモルファス基板))
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、PLD法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。このとき、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとし、酸素分圧5Paの雰囲気で成膜を行った。
In addition, it can apply as a channel layer of TFT by making the electron carrier density | concentration of an amorphous oxide less than 10 < 18 > / cm < 3 >. The electron carrier concentration is more preferably 10 17 / cm 3 or less, and even more preferably 10 16 / cm 3 or less.
(Production of TFT element using In-Zn-Ga-O-based amorphous oxide film (amorphous substrate))
The top gate type TFT element shown in FIG. 5 was produced. First, an In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film having a thickness of 120 nm used as a channel layer (2) was formed on a polyethylene terephthalate (PET) film (1) by a PLD method. At this time, a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) composition was used as a target, and film formation was performed in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 5 Pa.

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、PLD法により電気伝導度の大きなIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。最後にゲート絶縁膜(3)を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、200μmであった。ゲート絶縁膜として、Y(厚さ:140nm),Al(厚さ:130μm)及びHfO(厚さ:140μm)を用いた3種類の上記の構造を有するTFTを作成した。 Further, an In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film and a gold film having a high electric conductivity were stacked by 30 nm by a PLD method with an oxygen partial pressure in the chamber of less than 1 Pa. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method. Finally, a gate insulating film (3) was formed by electron beam evaporation, and gold was formed thereon. And the gate terminal (4) was formed by the photolithographic method and the lift-off method. The channel length was 50 μm and the channel width was 200 μm. Three types of TFTs having the above-described structures using Y 2 O 3 (thickness: 140 nm), Al 2 O 3 (thickness: 130 μm) and HfO 2 (thickness: 140 μm) as gate insulating films were prepared. .

TFT素子の特性評価
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性は、図6と同様であった。すなわち、ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことから、チャネルがn型伝導であることが分かる。これは、アモルファスIn−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0のときには、Ids=10−8A,Vg=10 V時には、IDS=2.0 × 10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-Zn-O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。
Characteristic Evaluation of TFT Element The current-voltage characteristic measured at room temperature of the TFT formed on the PET film was the same as that shown in FIG. That is, as the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel has n-type conduction. This is consistent with the fact that the amorphous In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide film is an n-type conductor. IDS showed typical transistor behavior that saturates (pinch-off) at around VDS = 6V. When Vg = 0, a current of IDS = 2.0 × 10 −5 A flows when Ids = 10 −8 A and Vg = 10 V. This corresponds to the fact that electron carriers can be induced in the In-Ga-Zn-O amorphous oxide film of the insulator by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、10超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約7cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。 The on / off ratio of the transistor was more than 10 3 . When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 7 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region.

PETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで屈曲させ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。また、可視光を照射して同様の測定を行なったが、トランジスタ特性の変化は認められなかった。   The device prepared on the PET film was bent with a curvature radius of 30 mm, and the same transistor characteristics were measured, but no change was observed in the transistor characteristics. Further, the same measurement was performed by irradiating visible light, but no change in transistor characteristics was observed.

ゲート絶縁膜としてAl膜を用いたTFTでも、図6に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Vg=0のときには、Ids=10−8A,Vg=10 V時には、IDS=5.0 × 10-6Aの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、10超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約2cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。 The TFT using the Al 2 O 3 film as the gate insulating film also showed similar transistor characteristics to those shown in FIG. 6, but when Vg = 0, Ids = 10 −8 A, and Vg = 10 V, A current of IDS = 5.0 × 10 −6 A flowed. On-off ratio of the transistor was 10 greater than 2. When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 2 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region.

ゲート絶縁膜としてHfO膜を用いたTFTでも、図6に示したものと類似のトランジスタ特性を示したが、Vg=0のときには、Ids=10−8A,Vg=10 V時には、IDS=1.0 × 10-6Aの電流が流れた。トランジスタのオン・オフ比は、10超であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約10cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。
(PLD法によるInアモルファス酸化物膜を用いたTFT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、PLD法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ80nmのInアモルファス酸化物膜を形成した。
The TFT using the HfO 2 film as the gate insulating film also showed a transistor characteristic similar to that shown in FIG. 6. However, when Vg = 0, Ids = 10 −8 A, and when Vg = 10 V, IDS = A current of 1.0 × 10 −6 A flowed. On-off ratio of the transistor was 10 greater than 2. Further, when the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 10 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region.
(Creation of TFT element using In 2 O 3 amorphous oxide film by PLD method)
The top gate type TFT element shown in FIG. 5 was produced. First, an 80 nm thick In 2 O 3 amorphous oxide film used as a channel layer (2) was formed on a polyethylene terephthalate (PET) film (1) by a PLD method.

さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなInアモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜して、その上に金を成膜した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。 Further, an In 2 O 3 amorphous oxide film and a gold film having a high electric conductivity are formed by PLD method by setting the oxygen partial pressure in the chamber to less than 1 Pa and further applying zero voltage to the oxygen radical generator. Each was laminated with 30 nm. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method. Finally, a Y 2 O 3 film used as the gate insulating film (3) was formed by electron beam evaporation, and gold was formed thereon. And the gate terminal (4) was formed by the photolithographic method and the lift-off method.

TFT素子の特性評価
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In -O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 5 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、2×10−8A、VG=10 V時には、IDS=2.0 ×10-6Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。
Characteristic Evaluation of TFT Element A current-voltage characteristic measured at room temperature of a TFT formed on a PET film was measured. As the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel is an n-type semiconductor. This is consistent with the fact that the In—O amorphous oxide film is an n-type conductor. IDS showed the behavior of a typical transistor that saturates (pinch-off) at about VDS = 5 V. Further, when Vg = 0 V, a current of 2 × 10 −8 A and IDS = 2.0 × 10 −6 A flowed when VG = 10 V. This corresponds to the fact that electron carriers can be induced in the In-O amorphous oxide film of the insulator by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、約10であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約10cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。 On-off ratio of the transistor was about 10 2. Further, when the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 10 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. The TFT element formed on the glass substrate also showed similar characteristics.

PETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
(PLD法によるIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、PLD法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ100nmのIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜を形成した。さらにその上に、チャンバー内酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなIn−Sn−O系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。
The device prepared on the PET film was bent with a radius of curvature of 30 mm and the same transistor characteristics were measured, but no change was observed in the transistor characteristics.
(Preparation of TFT element using In-Sn-O amorphous oxide film by PLD method)
The top gate type TFT element shown in FIG. 5 was produced. First, an In—Sn—O amorphous oxide film having a thickness of 100 nm used as a channel layer (2) was formed on a polyethylene terephthalate (PET) film (1) by a PLD method. Further, an In-Sn-O amorphous oxide film having a high electrical conductivity and a PLD method are used by setting the partial pressure of oxygen in the chamber to less than 1 Pa, further reducing the voltage applied to the oxygen radical generator to zero. Each gold film was laminated to 30 nm. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method. Finally, a Y 2 O 3 film used as a gate insulating film (3) is formed by an electron beam evaporation method, gold is formed thereon, and a gate terminal (4) is formed by a photolithography method and a lift-off method. did.

TFT素子の特性評価
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In -Sn−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、5×10−8A、VG=10 V時には、IDS=5.0 × 10-5Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Sn-O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。
Characteristic Evaluation of TFT Element A current-voltage characteristic measured at room temperature of a TFT formed on a PET film was measured. As the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel is an n-type semiconductor. This is consistent with the fact that the In—Sn—O-based amorphous oxide film is an n-type conductor. IDS showed the behavior of a typical transistor that saturates (pinch off) at about VDS = 6 V. Further, when Vg = 0V, a current of 5 × 10 −8 A flowed, and when VG = 10 V, a current of IDS = 5.0 × 10 −5 A flowed. This corresponds to the fact that electron carriers could be induced in the insulator In—Sn—O amorphous oxide film by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、約10であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約5cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。 The on / off ratio of the transistor was about 10 3 . Further, when the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 5 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. The TFT element formed on the glass substrate also showed similar characteristics.

PETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。
(PLD法によるIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を用いたTFT素子の作成)
図5に示すトップゲート型TFT素子を作製した。まず、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルム(1)上に、実施例6に示した成膜法により、チャンネル層(2)として用いる厚さ120nmのIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。さらにその上に、チャンバー内の酸素分圧を1Pa未満にして、さらに酸素ラジカル発生装置への印加電圧をゼロにして、PLD法により、電気伝導度の大きなIn−Ga−O系アモルファス酸化物膜及び金膜をそれぞれ30nm積層した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン端子(5)及びソース端子(6)を形成した。最後にゲート絶縁膜(3)として用いるY2O3膜を電子ビーム蒸着法により成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート端子(4)を形成した。
The device prepared on the PET film was bent with a radius of curvature of 30 mm and the same transistor characteristics were measured, but no change was observed in the transistor characteristics.
(Preparation of TFT element using In-Ga-O amorphous oxide film by PLD method)
The top gate type TFT element shown in FIG. 5 was produced. First, an In—Ga—O-based amorphous oxide film having a thickness of 120 nm used as the channel layer (2) was formed on the polyethylene terephthalate (PET) film (1) by the film forming method shown in Example 6. . Further, an In—Ga—O amorphous oxide film having a high electrical conductivity is formed by the PLD method by setting the oxygen partial pressure in the chamber to less than 1 Pa and further applying zero voltage to the oxygen radical generator. And 30 nm thick gold films. And the drain terminal (5) and the source terminal (6) were formed by the photolithographic method and the lift-off method. Finally, a Y 2 O 3 film used as a gate insulating film (3) is formed by an electron beam evaporation method, gold is formed thereon, and a gate terminal (4) is formed by a photolithography method and a lift-off method. did.

TFT素子の特性評価
PETフィルム上に形成したTFTの室温下で測定した電流−電圧特性を測定した。ドレイン電圧VDSの増加に伴い、ドレイン電流IDSが増加したことからチャネルがn型半導体であることが分かる。これは、In −Ga−O系アモルファス酸化物膜がn型伝導体であるという事実と矛盾しない。IDSはVDS= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的なトランジスタの挙動を示した。また、Vg=0V時には、1×10−8A、VG=10 V時には、IDS=1.0 × 10-6Aの電流が流れた。これはゲートバイアスにより絶縁体のIn-Ga-O系アモルファス酸化物膜内に電子キャリアを誘起できたことに対応する。
Characteristic Evaluation of TFT Element A current-voltage characteristic measured at room temperature of a TFT formed on a PET film was measured. As the drain voltage VDS increases, the drain current IDS increases, indicating that the channel is an n-type semiconductor. This is consistent with the fact that the In—Ga—O amorphous oxide film is an n-type conductor. IDS showed the behavior of a typical transistor that saturates (pinch off) at about VDS = 6 V. When Vg = 0V, a current of 1 × 10 −8 A flows, and when VG = 10 V, a current of IDS = 1.0 × 10 −6 A flows. This corresponds to the fact that electron carriers could be induced in the insulator In-Ga-O amorphous oxide film by the gate bias.

トランジスタのオン・オフ比は、約10であった。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約0.8cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。ガラス基板上に作成したTFT素子も同様の特性を示した。 On-off ratio of the transistor was about 10 2. Further, when the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 0.8 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. The TFT element formed on the glass substrate also showed similar characteristics.

PETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで曲げ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に変化は認められなかった。   The device prepared on the PET film was bent with a radius of curvature of 30 mm and the same transistor characteristics were measured, but no change was observed in the transistor characteristics.

なお、アモルファス酸化物の電子キャリア濃度を1018/cm未満にすることでTFTのチャネル層として適用できる。この電子キャリア濃度としては、1017/cm以下がより好ましく、1016/cm以下にすると更に好ましかった。
(実施例1:上記透明膜を用いたSIT素子)
図7に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法によりITO薄膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン電極11−1をパターニングする。続いて、上記方法によりIn-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、上記電極11−1上に上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。その後、電極12として、パルスレーザー堆積法により、Pt薄膜を30nm形成し、上記半導体膜上で、くし歯状になるように、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。さらに、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法にて30nm形成した。そして、上記ゲート電極12を覆うように、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜をパターニングする。但し、上記半導体膜は、上記ドレイン電極上に形成した半導体膜よりも、キャリア密度と伝導度が高いものが好ましく、キャリア密度が1018/cm以上のものでも良い。最後に、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体上にITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングすることでソース電極11−2を形成する。上記手段により、SIT素子が作製できる(図7)。
In addition, it can apply as a channel layer of TFT by making the electron carrier density | concentration of an amorphous oxide less than 10 < 18 > / cm < 3 >. The electron carrier concentration is more preferably 10 17 / cm 3 or less, and even more preferably 10 16 / cm 3 or less.
(Example 1: SIT device using the transparent film)
As shown in FIG. 7, an ITO thin film having a thickness of 30 nm is formed on an insulating substrate 10 such as glass or plastic by a pulse laser deposition method, and the drain electrode 11-1 is patterned by a photolithography method and a lift-off method. Subsequently, an In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor 13 was formed to a thickness of 30 nm by a pulse laser deposition method by the above method. Then, the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is formed on the electrode 11-1 by a photolithography method and a lift-off method. Thereafter, a 30 nm thick Pt thin film is formed as the electrode 12 by a pulse laser deposition method, and is patterned on the semiconductor film by a photolithography method and a lift-off method so as to form a comb-tooth shape. Further, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 was formed to 30 nm by a pulse laser deposition method. Then, the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is patterned by photolithography and lift-off so as to cover the gate electrode 12. However, the semiconductor film preferably has higher carrier density and conductivity than the semiconductor film formed on the drain electrode, and may have a carrier density of 10 18 / cm 3 or more. Finally, an ITO film is formed to a thickness of 30 nm on the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor and patterned by a photolithography method and a lift-off method to form the source electrode 11-2. By the above means, an SIT element can be manufactured (FIG. 7).

上記SIT素子のドレイン電極−ソース電極間に流れる電流は、上記ゲート電極12に印加される電圧に従って形成されるポテンシャル障壁を、上記ドレイン電極−ソース電極間に印加される電圧によりどれだけ下げられるかによって決まる。又、上記SIT素子は、キャリアを電子とする多数キャリアデバイスであり、また、上記ドレイン−ソース間も狭いため、TFTに比べ大きな電流を流す事ができる。   How much the current flowing between the drain electrode and the source electrode of the SIT element can lower the potential barrier formed according to the voltage applied to the gate electrode 12 by the voltage applied between the drain electrode and the source electrode. It depends on. Further, the SIT element is a majority carrier device having electrons as carriers, and since the gap between the drain and the source is narrow, a larger current can be passed as compared with the TFT.

上記SIT素子において、上記ゲート電極12を形成するPtに代わり、フェルミ準位の絶対値が、In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体14を用いて、同様なSIT素子の作製が可能である(図8)。   In the SIT element, instead of Pt forming the gate electrode 12, the P-type semiconductor 14 has an absolute value of the Fermi level larger than the absolute value of the Fermi level of the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor. A similar SIT element can be fabricated using (FIG. 8).

又、同じ機能のSIT素子でも図9、図10に示したような構成も可能である。
(実施例2:上記透明膜を用いたSBT素子)
図11に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて、上記半導体膜上に、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13を30nmさらに形成した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法で、ゲート電極に相当する所が凹形状になるようにパターニングする。その後、上記ゲート電極12として、パルスレーザー堆積法により、Pt薄膜を30nm形成し、上記半導体膜の凹部に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。さらに、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体の凸部に、ITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングすることで、ドレイン電極11−1、ソース電極11−2を形成する。上記手段により、SBT素子が作製できる(図11)。
Also, the SIT elements having the same function can be configured as shown in FIGS.
(Example 2: SBT element using the transparent film)
As shown in FIG. 11, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 was formed to 30 nm on the insulating substrate 10 such as glass or plastic by the pulse laser deposition method by the pulse laser deposition method. Then, the patterned In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is formed by a photolithography method and a lift-off method. Subsequently, the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor 13 was further formed to 30 nm on the semiconductor film. Then, patterning is performed so that a portion corresponding to the gate electrode has a concave shape by a photolithography method and a lift-off method. Thereafter, a Pt thin film of 30 nm is formed as the gate electrode 12 by a pulse laser deposition method, and patterning is performed on the concave portion of the semiconductor film by a photolithography method and a lift-off method. Further, an ITO film having a thickness of 30 nm is formed on the convex portion of the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor, and patterned by a photolithography method and a lift-off method, whereby the drain electrode 11-1 and the source electrode 11-2 are formed. Form. By the above means, an SBT element can be manufactured (FIG. 11).

ここで、上記ゲート、ドレインとソース電極の作製順を入れ替えても良い。   Here, the manufacturing order of the gate, drain and source electrodes may be changed.

上記SBT素子のドレイン電極−ソース電極間に流れる電流は、上記ゲート電極2に印加される電圧に従って形成される空乏領域の大きさが変わるため、上記ドレイン電極−ソース電極間の電流経路のサイズが増減することにより決まる。上記SBT素子は、TFTと異なり、絶縁層が必要ないため、簡単な素子構造で形成できる利点がある。
(実施例3:上記透明膜を用いたPN−T素子の作製)
図12に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成した。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて、上記半導体膜上に、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13を30nmさらに形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法で、ゲート電極に相当する所が凹形状になるようにパターニングする。その後、半導体膜の凹部に、フェルミ準位の絶対値が、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体膜14をパルスレーザー堆積法、フォトリソグラフィー法、リフトオフ法にて30nm形成する。さらに、上記ゲート電極12として、パルスレーザー堆積法によりPt薄膜を30nm形成し、上記P型半導体膜上にフォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。最後に、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体の凸部に、ITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングすることで、ドレイン電極11−1、ソース電極11−2を形成する。上記手段により、PN−T素子が作製できる(図12)。
The current flowing between the drain electrode and the source electrode of the SBT element changes the size of the depletion region formed in accordance with the voltage applied to the gate electrode 2, so that the size of the current path between the drain electrode and the source electrode is Determined by increasing or decreasing. Unlike the TFT, the SBT element does not require an insulating layer, and thus has an advantage that it can be formed with a simple element structure.
(Example 3: Production of PN-T element using the transparent film)
As shown in FIG. 12, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 was formed to 30 nm on the insulating substrate 10 such as glass or plastic by the pulse laser deposition method by the pulse laser deposition method. Then, the patterned In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is formed by a photolithography method and a lift-off method. Subsequently, the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor 13 is further formed to a thickness of 30 nm on the semiconductor film, and a portion corresponding to the gate electrode is formed into a concave shape by a photolithography method and a lift-off method. Pattern. Thereafter, a P-type semiconductor film 14 having an absolute value of the Fermi level larger than the absolute value of the Fermi level of the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor is deposited in a recess of the semiconductor film by a pulse laser deposition method. It is formed to 30 nm by photolithography and lift-off methods. Further, a 30 nm thick Pt thin film is formed as the gate electrode 12 by a pulse laser deposition method, and is patterned on the P-type semiconductor film by a photolithography method and a lift-off method. Finally, a 30 nm ITO film is formed on the convex portion of the In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor and patterned by a photolithography method and a lift-off method, so that the drain electrode 11-1 and the source electrode 11- 2 is formed. By the above means, a PN-T element can be manufactured (FIG. 12).

ここで、上記ゲート、ドレインとソース電極の作製順を入れ替えても良い。   Here, the manufacturing order of the gate, drain and source electrodes may be changed.

上記PN−T素子のドレイン電極−ソース電極間に流れる電流は、上記ゲート電極2に印加される電圧に従って、上記N型半導体内に形成される空乏領域の大きさが変わるため、上記ドレイン電極−ソース電極間の電流経路のサイズが増減することにより決まる。上記PN−T素子は、TFTと異なり、絶縁層が必要ないという利点がある。
(実施例4:上記透明膜を用いたSD素子)
図13に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成する。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて、上記半導体上に、電極12として、パルスレーザー堆積法により、Pt薄膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。さらに、上記半導体上に、電極11として、パルスレーザー法でITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングする。上記手段により、SD素子が作製できる(図13)。
Since the current flowing between the drain electrode and the source electrode of the PN-T element changes the size of the depletion region formed in the N-type semiconductor according to the voltage applied to the gate electrode 2, the drain electrode- It is determined by increasing or decreasing the size of the current path between the source electrodes. Unlike the TFT, the PN-T element has an advantage that an insulating layer is not necessary.
(Example 4: SD element using the transparent film)
As shown in FIG. 13, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 is formed to 30 nm on the insulating substrate 10 such as glass or plastic by the pulse laser deposition method by the pulse laser deposition method. Then, the patterned In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is formed by a photolithography method and a lift-off method. Subsequently, a 30 nm thick Pt thin film is formed as an electrode 12 on the semiconductor by pulse laser deposition, and patterned by photolithography and lift-off. Further, an ITO film having a thickness of 30 nm is formed as an electrode 11 on the semiconductor by a pulse laser method, and is patterned by a photolithography method and a lift-off method. By the above means, an SD element can be manufactured (FIG. 13).

ここで、上記電極11と電極12の作製順を入れ替えても良い。   Here, the production order of the electrode 11 and the electrode 12 may be switched.

上記SD素子は、上記電極12と上記半導体膜13の間でショットキー障壁が形成されることで、整流性を持つようになる。
(実施例5:上記透明膜を用いたPN−D素子)
図14に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成する。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて、上記半導体上に、フェルミ準位の絶対値が、上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体のフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体膜14を、パルスレーザー堆積法により30nm形成する。そして、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法でパターニングする。さらに、上記P型半導体上に、電極12として、パルスレーザー法でPtを30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングする。最後に、上記N型半導体上に、電極11として、パルスレーザー法でITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングする。上記手段により、PN−D素子が作製できる(図14)。
The SD element has a rectifying property by forming a Schottky barrier between the electrode 12 and the semiconductor film 13.
(Example 5: PN-D element using the transparent film)
As shown in FIG. 14, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 is formed to 30 nm on the insulating substrate 10 such as glass or plastic by the pulse laser deposition method by the pulse laser deposition method. Then, the patterned In-Ga-Zn-O-based amorphous N-type semiconductor film is formed by a photolithography method and a lift-off method. Subsequently, a P-type semiconductor film 14 having a Fermi level absolute value larger than the Fermi level absolute value of the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor is formed on the semiconductor by a pulse laser deposition method. To 30 nm. Then, patterning is performed by a photolithography method and a lift-off method. Furthermore, 30 nm of Pt is formed as an electrode 12 on the P-type semiconductor by a pulse laser method and patterned by a photolithography method and a lift-off method. Finally, an ITO film having a thickness of 30 nm is formed as an electrode 11 on the N-type semiconductor by a pulse laser method and patterned by a photolithography method and a lift-off method. By the above means, a PN-D element can be produced (FIG. 14).

ここで、上記電極11と電極12の作製順を入れ替えても良い。   Here, the production order of the electrode 11 and the electrode 12 may be switched.

上記PN−D素子は、上記半導体膜13と上記半導体膜14の間でPN接合が形成されることで、整流性を持つようになる。
(実施例6:上記透明膜を用いた抵抗素子)
図15に示すように、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板10上に、パルスレーザー堆積法により上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13をパルスレーザー堆積法により30nm形成した。フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、パターニングされた上記In-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体膜を形成する。続いて、上記N型半導体上に、電極11−1、11−2として、パルスレーザー法でITO膜を30nm形成し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりパターニングする。上記手段により、透明な抵抗素子が作製できる(図15)。
The PN-D element has a rectifying property by forming a PN junction between the semiconductor film 13 and the semiconductor film 14.
(Example 6: Resistance element using the transparent film)
As shown in FIG. 15, the In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 was formed to 30 nm on the insulating substrate 10 such as glass or plastic by the pulse laser deposition method by the pulse laser deposition method. The patterned In—Ga—Zn—O amorphous N-type semiconductor film is formed by photolithography and lift-off. Subsequently, an ITO film having a thickness of 30 nm is formed on the N-type semiconductor as the electrodes 11-1 and 11-2 by a pulse laser method, and patterned by a photolithography method and a lift-off method. By the above means, a transparent resistance element can be produced (FIG. 15).

又、上記抵抗素子は、上記電極11−1、11−2と上記半導体膜13の間に上記半導体膜と異なるキャリア密度、伝導度であるIn-Ga-Zn-O系アモルファスN型半導体13’を備えても良い(図16)。   In addition, the resistive element is an In-Ga-Zn-O amorphous N-type semiconductor 13 'having a carrier density and conductivity different from those of the semiconductor film between the electrodes 11-1, 11-2 and the semiconductor film 13. May be provided (FIG. 16).

以下では、特に断りの無い限り、N−TFTとする場合、上記透明膜を用いたノーマリーオフ(エンハンスメント形)のMISFETである。
(実施例7:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したインバータ回路)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT1,2を電源−GND間に直列に接続する。そして、ドレインが電源に接続しているN−TFT2のゲートを電源と接続し、ソースがGNDに接地しているN−TFT1のゲートを入力、ドレインを出力とすることでインバータ回路が実現する(図17)。
In the following, a normally-off (enhancement-type) MISFET using the above-described transparent film is used as an N-TFT unless otherwise specified.
(Example 7: Inverter circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
N-TFTs 1 and 2 having the transparent film, which is an N-type semiconductor, as an active layer are connected in series between a power source and GND. Then, the inverter circuit is realized by connecting the gate of the N-TFT 2 whose drain is connected to the power source to the power source, inputting the gate of the N-TFT 1 whose source is grounded to GND, and using the drain as the output ( FIG. 17).

また、上記N−TFT2に代わり、上記透明膜を抵抗として用いてもインバータ回路を構成することが可能である(図18)。   Further, an inverter circuit can be configured by using the transparent film as a resistor instead of the N-TFT 2 (FIG. 18).

また、上記インバータよりも、出力立ち上がり能力を上げる方法として、N−TFT2の代わりに、ゲート−ソース間をショートしたN型のデプレッション形トランジスタ(以下、N−DTFT)N−DTFT1を用いることができる(図19)。   Further, as a method of increasing the output rising capability as compared with the inverter, an N-type depletion type transistor (hereinafter referred to as N-DTFT) N-DTFT 1 in which the gate and the source are short-circuited can be used instead of the N-TFT 2. (FIG. 19).

上記のインバータ回路では、入力がハイレベルの場合の出力はローレベルとなるが、その電圧は、上記N−TFT1とN−TFT2(又は、抵抗、N−DTFT1)との分圧で決まる。そのため、ローレベルを出力するには、N−TFT1に比べ、N−TFT2の電流能力を下げる。その結果、出力の充電能力が低くなる。出力の充電能力を高めるには図20、21に示すインバータ回路を用いる。この回路は、上記インバータの出力をゲートとし、電源をドレインとするN−TFT4と、上記N−TFT4のソースとGND間に有り、インバータの入力がゲートであるN−TFT3を備える。そして、この回路は上記N−TFT3のドレインを出力とする2段型のインバータ回路(図20、21)である。この2段型のインバータ回路の場合、上記N−TFT4は、ソースフォロワ構成であり、出力の充電能力を高めることができる。   In the above inverter circuit, the output when the input is at the high level is at the low level, but the voltage is determined by the divided voltage between the N-TFT 1 and the N-TFT 2 (or resistor, N-DTFT 1). Therefore, in order to output a low level, the current capability of the N-TFT 2 is lowered as compared with the N-TFT 1. As a result, the output charging capability is lowered. In order to increase the output charging capability, inverter circuits shown in FIGS. This circuit includes an N-TFT 4 whose gate is the output of the inverter and whose drain is a power source, and an N-TFT 3 which is between the source and GND of the N-TFT 4 and whose gate is the input of the inverter. This circuit is a two-stage inverter circuit (FIGS. 20 and 21) having the drain of the N-TFT 3 as an output. In the case of this two-stage inverter circuit, the N-TFT 4 has a source follower configuration and can increase the output charging capability.

また、2段型インバータ回路例として図47という構成も可能である。   As an example of a two-stage inverter circuit, the configuration shown in FIG. 47 is also possible.

さらに、上記インバータ回路において、上記N−TFT2、抵抗、N−DTFT1に代わり、P型半導体を活性層とするP型TFT(P−TFT1)を用いることで、静的な貫通電流が無く、駆動能力が高い相補的インバータ回路が構成できる(図22)。   Further, in the inverter circuit, a P-type TFT (P-TFT1) having a P-type semiconductor as an active layer is used in place of the N-TFT2, the resistor, and the N-DTFT1, thereby driving without a static through current. A complementary inverter circuit with high capability can be constructed (FIG. 22).

P型半導体としては、Si等の無機半導体、ペンタセン・ポリチオフェン等の有機半導体、酸化物半導体が考えられる。しかし、TFTとしてボトムゲート構造が可能ならば、プロセスの簡易性からは、マスク蒸着やインクジェットで可能な有機半導体を用いることで、簡便に上記相補的インバータの構成が可能である。一方、P型の酸化物半導体で、上記相補的インバータを作製した場合、半導体部が透明な回路を作製できる利点がある。
(実施例8:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したNAND、NOR回路)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT1,2を用いたインバータのN−TFT1のソースとGND間にN−TFT3を挿入する。そして、N−TFT1のゲートを第一の入力(IN1)、N−TFT3のゲートを第二の入力(IN2)とする。こうして、NAND回路を構成することができる(図23)。
As the P-type semiconductor, an inorganic semiconductor such as Si, an organic semiconductor such as pentacene / polythiophene, and an oxide semiconductor can be considered. However, if a bottom gate structure is possible as the TFT, the complementary inverter can be simply configured by using an organic semiconductor that can be formed by mask vapor deposition or ink jet, from the viewpoint of simplicity of the process. On the other hand, when the complementary inverter is manufactured using a P-type oxide semiconductor, there is an advantage that a circuit having a transparent semiconductor portion can be manufactured.
(Embodiment 8: NAND, NOR circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
An N-TFT 3 is inserted between the source and the GND of the N-TFT 1 of the inverter using the N-TFT 1 and 2 using the transparent film as an active layer as an N-type semiconductor. The gate of the N-TFT 1 is used as a first input (IN 1), and the gate of the N-TFT 3 is used as a second input (IN 2). Thus, a NAND circuit can be configured (FIG. 23).

また、上記インバータと同様にN−TFT2に代わり、ゲート−ソース間をショートしたN−DTFT1(図24)、あるいは抵抗を用いてもNAND回路の構成が可能である。   Similarly to the inverter, a NAND circuit can be configured by using an N-DTFT 1 (FIG. 24) in which the gate and the source are short-circuited instead of the N-TFT 2 or a resistor.

さらに、P型半導体を活性層とするP型TFTを用いた場合、N−TFT2に代わり、2つのP型TFT、P−TFT1とP−TFT2を電源と出力間に並列に接続し、それぞれのゲートをIN1、IN2とすることで、NAND回路を構成できる(図25)。   Further, when a P-type TFT having a P-type semiconductor as an active layer is used, two P-type TFTs, P-TFT 1 and P-TFT 2 are connected in parallel between the power source and the output instead of the N-TFT 2. By setting the gates to IN1 and IN2, a NAND circuit can be configured (FIG. 25).

一方、N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT1,2を用いたインバータのN−TFT1に並列に、N−TFT3を挿入し、N−TFT1のゲートを第一の入力(IN1)、N−TFT3のゲートを第二の入力(IN2)とすることで、NOR回路を構成することができる(図26)。   On the other hand, the N-TFT 3 is inserted in parallel with the N-TFT 1 of the inverter using the N-TFT 1 and 2 using the transparent film as an active layer, which is an N-type semiconductor, and the gate of the N-TFT 1 is connected to the first input ( IN1), the gate of the N-TFT 3 is used as the second input (IN2), so that a NOR circuit can be configured (FIG. 26).

また、上記インバータと同様にN−TFT2に代わり、ゲート−ソース間をショートしたN−DTFT1(図27)、あるいは抵抗を用いてもNOR回路の構成が可能である。   Similarly to the inverter, the NOR circuit can be configured by using an N-DTFT 1 (FIG. 27) in which the gate and the source are short-circuited instead of the N-TFT 2 or a resistor.

さらに、P型半導体を活性層とするP型TFTを用いた場合には、N−TFT2に代わり、2つのP型TFT、P−TFT1とP−TFT2を電源と出力間に直列に接続し、それぞれのゲートを上記IN1、IN2とすることで、NOR回路を構成できる(図28)。
(実施例9:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したクロックドインバータ、フリップフロップ、シフトレジスタ回路)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT1,2を用いたインバータの出力に、N−TFT3を挿入する。そして、ゲートをクロック信号(CP)で制御することで、クロック信号によって、インバータ信号を出力するか、高抵抗とするかを制御するクロックドインバータ回路が構成できる(図29)。
Further, when a P-type TFT having a P-type semiconductor as an active layer is used, instead of the N-TFT 2, two P-type TFTs, P-TFT 1 and P-TFT 2, are connected in series between the power source and the output, By setting the respective gates to IN1 and IN2, a NOR circuit can be configured (FIG. 28).
(Example 9: Clocked inverter, flip-flop, shift register circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
An N-TFT 3 is inserted into the output of an inverter using N-TFTs 1 and 2 using the transparent film, which is an N-type semiconductor, as an active layer. Then, by controlling the gate with the clock signal (CP), a clocked inverter circuit can be configured to control whether the inverter signal is output or the resistance is increased according to the clock signal (FIG. 29).

上記クロックドインバータのN−TFT2は、ゲート−ソース間をショートしたN−DTFT1、あるいは抵抗を用いても回路の構成が可能である。   The N-TFT 2 of the clocked inverter can be configured as a circuit even by using an N-DTFT 1 in which the gate and the source are short-circuited or a resistor.

さらに、P型半導体を活性層とするP型TFTを用いた場合には、N−TFT2に代わりに、ゲートを入力と接続したP−TFT1を用いることで構成できる。また、上記N−TFT3に並列にP−TFT2を挿入し、ゲートをクロックの反転信号(CPバー)で制御することで、出力電圧の振幅を大きくできる(図30)。   Further, when a P-type TFT having a P-type semiconductor as an active layer is used, a P-TFT 1 having a gate connected to an input can be used instead of the N-TFT 2. Further, the amplitude of the output voltage can be increased by inserting the P-TFT 2 in parallel with the N-TFT 3 and controlling the gate with the inverted signal (CP bar) of the clock (FIG. 30).

また、P型TFTを用いた場合、上記構成以外に、上記P型TFTを用いたインバータ(図22)に対し、P−TFT2をPTFT−1と出力間に直列に接続し、N−TFT4をN−TFT1と出力間に直列に接続する。そして、P−TFT2のゲートをCPバー、N−TFT4のゲートをCPで制御することで、クロックドインバータを構成できる(図31)。   In addition, when a P-type TFT is used, in addition to the above configuration, a P-TFT 2 is connected in series between PTFT-1 and the output, and an N-TFT 4 is connected to an inverter using the P-type TFT (FIG. 22). The N-TFT 1 and the output are connected in series. A clocked inverter can be configured by controlling the gate of the P-TFT 2 with the CP bar and the gate of the N-TFT 4 with the CP (FIG. 31).

上記インバータとクロックドインバータを用いることで、フリップフロップを構成することが可能となる。   By using the inverter and the clocked inverter, a flip-flop can be configured.

例えば、D−フリップフロップおいて、その入力INは、CPバーにより制御されるクロックドインバータ(C−INV1)にされ、上記C−INV1の出力は、インバータ(INV1)の入力に接続される。上記INV1の出力は、CPにより制御され、上記INV1の入力と出力が接続されたクロックドインバータ(C−INV2)の入力と、同じくCPにより制御されるクロックドインバータ(C−INV3)の入力に接続される。上記C−INV3の出力は、インバータ(INV2)の入力に接続される。上記INV2の出力は、CPバーにより制御され、上記INV1の入力と出力が接続されたクロックドインバータ(C−INV2)の入力に接続されると共に、D−フリップフロップの出力Qとなる(図32)。   For example, in the D flip-flop, the input IN is a clocked inverter (C-INV1) controlled by a CP bar, and the output of the C-INV1 is connected to the input of the inverter (INV1). The output of the INV1 is controlled by the CP. The input of the clocked inverter (C-INV2) connected to the input and output of the INV1 and the input of the clocked inverter (C-INV3) also controlled by the CP. Connected. The output of the C-INV3 is connected to the input of the inverter (INV2). The output of the INV2 is controlled by the CP bar, and is connected to the input of the clocked inverter (C-INV2) to which the input and output of the INV1 are connected, and becomes the output Q of the D-flip flop (FIG. 32). ).

上記フリップフロップを用いることで、シフトレジスタが構成可能となる(図33)。
(実施例10:上記透明膜を活性層とするTFTを使用した1ビットSRAMセル回路)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT、並びに、上記インバータ回路を用いて1ビットSRAMセル回路を構成できる。
By using the flip-flop, a shift register can be configured (FIG. 33).
(Example 10: 1-bit SRAM cell circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
A 1-bit SRAM cell circuit can be configured using an N-TFT having the transparent film as an active layer, which is an N-type semiconductor, and the inverter circuit.

上記SRAMセル回路は、2つのインバータINV1、INV2を備える。上記2つのインバータにおいて、INV1の出力とINV2の入力、並びに、INV2の出力とINV1の入力を接続し、ゲートがワード線WLに接続される。そして、INV2の出力とビット線BLとの間に設けたN−TFT1と、ゲートが上記WLに接続され、上記INV1の出力と反転ビット線BLバーとの間に設けたN−TFT2とを備える(図34)。   The SRAM cell circuit includes two inverters INV1 and INV2. In the two inverters, the output of INV1 and the input of INV2 and the output of INV2 and the input of INV1 are connected, and the gate is connected to the word line WL. The N-TFT 1 provided between the output of the INV 2 and the bit line BL, and the N-TFT 2 having a gate connected to the WL and provided between the output of the INV 1 and the inverted bit line BL bar are provided. (FIG. 34).

上記SRAMセル回路中のインバータには、上記実施例1に示したインバータを用いることができる。図35に上記N−TFTと抵抗を用いたインバータを採用した場合の構成、図36に上記N−TFTとP−TFTを用いたインバータを採用した場合の構成を示す。
(実施例11:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したNOR型ROM回路)
本実施例のNOR型ROM回路は、複数のワード線(WL1〜WL3)と、複数のビット線(BL1〜BL2)を備える。そして、上記ビット線の各々には、ワード線がゲートに接続され、ソースがGNDに接続された、ドレインが並列に接続された上記透明膜を用いたN−TFTを複数備える。ただし、上記ビット線BL1に対し、ワード線WL1に相当するN−TFTを備えておらず、また、上記ビット線BL2に対し、ワード線WL2に相当するN−TFTを備えていない(図37)。
As the inverter in the SRAM cell circuit, the inverter shown in the first embodiment can be used. FIG. 35 shows a configuration when an inverter using the N-TFT and a resistor is employed, and FIG. 36 shows a configuration when an inverter using the N-TFT and a P-TFT is employed.
(Example 11: NOR type ROM circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
The NOR type ROM circuit of this embodiment includes a plurality of word lines (WL1 to WL3) and a plurality of bit lines (BL1 to BL2). Each of the bit lines includes a plurality of N-TFTs using the transparent film in which the word line is connected to the gate, the source is connected to GND, and the drain is connected in parallel. However, the N-TFT corresponding to the word line WL1 is not provided for the bit line BL1, and the N-TFT corresponding to the word line WL2 is not provided for the bit line BL2 (FIG. 37). .

上記ROM回路は、まずハイレベルにプリチャージされた後、各々のワード線にハイレベル、又は、ローレベルの電圧を印加することで、特定のビット線のみがローレベル(GNDレベル)の電圧とすることができる。例えば、WL1がハイ、WL2、WL3がローの場合、BL1はハイのままであるが、BL2はローとなる。このようにワード線に相当するN−TFTの有無により、ビット線の信号レベルが決定されるという、メモリ動作が実現される。   The ROM circuit is precharged to a high level first, and then a high level or a low level voltage is applied to each word line so that only a specific bit line has a low level (GND level) voltage. can do. For example, if WL1 is high and WL2 and WL3 are low, BL1 remains high but BL2 is low. Thus, a memory operation is realized in which the signal level of the bit line is determined depending on the presence or absence of the N-TFT corresponding to the word line.

上記ROM回路は、上記ワード線、ビット線、N−TFTを増やすことで、より多ビットのメモリ動作が可能である。   The ROM circuit can perform a multi-bit memory operation by increasing the number of word lines, bit lines, and N-TFTs.

さらに、上記ROM回路は、各ビット線が1つのN−TFTにより放電されるNOR型であるため高速動作が可能である一方、コンタクトが数多く必要なため面積が大きい。
上記NOR型ROM回路は、N−TFTを形成するか否かにより、データを記憶しているが、基板作製後、データを光(UV光)により書き込む事ができるNOR型ROM回路も実現できる。
Further, the ROM circuit is a NOR type in which each bit line is discharged by one N-TFT, so that it can operate at a high speed, but has a large area because it requires many contacts.
The NOR-type ROM circuit stores data depending on whether or not an N-TFT is formed, but a NOR-type ROM circuit capable of writing data with light (UV light) after the substrate is manufactured can also be realized.

上記N−TFTは、上記透明膜中の酸素欠損によりキャリアを形成している。酸素を含む雰囲気中で熱アニール、例えば摂氏150℃で2時間ほど熱アニールすることで、上記透明膜中の酸素欠損を埋め、上記透明膜の伝導度が下げられ、上記N−TFTは、オンしなくなる、つまり、TFT動作しなくなる。その後、裏面より光(UV光)を当てると、上記透明膜中に酸素欠損が再生成され、上記N−TFTは、ON、つまり、TFT動作ができるようになる。   The N-TFT forms carriers due to oxygen vacancies in the transparent film. Thermal annealing in an atmosphere containing oxygen, for example, thermal annealing at 150 ° C. for about 2 hours, fills the oxygen deficiency in the transparent film, lowers the conductivity of the transparent film, and the N-TFT is turned on. In other words, TFT operation stops. Thereafter, when light (UV light) is applied from the back surface, oxygen vacancies are regenerated in the transparent film, and the N-TFT can be turned on, that is, can perform TFT operation.

従って、まず、全てのワード線に相当するN−TFTを形成(図38)した後、熱アニールすることで全ての上記N−TFTがONできなくなる(図39)。続いて、動作可能にしたい上記N−TFTの個所のみ光を通すマスクを準備し、上記マスク経由にて光(UV光)を裏面より照射する。それにより、上記N−TFTの内、光が照射されたN−TFTのみが動作する(図40)。これにより、NOR型ROM回路が構成できる。   Therefore, first, N-TFTs corresponding to all the word lines are formed (FIG. 38), and then all the N-TFTs cannot be turned on by performing thermal annealing (FIG. 39). Subsequently, a mask that allows light to pass through only the portion of the N-TFT that is desired to be operable is prepared, and light (UV light) is irradiated from the back surface via the mask. Thereby, only the N-TFT irradiated with light among the N-TFT operates (FIG. 40). Thereby, a NOR-type ROM circuit can be configured.

上記光によりデータ書き込みができるROM回路は、同一の基板上で、マスクを変えるだけで異なるデータを書き込むことができ、また、一度書き込んだデータも再度熱アニールすることで、消去・再書き込みが可能となる。
(実施例12:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したNAND型ROM回路)
本実施例のNAND型ROM回路は、複数のワード線(WL1〜WL3)と、複数のビット線(BL1〜BL2)を備える。またNAND型ROM回路は、WL2がゲートに接続され、BL1にドレインが接続された上記透明膜を用いたN−TFTと、それと直列に、WL3がゲートに接続され、ソースがGNDに接続された透明膜を用いたN−TFTとを備える。また、WL1がゲートに接続され、BL2にドレインに接続された上記透明膜を用いたN−TFTと、それと直列に、WL3がゲートに接続され、ソースがGNDに接続された上記透明膜を用いたN−TFTにより構成される(図41)。
The ROM circuit that can write data by the above light can write different data by changing the mask on the same substrate, and erase and rewrite the data once it has been thermally annealed again. It becomes.
(Example 12: NAND ROM circuit using a TFT having the transparent film as an active layer)
The NAND ROM circuit of this embodiment includes a plurality of word lines (WL1 to WL3) and a plurality of bit lines (BL1 to BL2). The NAND-type ROM circuit has an N-TFT using the transparent film in which WL2 is connected to the gate and BL1 is connected to the drain, and in series, WL3 is connected to the gate, and a source is connected to GND. And an N-TFT using a transparent film. In addition, an N-TFT using the above transparent film in which WL1 is connected to the gate and BL2 is connected to the drain, and the transparent film in which WL3 is connected to the gate and the source is connected to GND are used in series. The N-TFT is used (FIG. 41).

上記ROM回路は、まずハイレベルにプリチャージされた後、各々のワード線にハイレベル、又は、ローレベルの電圧を印加することで、特定のビット線のみがローレベル(GNDレベル)の電圧とすることができる。例えば、WL1がロー、WL2、WL3がハイの場合、BL1はローとなり、BL2はハイのままとなる。このようにワード線に相当するN−TFTの有無により、ビット線の信号レベルが決定されるという、メモリ動作が実現される。   The ROM circuit is precharged to a high level first, and then a high level or a low level voltage is applied to each word line so that only a specific bit line has a low level (GND level) voltage. can do. For example, if WL1 is low and WL2 and WL3 are high, BL1 is low and BL2 remains high. Thus, a memory operation is realized in which the signal level of the bit line is determined depending on the presence or absence of the N-TFT corresponding to the word line.

上記ROM回路は、上記ワード線、ビット線、N−TFTを増やすことで、より多ビットのメモリ動作が可能である。   The ROM circuit can perform a multi-bit memory operation by increasing the number of word lines, bit lines, and N-TFTs.

さらに、上記ROM回路は、各ビット線が複数の直列接続されたN−TFTにより放電されるNAND型であるため動作が遅くなる一方、コンタクトが少ないため面積を小さくすることができる。   Further, the ROM circuit is a NAND type in which each bit line is discharged by a plurality of N-TFTs connected in series, so that the operation is slow, but the area can be reduced because there are few contacts.

また、上記ROM回路は、同一の機能を、上記N−TFTとデプレッション形TFTを用いて構成することも可能である(図42)。
(実施例13:上記透明膜を活性層とするTFTを使用した差動増幅回路)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT、並びに、抵抗を用いて差動増幅回路を構成できる。
The ROM circuit can also be configured with the same function using the N-TFT and the depletion type TFT (FIG. 42).
(Example 13: differential amplifier circuit using TFT having the transparent film as an active layer)
A differential amplifier circuit can be configured using an N-TFT having the transparent film, which is an N-type semiconductor, as an active layer, and a resistor.

差動増幅回路は、ソースがGNDに接地され、ゲートには一定電圧VBが印加されている上記透明膜を用いたN−TFT3と、ソースが上記N−TFT3に接続され、ゲートを入力IN+、IN−とするN−TFT1、N−TFT2とを有する。また差動増幅回路は、一端が電源に接続され、他の一端がN−TFT1のドレインに接続されている抵抗1と、一端が電源に接続され、他の一端がN−TFT2のドレインに接続されている抵抗2とを備え、N−TFT2のドレインを出力とする(図43)。   The differential amplifier circuit includes an N-TFT 3 using the transparent film in which the source is grounded to GND and the constant voltage VB is applied to the gate, the source is connected to the N-TFT 3, and the gate is connected to the input IN +, It has N-TFT1 and N-TFT2 which are set to IN-. The differential amplifier circuit has one end connected to the power supply, the other end connected to the drain of the N-TFT 1, one end connected to the power supply, and the other end connected to the drain of the N-TFT 2. And the drain of the N-TFT 2 is used as an output (FIG. 43).

上記差動増幅回路は、SRAMのセンスアンプにも使用でき、アナログ回路の基本構成要素である。   The differential amplifier circuit can be used as an SRAM sense amplifier and is a basic component of an analog circuit.

さらに、以下の構成の出力段を追加して新たな差動増幅回路を構成することができる。出力段は、上記差動増幅回路から、ソースが接地され、ゲートには一定電圧VBが印加されているN−TFT4を有する。また出力段は、ソースが上記N−TFT4のドレインと接続され、ドレインが電源と接続され、ゲートが上記差動増幅回路の出力と接続されているN−TFT5で構成されるレベルシフト段を有する。さらに、ソースが接地され、ゲートが前記レベルシフト段のN−TFT4のドレインと接続されているN−TFT6を有する。また、ソースが上記N−TFT6のドレインと接続され、ドレインが電源と接続され、ゲートが上記差動増幅回路の出力と接続されているN−TFT7を有する。このように出力段を追加し、全体の出力を上記N−TFT6のドレインとする新たな差動増幅回路を構成する(図44)ことで、負荷を駆動する能力を上げることができる。
(実施例14:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したIDタグ)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFT、並びに、上記論理回路、メモリ回路、差動増幅回路を用いて、ICカードやIDタグに必要な、数MHz以下の低速で動作する回路を構成することが可能である。
Furthermore, a new differential amplifier circuit can be configured by adding an output stage having the following configuration. The output stage has an N-TFT 4 from which the source is grounded and a constant voltage VB is applied to the gate from the differential amplifier circuit. The output stage has a level shift stage composed of an N-TFT 5 whose source is connected to the drain of the N-TFT 4, whose drain is connected to the power supply, and whose gate is connected to the output of the differential amplifier circuit. . Furthermore, it has an N-TFT 6 whose source is grounded and whose gate is connected to the drain of the N-TFT 4 in the level shift stage. The N-TFT 7 has a source connected to the drain of the N-TFT 6, a drain connected to a power source, and a gate connected to the output of the differential amplifier circuit. In this way, by adding an output stage and configuring a new differential amplifier circuit using the entire output as the drain of the N-TFT 6 (FIG. 44), the ability to drive the load can be increased.
(Example 14: ID tag using TFT having the transparent film as an active layer)
Using the N-TFT whose active layer is the transparent film, which is an N-type semiconductor, and the logic circuit, memory circuit, and differential amplifier circuit, it operates at a low speed of several MHz or less required for IC cards and ID tags. It is possible to construct a circuit that

図45に、例として、RF−IDタグのブロック図を示す。上記IDタグは、アンテナ部、電源部、メモリ部、制御回路、クロック回路から構成される。上記電源部は、AC信号を正側のみに整流する整流回路と、回路に適当な電圧を供給する電圧供給回路から構成され、上記メモリ部は、デコーダ回路、ROM回路、レジスタ回路から構成される。   FIG. 45 shows a block diagram of an RF-ID tag as an example. The ID tag includes an antenna unit, a power supply unit, a memory unit, a control circuit, and a clock circuit. The power supply unit includes a rectifier circuit that rectifies the AC signal only to the positive side, and a voltage supply circuit that supplies an appropriate voltage to the circuit. The memory unit includes a decoder circuit, a ROM circuit, and a register circuit. .

上記整流回路には、ダイオードが必要であるが、上記透明膜を用いるN−TFTのゲート−ドレイン間を接続した素子で代用できる可能性がある。また、上記電圧供給回路は、上記実施例7で示した差動増幅器を用いて、レギュレータにより構成できる。   The rectifier circuit requires a diode, but there is a possibility that an element connected between the gate and drain of the N-TFT using the transparent film can be substituted. The voltage supply circuit can be configured by a regulator using the differential amplifier shown in the seventh embodiment.

一方、上記デコーダ回路は、上記実施例で示したインバータ、NAND、NOR等の論理回路により構成でき、また、レジスタ回路は、上記実施例で示したフリップフロップで構成できる。
(実施例15:上記透明膜を活性層とするTFTを使用したディスプレイのバックプレーン)
N型半導体である上記透明膜を活性層とするN−TFTをアクティブマトリックスとして用いることで、上記TFTが透明なディスプレイのバックプレーンが形成できる(図46)。基板に透明な材料を用いた場合には、上記バックプレーンのTFT部は、透明となり、LCDや有機ELディスプレイの開口率を高めることや、基板側からも光を出すことが可能となる。
On the other hand, the decoder circuit can be configured by a logic circuit such as an inverter, NAND, NOR, etc. shown in the above embodiment, and the register circuit can be formed by a flip-flop shown in the above embodiment.
(Example 15: Backplane of a display using a TFT having the transparent film as an active layer)
By using an N-TFT having the transparent film, which is an N-type semiconductor, as an active layer, as an active matrix, a display backplane having a transparent TFT can be formed (FIG. 46). When a transparent material is used for the substrate, the TFT portion of the backplane becomes transparent, so that the aperture ratio of the LCD or organic EL display can be increased and light can be emitted from the substrate side.

本発明に係る透明酸化物膜、並びに当該膜を用いた半導体素子や回路は、LCDや有機ELディスプレイのスイッチング素子として利用できる。また、プラスチックフィルムをはじめとするフレキシブル素材を基板とするフレキシブル・ディスプレイをはじめ、ICカードやIDタグなどの構成要素として幅広く応用できる。   The transparent oxide film according to the present invention, and semiconductor elements and circuits using the film can be used as switching elements for LCDs and organic EL displays. Moreover, it can be widely applied as a component such as a flexible display using a flexible material such as a plastic film as a substrate, an IC card and an ID tag.

パルスレーザー蒸着法で成膜したIn−Ga−Zn−O系アモルファス膜の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electron carrier density | concentration of the In-Ga-Zn-O type | system | group amorphous film formed into a film by the pulse laser vapor deposition method, and the oxygen partial pressure during film-forming. パルスレーザー蒸着法で成膜したIn−Ga−Zn−O系アモルファス膜の電子キャリアの数と電子移動度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of electron carriers and the electron mobility of the In-Ga-Zn-O type amorphous film formed by the pulse laser deposition method. In−Ga−Zn−O系アモルファス膜の電気伝導度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electrical conductivity of an In-Ga-Zn-O type | system | group amorphous film | membrane, and the oxygen partial pressure during film-forming. 酸素分圧0.8Paの雰囲気でパルスレーザー蒸着法で成膜したInGaO3(Zn1−xMgO)のxの値に対する電気伝導度、キャリア濃度、電子移動度の変化を示すグラフである。Electrical conductivity in an atmosphere of an oxygen partial pressure of 0.8Pa for the values of x of InGaO3 was deposited by pulsed laser deposition (Zn 1-x Mg x O ), is a graph showing a carrier concentration, a change in the electron mobility. 実施例1で作製したトップゲート型MISFET素子構造を示す模式図である。3 is a schematic diagram showing a top gate type MISFET element structure manufactured in Example 1. FIG. 実施例1で作製したトップゲート型MISFET素子の電流−電圧特性を示すグラフである。2 is a graph showing current-voltage characteristics of a top gate type MISFET device fabricated in Example 1. FIG. SIT素子の実施例1を示す図である。It is a figure which shows Example 1 of a SIT element. SIT素子の実施例2を示す図である。It is a figure which shows Example 2 of a SIT element. SIT素子の実施例3を示す図である。It is a figure which shows Example 3 of a SIT element. SIT素子の実施例4を示す図である。It is a figure which shows Example 4 of a SIT element. SBT素子の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of a SBT element. PN−T素子の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of a PN-T element. SBD素子の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of a SBD element. PN−D素子の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of a PN-D element. 抵抗素子の実施例1を示す図である。It is a figure which shows Example 1 of a resistive element. 抵抗素子の実施例2を示す図である。It is a figure which shows Example 2 of a resistance element. 実施例1のインバータ回路1を示す図である。1 is a diagram illustrating an inverter circuit 1 of Example 1. FIG. 実施例1のインバータ回路2を示す図である。1 is a diagram illustrating an inverter circuit 2 according to a first embodiment. 実施例1のインバータ回路3を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter circuit 3 according to the first embodiment. 実施例1のインバータ回路4を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter circuit 4 according to the first embodiment. 実施例1のインバータ回路5を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter circuit 5 according to the first embodiment. 実施例1のインバータ回路6を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter circuit 6 according to the first embodiment. 実施例2のNAND回路1を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NAND circuit 1 according to a second embodiment. 実施例2のNAND回路2を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NAND circuit 2 according to a second embodiment. 実施例2のNAND回路3を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NAND circuit 3 according to a second embodiment. 実施例2のNOR回路1を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NOR circuit 1 according to a second embodiment. 実施例2のNOR回路2を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NOR circuit 2 according to a second embodiment. 実施例2のNOR回路3を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a NOR circuit 3 according to a second embodiment. 実施例3のクロックドインバータ回路1を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a clocked inverter circuit 1 according to a third embodiment. 実施例3のクロックドインバータ回路2を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a clocked inverter circuit 2 according to a third embodiment. 実施例3のクロックドインバータ回路3を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a clocked inverter circuit 3 according to a third embodiment. 実施例3のD−フリップフロップを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a D-flip flop according to a third embodiment. 実施例3のシフトレジスタを示す図である。FIG. 9 illustrates a shift register according to a third embodiment. 実施例4の1ビットSRAMセル回路1を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a 1-bit SRAM cell circuit 1 according to a fourth embodiment. 実施例4の1ビットSRAMセル回路2を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a 1-bit SRAM cell circuit 2 according to a fourth embodiment. 実施例4の1ビットSRAMセル回路3を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a 1-bit SRAM cell circuit 3 according to a fourth embodiment. 実施例5のNOR型ROM回路1を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a NOR ROM circuit 1 according to a fifth embodiment. 実施例5のNOR型ROM回路2の作製の第一段階を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a first stage in the manufacture of a NOR type ROM circuit 2 of Example 5. 実施例5のNOR型ROM回路2の作製の第二段階を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second stage of manufacturing the NOR-type ROM circuit 2 according to the fifth embodiment. 実施例5のNOR型ROM回路2を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a NOR type ROM circuit 2 according to a fifth embodiment. 実施例6のNAND型ROM回路1を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a NAND ROM circuit 1 according to a sixth embodiment. 実施例6のNAND型ROM回路2を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a NAND ROM circuit 2 according to a sixth embodiment. 実施例7の差動増幅回路1を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a differential amplifier circuit 1 according to a seventh embodiment. 実施例7の差動増幅回路2を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a differential amplifier circuit 2 according to a seventh embodiment. 実施例8のN−TFTを示す図である。10 is a diagram showing an N-TFT in Example 8. FIG. 実施例9のアクティブマトリックスバックプレーンを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an active matrix backplane according to a ninth embodiment. 実施例1のインバータ回路7を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter circuit 7 according to the first embodiment. PLD法を行う際に用いられる装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used when performing PLD method. PLD法を行う際に用いられる装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used when performing PLD method.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 チャンネル層
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート端子
5 ドレイン端子
6 ソース端子
10 絶縁基板
11−1、11−2 電極
12 ゲート電極
13 透明酸化物N型半導体膜
14 P型半導体材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Channel layer 3 Gate insulating film 4 Gate terminal 5 Drain terminal 6 Source terminal 10 Insulating substrate 11-1, 11-2 electrode 12 Gate electrode 13 Transparent oxide N-type semiconductor film 14 P-type semiconductor material

Claims (4)

In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、酸素を所定濃度含む雰囲気で成膜されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm/(V・秒)超であることを特徴とする集積回路。 In —Zn—Ga oxide, In—Zn—Ga—Mg oxide, In—Zn oxide, In—Sn oxide, Sn—In—Zn oxide, In oxide, Zn—Ga oxide, and In -A circuit including an N-type TFT using an amorphous oxide, which is one of Ga oxides, as an N-type semiconductor is a constituent element, and the N-type semiconductor is formed in an atmosphere containing oxygen at a predetermined concentration. As a result of the film formation, the electron carrier concentration is less than 10 18 / cm 3 , so that the N-type TFT has a current between the source and drain terminals of less than 10 microamperes when no gate voltage is applied. An integrated circuit, wherein the effective mobility is more than 1 cm 2 / (V · sec). In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、成膜後に酸素を含む雰囲気で後処理されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm /(V・秒)超であることを特徴とする集積回路 In—Zn—Ga oxide, In—Zn—Ga—Mg oxide, In—Zn oxide, In—Sn oxide, Sn—In—Zn oxide, In oxide, Zn—Ga oxide, and In -A circuit including an N-type TFT using an amorphous oxide which is one of Ga oxides as an N-type semiconductor is a constituent element, and the N-type semiconductor is in an atmosphere containing oxygen after film formation. The post-treatment results in an electron carrier concentration of less than 10 18 / cm 3 , whereby the N-type TFT has a source-drain terminal current of less than 10 microamperes when no gate voltage is applied, An integrated circuit characterized by having a field-effect mobility exceeding 1 cm 2 / (V · sec) . In―Zn―Ga酸化物、In―Zn―Ga―Mg酸化物、In―Zn酸化物、In―Sn酸化物、Sn−In−Zn酸化物、In酸化物、Zn―Ga酸化物、及びIn―Ga酸化物のうちのいずれかである非晶質酸化物を、N型半導体として用いたN型TFTを含む回路を構成要素としており、前記N型半導体は、酸素を所定濃度含む雰囲気で成膜された後に酸素を含む雰囲気で後処理されたことにより電子キャリア濃度が10 18 /cm 未満となっており、それにより前記N型TFTは、ゲート電圧無印加時のソース−ドレイン端子間の電流が10マイクロアンペア未満であり、電界効果移動度が1cm /(V・秒)超であることを特徴とする集積回路 In—Zn—Ga oxide, In—Zn—Ga—Mg oxide, In—Zn oxide, In—Sn oxide, Sn—In—Zn oxide, In oxide, Zn—Ga oxide, and In -A circuit including an N-type TFT using an amorphous oxide, which is one of Ga oxides, as an N-type semiconductor is a constituent element, and the N-type semiconductor is formed in an atmosphere containing oxygen at a predetermined concentration. After the film is formed and post-treated in an atmosphere containing oxygen, the electron carrier concentration is less than 10 18 / cm 3 , so that the N-type TFT can be connected between the source and drain terminals when no gate voltage is applied. An integrated circuit characterized in that the current is less than 10 microamperes and the field effect mobility is greater than 1 cm 2 / (V · sec) . 前記N型TFTを論理回路、メモリ回路、差動増幅回路の少なくともいずれかに用いて
いることを特徴とする請求項1乃至3に記載の集積回路。
Said logic circuit N TFT, and a memory circuit, an integrated circuit according to claim 1 to 3, characterized in that it uses at least either one of the differential amplifier circuit.
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