JP5528727B2 - 薄膜トランジスタ製造装置、酸化物半導体薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタ及び発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ製造装置、酸化物半導体薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタ及び発光デバイスに関する。

一般的に、薄膜トランジスタ等の半導体デバイスに用いられる酸素不定比性を有した酸化物半導体薄膜は、酸化物半導体が含有する酸素量によって、その薄膜の電気的特性が大きく変化することが知られている。以下、説明の便宜上、酸化物半導体の酸素量を、酸化物半導体薄膜又は単に薄膜の酸素量と呼称する場合がある。

酸化物半導体薄膜の酸素量は、酸化物半導体の化学量論比を基準として酸素欠損量又は過剰酸素量と表現される場合がある。

例えば、近年盛んに研究されているＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系ホモロガス酸化物半導体薄膜（以下、適宜、「ＩＧＺＯ膜」という。）は、酸素が出入りしやすく、ＩＧＺＯ膜の酸素欠損量に直結する酸素分圧によって、電気伝導率が１×１０^−４Ｓｃｍ^−１から１×１０Ｓｃｍ^−１まで変化することが報告されている（非特許文献１参照）。

このＩＧＺＯ膜を製造する方法としては、ＩＧＺＯ膜を形成した後に熱処理を施して結晶質のＩＧＺＯ膜を製造することや（非特許文献２、３参照）、所定の酸素分圧下で非晶質のＩＧＺＯ膜を形成し、その後、ＩＧＺＯ膜の酸素量を変化させるため酸素雰囲気中で熱処理を施す（特許文献１参照）ことが提案されている。

ここで、ＩＧＺＯ膜が非晶質であっても結晶質であっても、上記文献や非特許文献４等の従来手法ではＩＧＺＯ膜を加熱した後の冷却についての詳細な記載はされておらず、熱処理を施されたＩＧＺＯ膜は、大気中又は真空中で自然に冷却されていると考えられる。

Thin Solid Films, 516 (2008) 1326-1329頁,Fig3 Advanced Functional Materials, 13 (2003) 139-144頁 Thin Solid Films, 516 (2008) 5842-5846頁 Journal of Non-Crystalline Solids, 354 (2008) 2796-2800頁

特開２００８−５３３５６号

ところが、加熱後に自然に冷却した場合、酸素が出入りし易い酸化物半導体薄膜を例に挙げると、図８に示すように、大気中の酸素又は真空中に残存する酸素を、酸化物半導体薄膜が吸収し、結果、酸化物半導体薄膜の酸素欠損量は加熱直後と比較して大きく低下する。また、最終的に得られる酸化物半導体薄膜の間で、大気中又は真空中の酸素分圧や冷却時間によって、その酸素欠損量にばらつきが生じる（図８に示すグラフａ、ｂ参照）。

このように、酸化物半導体薄膜間で酸素欠損量にばらつきが生じた場合、その電気的特性もばらついて、薄膜トランジスタ等の半導体デバイスの品質の低下を招く。

本発明は、酸化物半導体薄膜の酸素量を精度良く制御することが可能な薄膜トランジスタ製造装置、酸化物半導体薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタの製造方法を提供することを主な目的とする。

本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞ 基板上に酸化物半導体薄膜を形成する真空薄膜形成室と、
前記真空薄膜形成室で前記酸化物半導体薄膜を形成中に又は形成した後に、前記酸化物半導体薄膜を加熱する加熱手段と、
前記真空薄膜形成室と同一の、又は前記真空薄膜形成室と接続され、前記大気と遮断された真空処理室内に設けられ、前記加熱手段により加熱された前記酸化物半導体薄膜を冷却する冷却手段と、
を有する薄膜トランジスタ製造装置。
＜２＞ 前記酸化物半導体薄膜は、前記基板上に薄膜トランジスタの活性層として形成され、
前記真空処理室に接続されて前記大気と遮断され、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する真空金属膜形成室と、
前記真空処理室に接続されて前記大気と遮断され、前記基板上にゲート絶縁層を形成する真空絶縁膜形成室と、
を有する＜１＞に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜３＞ 前記真空薄膜形成室、前記真空処理室、前記真空金属膜形成室、又は前記真空絶縁膜形成室のいずれか１つの室内には、少なくとも１つのメタルマスクを収納するメタルマスクシェルフが設けられている＜２＞に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜４＞ 前記真空薄膜形成室には、前記真空薄膜形成室内の酸素分圧を制御する制御機構が設けられている＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜５＞ 前記制御機構は、オゾン照射機構又は酸素ラジカル照射機構を含む＜４＞に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜６＞ 前記冷却手段は、前記加熱手段により加熱された前記酸化物半導体薄膜を有する基板の裏面側に冷却媒体を接触させて、前記酸化物半導体薄膜を冷却する＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜７＞ 前記冷却手段は、前記基板及び前記冷却媒体の少なくとも一方を移動させて前記基板の裏面側と前記冷却媒体を接触させる＜６＞に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
＜８＞ 大気と遮断された真空薄膜形成室内で、基板上に酸化物半導体の薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程の中で又は前記薄膜を形成した後に、前記薄膜を加熱する加熱工程と、
前記真空薄膜形成室と同一の、又は前記真空薄膜形成室と接続され前記大気と遮断された真空処理室内で、前記基板上に形成した薄膜を、前記加熱工程により加熱された温度から冷却する冷却工程と、
を有する酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜９＞ 前記加熱工程では、前記薄膜を１５０℃以上に加熱し、
前記冷却工程では、１５０℃以上に加熱された前記薄膜を６００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１００℃未満に冷却する＜８＞に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜１０＞ 前記冷却工程では、前記薄膜が形成された基板の裏面側から冷却する＜８＞又は＜９＞に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜１１＞ 前記真空薄膜形成室内又は前記真空処理室内に設けられた冷却媒体、及び前記基板の少なくとも一方を移動して、前記薄膜が形成された基板の裏面側と前記冷却媒体を接触させることにより、前記薄膜を冷却する＜１０＞に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜１２＞ 前記酸化物半導体の構成材料は、Ｉｎ及びＺｎのうち少なくとも一方の元素を含む＜８＞〜＜１１＞のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜１３＞ 前記酸化物半導体の構成材料は、Ｉｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（Ｍは、Ｆｅ、Ｇａ、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、０≦ｘ≦１、ｍは１以上の自然数）である＜１２＞に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
＜１４＞ 少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、活性層、ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ形成する工程を含み、
前記活性層を形成する工程では、＜８＞〜＜１３＞のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いる薄膜トランジスタの製造方法。
＜１５＞ ＜８＞〜＜１３＞のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いて作製した酸化物半導体薄膜。
＜１６＞ ＜１４＞に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて作製した薄膜トランジスタ。
＜１７＞ ＜８＞〜＜１３＞のいずれかに記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いて作製した酸化物半導体薄膜を備えた発光デバイス。

本発明によれば、酸化物半導体薄膜の酸素量を精度良く制御することが可能な薄膜トランジスタ製造装置、酸化物半導体薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタ及び発光デバイスを提供することができる。

第１実施形態に係る薄膜トランジスタ製造装置の概略構成図である。 （Ａ）は、逆スタガ構造のＴＦＴの一例を示す概略断面図である。（Ｂ）は、スタガ構造のＴＦＴの一例を示す概略断面図である。 図１に示す薄膜トランジスタ製造装置を用いた逆スタガ構造のＴＦＴの製造工程図である。 第１実施形態に係る酸化物半導体薄膜の急速冷却の工程を示す図である。 第２実施形態に係る酸化物半導体薄膜の急速冷却の工程を示す図である。 図１に示す薄膜トランジスタ製造装置の変形例である。 本発明に係る酸化物半導体薄膜の酸素欠損量の制御を示す図である。 従来の酸化物半導体薄膜の酸素欠損量の制御を示す図である。

以下、本発明の酸化物半導体薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタ製造装置の一の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面を通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。

＜第１実施形態＞
１．薄膜トランジスタ製造装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタ製造装置の概略構成図である。

本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタ製造装置１０は、基板投入室１２と、輸送室１４と、金属薄膜形成室１６と、絶縁薄膜形成室１８と、酸化物半導体薄膜形成室２０と、アニール処理室２２とを備え、輸送室１４を中心として、他の各室１２、１６、１８、２０、２２が放射状に配置されている。

薄膜トランジスタ製造装置１０の各室１２、１６、１８、２０、２２は、バルブ２４を介してターボ分子ポンプ２６とロータリポンプ２８とからなる真空排気装置３０に接続されている。

基板投入室１２には、ガス導入管３２が接続されており、このガス導入管３２から基板投入室１２内に窒素ガスが導入される。

この基板投入室１２には、上記窒素ガスが導入され大気開放された後、基板投入室１２の扉が開けられて基板ホルダ（不図示）に保持された基板３６が投入される。この基板３６は、基板投入室１２内が真空排気装置３０にて真空引きされた後、トランスファーロッド３８により輸送室１４に搬送される。

基板３６が搬送される先の輸送室１４には、メタルマスクを最大６種類格納可能なメタルマスクシェルフ４０が設けられている。このメタルマスクシェルフ４０は、上下機構及び回転機構を有しており、基板３６とメタルマスクの組み合わせを大気に曝すことなく任意に選択することができる。このため、薄膜トランジスタ等の作製プロセスを終始大気に曝すことなく行うことが可能となる。

また、輸送室１４には、基板３６を急速に冷却する冷却機構４２と、基板３６上に形成される薄膜の結晶状態を評価する反射高速電子回折装置（ＲＨＥＥＤ装置）４４とが設けられている。なお、冷却機構４２の詳細については後述する。

さらに、輸送室１４は、基板投入室１２の他に、金属薄膜形成室１６と、絶縁薄膜形成室１８と、酸化物半導体薄膜形成室２０と、アニール処理室２２に連通しており、基板投入室１２から輸送室１４に搬送された基板３６がトランスファーロッド４６、４８、５０、５２により各薄膜形成室１６、１８、２０及びアニール処理室２２に自由に搬送される。

各薄膜形成室１６、１８、２０及びアニール処理室２２は、真空度が調整自在で、各室１６、１８、２０、２２にはガス導入管５４が接続されている。このガス導入管５４から各室１６、１８、２０、２２内には、各室１６、１８、２０、２２の処理に応じたアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスが、単独又は混合ガスとして、不図示のマスフローコントローラーで流量が制御されながら導入される。

また、各薄膜形成室１６、１８、２０には、基板３６を保持しつつ上昇又は下降可能な基板保持移動手段５５と、成膜中又は成膜前後で基板３６を例えば９００℃まで昇温可能な基板加熱機構５６と、イオンゲージ５７等が設けられている。

各薄膜形成室１６、１８、２０のうち金属薄膜形成室１６には、輸送室１４からトランスファーロッド５２により搬送され、基板保持移動手段５５に保持された基板３６の方向に向いた複数の成膜ターゲット５８が設けられている。これらの成膜ターゲット５８により、金属薄膜形成室１６では、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｔ又はＡｕ等の金属薄膜を成膜することができる。

各薄膜形成室１６、１８、２０のうち絶縁薄膜形成室１８には、輸送室１４からトランスファーロッド４８により搬送され、基板保持移動手段５５に保持された基板３６の方向に向いた複数の成膜ターゲット６０が設けられている。これらの成膜ターゲット６０により、絶縁薄膜形成室１８では、例えばＹ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、又はＨｆを含む絶縁体薄膜を成膜することができる。

また、この絶縁薄膜形成室１８には、トランスファーロッド４８により搬送された基板３６に対向した位置に不図示の酸素ラジカル源（酸素ラジカル照射機構）が接続されている。

各薄膜形成室１６、１８、２０のうち酸化物半導体薄膜形成室２０には、輸送室１４からトランスファーロッド４６により搬送され、基板保持移動手段５５に保持された基板３６の方向に向いた複数の成膜ターゲット６２が設けられている。これらの成膜ターゲット６２により、酸化物半導体薄膜形成室２０では、最大６種の異なる材料、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を同時に成膜することができる。

また、この酸化物半導体薄膜形成室２０には、トランスファーロッド４６により搬送された基板３６に対向した位置に不図示の酸素ラジカル源が接続されている。

この酸素ラジカル源は、酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を低減させる際に利用することができ、成膜中の酸素分圧制御と後述する基板３６の急速冷却を併用することにより、酸素欠損量を広い範囲で任意かつ精密に制御することが可能となる。

さらに、この酸化物半導体薄膜形成室２０には、四重極質量分析装置６５（Ｑ−ＭＡＳＳ）が接続されている。

アニール処理室２２では、室内を真空引きした後、マスフローコントローラーで流量を制御したガスをガス導入管５４から導入して、トランスファーロッド５０により搬送された基板３６を所望の雰囲気中で熱処理することができる。

２．薄膜トランジスタの構造
本発明の第１実施形態に係る薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略す）は、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁層、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極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。

ＴＦＴ構造としては、逆スタガ構造（ボトムゲート型とも呼ばれる）及びスタガ構造（トップゲート型とも呼ばれる）のいずれの態様であってもよい。

このＴＦＴは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）のスイッチング素子、駆動素子として用いられる。

また、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として好適に用いられる。さらにＴＦＴを用いた表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む幅広い分野で応用される。さらに、ＴＦＴは、表示装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上にＴＦＴを形成することで、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用される。

図２（Ａ）は、逆スタガ構造のＴＦＴの一例を示す概略断面図である。ＴＦＴ１００は、基板３６の上にゲート電極１０２と、ゲート絶縁層１０４と、活性層１０６とを順に積層して有し、活性層１０６の表面上にソース電極１０８及びドレイン電極１１０が互いに離間して設置された構成である。加えて、これら活性層１０６、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の上には、外気に対する封止性能が向上するため保護層１１２が設けられている。

一方、図２（Ｂ）は、スタガ構造のＴＦＴの一例を示す概略断面図である。ＴＦＴ１２０は、基板３６の表面上に活性層１２２が積層され、活性層の表面上にソース電極１２４及びドレイン電極１２６が互いに離間して設置され、これらの上にゲート絶縁層１２８と、ゲート電極１３０とを順に積層した構成である。

以下、図２（Ａ）に示す逆スタガ構造のＴＦＴ１００を例に挙げて、本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの各構成について具体的に説明する。なお、図２（Ｂ）に示すスタガ構造のＴＦＴ１２０の各構成についても積層の順番が異なる以外は以下同様である。

（基板）
ＴＦＴ１００の基板３６を構成する材料としては、例えば、ガラス、ＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等の有機材料が挙げられる。基板３６を構成する材料として、上記有機材料を用いる場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れた材料を選択することが好ましい。

この基板３６としては、可撓性を有することが好ましく、この可撓性を有する観点から、上記有機材料をフィルム状とした有機プラスチックフィルムを用いることが好ましい。また、この基板３６の絶縁性が不十分の場合には絶縁層を設けたり、基板３６に更に、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスチック基板の平坦性や電極又は活性層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を積層した構成としてもよい。

基板３６の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。基板３６の厚みが５０μｍ未満であると、基板３６自体が十分な平坦性を保持することが難しい場合がある。基板３６の厚みが５００μｍよりも厚いと、基板３６自体を自由に曲げることが困難になり、すなわち基板３６自体の可撓性が乏しくなる。

（ゲート電極）
ゲート電極１０２は、基板３６上に形成される。

ゲート電極１０２を構成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が挙げられる。

このゲート電極１０２の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが更に好ましく、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが特に好ましい。

（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層１０４は、主にゲート電極１０２上に形成される。

ゲート絶縁層１０４を構成する材料としては、比誘電率の高い無機化合物や有機化合物が挙げられる。

無機化合物としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化窒化珪素、酸化炭化珪素、窒化炭化珪素、酸化窒化炭化珪素、酸化窒化ゲルマニウム、酸化炭化ゲルマニウム、窒化炭化ゲルマニウム、酸化窒化炭化ゲルマニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化炭化アルミニウム、窒化炭化アルミニウム、酸化窒化炭化アルミニウムやこれらの混合物が挙げられる。

有機化合物としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等が挙げられる。また、これらのポリマー微粒子に無機酸化物を被覆した粒子も挙げられる。

ゲート絶縁層１０４の膜厚としては、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が更に好ましく、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が特に好ましい。ゲート絶縁層１０４はリーク電流を減らすため、また電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁層１０４の膜厚を厚くすると、ＴＦＴ１００の駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁層１０４の膜厚は、上記範囲内とすることが好ましい。

（活性層）
活性層１０６は、主にゲート絶縁層１０４上に形成される。

活性層１０６を構成する材料は、酸素不定比性を有する非晶質又は結晶質の酸化物半導体である。なお、非晶質酸化物半導体の場合には、低温で成膜可能であるために、可撓性のある基板３６上に好適に形成される。

この酸化物半導体としては、好ましくはＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、又はＣｄよりなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む酸化物であり、より好ましくは、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む酸化物、さらに好ましくは、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む酸化物である。よりさらに好ましくは、Ｉｎ、Ｚｎよりなる群より選ばれる少なくとも１種を含む酸化物である。

具体的には、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ，ＳｎＯ_２、ＣｄＯ，Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）が挙げられる。

ＩＧＺＯは、一般的にＩｎ_２−ｘＧａ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（０≦ｘ≦１、ｍ＝１以上の自然数）で表され、本実施形態に係る活性層としては、ｍ≧２の材料系でもよいが、エッチング特性及びデバイス特性の観点からはｍ＝１のものが望ましい。なお、Ｉｎ_２−ｘＧａ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍのうちＧａは他の元素に変えることも可能であり、当該ＩＧＺＯの結晶系はより広くＩｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍと表現することができる。ここでＭは、例えばＦｅ、Ｇａ、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。例えば、ＦｅとＧａの混晶であっても良い。

ただし、活性層１０６は、酸化物半導体を主成分として含有していれば良く、その他に不純物等を含有していても良い。ここで、「主成分」とは、活性層１０６を構成する構成成分のうち、最も多く含有される成分を表す。

活性層１０６のキャリア濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以上の高い領域である。より好ましくは、１×１０^１５／ｃｍ^３以上１×１０^２１／ｃｍ^３以下である。

また、活性層１０６の電気伝導度は、特に限定されないが、好ましくは１０^−４Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満であり、より好ましくは１０^−１Ｓｃｍ^−１以上１０^２Ｓｃｍ^−１未満である。

ここで、活性層１０６のキャリア濃度及び電気伝導度は、酸素不定比性を有する酸化物半導体の酸素量の増減によって変化することが知られている。

具体的には、ＩＧＺＯ、ＺｎＯ等酸素が出入りし易い酸化物半導体薄膜においては、酸素欠陥によりキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなる。

よって、活性層１０６に用いられる酸化物半導体薄膜の酸素量は、所望するキャリア濃度及び電気伝導率を得るために、活性層１０６の成膜中の酸素分圧、成膜後の熱処理時の酸素濃度と処理時間によって制御されている。また、これに加えて、本発明の第１実施形態では、後述する冷却機構４２を用いた活性層１０６の急速冷却により精度良く制御されている。

なお、活性層１０６の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、薄膜の用途、目的等に応じて選択すればよい。

例えば、活性層１０６の構造としては、１層からなる構造に限られず、第１層と該第１層より電気伝導度が大きい第２層からなり、該第２層がゲート絶縁層１０４と接し、該第層とソース電極１０８及びドレイン電極１１０の少なくとも一方との間に該第１層が電気的に接続している構成であってもよい。

（ソース電極及びドレイン電極）
ソース電極１０８及びドレイン電極１１０は、活性層１０６上に互いに離間して形成されている。

ソース電極１０８及びドレイン電極１１０を構成する材料としては、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が好適に挙げられる。

ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の層厚は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが更に好ましく、４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることが特に好ましい。
（保護層）
保護層１１２は、活性層１０６、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０の上に形成される。この保護層１１２が形成されることにより、外気に対する封止性能が向上する。

保護層１１２を構成する材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、又はＴｉＯ_２等の金属酸化物、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、又はＣａＦ_２等の金属フッ化物等が挙げられる。

保護層１１２の厚みは、特に限定されないが、好ましくは、５ｎｍ以上５０μｍ以下である。より好ましくは、１０ｎｍ以上１μｍ以下、さらに好ましくは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

３．薄膜トランジスタの製造方法
次に、本発明の第１実施形態に係るＴＦＴの製造方法について詳細に説明する。このＴＦＴは、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を用いて製造される。

図３は、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を用いた逆スタガ構造のＴＦＴ１００の製造工程図である。

図３では、ＴＦＴの製造工程を、図１に示す各処理室（輸送室１４、金属薄膜形成室１６、絶縁薄膜形成室１８、酸化物半導体薄膜形成室２０）での処理工程に分けて記載してある。また、この処理工程に合わせて、図２（Ａ）に示すＴＦＴ１００の各構成を段階的に断面図及び平面図で記載している。また、各構成を形成する際に用いるマスクの形状も段階的に平面図で記載している。

なお、図３においては、基板３６、ゲート電極１０２、ゲート絶縁層１０４、活性層１０６、ソース電極１０８、ドレイン電極１１０及び保護層１１２の符号を適宜省略している。また、図３においては、図２（Ａ）に示す逆スタガ構造のＴＦＴ１００の製造工程を一例として挙げているが、図２（Ｂ）に示すスタガ構造のＴＦＴ１２０も以下同様に製造される。

ＴＦＴ１００の製造工程では、まず基板３６を基板投入室１２に投入した後、当該基板投入室１２内を真空排気装置３０により真空引きし、トランスファーロッド３８により基板３６を常時真空状態に維持されている輸送室１４に搬送する。

輸送室１４においては、該輸送室１４内にあるメタルマスクシェルフ４０上でゲート電極１０２用のメタルマスク１４０と基板３６を重ね合わせる。

次に、メタルマスク１４０が重ね合わされた基板３６を、トランスファーロッド５２を用いて輸送室１４から常時真空状態に維持されている金属薄膜形成室１６に搬送し、基板保持移動手段５５により保持する。

金属薄膜形成室１６においては、スパッタリング法により、基板３６の上に、単一の又は複数の成膜ターゲット５８を使用して金属薄膜を成膜する。この際、基板３６はメタルマスク１４０と重ね合わされているため、基板３６上でマスクされていない露出部分には、ゲート電極１０２が形成される。また、この金属薄膜の成膜中には、金属薄膜の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して金属薄膜形成室１６へアルゴンガス等のプロセスガスを導入する。

次に、ゲート電極１０２が形成された基板３６を、トランスファーロッド５２、４８を用いて金属薄膜形成室１６から常時真空状態に維持されている絶縁薄膜形成室１８に搬送する。

絶縁薄膜形成室１８に搬送する際、その搬送途中の輸送室１４において、基板３６上にあるメタルマスク１４０をメタルマスクシェルフ４０に格納されているゲート絶縁層１０４用のメタルマスク１４２と交換する。

絶縁薄膜形成室１８においては、スパッタリング法により、基板３６の上に、単一の又は複数の成膜ターゲット６０を使用して絶縁薄膜を成膜する。この際、基板３６はメタルマスク１４２と重ね合わされているため、基板３６上でマスクされていない露出部分であって主にゲート電極１０２の上に、ゲート絶縁層１０４が形成される。また、この絶縁薄膜の成膜中には、絶縁薄膜の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して絶縁薄膜形成室１８へアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスを導入する。

次に、ゲート絶縁層１０４が形成された基板３６を、トランスファーロッド４８、４６を用いて絶縁薄膜形成室１８から常時真空状態に維持されている酸化物半導体薄膜形成室２０に搬送する。

酸化物半導体薄膜形成室２０に搬送する際、その搬送途中の輸送室１４において、基板３６上にあるメタルマスク１４２をメタルマスクシェルフ４０に格納されている活性層１０６用のメタルマスク１４４と交換する。

酸化物半導体薄膜形成室２０においては、スパッタリング法により、基板３６の上に、単一の又は複数の成膜ターゲット６２を使用して酸化物半導体薄膜を成膜する。この際、基板３６はメタルマスク１４４と重ね合わされているため、基板３６上でマスクされていない露出部分であって主にゲート絶縁層１０４の上に、活性層１０６が形成される。また、この酸化物半導体薄膜の成膜中には、酸化物半導体薄膜の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して酸化物半導体薄膜形成室２０へアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスを導入する。なお、酸化物半導体薄膜がＩＧＺＯからなる場合、プロセスガスとして酸素ガスを導入することにより、酸化物半導体薄膜形成室２０内の酸素分圧を例えば１×１０^−３Ｐａ以下に調整することが好ましい。

酸化物半導体薄膜の成膜温度としては、活性層１０６の材料として結晶質の酸化物半導体薄膜を用いる場合、該酸化物半導体薄膜の種類にもよるが、例えば５００℃以上である。この場合、基板３６を加熱しながら酸化物半導体薄膜を成膜する。また、活性層１０６の材料として非晶質の酸化物半導体薄膜を用いる場合、成膜温度は４００℃以下である。

活性層１０６の形成後にこれを熱処理する場合には、活性層１０６が形成された基板３６を、トランスファーロッド４６、５０を用いて酸化物半導体薄膜形成室２０から真空引きしたアニール処理室２２に搬送する。そして、アニール処理室２２にて、活性層１０６が形成された基板３６、特に該活性層１０６を、酸化物半導体薄膜の酸素量が変化し得る温度、例えば１５０℃〜４００℃でアニールする。また、このアニール中には、活性層１０６の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して絶縁薄膜形成室１８へアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスを導入する。

ここで、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜の酸素量は、以上のような成膜時の酸素分圧の調整又はアニール処理により制御される。

ところが、成膜時の加熱又はアニール処理の後に、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜を自然に冷却した場合、酸素が出入りし易い酸化物半導体薄膜を例に挙げると、図８に示すように、大気中の酸素又は真空中に残存する酸素を、酸化物半導体薄膜が吸収し、結果、酸化物半導体薄膜の酸素欠損量は加熱直後と比較して低下する。また、最終的に得られる酸化物半導体薄膜の間で、大気中又は真空中の酸素濃度や冷却時間によって、その酸素欠損量にばらつきが生じる（図８のグラフａ、ｂ参照）。

このように、酸化物半導体薄膜間で酸素欠損量にばらつきが生じた場合、その電気的特性もばらついて薄膜トランジスタ等の半導体デバイスの品質の低下を招く。

そこで、本発明の第１実施形態では、基板３６を加熱して活性層１０６を形成した直後、又はアニール直後、当該基板３６を、トランスファーロッド４６、５０を用いて酸化物半導体薄膜形成室２０又はアニール処理室２２から輸送室１４に搬送する。そして、基板３６を介して少なくとも１５０℃以上に加熱されている活性層１０６の酸化物半導体薄膜を、輸送室１４内にある冷却機構４２を用いて６００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１００℃未満に急速冷却する。

以下、冷却機構４２を用いた酸化物半導体薄膜の急速冷却の方法を、図４を用いて詳細に説明する。なお、以下においては酸化物半導体薄膜形成室２０から輸送室１４に搬送する場合を説明するが、アニール処理室２２から輸送室１４に搬送する場合も同様である。

図４（Ａ）に示す工程では、基板３６の外周部が基板保持移動手段５５に保持された状態で基板加熱機構５６の一例としてのヒータにより基板３６の上面側から加熱され、成膜ターゲット６２により下面側に活性層１０６が形成された基板３６を、酸化物半導体薄膜形成室２０内で下方から上方へ移動させる。なお、図中の基板３６上の構成は、活性層１０６のみを図示し、ゲート電極１０２及びゲート絶縁層１０４を省略する等簡略化している。

図４（Ｂ）に示す工程では、下面側に活性層１０６が形成された基板３６を、トランスファーロッド４６を用いて酸化物半導体薄膜形成室２０から輸送室１４に即座に搬送する。

図４（Ｃ）に示す工程では、下面側に活性層１０６が形成された基板３６をトランスファーロッド４６によって冷却機構４２の移動手段１５０上に配置する。ここで、移動手段１５０は、活性層１０６等には触れず、基板３６が保持されている基板ホルダを支持する。

図４（Ｄ）に示す工程では、冷却機構４２の一部である移動手段１５０により下面側に活性層１０６を備えた基板３６を上方へ移動して、水冷されたＣｕ板又はインコネル板等の冷却媒体１５２に、基板３６の裏面（活性層１０６が形成されていない上面）を押し付け、冷却媒体１５２と基板３６の裏面を接触させることにより、活性層１０６等を汚染することなく、高温の状態にある活性層１０６の酸化物半導体薄膜を急速冷却する。
なお、基板３６は不図示の基板ホルダによって保持されていることから、実際には冷却媒体１５２は、基板３６の裏面にある基板ホルダを構成する均熱板に接触することとなるが、基板ホルダは基板３６の裏面と接触していることから、冷却媒体１５２は基板３６の裏面に「間接的」に接触することとなる。また、冷却中の基板３６温度は、冷却媒体１５２中に配置された熱電対を用いてモニターする。

図４（Ｅ）に示す工程では、急速冷却された活性層１０６を備える基板３６を移動手段１５０により下方へ移動する。なお、図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す全工程は、例えば１０秒以内等、即座に完了する。

以上の工程を経ることにより、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜が真空中に残存する酸素を吸収することを抑止し、図７に示すように加熱直後の酸化物半導体薄膜の酸素量を固定化することができ、自然に冷却した場合の酸化物半導体薄膜の酸素量の変化（図８参照）に比べ、酸化物半導体薄膜の酸素量を精度良く制御できる。なお、図７、８では、酸素が出入りし易い酸化物半導体薄膜の酸素欠損量を縦軸、酸化物半導体薄膜の温度（基板３６の温度と同視可能）を横軸としている。

また、下面側に活性層１０６が形成された基板３６を酸化物半導体薄膜形成室２０から輸送室１４に搬送するため、仮にヒータ５６により酸化物半導体薄膜形成室２０内が高温状態にあった場合でも、例えば室温の輸送室１４内で活性層１０６の酸化物半導体薄膜を確実に急速冷却することができる。

さらに、酸化物半導体薄膜形成室２０と輸送室１４は、大気と遮断され、かつ、真空排気装置３０により真空引きされており、輸送室１４内の酸素分圧が大気中の酸素分圧よりも極めて低いため、酸化物半導体薄膜の酸素の吸収を極限まで抑制することができる。

図３に戻って、急速冷却された活性層１０６を備える基板３６を、トランスファーロッド５２を用いて輸送室１４から金属薄膜形成室１６に搬送する。

金属薄膜形成室１６に搬送する際、輸送室１４において、基板３６上にあるメタルマスク１４４を、メタルマスクシェルフ４０に格納されているソース電極１０８、ドレイン電極１１０用のメタルマスク１４６と交換する。

ここで、活性層１０６を形成後に基板３６を大気中に取り出し、大気に曝した状態でメタルマスクを活性層１０６用のメタルマスク１４４からソース電極１０８、ドレイン電極１１０用のメタルマスク１４６に交換する従来の手法では、大気中の酸素により活性層１０６表面の酸素欠損量が変化してしまうことから、活性層１０６の膜中のキャリア密度を精密に制御することが困難であった。しかし、本第１実施形態では、輸送室１４内に複数のメタルマスクを格納可能なメタルマスクシェルフ４０が設けられていることから、基板３６を大気中に取り出すことなくマスク交換をして、次の製造工程（ソース・ドレイン電極形成工程）に進むことができるため、基板３６上に活性層１０６を形成した後に、活性層１０６表面の酸素欠損量が変化することを防止することができる。

金属薄膜形成室１６においては、スパッタリング法により、基板３６の上に、単一の又は複数の成膜ターゲット５８を使用して金属薄膜を成膜する。この際、基板３６はメタルマスク１４６と重ね合わされているため、基板３６上でマスクされていない露出部分であって主に活性層１０６の上に、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０が形成される。また、この金属薄膜の成膜中には、金属薄膜の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して金属薄膜形成室１６へアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスを導入する。

次に、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０が形成された基板３６を、トランスファーロッド５２、４８を用いて金属薄膜形成室１６から絶縁薄膜形成室１８に搬送する。

絶縁薄膜形成室１８に搬送する際、その搬送途中の輸送室１４において、基板３６上にあるメタルマスク１４６をメタルマスクシェルフ４０に格納されている保護層１１２用のメタルマスク１４８と交換する。

絶縁薄膜形成室１８においては、スパッタリング法により、基板３６の上に、単一の又は複数の成膜ターゲット６０を使用して絶縁薄膜を成膜する。この際、基板３６はメタルマスク１４８と重ね合わされているため、基板３６上でマスクされていない露出部分であって主に活性層１０６、ソース電極１０８及びドレイン電極１１０上に、保護層１１２が形成される。また、この絶縁薄膜の成膜中には、絶縁薄膜の構成材料に応じて、適宜、ガス導入管５４を介して絶縁薄膜形成室１８へアルゴンガス、酸素ガス等のプロセスガスを導入する。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、冷却機構４２が輸送室１４内に設けられている場合を説明したが、本発明の第２実施形態では、冷却機構４２が酸化物半導体薄膜形成室２０内に設けられている場合を説明する。

この場合、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜の急速冷却は、図５に示す通りとなる。

図５（Ａ）に示す工程では、基板保持移動手段５５により外周部が保持され、基板加熱機構５６の一例としてのヒータにより上面側から加熱され、成膜ターゲット６２により下面側に活性層１０６が形成された基板３６を、ヒータ５６と共に酸化物半導体薄膜形成室２０内で下方から上方へ移動させる。なお、図中の基板３６上の構成は、活性層１０６のみ図示し、ゲート電極１０２及びゲート絶縁層１０４を省略する等簡略化している。

図５（Ｂ）に示す工程では、加熱を停止したヒータ５６をさらに上昇させるとともに、冷却機構４２の一部である不図示の移動手段により、水冷されたＣｕ板又はインコネル板等の冷却媒体１５２を、ヒータ５６と、下面側に活性層１０６が形成された基板３６の上面（裏面）との間に移動する。

図５（Ｃ）に示す工程では、下面側に活性層１０６が形成された基板３６をさらに上方へ移動して、水冷されたＣｕ板又はインコネル板等の冷却媒体１５２に、基板３６の裏面（活性層１０６が形成されていない上面）を押し付けて冷却媒体１５２と基板３６の裏面を基板ホルダを介して接触させることにより、高温の状態にある活性層１０６の酸化物半導体薄膜を急速冷却する。なお、冷却中の基板温度は、冷却媒体１５２中に配置された熱電対を用いてモニターする。

図５（Ｄ）に示す工程では、冷却媒体１５２を、ヒータ５６と、急速冷却された活性層１０６を備える基板３６との間から退避させる。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す全工程は、例えば１０秒以内等、即座に完了する。

以上の工程を経ることにより、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜が真空中に残存する酸素を吸収することを抑止し、図７に示すように加熱直後の酸化物半導体薄膜の酸素量を固定化することができ、自然冷却した場合の酸化物半導体薄膜の酸素量の変化（図８参照）に比べ、酸化物半導体薄膜の酸素量を精度良く制御できる。

また、第１実施形態に比べ、輸送室１４へ搬送する時間分を短縮できるため、より短時間で活性層１０６の酸化物半導体薄膜を急速冷却することができ、加熱直後の酸化物半導体薄膜の酸素量を確実に固定化することができる。

＜変形例＞
以上、第１、第２実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

例えば、本発明の薄膜トランジスタ製造装置は、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０に限られるものではなく、例えば図６に示すような薄膜トランジスタ製造装置２００であっても良い。

図６に示す薄膜トランジスタ製造装置２００は、基板投入室２０２と、輸送室２０４と、アニール処理室２０６とが直列に接続され、金属薄膜形成室２０８と、絶縁薄膜形成室２１０と、酸化物半導体薄膜形成室２１２とが輸送室２０４に対して平行に配置された構成である。この輸送室２０４には、上述したメタルマスクシェルフ４０と、冷却機構４２が備えられている。その他、各室２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の詳細は、上記第１実施形態で説明したものと同様であるため省略する。

また、本発明の薄膜トランジスタ製造装置は、酸化物半導体材料、金属材料、絶縁材料間でのコンタミネーションを抑えるため金属薄膜形成室と、絶縁薄膜形成室と、酸化物半導体薄膜形成室は独立して配置されていることが好ましいが、成膜室を複数設置できない場合は、コンタミネーションを極力抑えるためのシールド部を設け、同一成膜室内に成膜ターゲット５８、６０、６２を配置してもよい。

さらに、本発明の薄膜トランジスタ製造装置は、スパッタリング法を採用した装置に限られず、該スパッタリング法を含む蒸着法、イオンプレーティング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）、種々の化学的気相成長法（ＣＶＤ）を採用する装置であっても良い。

さらにまた、酸化物半導体薄膜形成室２０には、酸化物半導体薄膜の酸素量を制御する手段としてオゾン照射機構が具備されていてもよい。

また、本発明のＴＦＴの製造方法は、第１、第２実施形態において図２（Ａ）に示す逆スタガ構造のＴＦＴ１００に適用される場合を説明したが、図２（Ｂ）に示すスタガ構造のＴＦＴ１２０にも適用される。

さらに、本発明の酸化物半導体薄膜の製造方法は、第１、第２実施形態においてＴＦＴ１００の活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜に適用される場合を説明したが、発光ダイオード等の発光デバイスや半導体レーザーといった電子デバイスを構成する酸化物半導体薄膜にも適用される。

さらにまた、活性層１０６を構成する酸化物半導体薄膜の急速冷却については、図４又は図５に示すように、基板３６又は冷却媒体１５２を移動してこれらを接触させることで急速冷却する方法を説明したが、例えば窒素置換された室内に成膜後の基板３６を搬送し、液体窒素ガスを基板３６に吹き付けることで急速冷却する方法であってもよい。

また、第１、第２実施形態では輸送室１４又は酸化物半導体薄膜形成室２０内に冷却機構４２を設ける構成を説明したが、アニール処理室５０内に冷却機構４２を設ける構成であっても良い。

さらに、第１、第２実施形態では、冷却媒体１５２と基板３６の裏面を「間接的」に接触させる、すなわち冷却媒体１５２と基板３６の裏面側にある基板ホルダの均熱板とを接触させる場合を説明したが、均熱板が無い状態で、冷却媒体１５２と基板３６の裏面とを直接接触させて、高温の状態にある活性層１０６の酸化物半導体薄膜を急速冷却するようにしても良い。

さらにまた、第１、第２実施形態では、メタルマスクシェルフ４０が、輸送室１４内に設けられている構成を説明したが、各薄膜形成室１６、１８、２０のいずれか１つに設け有れている構成であっても良い。

また、メタルマスクシェルフ４０には、複数のメタルマスクが格納される場合を説明したが、少なくとも１つ格納される構成であっても良い。

さらに、第１、第２実施形態では、活性層１０６を急速冷却する構成を説明したが、ゲート電極１０２、ゲート絶縁層１０４、ソース電極１０８、ドレイン電極１１０の構成材料が酸化物半導体薄膜である場合には、これら各層も急速冷却することによって各層の酸素量を精密に制御することができる。

以下に、本発明に係る酸化物半導体薄膜の製造方法について、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞

実施例１に係る酸化物半導体薄膜は、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を使用して作製した。

具体的には、酸化物半導体薄膜形成室２０内で、厚み１ｍｍのＹＳＺ(１１１)単結晶基板３６の上に、成膜ターゲット６２としてＩｎＧａＺｎＯ_４焼結体ターゲット、Ｇａ_２Ｏ_３焼結体ターゲット、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、同時スパッタを行った。この際、基板３６の温度を７００℃に加熱した。この結果、厚みが１００ｎｍで結晶質のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を得た。なお、基板３６の温度が７００℃であるため、ＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜も約７００℃に加熱された状態にある。

ＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜が成膜された基板３６を、トランスファーロッド４６を用いて輸送室１４に搬送し、図４に示す冷却方法を採用した冷却機構４２により、基板３６上のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を室温まで急速冷却した。

＜実施例２＞
実施例２に係る酸化物半導体薄膜も、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を使用して作製した。

具体的には、酸化物半導体薄膜形成室２０内で、厚み１ｍｍの石英ガラス基板３６の上に、成膜ターゲット６２としてＩｎＧａＺｎＯ_４焼結体ターゲット、Ｇａ_２Ｏ_３焼結体ターゲット、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、同時スパッタを行った。この際、基板３６の温度を１８０℃に加熱した。この結果、厚みが１００ｎｍで非晶質のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を得た。

ＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜が成膜された基板３６を、トランスファーロッド４６、５０を用いてアニール処理室２２に搬送し、酸素雰囲気中３００℃でアニール処理した。

アニール処理後、基板３６を、トランスファーロッド５０を用いて輸送室１４に搬送し、図４に示す冷却方法を採用した冷却機構４２により、基板３６上のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を室温まで急速冷却した。
＜比較例１＞
比較例１に係る酸化物半導体薄膜も、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を使用して作製した。

具体的には、酸化物半導体薄膜形成室２０内で、厚み１ｍｍのＹＳＺ(１１１)単結晶基板３６の上に、成膜ターゲット６２としてＩｎＧａＺｎＯ_４焼結体ターゲット、Ｇａ_２Ｏ_３焼結体ターゲット、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、同時スパッタを行った。この際、基板３６の温度を７００℃に加熱した。この結果、厚みが１００ｎｍで結晶質のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を得た。

ＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜が成膜された基板３６を、トランスファーロッド４６を用いて輸送室１４に搬送し、該輸送室１４内でＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を自然冷却した。

＜比較例２＞
比較例２に係る酸化物半導体薄膜も、図１に示す薄膜トランジスタ製造装置１０を使用して作製した。

具体的には、酸化物半導体薄膜形成室２０内で、厚み１ｍｍの石英ガラス基板３６の上に、成膜ターゲット６２としてＩｎＧａＺｎＯ_４焼結体ターゲット、Ｇａ_２Ｏ_３焼結体ターゲット、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、同時スパッタを行った。この際、基板３６の温度を１８０℃に加熱した。この結果、厚みが１００ｎｍで非晶質のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を得た。

成膜後、基板３６を、トランスファーロッド４６、５０を用いてアニール処理室２２に搬送し、酸素雰囲気中３００℃でアニール処理した。

アニール処理後、基板３６を、トランスファーロッド５０を用いて輸送室１４に搬送し、該輸送室１４内でＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜を自然冷却した。

＜評価＞
実施例１及び２、並びに、比較例１及び２のそれぞれのＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜について電気抵抗率を測定した結果、比較例１及び２のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜に比べて実施例１及び２のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜の電気抵抗率は低い値となった。

また、実施例１及び２、並びに、比較例１及び２をそれぞれ繰り返し実施した場合、実施例１及び実施例２では、得られたＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜間で電気抵抗率はほぼ変化しなかった。しかし、比較例１及び２では、得られたＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜間で電気抵抗率が変化した。

これは、比較例１及び２のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜は基板温度の高い状態で輸送室１４内に置かれていたため、輸送室１４内に残存する酸素を吸収し膜内のキャリア電子が減少したのに対して、実施例１及び２のＩｎＧａＺｎＯ_４薄膜は基板３６が急冷されたことで酸素の吸収が抑えられ、膜内の酸素欠損量が固定化された結果であると考えられる。

１０、２００ 薄膜トランジスタ製造装置
１４ 輸送室（真空処理室）
１６ 金属薄膜形成室（真空金属膜形成室）
１８ 絶縁薄膜形成室（真空絶縁膜形成室）
２０ 酸化物半導体薄膜形成室（真空薄膜形成室、真空処理室）
３６ 基板
４０ メタルマスクシェルフ
４２ 冷却機構（冷却手段）
５６ ヒータ（加熱手段）
１０２、１３０ ゲート電極
１０４、１２８ ゲート絶縁層
１０６、１２２ 活性層
１０８、１２４ ソース電極
１１０、１２６ ドレイン電極
１４０ ゲート電極用のメタルマスク（メタルマスク）
１４２ ゲート絶縁層用のメタルマスク（メタルマスク）
１４４ 活性層用のメタルマスク（メタルマスク）
１４６ ドレイン電極用のメタルマスク（メタルマスク）
１５２ 冷却媒体
２０４ 輸送室（真空処理室）
２１２ 酸化物半導体薄膜形成室（真空薄膜形成室、真空処理室）

Claims (17)

1. 基板上に酸化物半導体薄膜を形成する真空薄膜形成室と、
   前記真空薄膜形成室で前記酸化物半導体薄膜を形成中に又は形成した後に、前記酸化物半導体薄膜を加熱する加熱手段と、
   前記真空薄膜形成室と同一の、又は前記真空薄膜形成室と接続され、前記大気と遮断された真空処理室内に設けられ、前記加熱手段により加熱された前記酸化物半導体薄膜を冷却する冷却手段と、
   を有する薄膜トランジスタ製造装置。
2. 前記酸化物半導体薄膜は、前記基板上に薄膜トランジスタの活性層として形成され、
   前記真空処理室に接続されて前記大気と遮断され、前記基板上にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する真空金属膜形成室と、
   前記真空処理室に接続されて前記大気と遮断され、前記基板上にゲート絶縁層を形成する真空絶縁膜形成室と、
   を有する請求項１に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
3. 前記真空薄膜形成室、前記真空処理室、前記真空金属膜形成室、又は前記真空絶縁膜形成室のいずれか１つの室内には、少なくとも１つのメタルマスクを収納するメタルマスクシェルフが設けられている請求項２に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
4. 前記真空薄膜形成室には、前記真空薄膜形成室内の酸素分圧を制御する制御機構が設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
5. 前記制御機構は、オゾン照射機構又は酸素ラジカル照射機構を含む請求項４に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
6. 前記冷却手段は、前記加熱手段により加熱された前記酸化物半導体薄膜を有する基板の裏面側に冷却媒体を接触させて、前記酸化物半導体薄膜を冷却する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
7. 前記冷却手段は、前記基板及び前記冷却媒体の少なくとも一方を移動させて前記基板の裏面側と前記冷却媒体を接触させる請求項６に記載の薄膜トランジスタ製造装置。
8. 大気と遮断された真空薄膜形成室内で、基板上に酸化物半導体の薄膜を形成する薄膜形成工程と、
   前記薄膜形成工程の中で又は前記薄膜を形成した後に、前記薄膜を加熱する加熱工程と、
   前記真空薄膜形成室と同一の、又は前記真空薄膜形成室と接続され前記大気と遮断された真空処理室内で、前記基板上に形成した薄膜を、前記加熱工程により加熱された温度から冷却する冷却工程と、
   を有する酸化物半導体薄膜の製造方法。
9. 前記加熱工程では、前記薄膜を１５０℃以上に加熱し、
   前記冷却工程では、１５０℃以上に加熱された前記薄膜を６００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１００℃未満に冷却する請求項８に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
10. 前記冷却工程では、前記薄膜が形成された基板の裏面側から冷却する請求項８又は請求項９に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
11. 前記真空薄膜形成室内又は前記真空処理室内に設けられた冷却媒体、及び前記基板の少なくとも一方を移動して、前記薄膜が形成された基板の裏面側と前記冷却媒体を接触させることにより、前記薄膜を冷却する請求項１０に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
12. 前記酸化物半導体の構成材料は、Ｉｎ及びＺｎのうち少なくとも一方の元素を含む請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
13. 前記酸化物半導体の構成材料は、Ｉｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（Ｍは、Ｆｅ、Ｇａ、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、０≦ｘ≦１、ｍは１以上の自然数）である請求項１２に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
14. 少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、活性層、ソース電極及びドレイン電極をそれぞれ形成する工程を含み、
    前記活性層を形成する工程では、請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いる薄膜トランジスタの製造方法。
15. 請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いて作製した酸化物半導体薄膜。
16. 請求項１４に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて作製した薄膜トランジスタ。
17. 請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法を用いて作製した酸化物半導体薄膜を備えた発光デバイス。

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