JP6895544B2 - 酸化物半導体薄膜、薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびにスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
Ge/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.07以上0.40以下である。
これにより、10cm2/Vs以上の移動度を有するトランジスタ特性を得ることができる。
Ge/(In+Sn+Ge)の原子比を0.07以上とすることで、Snの含有量に依存することなく、アモルファスの酸化物半導体薄膜を得ることができる。
Sn/(In+Sn+Ge)の原子比を0.04以上とすることで、キャリア濃度が5×1019以下の酸化物半導体薄膜を得ることができる。
Sn/(In+Sn+Ge)の原子比を0.60以下とすることで、Geの含有量に依存することなく、移動度10以上の酸化物半導体薄膜を得ることができる。
ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜の上に前記活性層をスパッタリング法で形成し、
前記活性層を下地膜とする金属層を形成し、
前記金属層をウェットエッチング法でパターニングすることでソース電極及びドレイン電極を形成する。
Ge/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.07以上0.40以下である。
本実施形態の薄膜トランジスタ100は、ゲート電極11と、ゲート絶縁膜12と、活性層13と、ソース電極14Sと、ドレイン電極14Dとを有する。
続いて、活性層13を構成する酸化物半導体薄膜について説明する。
なお、組成の上限値および下限値は、少数第3位を四捨五入した値である(以下同様)。
また、60℃の温度下で、−30Vのゲート電圧を60分間印加し続けるNBTS試験の実施前後における閾値電圧の変化量は、−1V以上0V以下であった。
本発明者らは、In−Sn−Ge−O系酸化物薄膜をスパッタ法でそれぞれ形成し、Hall効果測定器を用いてこれらの膜の基本的な電気特性(移動度、キャリア濃度)を評価した。
結晶性は、X線回折測定装置を用いて薄膜のX線回折パターンを測定し、有意のピークが認められた場合は結晶質と評価し、有意のピークがないブロードなパターン(ハローパターン)である場合はアモルファスと評価した。
(サンプル1−1)
In−Sn−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In及びSnの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:98原子%、Sn:2原子%であるIn−Sn−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は7.4cm2/Vs、キャリア濃度は5.6E+20(5.6×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:93原子%、Sn:2原子%、Ge:5原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は37.1cm2/Vs、キャリア濃度は1.7E+20(1.7×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:91原子%、Sn:2原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は35.2cm2/Vs、キャリア濃度は4.6E+19(4.6×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:85原子%、Sn:2原子%、Ge:13原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は33.9cm2/Vs、キャリア濃度は7.9E+18(7.9×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:73原子%、Sn:2原子%、Ge:25原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は14.7cm2/Vs、キャリア濃度は9.6E+17(9.6×1017)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:58原子%、Sn:2原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.2cm2/Vs、キャリア濃度は3.8E+16(3.8×1016)/cm3であった。
(サンプル2−1)
In−Sn−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In及びSnの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:94.7原子%、Sn:5.3原子%であるIn−Sn−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.0cm2/Vs、キャリア濃度は6.4E+20(6.4×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:90.2原子%、Sn:4.9原子%、Ge:4.9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は36.5cm2/Vs、キャリア濃度は1.6E+20(1.6×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:88.5原子%、Sn:4.5原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は33.2cm2/Vs、キャリア濃度は9.8E+18(9.8×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:83.5原子%、Sn:4.3原子%、Ge:12.2原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.7cm2/Vs、キャリア濃度は7.4E+18(7.4×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:77.1原子%、Sn:4.2原子%、Ge:18.7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は24.5cm2/Vs、キャリア濃度は8.9E+18(8.9×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71.9原子%、Sn:4原子%、Ge:24.1原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は17.1cm2/Vs、キャリア濃度は9.5E+17(9.5×1017)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:55.5原子%、Sn:4.5原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.2cm2/Vs、キャリア濃度は4.5E+16(4.5×1016)/cm3であった。
(サンプル3−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:88原子%、Sn:7原子%、Ge:5原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.5cm2/Vs、キャリア濃度は2.9E+20(2.9×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:86原子%、Sn:7原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.2cm2/Vs、キャリア濃度は1.0E+19(1.0×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:13原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は27.1cm2/Vs、キャリア濃度は7.3E+18(7.3×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:53原子%、Sn:7原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.0cm2/Vs、キャリア濃度は8.1E+16(8.1×1016)/cm3であった。
(サンプル4−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:77.1原子%、Sn:18原子%、Ge:4.9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.5cm2/Vs、キャリア濃度は5.2E+20(5.2×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75原子%、Sn:18原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は32.0cm2/Vs、キャリア濃度は3.1E+19(3.1×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71.4原子%、Sn:18原子%、Ge:10.6原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は31.6cm2/Vs、キャリア濃度は1.7E+19(1.7×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:42原子%、Sn:18原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.5cm2/Vs、キャリア濃度は6.6E+11(6.6×1011)/cm3であった。
(サンプル5−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:67原子%、Sn:30原子%、Ge:3原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.2cm2/Vs、キャリア濃度は5.6E+20(5.6×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:63原子%、Sn:30原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は32.8cm2/Vs、キャリア濃度は3.3E+19(3.3×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:60原子%、Sn:30原子%、Ge:10原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は30.0cm2/Vs、キャリア濃度は1.5E+19(1.5×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:30原子%、Sn:30原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.5cm2/Vs、キャリア濃度は7.7E+16(7.7×1016)/cm3であった。
(サンプル6−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:36原子%、Sn:60原子%、Ge:4原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は25.2cm2/Vs、キャリア濃度は6.0E+20(6.0×1020)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:33原子%、Sn:60原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.2cm2/Vs、キャリア濃度は2.2E+19(2.2×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:31原子%、Sn:60原子%、Ge:9原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は11.3cm2/Vs、キャリア濃度は1.6E+19(1.6×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:2原子%、Sn:58原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度3.5cm2/Vs、キャリア濃度は7.3E+16(7.3×1016)/cm3であった。
(サンプル7−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:91原子%、Sn:2原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、結晶質であった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は35.2cm2/Vs、キャリア濃度は8.9E+19(8.9×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:89原子%、Sn:4原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度33.2cm2/Vs、キャリア濃度は9.8E+18(9.8×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:86原子%、Sn:7原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度30.2cm2/Vs、キャリア濃度は1.0E+19(1.0×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:73原子%、Sn:20原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度32.0cm2/Vs、キャリア濃度は3.1E+19(3.1×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:63原子%、Sn:30原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度30.8cm2/Vs、キャリア濃度は3.3E+19(3.3×1019)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:33原子%、Sn:60原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度18.2cm2/Vs、キャリア濃度は2.2E+19(2.2×1019)/cm3であった。
(サンプル8−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:58原子%、Sn:2原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は8.2cm2/Vs、キャリア濃度は3.8E+16(3.8×1016)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:56原子%、Sn:4原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度10.2cm2/Vs、キャリア濃度は4.5E+16(4.5×1016)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:53原子%、Sn:7原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度11.0cm2/Vs、キャリア濃度は8.1E+16(8.1×1016)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:40原子%、Sn:20原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度10.5cm2/Vs、キャリア濃度は6.6E+16(6.6×1016)/cm3であった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:30原子%、Sn:30原子%、Ge:40原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度11.5cm2/Vs、キャリア濃度は7.7E+16(7.7×1016)/cm3であった。
Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、Sn:60原子%、Ge:40原子%であるSn−Ge−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度3.5cm2/Vs、キャリア濃度は7.3E+16(7.3×1016)/cm3であった。
(サンプル9−1)
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:3原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は21.8cm2/Vs、キャリア濃度は2.3E+18(2.3×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:79原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:4原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.8cm2/Vs、キャリア濃度は1.9E+18(1.9×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:76原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:7原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は15.0cm2/Vs、キャリア濃度は7.9E+17(7.9×1017)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてTiを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ti:12原子%であるIn−Sn−Ge−Ti−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は6.5cm2/Vs、キャリア濃度は1.2E+17(1.2×1017)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:82原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:1原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は25.9cm2/Vs、キャリア濃度は9.0E+18(9.0×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:80原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:3原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は20.5cm2/Vs、キャリア濃度は3.4E+18(3.4×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:78原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:5原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は18.9cm2/Vs、キャリア濃度は1.9E+18(1.9×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第1の元素(α)としてCaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:71原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ca:12原子%であるIn−Sn−Ge−Ca−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は8.9cm2/Vs、キャリア濃度は6.1E+17(6.1×1017)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:79.5原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:3.5原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は26.6cm2/Vs、キャリア濃度は7.2E+18(7.2×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75.6原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:7.4原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は22.4cm2/Vs、キャリア濃度は3.6E+18(3.6×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:69.7原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:13.3原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は17.6cm2/Vs、キャリア濃度は2.4E+18(2.4×1018)/cm3であった。
In−Sn−Ge−O系材料に第2の元素(β)としてGaを添加したターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn、Ge及びTiの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:59原子%、Sn:7原子%、Ge:10原子%、Ga:24原子%であるIn−Sn−Ge−Ga−O系酸化物半導体薄膜を作製した。得られた薄膜は、アモルファスであった。
作製した酸化物半導体薄膜の電気特性を評価した結果、移動度は10.2cm2/Vs、キャリア濃度は1.0E+18(1.0×1018)/cm3であった。
(サンプル10−1)
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:83原子%、Sn:10原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
NBTS(ΔVth)は、60℃の温度下で、−30Vのゲート電圧を60分間印加した後の閾値電圧の変化量とした。
成膜条件としては、基板温度は100℃、スパッタガスはアルゴン及び酸素の混合ガス(酸素含有比率7%)、膜厚は50nmとした。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:73原子%、Sn:20原子%、Ge:7原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は40.2cm2/Vs、閾値電圧(Vth)は3.5V、PBTS(Vth)は+0.6V、NBTS(Vth)は−1.4Vであった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:75原子%、Sn:10原子%、Ge:15原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は37.2cm2/Vs、閾値電圧(Vth)は3.8V、PBTS(Vth)は+0.7V、NBTS(Vth)は−0.9Vであった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:65原子%、Sn:20原子%、Ge:15原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は31.2cm2/Vs、閾値電圧(Vth)は4.0V、PBTS(Vth)は+0.6V、NBTS(Vth)は−1.0Vであった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:70原子%、Sn:10原子%、Ge:20原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は20.1cm2/Vs、閾値電圧(Vth)は4.1V、PBTS(Vth)は+1.0V、NBTS(Vth)は−0.7Vであった。
In−Sn−Ge−Oターゲットを用いて、ガラス基板上に、In、Sn及びGeの合計量に占める各元素の原子比がそれぞれ、In:60原子%、Sn:20原子%、Ge:20原子%であるIn−Sn−Ge−O系酸化物半導体薄膜をスパッタ法で作製した。作製した酸化物半導体薄膜を活性層として図1に示した構造の薄膜トランジスタを作製し、各々のトランジスタ特性(移動度、閾値電圧(Vth)、PBTS(ΔVth)、NBTS(ΔVth))を評価した。
評価の結果、移動度は19.8cm2/Vs、閾値電圧(Vth)は4.2V、PBTS(Vth)は+0.9V、NBTS(Vth)は−0.6Vであった。
11…ゲート電極
12…ゲート絶縁膜
13…活性層
14S…ソース電極
14D…ドレイン電極
15…保護膜
Claims (10)
- In、SnおよびGeを主成分としてGe/(In+Sn+Ge)の原子比で0.07以上0.40以下含有し、
Znを任意成分としてZn/(In+Sn+Ge+Zn)の原子比で0以上0.25以下含有する、酸化物半導体で構成された
酸化物半導体薄膜。 - 請求項1に記載の酸化物半導体薄膜であって、
Sn/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.04以上0.60以下である
酸化物半導体薄膜。 - 請求項1または2に記載の酸化物半導体薄膜であって、
In/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.3以上であり、
Ge/(In+Sn+Ge)の原子比は、0.10以上0.25以下である
酸化物半導体薄膜。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体は、Si、Ti、Mg、Ca、Ba、Zr、Al、W、Ta、HfおよびBから選択される少なくとも1つの元素である第1の元素をさらに含有する
酸化物半導体薄膜。 - 請求項4に記載の酸化物半導体薄膜であって、
前記第1の元素をαとしたとき、
α/(In+Sn+Ge+α)の原子比は、0.10以下である
酸化物半導体薄膜。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の酸化物半導体薄膜であって、
前記酸化物半導体は、SrおよびGaから選択される少なくとも1つの元素である第2の元素をさらに含有する
酸化物半導体薄膜。 - 請求項6に記載の酸化物半導体薄膜であって、
前記第2の元素をβとしたとき、
β/(In+Sn+Ge+β)の原子比は、0.25以下である
酸化物半導体薄膜。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の酸化物半導体薄膜からなる活性層
を具備する薄膜トランジスタ。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の酸化物半導体薄膜からなる活性層を具備する薄膜トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜の上に前記活性層をスパッタリング法で形成し、
前記活性層を下地膜とする金属層を形成し、
前記金属層をウェットエッチング法でパターニングすることでソース電極及びドレイン電極を形成する
薄膜トランジスタの製造方法。 - In、SnおよびGeを主成分としてGe/(In+Sn+Ge)の原子比で0.07以上0.40以下含有し、
Znを任意成分としてZn/(In+Sn+Ge+Zn)の原子比で0以上0.25以下含有する、酸化物半導体で構成された
スパッタリングターゲット。
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