JPWO2008096768A1 - 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ基板及び画像表示装置と、画像表示装置と、半導体デバイス - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ基板及び画像表示装置と、画像表示装置と、半導体デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2008096768A1 JPWO2008096768A1 JP2008557130A JP2008557130A JPWO2008096768A1 JP WO2008096768 A1 JPWO2008096768 A1 JP WO2008096768A1 JP 2008557130 A JP2008557130 A JP 2008557130A JP 2008557130 A JP2008557130 A JP 2008557130A JP WO2008096768 A1 JPWO2008096768 A1 JP WO2008096768A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- oxide
- film transistor
- crystalline oxide
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 467
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 247
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 240
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 147
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 claims abstract description 142
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 450
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 180
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 121
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 94
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 82
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 54
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 54
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 54
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 52
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 49
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 49
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 45
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 38
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 38
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 32
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 31
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 27
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 12
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 5
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 4
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 abstract description 35
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 112
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 99
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 79
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 68
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 43
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 39
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 39
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 36
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 29
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 28
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 26
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 25
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 23
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 23
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 21
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 18
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 17
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 16
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 12
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 11
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 10
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 10
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002585 base Substances 0.000 description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 3
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 3
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 2
- 206010048334 Mobility decreased Diseases 0.000 description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000012769 display material Substances 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001175904 Labeo bata Species 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Ta 2 O 5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
- C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/086—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02551—Group 12/16 materials
- H01L21/02554—Oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Weting (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
Description
また、本発明は、所定の電子キャリア濃度を有する結晶質酸化物を、電界効果型トランジスタの活性層として用いる画像表示装置に関する。
さらに、本発明は、半導体デバイスに関し、特に、所定の電子キャリア濃度を有する結晶質酸化物を、N型半導体として用いている半導体デバイスに関する。
また、結晶性のシリコン系薄膜は、結晶化を図る際に、例えば、800℃以上の高温が必要となるので、ガラス基板及び有機物基板上への形成が困難である。このため、シリコンウェハーや石英などの耐熱性の高い高価な基板上にしか形成できない、また、製造に際して多大なエネルギーと工程数を必要とする。
さらに、結晶性のシリコン系薄膜を用いたTFTの素子構成は、通常、トップゲート構成に限定される、このため、マスク枚数の削減などのコストダウンが困難である。
さらに、この半導体活性層は、可視光が照射されると、導電性を示し、漏れ電流が発生する。この場合、半導体活性層は、誤動作のおそれがあり、また、スイッチング素子としての特性が劣化するおそれがある。そのため、可視光を遮断する遮光層を設ける方法が知られており、例えば、遮光層としては金属薄膜が用いられる。
なお、現在、画像表示装置を駆動させるスイッチング素子としては、シリコン系の半導体膜を用いた素子が主流を占めている。この理由は、シリコン薄膜は、安定であり、加工しやすく、スイッチング速度が速く、種々の性能が良好なためである。そして、このシリコン系薄膜は、一般に化学蒸気析出法(CVD)法により製造されている。
そこで、低温での成膜が可能な、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。また、上記TFTの開発とともに、酸化物半導体薄膜を用いる半導体デバイスなどの開発も行われている。
また、特許文献2には、ZnO(酸化亜鉛)から半導体層を形成し、かつ、電極・配線材料としてアルミニウム用い、さらに、電蝕による欠陥・不良が生じない半導体装置の技術が開示されている。
さらに、特許文献3には、透明基材上に、主要カチオン元素としてインジウム(In)および亜鉛(Zn)を含有する非晶質酸化物からなる透明導電膜であって、Inの原子比In/(In+Zn)が0.8〜0.9の範囲内である透明導電膜が設けられている導電透明基材及びその製造方法の技術が開示されている。この技術によれば、透明導電膜は、実用上十分な導電性および光透過性を有し、また、エッチング特性および比抵抗の熱的安定性に優れている。さらに、この透明導電膜を、低い基板温度にて、基板上に設けることができる。
さらに、特許文献5には、アクティブマトリックス型の画像表示装置の技術が開示されている。この画像表示装置は、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/cm3未満の非晶質酸化物を有する。
この不具合を回避するために、非晶質酸化物膜をチャネル層とする薄膜トランジスタを作製する際、チャネル層上で導電膜などの薄膜をパターニングする
ために、リフトオフやドライエッチングなどを行ってきた。このリフトオフやドライエッチングは、高価な装置を必要とし、また、製造コストが高いといった問題があった。さらに、これらは、大面積化に適していない技術であるため、液晶ディスプレイなどの中大型ディスプレイへの適用が困難であった。
また、酸化亜鉛を用いた結晶質を含む酸化物半導体については、多数の検討がなされている。ただし、工業的に一般に行われているスパッタリング法で成膜した場合には、次のような問題があった。すなわち、電子移動度が低い、on−off比が低い、漏れ電流が大きい、ピンチオフが不明瞭、ノーマリーオンになりやすいなど、すなわち、TFTの性能が低下するおそれがあった。また、耐薬品性が劣るので、ウェットエッチングが難しいなど製造プロセスや使用環境の制限があった。さらに、性能を上げるためには高い圧力で成膜する必要があり、圧力を高くすると成膜速度が遅くなり、また、約700℃以上の高温処理が必要であるなど、すなわち、工業化する上での問題もあった。また、ボトムゲート構成における電子移動度などのTFT性能が低く、性能を上げるにはトップゲート構成で膜厚を約50nm以上にする必要があるなど、すなわち、TFT素子構成上の制限もあった。
また、非晶質の透明半導体薄膜は、成膜時に多量の酸素を導入することが多いので、制御が難しい。また、キャリア密度の経時変化や環境温度による変化が生じやすいので、成膜時の酸素分圧を精密に制御する必要がある。このため、工業化する際の再現性、安定性、大面積均一性に問題があり、大型液晶ディスプレイなどへの適用は困難であった。
さらに、この透明半導体薄膜は、非晶質であるため、PANに代表されるエッチング液などへの耐薬品性が低く、半導体膜上の金属配線がウェットエッチングできない。また、屈折率が大きく多層膜の透過率が低下しやすいなどの欠点があった。また、この透明半導体薄膜は、非晶質であるため、雰囲気ガス中の酸素や水などを吸着して、電気特性が変化してしまうことにより、歩留まりが低下するなどのおそれもあった。
すなわち、非晶質酸化物は、キャリア(電子)密度の制御が難しく、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性に劣るという問題点があった。
しかし、上記非晶質酸化膜を用いたTFTは、経時変化があり、また、工業化した際に大面積均一性や再現性に問題があることが分かった。すなわち、従来の非晶質酸化膜やZnO多結晶膜は、電子キャリア濃度の制御が難しく、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性に優れた様々な半導体デバイスや、それを用いた回路等に用いることは、困難であった。
そこで、本発明者は、TFTの活性層として、電子キャリア濃度が2×1017/cm3未満となるように、Inに正価数の小さい元素をドーパントとして添加した結晶酸化物を用いてTFTを作製したところ、ドーパントがアクセプタとして機能し電子キャリア濃度が制御され所望の安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性に優れたTFTが得られることを発見した。また、Inを含む酸化物のドーパントによる電子キャリア濃度の制御の検討を精力的に進めた結果、ドーパント量を制御することで、電子キャリア濃度を2×1017/cm3未満に安定して制御できることを見出した。さらに、このような結晶酸化物は、TFT以外の半導体デバイスにも広く好適に用いることができることが判明した。
このようにすると、膜形成工程及びパターニング工程において、チャネル層となる酸化物膜は非晶質であり、耐薬品性が低く容易に溶解する。したがって、非晶質酸化物膜を容易にパターニングできる。さらに、パターニング工程のあとの結晶化工程において、非晶質酸化物膜は結晶化され結晶質酸化物膜となり、結晶質の酸化物膜は、非晶質の酸化物よりも耐薬品性が高くなる。これにより、例えば、リフトオフやドライエッチングなどの装置コストや製造コストが高価であり、大面積化が困難な工業化に適していない方法を用いる必要がない。したがって、容易にチャネル層上で、金属配線や透明導電膜などの薄膜のパターニングを行うことができる。
また、チャネル層が結晶化しているので、製造プロセス中の熱履歴などで特性が変化するおそれが大幅に低減される。したがって、信頼性に優れた薄膜トランジスタを提供でき、また、この薄膜トランジスタを用いた信頼性に優れた画像表示装置などを提供することができる。
このようにすると、酸化物膜において、正二価元素がドーパントとしての効果を発揮でき、結晶質酸化物膜が、半導体としての特性を有し、キャリア層として用いることができる。また、酸化物膜の結晶化もできることから、確実に耐薬品性を向上できる。さらに、結晶化温度の低い酸化インジウムを主成分とする酸化物を用いると、低いエネルギーで結晶化できる、すなわち、プロセス温度を下げることができる。したがって、大型ガラス基板等を使用することができ、液晶ディスプレイなどの中大型の画像表示装置の製造プロセスに、好適に適用することができる。なお、上記正二価元素は、一つに限定されるものではなく、たとえば、二つ以上の正二価元素でもよい。
このようにすると、効率的にキャリア濃度を制御でき、薄膜トランジスタの歩留りを向上させることができる。
さらに、好ましくは、前記In[In]と正二価元素[X]の原子比[X]/([X]+[In])が、0.01≦[X]/([X]+[In])≦0.1であるとよい。
このようにすると、結晶質酸化物膜のキャリア密度を好適に設定できるので、結晶質酸化物膜をより優れた半導体特性を有するキャリア層として製造することができる。すなわち、上記原子比のIn及び正二価元素を含む酸化物を用い、プロセスの途中で非晶質酸化物膜を結晶化させる、これにより、非晶質時に導電膜などであった酸化物膜を半導体膜に変えるとともに、耐薬品性を向上させ、チャネル層上の薄膜がチャネル層に対して選択エッチングを実現することができる。
このようにすると、既存の成膜技術を用いることができる。
このようにすると、経済性、生産性及び品質などに優れた既存の成膜技術を用いることができる。
このようにすると、ドライエッチングを行う場合に比べて、経済性及び生産性を向上させることができる。
このようにすると、既存の処理技術を用いて、非晶質酸化物膜を結晶化させることができる。
このようにすると、結晶質酸化物膜の導電性を低下させることができ、トランジスタとしての特性を調整することができる。また、正二価元素の種類やその原子比などによっては、このようにすることにより、結晶質酸化物膜に半導体特性を付与することができる。
このようにすると、既存の処理技術を用いて、酸化処理を行うことができる。
このようにすると、結晶性のシリコン系薄膜が、結晶化を図る際に、例えば、800℃以上の高温が必要となるのに比べて、十分低い温度で結晶質酸化物膜からなるキャリア層を容易に製造することができる。
このようにすると、半導体トランジスタの歩留りを向上させることができる。
このようにすると、リフトオフやドライエッチングなどを行う場合に比べて、経済性及び生産性を向上させることができ、製造原価のコストダウンを図ることができる。また、パターニング工程におけるエッチング液を共用できる場合には、さらに生産性を向上させることができる。また、ウエットエッチングは、リフトオフやドライエッチングと比べて、大面積化に適している。したがって、液晶ディスプレイなどの中大型ディスプレイへの適用が可能となる。
このようにすると、既存のエッチング液を用いることができる。
このようにすると、製造原価のコストダウンを図ることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。
このようにすると、製造原価の低減及び大面積化の可能な、かつ、信頼性に優れた薄膜トランジスタ基板を提供することができる。なお、薄膜トランジスタ基板は、通常、ガラス基板上に薄膜トランジスタが配設されるが、これに限定されるものではない。たとえば、樹脂などからなる可撓性を有するシート状の基材に薄膜トランジスタを配設してもよい。
このようにすると、製造原価の低減及び大面積化の可能な、かつ、信頼性に優れた画像表示装置を提供することができる。
このようにすると、TFTとして確実に駆動することができる。また、TFTとして駆動する際、ノーマリーオンになったり、閾値電圧が高くなったり、on−off比が小さくなったり、漏れ電流が大きくなったりしない。したがって、画像品質を向上させることができる。
また、本発明に係る半導体薄膜は、室温付近での電子キャリア濃度が約10+17cm−3未満であるのが好ましく、より好ましくは約2×10+16cm−3以下である。このようにすると、TFTの信頼性及び性能をさらに向上させることができる。
このようにすると、酸化インジウムのビックスバイト型結晶を含むこととなり、ビックスバイト構造をとることで、電子移動度を大きくすることができる。これは、インジウムの5S軌道が陵共有構造をとることによるものと推定される。
さらに、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換していることが好ましい。この理由は、正三価であるインジウムを正二価元素が固溶置換することによって、効果的にキャリア密度を低下させることが期待できるからである。
このようにすると、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にできる。すなわち、本発明者らは、Inを主成分としドーパントとして正二価元素を含有した結晶膜を作製し、ドーパント濃度や後処理条件を制御することによって、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にできることを発見した。
また、本発明に係る半導体薄膜中のインジウム[In]と、正二価元素[X]との原子比を、X/(X+In)=0.0001〜0.13としてある。この理由は、原子比[X/(X+In)]が0.0001より小さいと、キャリア数が制御できないおそれがあるからである。一方、原子比[X/(X+In)]が0.13より大きくなると、界面あるいは表面が変質しやすく不安定になるおそれがあるからである。また、結晶化温度が高く結晶化が困難となって、キャリア濃度が高くなったり、キャリア濃度が経時変化したり、ホール移動度が低下したり、耐熱性が低下したり、耐薬品性が低下したりするおそれがあるからである。さらに、トランジスタを駆動させた際に、閾値電圧が変動したり、駆動が不安定となったりするおそれがあるからである。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、TFT基板を効率よく製造することができる。
このようにすると、製造条件を制御することにより、電子移動度が大きくなるので、on−off比も大きくなりトランジスタの特性を向上させることができる。
このようにすると、長時間駆動した際の特性変化が少なくなり、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
このようにすると、画像品質に優れた液晶画像表示装置やEL画像表示装置などを提供することができる。
このように、非晶質に比べて優れた特性を有する結晶質酸化物をN型半導体として用いることにより、半導体デバイスの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。また、半導体デバイスがTFTである場合、大面積均一性や再現性に優れたTFTを提供することができる。なお、半導体デバイスとは、半導体素子、半導体部品、半導体装置、集積回路などをいう。
また、本発明に係る半導体デバイスが薄膜トランジスタなどである場合、室温付近での電子キャリア濃度が約10+17cm−3未満であるのが好ましく、より好ましくは約2×10+16cm−3以下である。このようにすると、薄膜トランジスタなどの信頼性及び性能をさらに向上させることができる。
さらに、上記結晶質酸化物は、単結晶酸化物、エピタキシャル酸化物、多結晶酸化物を含むが、多結晶酸化物が工業的に製造しやすく好ましい。
このようにすると、酸化インジウムのビックスバイト型結晶を含むこととなり、ビックスバイト構造をとることで、電子移動度を大きくすることができる。これは、インジウムの5S軌道が陵共有構造をとることによるものと推定される。
さらに、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換していることが好ましい。この理由は、正三価であるインジウムを正二価元素が固溶置換することによって、効果的にキャリア密度を低下させることが期待できるからである。
このようにすると、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にできる。すなわち、本発明者は、Inを主成分としドーパントとして正二価元素を含有した結晶膜を作製し、ドーパント濃度や後処理条件を制御することによって、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にできることを発見した。
また、本発明に係る半導体薄膜中のインジウム[In]と、正二価元素[X]との原子比を、X/(X+In)=0.0001〜0.13としてある。この理由は、原子比[X/(X+In)]が0.0001より小さいと、キャリア数が制御できないおそれがあるからである。一方、原子比[X/(X+In)]が0.13より大きくなると、界面あるいは表面が変質しやすく不安定になるおそれがあるからである。また、結晶化温度が高く結晶化が困難となって、キャリア濃度が高くなったり、キャリア濃度が経時変化したり、ホール移動度が低下したり、耐熱性が低下したり、耐薬品性が低下したりするおそれがあるからである。さらに、トランジスタを駆動させた際に、閾値電圧が変動したり、駆動が不安定となったりするおそれがあるからである。
このようにすると、半導体特性を容易に設定することができるとともに、半導体の付加価値を向上させることができる。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、半導体デバイスを効率よく製造することができる。
このようにすると、長時間駆動した際の特性変化が少なくなり、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
このようにすると、薄膜トランジスタの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
このようにすると、P型領域とN型領域を備えた半導体デバイスの、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
このようにすると、PN接合型トランジスタの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
このようにすると、静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード又は抵抗素子の安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
このようにすると、集積回路の安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。なお、この集積回路において、N型薄膜トランジスタは、例えば、論理回路、メモリ回路、差動増幅回路などに用いられる。
このようにすると、ヘテロ接合を有する半導体デバイスの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の概略フローチャート図を示している。
図1において、本実施形態は、いわゆる逆スタガ型の薄膜トランジスタ(図2参照)の製造方法であって、基板1006上にゲート電極1002を形成し(S1−1)、ゲート電極1002上に絶縁体膜1003を形成し(S1−2)、絶縁体膜1003上にチャネル層を形成し(S1−3)、その後、ソース電極1004及びドレイン電極1005を形成し(S1−4)、薄膜トランジスタを製造する。
図3は、本発明の第一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法において、ゲート電極を形成する際の概略図であり、(a)は基板の断面図を示しており、(b)は導電体膜が成膜された断面図を示しており、(c)はゲート電極が形成された断面図を示している。
図3(a)において、基板1006は、ガラス基板であり、所定の大きさ及び形状に形成されている。なお、上記ガラス基板には、無アルカリガラスが使用されている。
続いて、図3(c)に示すように、フォトレジスト及びPANエッチング液(リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液)を用いたウエットエッチングによりパターニングし、ゲート電極1002が形成される(S1−1)。
図4において、基板1006及びゲート電極1002上に、ゲート絶縁膜として、CVD法により単層のSiNxからなるが絶縁体膜1003が成膜される(S2−1)。
なお、絶縁体膜1003の材料は、上記SiNxに限定されるものではなく、たとえば、本実施形態の発明の効果を失わない範囲で一般に用いられているものを任意に選択できる。例えば、SiO2,SiNx,Al2O3,Ta2O5,TiO2,MgO,ZrO2,CeO2,K2O,Li2O,Na2O,Rb2O,Sc2O3,Y2O3,Hf2O3,CaHfO3,PbTi3,BaTa2O6,SrTiO3,AlNなどの酸化物を用いることができる。これらのなかでも、SiO2,SiNx,Al2O3,Y2O3,Hf2O3,CaHfO3を用いるのが好ましく、より好ましくは、SiO2,SiNx,Y2O3,Hf2O3,CaHfO3であり、特に好ましくはY2O3である。これらの酸化物の酸素数は、必ずしも化学量論比と一致していなくともよい(例えば、SiO2でもSiOxでもよい)。また、絶縁体膜1003は、上記の異なる材料からなる2層以上の絶縁膜を積層した構造でもよい。さらに、絶縁体膜1003は、単結晶質、多結晶質、非晶質のいずれであってもよいが、工業的に製造しやすい多結晶質か、非晶質であるのが好ましい。
図5(a)において、上記チャネル層の形成工程(S1−3)として、まず、非晶質酸化物膜1001aが成膜される(S1−3−1)。
この非晶質酸化物膜1001aの厚さは、通常約0.5〜500nm、好ましくは約1〜150nm、より好ましくは約3〜80nm、特に好ましくは約10〜60nmである。この理由は、約0.5nmより薄いと工業的に均一に成膜することが難しくなるからである。一方、約500nmより厚いと成膜時間が長くなり工業的に採用できないからである。また、約3〜80nmの範囲内にあると、移動度やオンオフ比などTFT特性が特に良好となる。
また、DCマグネトロンスパッタ法、あるいはACマグネトロンスパッタ法が、工業的には、放電が安定し安価で大型化が容易であり好ましく、DCマグネトロンスパッタ法が特に好ましい。また、RFマグネトロンスパッタ法は、材料選択の自由度が大きく、また、装置としての汎用性に優れている。さらに、これらDCマグネトロンスパッタ法、ACマグネトロンスパッタ法、RFマグネトロンスパッタ法は、経済性、生産性及び品質などに優れた既存の技術であり、容易に実施することができる。
また、コスパッタ、反応性スパッタ、DC/RF重畳スパッタなどを利用してもよい。
また、真空蒸着法としては、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法、パルスレーザーディポジション(PLD)法などが利用できる。
また、イオンプレーティング法としてはARE(Activated Reactive Evaporation)法、HDPE(High Density Polyethylene)法が利用できる。
また、CVD(Chemical Vapor Deposition)法としては、熱CVD法、プラズマCVD法が利用できる。
このように上記各方法によれば、非晶質酸化物膜1001aを容易に成膜することができる。
なお、非晶質酸化物膜1001aの主成分は、Inに限定されるものではなく、たとえば、Snでもよい。ただし、InとSnとを比べると、Inの方が好ましい。また、非晶質酸化物膜1001aは、In、Sn、Ga、Znから選ばれた一つ以上の元素を含む酸化物であってもよい。さらに、本発明の効果を阻害しない範囲内で、正三価元素などの他の元素を含ませてもよい。
上記正二価元素としては、例えば、Zn,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Cd,Hg,Sm,Eu,Ybなどが挙げられる。これらのなかでも、Zn,Mg,Mn,Co,Ni,Cu,Caが好ましい。さらに、これらのなかでも、効率的にキャリア濃度を制御できることから、Zn,Mg,Cu,Ni,Co,Caがより好ましく、添加によるキャリア制御の効果からは、Cu,Niが特に好ましく、透過率やバンドギャップの広さからは、Zn,Mgが特に好ましい。また、エッチング残渣が少なくなるためZnが最も好ましい。また、これらの正二価元素は、一つに限定されるものではなく、たとえば、本実施形態の効果を失わせない範囲内で複数組合せて使用してもよい。
すなわち、非晶質酸化物膜1001aが、In及び正二価元素を含むと、酸化物膜において、正二価元素がドーパントとしての効果を発揮でき、結晶質酸化物膜1001が、半導体としての特性を有し、キャリア層として用いることができる。また、酸化物膜の結晶化もできることから、確実に耐薬品性を向上できる。
さらに、正四価元素を微量に含んでいることが好ましい。正四価元素を微量に含んでいると、価数のバランスがとられるため、正三価元素であるインジウムの酸化物中で正二価元素が安定化し信頼性や均一性が低下しにくい。かかる効果を発現するには正四価元素([IV])と正二価元素([II])の比率([IV]/[II])が、0.0001以上0.5以下が好ましく、0.001以上0.1以下がより好ましく、0.001以上0.05以下がさらに好ましい。正四価元素としては、Sn、Ge、Si、C、Pb、Zr、Ce、Nd、Tb、Ti、V、Hf、Mo、Ruなどがあげられる。なかでもSn、Ge、Si、C、Zrが正二価元素を安定させやすく好ましい。
このようにすると、結晶質酸化物膜1001のキャリア密度を好適に設定できるので、結晶質酸化物膜1001をより優れた半導体特性を有するキャリア層として製造することができる。すなわち、上記原子比のIn及び正二価元素を含む酸化物を用い、プロセスの途中で非晶質酸化物膜1001bを結晶化させる、これにより、非晶質時に導電膜などであった酸化物膜を半導体膜に変えるとともに、耐薬品性を向上させ、チャネル層上の導電膜1004aがチャネル層に対して選択エッチングを実現することができる。
このウエットエッチングは、図示してないが、非晶質酸化物膜1001aの表面にフォトレジストを塗布し、非晶質酸化物膜1001aの不要な部分に対応する位置のフォトレジストを除去し、その後、エッチング液に浸漬し、露出した非晶質酸化物膜1001aを溶解する。ここで、非晶質酸化物膜1001aは、非晶質なので耐薬品性が低く、ウエットエッチングにより容易にかつ精度よくパターニングされる。すなわち、ドライエッチングを行わなくてもすむので、経済性及び生産性を向上させることができる。
また、好ましくは、上記ウエットエッチングは、蓚酸、塩酸、リン酸から選ばれた一つ以上の酸を含むエッチング液を用いるとよい。このようにすると、既存のエッチング液を用いることができる。
さらに、非晶質酸化物膜1001bの上記所定の大きさは、チャネル長Lが通常約0.1〜1000μm、好ましくは約1〜100μm、さらに好ましくは約2〜10μmである。この理由は、チャネル長Lを約0.1μm以下とすることは、工業的に製造が難しく、また、ショートチャネル効果が現れたり、漏れ電流が大きくなるおそれがあるからである。また、チャネル長Lを約1000μm以上とすることは、素子が大きくなりすぎたり、駆動電圧が大きくなるなどして好ましくないからである。
また、好ましくは、前記結晶化工程(S1−3−3)において、加熱処理、プラズマ処理、レーザー照射処理から選ばれた一つ以上の処理方法を用いて、非晶質酸化物膜1001bを結晶化するとよい。このようにすると、既存の処理技術を用いて、非晶質酸化物膜1001bを結晶化させることができる。加熱処理の方法としては、加熱炉による加熱やLRTA(ランプによる急速加熱)など既存の加熱方法を用いることができる。
前記結晶化工程(S1−3−3)は、アルゴン雰囲気やチッソ雰囲気などの不活性ガス雰囲気、大気下雰囲気などの酸素存在下の雰囲気、真空雰囲気や低圧力雰囲気などの雰囲気下で行なうことができる。酸素の脱離が起こりにくい不活性ガス雰囲気、あるいは酸素存在下の雰囲気が好ましい。
熱処理をする場合は、熱処理時の膜面の温度が、成膜時の基板温度より約100〜270℃高い方が好ましい。この理由は、この温度差が約100℃より低いと熱処理効果が無いからである。また、約270℃より高いと基板が変形したり、半導体薄膜界面が変質し半導体特性が低下したりするおそれがあるからである。このような不具合をより有効に回避するには、成膜時の基板温度より熱処理時の膜面の温度が約130〜240℃高いものがより好ましく、約160〜210℃高いものが特に好ましい。
なお、非晶質酸化物とは、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。また、本発明では、マイクロクリスタルも非晶質酸化物に含まれてもよい。
また、酸素存在下で非晶質酸化物膜1001bを熱処理し結晶化させる温度は、好ましくは約150〜500℃、より好ましくは約170〜450℃、さらに好ましくは約190〜390℃、特に好ましくは約210〜290℃である。処理時間は、通常、約0.5〜6000分、好ましくは約1〜1200分、より好ましくは10〜600分、特に好ましくは30〜240分である。
また、成膜時の水あるいは水素の分圧は10−5Pa以上0.5Pa以下が好ましく、10−4Pa以上0.1Pa以下がより好ましく、10−3Pa以上5×10−2Pa以下がより好ましい。10−5Paより小さいと結晶化しやすくなりウエットエッチング後に残渣が残ったりウエットエッチング時のエッチングレートの面内均一性が低下したりするおそれがある。0.5Paより大きいと薄膜中の水素量が多くなり移動度が低下したり、信頼性が低下するおそれがある。
さらに、膜中の水素濃度は膜厚方向に変化していることが好ましい。特に半導体膜中の絶縁膜より遠い側よりも、絶縁膜に近い側の方の水素濃度が高いとエッチング残渣が残りにくく好ましい。
また、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できる。約1×1017/cm3未満の電子キャリア濃度の測定はACホール測定が好ましい。
図6(a)において、絶縁体膜1003及び結晶質酸化物膜1001(チャネル層)上に、Al−Nd合金からなる導電体膜1004aをDCマグネトロンスパッタ法により成膜する。なお、導電体膜1004aの材料は、上記Al−Nd合金に限定されるものではなく、たとえば、IZO,ZnOなどの透明電極材料、Al(アルミニウム),Ag(銀),Cr(クロム),Ni(ニッケル),Au(金),Ti(チタン),Ta(タンタル)などの金属材料、又は、前記金属材料を含む合金材料でもよい。
また、チャネル層が結晶化しているので、製造プロセス中の熱履歴などで特性が変化するおそれが大幅に低減される。したがって、信頼性に優れた薄膜トランジスタを提供でき、また、この薄膜トランジスタを用いた信頼性に優れた画像表示装置を提供することができる。
次に、本実施形態の実施例1〜3及び比較例1、2について説明する。
(1)基板1006には無アルカリガラス(コーニング社製:コーニング1737ガラス)を使用した(図3(a)参照)。
(2)導電膜1002aとしてMoをDCマグネトロンスパッタ法で200nm成膜した(図3(b)参照)。
(3)PANエッチング液(40℃)を利用したフォトリソグラフィにより導電膜1002aをパターニングしてゲート電極1002を形成した(図3(c)参照,S1−1)。
(4)CVD法によりSiNxをゲート絶縁膜として成膜し、絶縁体膜1003を形成した(図4参照,S1−2)。
(5)In2O3−ZnOスパッタリングターゲット(原子比〔In/(In+Zn)〕=0.93、原子比〔Zn/(In+Zn)〕=0.07)及び上記(4)で得たガラス基板1006を、DCスパッタ法の一つであるDCマグネトロンスパッタリング法の成膜装置に装着し、成膜した。スパッタ条件としては、基板温度;25℃、到達圧力;1×10−4Pa、雰囲気ガス;Ar100体積パーセント、スパッタ圧力(全圧);4×10−1Pa、投入電力100W、成膜時間10分間、S−T距離95mmとした。この結果、ガラス基板1006の絶縁体膜1003上に、膜厚50nmの薄膜を成膜した(図5(a)参照,S1−3−1)。この薄膜は、図7に示すように、X線回折により明瞭なピークを示さず非晶質酸化物膜1001aであることが確認できた。
(6)蓚酸を含むエッチング液(40℃)を利用したフォトリソグラフィによりパターニングし、非晶質酸化物膜1001bを形成した(図5(b)参照,S1−3−2)。また、この蓚酸エッチング液でエッチングした後に、電子顕微鏡で確認したところエッチング残渣はほとんど見られなかった。
(7)大気下(酸素存在下)280℃で2時間のアニーリング処理(加熱処理)を行い、非晶質酸化物1001bを結晶化させた。結晶化させたこの薄膜は、図8に示すように、X線回折によりビックスバイトの結晶構造を示し、多結晶化していることが確認できた。すなわち、非晶質酸化物1001bを結晶化させ、結晶質酸化物膜1001(結晶質酸化物半導体薄膜)を作製した(図5(c)参照,S1−3−3)。
(8)導電膜1004aとして、Al−Nd合金をDCマグネトロンスパッタ法で成膜した(図6(a)参照)。
(9)導電膜1004aを、PANエッチング液(40℃)を利用したフォトリソグラフィによりパターニングし、ソース電極1004及びドレイン電極1005を形成した(図6(b)参照,S1−4)。
また、同様に20個の薄膜トランジスタを製造したところ20個とも動作した。
製造された薄膜トランジスタは、チャネル幅L=100μm、チャネル長W=500μm、W/L=5であった。薄膜トランジスタは電界効果移動度μ=35(cm2/Vs)、オンオフ比104以上、ノーマリーオフの特性を示した。
また、(6)の蓚酸エッチング液でエッチングした後に、電子顕微鏡で確認したところ、多少エッチング残渣が見られた。
同様に20個の薄膜トランジスタを製造したところ17個は動作したが、3個は動作しなかった。
製造された薄膜トランジスタは、チャネル幅L=100μm、チャネル長W=500μm、W/L=5であった。薄膜トランジスタは電界効果移動度μ=35(cm2/Vs)、オンオフ比106以上、ノーマリーオフの特性を示した。
また、(6)の蓚酸エッチング液でエッチングした後に、電子顕微鏡で確認したところエッチング残渣がほとんど見られなかった。
同様に20個の薄膜トランジスタを製造したところ20個とも動作した。
製造された薄膜トランジスタは、チャネル層が溶解してしまっておりトランジスタ特性は得られなかった。
また、(7)のアニーリング処理を行ったが、大気下(酸素存在下)280℃で2時間のアニーリング処理では、明瞭なX線回折パターンは示さず非晶質酸化物1001bは結晶化しなかった。
そのため得られた薄膜トランジスタは、チャネル層が溶解してしまっておりトランジスタ特性は得られなかった。
次に、薄膜の電子キャリア密度と電子移動度の例について、図面を参照して説明する。
図9は、多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜、及び、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜の電子キャリア密度に対する電子移動度の測定グラフを示している。
図9における非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる各薄膜は、スパッタリングターゲットがIn2O3−ZnO−Ga2O3(原子比〔In/(In+Zn+Ga)〕=0.33、原子比〔Zn/(In+Zn+Ga)〕=0.34、原子比〔Ga/(In+Zn+Ga)〕=0.33)であり、RFマグネトロンスパッタ法により、酸素分圧10−3〜5×10−1Paで成膜した。ただし、酸素分圧が10−1Paを超える条件で成膜したIn2O3−ZnO−Ga2O3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推定した。
図10は、本発明の第一実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法により製造される、薄膜トランジスタの第一応用例の概略断面図を示している。
図10において、薄膜トランジスタは、透明導電材料からなる透明電極(画素電極)1007がドレイン電極1005に接合された構造としてある。
図11において、薄膜トランジスタは、透明導電材料からなる透明ソース電極1004bと透明ドレイン電極1005bが形成されており、さらに、透明導電材料からなる透明電極(画素電極)1007が透明ドレイン電極1005bと一体的に形成された構造としてある。
図12において、薄膜トランジスタは、結晶質酸化物膜1001(チャネル層)、ソース電極1004及びドレイン電極1005の上方に、薄膜トランジスタ全体を覆うパッシベーション膜1008を形成した構成としてある。
また、パッシベーション膜1008の上面には、透明電極(画素電極)1007aが形成されており、この透明電極1007aが、パッシベーション層1008を通過してドレイン電極1005と接合されている。なお、絶縁体層1009は、ソース電極1004に接合されるソース配線と、ゲート電極に接合されるゲート配線との交点に、両者を隔てるように形成されており、ソース配線とゲート電極とを絶縁している。
次に、本発明に係る第二実施形態の薄膜トランジスタの製造方法について、図面を参照して説明する。
図13、本発明の第二実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の概略フローチャート図を示している。
図13において、本実施形態は、いわゆる正スタガ型の薄膜トランジスタ(図14参照)の製造方法であって、上記第一実施形態と比べて、積層順番が相違する。
なお、その他の方法などは、第一実施形態とほぼ同様としてある。
次に、結晶質酸化物膜1001上にソース電極1004及びドレイン電極1005を形成し(S2−2)、続いて、ソース電極1004及びドレイン電極1005上に絶縁体膜3を形成し(S2−3)、さらに、絶縁体膜1003上にゲート電極を形成する(S2−4)。
また、第一実施形態で示したような逆スタガ型(ボトムゲートタイプ)だけでなく、本実施形態に示した正スタガ型(トップゲートタイプ)にも適用でき、薄膜トランジスタを用いた回路設計の自由度を向上させることができる。
また、本発明は、薄膜トランジスタの発明としても有効である。
本実施形態の薄膜トランジスタは、上記薄膜トランジスタの製造方法により製造された構成としてある。すなわち、本実施形態の薄膜トランジスタは、図2,10,11,12,14に示してあるが、これらの構造に限定されるものではなく、様々な構造に薄膜トランジスタを含むことができる。
上述したように、本実施形態の薄膜トランジスタによれば、製造原価のコストダウンを大幅に図ることができる。また、チャネル層が結晶化してあるので、製造プロセス中の熱履歴などで特性が変化するおそれが大幅に低減され、信頼性を向上させることができる。
また、本発明は、薄膜トランジスタ基板の発明としても有効である。
本実施形態の薄膜トランジスタ基板は、上記薄膜トランジスタが、基板又はシート状の基材に複数個配設された構成としてある。
上述したように、本実施形態の薄膜トランジスタ基板によれば、製造原価の低減及び大面積化が可能となる。また、チャネル層が結晶化してあるので、製造プロセス中の熱履歴などで特性が変化するおそれが大幅に低減され、信頼性を向上させることができる。なお、薄膜トランジスタ基板は、通常、ガラス基板上に薄膜トランジスタが配設されるが、これに限定されるものではなく、たとえば、樹脂などからなる可撓性を有するシート状の基材に薄膜トランジスタを配設してもよい。
また、本発明は、画像表示装置の発明としても有効である。
図15は、本発明の第一実施形態に係る画像表示装置を説明するための、要部の概略断面図を示している。
図15において、本実施形態の画像表示装置は、上記第一実施形態の製造方法で製造された第三応用例に係る逆スタガ型の薄膜トランジスタ1010(図12参照)、有機ELなどの発光層1012、及び、IZOなどの透明電極材料からなる(対向)電極1016を備えた構成としてある。
また、本発明は、画像表示装置の発明としても有効である。
図16は、本発明の第二実施形態に係る画像表示装置を説明するための、要部の概略断面図を示している。
図16において、本実施形態の画像表示装置は、上記第二実施形態の製造方法で製造された正スタガ型の薄膜トランジスタ1010(図14参照)、液晶1013、及び、IZOなどの透明電極材料からなる(対向)電極1016を備えた構成としてある。また、画像表示装置は、薄膜トランジスタ1010を覆う層間絶縁膜1011や高抵抗膜1014,1015を備えている。
本発明の第三実施形態に係る画像表示装置は、液晶を利用した光制御素子と、この光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタを備えている。また、この電界効果型トランジスタは、薄膜トランジスタとして、透明なガラス基板にマトリックス状に配設されている。
なお、本発明の光制御素子は、液晶を含むものに限定されるものではない。たとえば、電気泳動粒子を含み、該電気泳動粒子を利用するもの、自ら発光する有機EL素子、又は、無機EL素子などでもよい。
また、上記トランジスタが形成される基体は、透明なガラス基板に限定されるものではなく、たとえば、可撓性を有する樹脂フィルムなどであってもよい。
図17において、画像表示装置2001は、ガラス基板2010、電界効果型薄膜トランジスタ2020、画素電極2030、液晶2040及び対向電極2050を備えている。
電界効果型薄膜トランジスタ2020(適宜、トランジスタ2020と略称する。)は、ガラス基板2010上に形成された、活性層としての結晶質酸化物2021と、結晶質酸化物2021の両端上に形成されたソース電極2022及びドレイン電極2023と、結晶質酸化物2021、ソース電極2022及びドレイン電極2023上に形成されたゲート絶縁膜2024と、ゲート絶縁膜2024上に形成されたゲート電極2025を備えている。また、トランジスタ2020上には、酸化シリコン又は窒化シリコンなどからなる層間絶縁膜2026が形成されている。
なお、トランジスタ2020は、上記構成のトップゲート型のトランジスタに限定されるものではなく、例えば、ボトムゲート型などの様々な構成のトランジスタであってもよい。さらに、一つの画素に対して、スイッチトランジスタと駆動トランジスタなどを備えた構成としてもよい。
また、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。約1017/cm3未満の電子キャリア濃度の測定は、ACホール測定で行うことが好ましい。この理由は、DCホール測定では測定値のばらつきが大きく、測定の信頼性が低くなるおそれがあるからである。
なお、薄膜に含ませる結晶質は、単結晶又は多結晶(エピタキシャル膜を含む。)のいずれであってもよいが、工業的に製造が容易で、大面積化が可能な多結晶膜が好ましい。また、単結晶は、製造プロセスや使用時における屈曲や衝撃でクラックが発生するおそれがあるため、このことからも多結晶が好ましい。
また、本発明において、結晶質酸化物2021とは、X線回折スペクトルにおいて、特定の回折線を示す酸化物をいう。一方、非晶質酸化物とは、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。
さらに、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換していることが好ましい。この理由は、正三価であるインジウムを正二価元素が固溶置換することによって、効果的にキャリア密度を低下させることが期待できるからである。
また、[X]/([X]+[In])=0.01〜0.1がより好ましく、[X]/([X]+[In])=0.05〜0.099がさらに好ましく、[X]/([X]+[In])=0.06〜0.098が特に好ましい。
次に、結晶質酸化物2021の電子キャリア密度と電子移動度に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
トランジスタ2020の活性層として使用される、多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(結晶質酸化物2021)と、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜を成膜し、両者の薄膜の電子キャリア濃度に対する電子移動度を測定した。
まず、原子比〔Zn/(In+Zn)〕=0.0001〜0.1のIn2O3−ZnOスパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、基板温度約25℃で成膜し、In2O3−ZnOからなる非晶質膜の薄膜を得た。その後、真空下あるいは酸素存在下にて、約280℃で約1〜10時間熱処理し、多結晶のIn2O3−ZnOからなる複数の薄膜(複数の結晶質酸化物2021)を得た。
次に、原子比〔In/(In+Zn+Ga)〕=0.33、原子比〔Zn/(In+Zn+Ga)〕=0.34、及び、原子比〔Ga/(In+Zn+Ga)〕=0.33のIn2O3−ZnO−Ga2O3スパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、酸素分圧1×10−3〜5×10−1Paにて成膜し、In2O3−ZnO−Ga2O3からなる複数の非晶質膜の薄膜を得た。
さらに、原子比〔In/(In+Zn)〕=0.83、及び、原子比〔Zn/(In+Zn)〕=0.17のIn2O3−ZnOスパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、酸素分圧1×10−3〜5×10−1Paにて成膜し、In2O3−ZnOからなる複数の非晶質膜の薄膜を得た。
図18aは、多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜、及び、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜の電子キャリア濃度に対する電子移動度の測定グラフを示している。
図18aにおいて、両者ともに、製造条件を適切に設定することにより、電子キャリア濃度を1×1016cm-3未満まで制御できた。
多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(複数の結晶質酸化物2021)は、電子キャリア濃度が1×1016〜1×1020/cm3の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度(X座標)と電子移動度(Y座標)をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされる。
図18bにおいて、多結晶のIn2O3−ZnOは製造条件を適切に設定することにより、電子キャリア濃度を1×1016cm-3未満まで制御できたが、非晶質のIn2O3−ZnOは、電子キャリア濃度を1×1018cm-3程度までしか制御できなかった。このことから、薄膜トランジスタとして用いた場合、多結晶のIn2O3−ZnOの方がオフ電流の低いトランジスタやノーマリーオフのトランジスタを作製しやすい。
多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(複数の結晶質酸化物2021)は、電子キャリア濃度が1×1016〜1×1020/cm3の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度(X座標)と電子移動度(Y座標)をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされる。
次に、本発明に係る実施例4〜14と比較例3〜8について、図面を参照して説明する。
[結晶質酸化物の作製例]
(1)スパッタリングターゲットの製造及び評価
1.ターゲットの製造
原料として、平均粒径が約3.4μmの酸化インジウムと、平均粒径が約0.6μmの酸化亜鉛とを、原子比〔In/(In+Zn)〕が約0.95、原子比〔Zn/(In+Zn)〕が約0.05となるように混合して、これを湿式ボールミルに供給し、約72時間混合粉砕して原料微粉末を得た。
得られた原料微粉末を造粒した後、直径約10cm、厚さ約5mmの寸法にプレス成形して、これを焼成炉に入れ、約1400℃,約48時間の条件で焼成して、焼結体(ターゲット)を得た。このとき、昇温速度は、約3℃/分であった。
2.ターゲットの評価
得られたターゲットにつき、密度、バルク抵抗値を測定した。その結果、理論相対密度は約99%であり、四端子法により測定したバルク抵抗値は、約80mΩであった。
上記(1)で得られたスパッタリングターゲットを、DCスパッタ法の一つであるDCマグネトロンスパッタリング法の成膜装置に装着し、ガラス基板(コーニング1737)上に半導体薄膜を成膜した。
ここでのスパッタ条件としては、基板温度;約25℃、到達圧力;約1×10−3Pa、雰囲気ガス;Ar約100%、スパッタ圧力(全圧);約4×10−1Pa、投入電力約100W、成膜時間約20分間、S−T距離約95mmとした。
この結果、ガラス基板上に、膜厚が約100nmの酸化物が形成された。
なお、得られた膜組成をICP法で分析したところ、原子比〔In/(In+Zn)〕が約0.95、原子比〔Zn/(In+Zn)〕が約0.05であった。
上記(2)で得られた酸化物を大気中(酸素存在下)約300℃で、約1時間加熱(大気下熱処理)することで酸化処理(結晶化処理)を行った。
上記(3)で得られた透明半導体薄膜のキャリア濃度(電子キャリア濃度)、及びホール移動度(電子移動度)をホール測定装置により測定した。キャリア濃度は約6×1014cm−3、ホール移動度は約5cm2/Vsであった。また、四端子法により測定した比抵抗の値は、約2100Ωcmであった。また、薄膜の組成分析を行ったところ、Li及びNaの濃度は1ppm以下であった。
[ホール測定装置]
東陽テクニカ製:Resi Test8310
[測定条件]
室温(約25℃)、約0.5[T]、約10−4〜10−12A、AC磁場ホール測定
また、X線結晶構造解析により多結晶であることが確認され、XFAS測定によりInとZnは同様の局所構造をとっていることが確認できた。すなわち、少なくとも一部の亜鉛Znが、酸化インジウムのビックスバイト型結晶のインジウムサイトを置き換えていた。
[PAN耐性]
PANによるエッチング速度が約10nm/分以上のものを×とし、それ以外のものを○として表中に示した。
ここで、PAN耐性の評価には、約45℃のPANエッチング液(リン酸約91.4wt%、硝酸約3.3wt%、酢酸約10.4wt%)を用いた。なお、一般的に、PANエッチング液(リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液)は、通常リン酸が約20〜95wt%、硝酸約0.5〜5wt%、酢酸約3〜50wt%の範囲にあるものが用いられる。
[耐熱性]
約260℃、約1時間の熱処理で、比抵抗が処理前の約1/10以下になったものを×とし、それ以外のものを○として表中に示した。
すなわち、上述した実施例4の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約8×1014cm−3、ホール移動度は約5cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約1570Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例5の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約4×1015cm−3、ホール移動度は約6cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約260Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例6の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有しており、トランジスタの活性層として好適に使用することができた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1014cm−3、ホール移動度は約10cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約40Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例7の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1.1×1014cm−3、ホール移動度は約3cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約19000Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例8の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約5×1016cm−3、ホール移動度は約7cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約15Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.7eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約89%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例9の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1015cm−3、ホール移動度は約7cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約450Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例10の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1014cm−3、ホール移動度は約4cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約7800Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例11の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1×1016cm−3、ホール移動度は約8cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約20Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例12の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1016cm−3、ホール移動度は約8cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約40Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例13の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1016cm−3、ホール移動度は約12cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約10Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例14の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1×1018cm−3、ホール移動度は約28cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.22Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.1eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約84%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した比較例3の多結晶化された酸化物は、キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1017cm−3、ホール移動度は約1cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約10Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.3eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.2であった。
すなわち、上述した比較例4の多結晶化された酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約3×1020cm−3、ホール移動度は約35cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.0006Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.2eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約82%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例5の非晶質の酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約7×1020cm−3、ホール移動度は約17cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.00053Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.2eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約82%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例6の非晶質の酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約1.1×1016cm−3、ホール移動度は約3cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約190Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.7eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が×であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例7の非晶質の酸化物は、PAN耐性が×であり、かつ、耐熱性が×であった。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図19に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約9×1015cm−3、ホール移動度は約2cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約350Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.8eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が×であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例8の非晶質の酸化物は、PAN耐性が×であり、かつ、耐熱性が×であった。
次に、上記作製したTFTのうち、代表的なものについて説明する。
図20は、絶縁体基板上に作製したトップゲート型TFTの要部の概略断面図を示している。
図20において、本作製例1のトランジスタ2020は、トップゲート型としてあり、ガラス基板2010上に、チャネル長さ=約10μm、チャネル幅=約150μmとなるように、ソース電極2022、ドレイン電極2023及び結晶質酸化物2021を形成した。この結晶質酸化物2021として、上記実施例4と同じ条件で作成した厚さ約30nmの透明半導体薄膜を用いた。ゲート絶縁膜2024として、誘電率の高い酸化イットリウムを厚み170nmに積層した。また、ソース電極2022、ドレイン電極2023及びゲート電極2025として、厚み約5nmのTi層と厚み約40nmのAu層を用いた。
その結果、本作製例1のトランジスタ2020は、電界効果移動度;35cm2/Vs、on−off比;108以上、閾値電圧(Vth);+2.0V(ノーマリーオフ)の特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図21は、絶縁体基板上に作製したボトムゲート型TFTの要部の概略断面図を示している。
図21において、本作製例2のトランジスタ2020は、ボトムゲート型としてあり、ガラス基板2010上に、ゲート電極2025及びゲート絶縁膜2024を形成し、さらに、結晶質酸化物2021を形成した。この結晶質酸化物2021として、上記実施例4と同じ条件で作成した厚さ約100nmの透明半導体薄膜を用いた。また、チャネル長さ=約5μm、チャネル幅=約25μmとなるように、ソース電極2022及びドレイン電極2023を形成した。ゲート絶縁膜2024として、厚み約340nmのSiNx層と厚み約30nmのCaHfOx層を用いた。また、ソース電極2022及びドレイン電極2023として、厚み約70nmのAl層を用い、ゲート電極2025として厚み約320nmのTa層を用いた。
その結果、本作製例2のトランジスタ2020は、電界効果移動度;70cm2/Vs、on−off比;107以上、閾値電圧(Vth);+0.5V(ノーマリーオフ)の特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図22は、導電性基板上に作製され、かつ、半導体膜上にソース電極及びドレイン電極が形成されたボトムゲート型TFTの要部の概略断面図を示している。
導電性シリコン基板2025a上に、図22のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記実施例7と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例3のトランジスタは、電界効果移動度;19cm2/Vs、on−off比;106以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板2025a上に、図22のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記実施例14と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例4のトランジスタは、電界効果移動度;24cm2/Vs、on−off比;105以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図23は、導電性基板上に作製され、かつ、ソース電極及びドレイン電極上に半導体膜が形成されたボトムゲート型TFTの要部の概略断面図を示している。
導電性シリコン基板2025a上に、図23のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記実施例7と同じ条件で作成した厚み約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例5のトランジスタは、電界効果移動度;10cm2/Vs、on−off比;105以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板2025a上に、図23のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記実施例9と同じ条件で作成した約20nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例6のトランジスタは、電界効果移動度;11cm2/Vs、on−off比;104以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板2025a上に、図23のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記実施例10と同じ条件で作成した約20nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例7のトランジスタは、電界効果移動度;11cm2/Vs、on−off比;106以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
ガラス基板2010上に、上記比較例4と同じ条件で作成した透明半導体薄膜(結晶質酸化物2021)を用い、図20のような構成で、チャネル長さ=約10μm、チャネル幅=約150μmのトップゲート型の薄膜トランジスタ2020を作製した。
このとき、ゲート絶縁膜2024として、誘電率の高い酸化イットリウムを厚み約170nmに積層して用いた。また、ソース電極2022、ドレイン電極2023及びゲート電極2025として、厚み約5nmのTi層と厚み約40nmのAu層を用いた。
その結果、本TFTの比較例(1)のトランジスタは、電界効果移動度;0.5cm2/Vs、on−off比;103、閾値電圧(Vth);−0.5V(ノーマリーオン)の特性を示した。また、出力特性をみるとピンチオフが不明瞭であった。
ガラス基板2010上に、図21のような構成で、チャネル長さ=約5μm、チャネル幅=約25μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタ2020を作製した。チャネル層として、上記比較例4と同じ条件で作成した約100nmの透明半導体薄膜(結晶質酸化物2021)を用い、ゲート絶縁膜2024として、厚み約30nmのCaHfOx及び厚み約340nmのSiNxを用いた。また、ソース電極2022およびドレイン電極2023として厚み約70nmのAl、ゲート電極2025として約320nmのTaを用いた。
その結果、本TFTの比較例(2)のトランジスタは、電界効果移動度;0.3cm2/Vs、on−off比;102以上、閾値電圧(Vth);−1.5V(ノーマリーオン)の特性を示した。また、出力特性をみるとピンチオフが不明瞭であった。
導電性シリコン基板25a上に、図22のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記比較例3と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本TFTの比較例(3)のトランジスタは、ノーマリーオンとなりゲート電圧を変えてもトランジスタ特性は確認できなかった。
導電性シリコン基板2025a上に、図23のような構成で、チャネル長さL=約100μm、チャネル幅W=約2000μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物2021)は、上記比較例3と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極2022、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本TFTの比較例(4)のトランジスタは、ノーマリーオンとなりゲート電圧を変えてもトランジスタ特性は確認できなかった。
導電性シリコン基板2025a上に、図22のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(非晶質の酸化物2021)は、上記比較例8と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜2024として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース2022電極、及びドレイン電極2023として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本比較例(5)のトランジスタは、電界効果移動度;8cm2/Vs、on−off比;104以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
また、結晶酸化物を、Inと、Zn、Mg、Cu、Ni、Co及びCaから選ばれた一つ以上の正二価元素とを含む多結晶酸化物とし、かつ、In[In]と正二価元素[X]の原子比を、[X]/([X]+[In])=0.0001〜0.13とすることにより、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にすることができる。
図24は、本発明の第一実施形態にかかる半導体デバイスである、電界効果型薄膜トランジスタの要部の概略断面図を示している。
図24において、電界効果型薄膜トランジスタ3001(適宜、TFT3001と略称する。)は、ガラス基板3010上に離れて形成されたソース電極3022及びドレイン電極3023と、ソース電極3022及びドレイン電極3023の一部を覆うように形成された、活性層としての結晶質酸化物3021と、結晶質酸化物3021上に形成されたゲート絶縁膜3024と、ゲート絶縁膜3024上に形成されたゲート電極3025を備えている。
なお、TFT3001は、上記構成のトップゲート型のTFTに限定されるものではなく、例えば、ボトムゲート型などの様々な構成のTFTであってもよい。また、TFT3001が形成される基体は、ガラス基板3010に限定されるものではなく、たとえば、可撓性を有する樹脂フィルムなどであってもよい。
また、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。約1017/cm3未満の電子キャリア濃度の測定は、ACホール測定で行うことが好ましい。この理由は、DCホール測定では測定値のばらつきが大きく、測定の信頼性が低くなるおそれがあるからである。
なお、薄膜に含ませる結晶質は、単結晶又は多結晶(エピタキシャル膜を含む。)のいずれであってもよいが、工業的に製造が容易で、大面積化が可能な多結晶膜が好ましい。また、単結晶は、製造プロセスや使用時における屈曲や衝撃でクラックが発生するおそれがあるため、このことからも多結晶が好ましい。
また、本発明において、結晶質酸化物3021とは、X線回折スペクトルにおいて、特定の回折線を示す酸化物をいう。一方、非晶質酸化物とは、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。
さらに、亜鉛などの正二価元素の少なくとも一部は、インジウムを固溶置換していることが好ましい。この理由は、正三価であるインジウムを正二価元素が固溶置換することによって、効果的にキャリア密度を低下させることが期待できるからである。
また、本実施形態において、Inを含む結晶質酸化物に含有させる正二価元素としては、例えば、Zn,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Cd,Hg,Sm,Eu,Ybなどが挙げられる。これらのなかでも、Zn,Mg,Mn,Co,Ni,Pd,Pt,Cuが好ましく、インジウムに固溶置換しやすく、効率的にキャリア濃度を制御できることから、Zn、Mg、Cu、Ni、Coがより好ましく、透明性からZnあるいはMgが特に好ましい。これらの正二価元素は、本実施形態の効果を失わせない範囲内で複数組合せて使用してもよい。
また、[X]/([X]+[In])=0.01〜0.1がより好ましく、[X]/([X]+[In])=0.05〜0.099がさらに好ましく、[X]/([X]+[In])=0.06〜0.098が特に好ましい。
また、上記正三価元素、正二価元素とは、イオン状態での価数としてそれぞれ正三価、正二価を取りうる元素のことをいう。
このようにすると、製造工程の自由度が増加し、TFT3001を効率よく製造することができる。なお、本実施形態の結晶質酸化物3021は、非晶質の状態でパターニングされ、その後結晶化される。結晶化された結晶質酸化物3021は、PAN耐性を有するので、ゲート電極3025を容易にパターニングすることが可能となる。
次に、結晶質酸化物3021の電子キャリア密度と電子移動度に関する測定結果について、図面を参照して説明する。
TFT3001の活性層として使用される、多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(結晶質酸化物3021)と、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜と、非晶質のIn2O3−ZnOからなる薄膜を成膜し、三者の薄膜の電子キャリア濃度に対する電子移動度を測定した。
まず、原子比〔Zn/(In+Zn)〕=0.0001〜0.13のIn2O3−ZnOスパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、基板温度約25℃で成膜し、In2O3−ZnOからなる非晶質膜の薄膜を得た。その後、真空下あるいは酸素存在下にて、約280℃で約1〜10時間熱処理し、多結晶のIn2O3−ZnOからなる複数の薄膜(複数の結晶質酸化物3021)を得た。
次に、原子比〔In/(In+Zn+Ga)〕=0.33、原子比〔Zn/(In+Zn+Ga)〕=0.34、及び、原子比〔Ga/(In+Zn+Ga)〕=0.33のIn2O3−ZnO−Ga2O3スパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、酸素分圧1×10−3〜5×10−1Paにて成膜し、In2O3−ZnO−Ga2O3からなる複数の非晶質膜の薄膜を得た。
さらに、原子比〔In/(In+Zn)〕=0.83、及び、原子比〔Zn/(In+Zn)〕=0.17のIn2O3−ZnOスパッタリングターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ法により、酸素分圧1×10−3〜5×10−1Paにて成膜し、In2O3−ZnOからなる複数の非晶質膜の薄膜を得た。
図25aは、多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜、及び、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜の電子キャリア濃度に対する電子移動度の測定グラフを示している。
図25aにおいて、両者ともに、製造条件を適切に設定することにより、電子キャリア濃度を1×1016cm-3未満まで制御できた。
多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(複数の結晶質酸化物3021)は、電子キャリア濃度が1×1016〜1×1020/cm3の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度(X座標)と電子移動度(Y座標)をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされる。
また、非晶質のIn2O3−ZnO−Ga2O3からなる薄膜は、220℃100時間の耐熱試験後に特性が劣化したのに対し、後述する実施例のZnドープIn2O3結晶酸化物(多結晶)からなる薄膜は、同様の220℃100時間の耐熱試験を行っても、特性がほとんど変化しなかった。このことによって、半導体デバイスの使用温度範囲を広くすることができ、また、信頼性を向上させることができる。
図25bにおいて、多結晶のIn2O3−ZnOは製造条件を適切に設定することにより、電子キャリア濃度を1×1016cm-3未満まで制御できたが、非晶質のIn2O3−ZnOは、電子キャリア濃度を1×1018cm-3程度までしか制御できなかった。このことから、薄膜トランジスタとして用いた場合、多結晶のIn2O3−ZnOの方がオフ電流の低いトランジスタやノーマリーオフのトランジスタを作製しやすい。
多結晶のIn2O3−ZnOからなる薄膜(複数の結晶質酸化物3021)は、電子キャリア濃度が1×1016〜1×1020/cm3の範囲において、電子キャリア濃度が増加するとともに、電子移動度も対数的に比例して増加した。すなわち、両対数のグラフに電子キャリア濃度(X座標)と電子移動度(Y座標)をプロットすると、プロット点がほぼ右上りの直線上にプロットされる。
次に、本発明に係る実施例15〜25と比較例9〜14について、図面を参照して説明する。
[結晶質酸化物の作製例]
(1)スパッタリングターゲットの製造及び評価
1.ターゲットの製造
原料として、平均粒径が約3.4μmの酸化インジウムと、平均粒径が約0.6μmの酸化亜鉛とを、原子比〔In/(In+Zn)〕が約0.95、原子比〔Zn/(In+Zn)〕が約0.05となるように混合して、これを湿式ボールミルに供給し、約72時間混合粉砕して原料微粉末を得た。得られた原料微粉末を造粒した後、直径約10cm、厚さ約5mmの寸法にプレス成形して、これを焼成炉に入れ、約1400℃,約48時間の条件で焼成して、焼結体(ターゲット)を得た。このとき、昇温速度は、約3℃/分であった。
2.ターゲットの評価
得られたターゲットにつき、密度、バルク抵抗値を測定した。その結果、理論相対密度は約99%であり、四端子法により測定したバルク抵抗値は、約80mΩであった。
上記(1)で得られたスパッタリングターゲットを、DCスパッタ法の一つであるDCマグネトロンスパッタリング法の成膜装置に装着し、ガラス基板(コーニング1737)上に半導体薄膜を成膜した。
ここでのスパッタ条件としては、基板温度;約25℃、到達圧力;約1×10−3Pa、雰囲気ガス;Ar約100%、スパッタ圧力(全圧);約4×10−1Pa、投入電力約100W、成膜時間約20分間、S−T距離約95mmとした。
この結果、ガラス基板上に、膜厚が約100nmの酸化物が形成された。
なお、得られた膜組成をICP法で分析したところ、原子比〔In/(In+Zn)〕が約0.95、原子比〔Zn/(In+Zn)〕が約0.05であった。
上記(2)で得られた酸化物を大気中(酸素存在下)約300℃で、約1時間加熱(大気下熱処理)することで酸化処理(結晶化処理)を行った。
上記(3)で得られた透明半導体薄膜のキャリア濃度(電子キャリア濃度)、及びホール移動度(電子移動度)をホール測定装置により測定した。キャリア濃度は約6×1014cm−3、ホール移動度は約5cm2/Vsであった。また、四端子法により測定した比抵抗の値は、約2100Ωcmであった。また、薄膜の組成分析を行ったところ、Li及びNaの濃度は1ppm以下であった。
[ホール測定装置]
東陽テクニカ製:Resi Test8310
[測定条件]
室温(約25℃)、約0.5[T]、約10−4〜10−12A、AC磁場ホール測定
また、X線結晶構造解析により多結晶であることが確認され、XFAS測定によりInとZnは同様の局所構造をとっていることが確認できた。すなわち、少なくとも一部の亜鉛Znが酸化インジウムのビックスバイト型結晶のインジウムサイトを置き換えていた。
[PAN耐性]
PANによるエッチング速度が約10nm/分以上のものを×とし、それ以外のものを○として表中に示した。
ここで、PAN耐性の評価には、約45℃のPANエッチング液(リン酸約91.4wt%、硝酸約3.3wt%、酢酸約10.4wt%)を用いた。なお、一般的に、PANエッチング液(リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液)は、通常リン酸が約20〜95wt%、硝酸約0.5〜5wt%、酢酸約3〜50wt%の範囲にあるものが用いられる。
[耐熱性]
約260℃、約1時間の熱処理で、比抵抗が処理前の約1/10以下になったものを×とし、それ以外のものを○として表中に示した。
すなわち、上述した実施例15の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約8×1014cm−3、ホール移動度は約5cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約1570Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例16の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約4×1015cm−3、ホール移動度は約6cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約260Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例17の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有しており、トランジスタの活性層として好適に使用することができた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1014cm−3、ホール移動度は約10cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約40Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例18の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1.1×1014cm−3、ホール移動度は約3cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約19000Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例19の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約5×1016cm−3、ホール移動度は約7cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約15Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.7eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約89%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例20の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1015cm−3、ホール移動度は約7cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約450Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例21の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1014cm−3、ホール移動度は約4cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約7800Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例22の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1×1016cm−3、ホール移動度は約8cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約20Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例23の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約2×1016cm−3、ホール移動度は約8cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約40Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.5eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例24の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1016cm−3、ホール移動度は約12cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約10Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.6eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約85%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した実施例25の多結晶化された酸化物は、優れた透明半導体薄膜としての特性を有していた。
比較例9の酸化物は、実施例15の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、原子比〔In/(In+Zn)〕を約1.00、原子比〔Zn/(In+Zn)〕を約0.00とした点が相違した。なお、この相違点の他は、実施例15の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約1×1018cm−3、ホール移動度は約28cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.22Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.1eVであり、PAN耐性が○、耐熱性が○であり、光線透過率が約84%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約1.9であった。
すなわち、上述した比較例9の多結晶化された酸化物は、キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。
比較例10の酸化物は、実施例15の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、原子比〔In/(In+Zn)〕を約0.00、原子比〔Zn/(In+Zn)〕を約1.00とした点が相違した。なお、この相違点の他は、実施例15の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が多結晶であり、キャリア濃度が約6×1017cm−3、ホール移動度は約1cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約10Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.3eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.2であった。
すなわち、上述した比較例10の多結晶化された酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
比較例11の酸化物は、実施例16の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、加熱による結晶化処理を行っていない点が相違した。なお、この相違点の他は、実施例16の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約3×1020cm−3、ホール移動度は約35cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.0006Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.2eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約82%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例11の非晶質の酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
比較例12の酸化物は、比較例11の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、スパッタにおける雰囲気ガス;Ar約92%、H2約8%とした点が相違した。なお、この相違点の他は、比較例11の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約7×1020cm−3、ホール移動度は約17cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約0.00053Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約4.2eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が○であり、光線透過率が約82%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例12の非晶質の酸化物は、電子キャリア濃度の値が2×1017cm−3より大きかった。また、PAN耐性が×であった。
比較例13の酸化物は、比較例12の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、RFマグネトロンスパッタリング法とした点、スパッタにおける雰囲気ガス;Ar約96%、O2約4%とし、かつ、酸素分圧を約16×10−3Paとした点、及び、原子比〔In/(In+Zn)〕を約0.55、原子比〔Zn/(In+Zn)〕を約0.45、原子比〔Ga/(In+Zn+Ga)〕を約0.35とした点が相違した。なお、これらの相違点の他は、比較例12の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約1.1×1016cm−3、ホール移動度は約3cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約190Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.7eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が×であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例13の非晶質の酸化物は、PAN耐性が×であり、かつ、耐熱性が×であった。
比較例14の酸化物は、比較例13の作製条件(成膜方法、成膜条件、膜組成原子比、及び、酸化処理)と比べて、スパッタにおける雰囲気ガス;Ar約95%、O2約5%とし、かつ、酸素分圧を約20×10−3Paとした点が相違した。なお、この相違点の他は、比較例13の作製条件とほぼ同じとした。
また、上記製作条件にて製作した酸化物の特性は、図26に示すように、結晶性が非晶質であり、キャリア濃度が約9×1015cm−3、ホール移動度は約2cm2/Vsであった。四端子法により測定した比抵抗の値は、約350Ωcmであった。さらに、エネルギーバンドギャップは約3.8eVであり、PAN耐性が×、耐熱性が×であり、光線透過率が約83%であり、薄膜の屈折率(波長約500nm)が約2.1であった。
すなわち、上述した比較例14の非晶質の酸化物は、PAN耐性が×であり、かつ、耐熱性が×であった。
次に、上記作製したTFTのうち、代表的なものについて説明する。
図24に示すように、本作製例8のTFT3001は、トップゲート型としてあり、ガラス基板3010上に、チャネル長さ=約10μm、チャネル幅=約150μmとなるように、ソース電極3022、ドレイン電極3023及び結晶質酸化物3021を形成した。この結晶質酸化物3021として、上記実施例15と同じ条件で作成した厚さ約30nmの透明半導体薄膜を用いた。ゲート絶縁膜3024として、誘電率の高い酸化イットリウムを厚み170nmに積層した。また、ソース電極3022、ドレイン電極3023及びゲート電極3025として、厚み約5nmのTi層と厚み約40nmのAu層を用いた。
その結果、本作製例8のTFT3001は、電界効果移動度;35cm2/Vs、on−off比;108以上、閾値電圧(Vth);+2.0V(ノーマリーオフ)の特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図27は、本発明の第一実施形態にかかる半導体デバイスである電界効果型薄膜トランジスタの、第一応用例の要部の概略断面図を示している。
図27において、本作製例9のTFT3001aは、上記TFT3001の第一応用例であり、ボトムゲート型としてある。このTFT3001aは、ガラス基板3010上に、ゲート電極3025及びゲート絶縁膜3024を形成し、さらに、結晶質酸化物3021を形成した。この結晶質酸化物3021として、上記実施例15と同じ条件で作成した厚さ約100nmの透明半導体薄膜を用いた。また、チャネル長さ=約5μm、チャネル幅=約25μmとなるように、ソース電極3022及びドレイン電極3023を形成した。ゲート絶縁膜3024として、厚み約340nmのSiNx層と厚み約30nmのCaHfOx層を用いた。また、ソース電極3022及びドレイン電極3023として、厚み約70nmのAl層を用い、ゲート電極3025として厚み約320nmのTa層を用いた。
その結果、本作製例9のTFT3001aは、電界効果移動度;70cm2/Vs、on−off比;107以上、閾値電圧(Vth);+0.5V(ノーマリーオフ)の特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図28は、本発明の第一実施形態にかかる半導体デバイスである電界効果型薄膜トランジスタの、第二応用例の要部の概略断面図を示している。
図28において、本作製例10のTFT3001bは、上記TFT3001の第二応用例であり、導電性基板上に作製されたボトムゲート型としてある。
導電性シリコン基板3025a上に、図28のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型のTFT3001bを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記実施例18と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例10のTFT3001bは、電界効果移動度;19cm2/Vs、on−off比;106以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板上に、図28のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型のTFT3001bを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記実施例25と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例11のTFT3001bは、電界効果移動度;24cm2/Vs、on−off比;105以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
図29は、本発明の第一実施形態にかかる半導体デバイスである電界効果型薄膜トランジスタの、第三応用例の要部の概略断面図を示している。
図29において、本作製例12のTFT3001cは、上記TFT3001の第三応用例であり、導電性基板上に作製されたボトムゲート型としてある。
導電性シリコン基板上に、図29のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型のTFT3001cを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記実施例18と同じ条件で作成した厚み約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例12のTFT3001cは、電界効果移動度;10cm2/Vs、on−off比;105以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板上に、図29のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型のTFT3001cを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記実施例20と同じ条件で作成した約20nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例13のTFT3001cは、電界効果移動度;11cm2/Vs、on−off比;104以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
導電性シリコン基板上に、図29のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約2000μmのボトムゲート型のTFT3001cを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記実施例21と同じ条件で作成した約20nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本作製例14のTFT3001cは、電界効果移動度;11cm2/Vs、on−off比;106以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
ガラス基板上に、上記比較例10と同じ条件で作成した透明半導体薄膜(結晶質酸化物)を用い、図24のような構成で、チャネル長さ=約10μm、チャネル幅=約150μmのトップゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
このとき、ゲート絶縁膜として、誘電率の高い酸化イットリウムを厚み約170nmに積層して用いた。また、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極として、厚み約5nmのTi層と厚み約40nmのAu層を用いた。
その結果、本TFTの比較例(6)のトランジスタは、電界効果移動度;0.5cm2/Vs、on−off比;103、閾値電圧(Vth);−0.5V(ノーマリーオン)の特性を示した。また、出力特性をみるとピンチオフが不明瞭であった。
ガラス基板上に、図27のような構成で、チャネル長さ=約5μm、チャネル幅=約25μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。チャネル層として、上記比較例10と同じ条件で作成した約100nmの透明半導体薄膜(結晶質酸化物)を用い、ゲート絶縁膜として、厚み約30nmのCaHfOx及び厚み約340nmのSiNxを用いた。また、ソース電極およびドレイン電極として厚み約70nmのAl、ゲート電極として約320nmのTaを用いた。
その結果、本TFTの比較例(7)のトランジスタは、電界効果移動度;0.3cm2/Vs、on−off比;102以上、閾値電圧(Vth);−1.5V(ノーマリーオン)の特性を示した。また、出力特性をみるとピンチオフが不明瞭であった。
導電性シリコン基板上に、図28のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記比較例9と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本TFTの比較例(8)のトランジスタは、ノーマリーオンとなりゲート電圧を変えてもトランジスタ特性は確認できなかった。
導電性シリコン基板上に、図29のような構成で、チャネル長さL=約100μm、チャネル幅W=約2000μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(結晶質酸化物)は、上記比較例9と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本TFTの比較例(9)のトランジスタは、ノーマリーオンとなりゲート電圧を変えてもトランジスタ特性は確認できなかった。
導電性シリコン基板上に、図28のような構成で、チャネル長さ=約100μm、チャネル幅=約1500μmのボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製した。
半導体薄膜(非晶質の酸化物)は、上記比較例14と同じ条件で作成した約50nmの透明半導体薄膜を用い、ゲート絶縁膜として厚み約300nmのSiO2熱酸化膜、ソース電極、及びドレイン電極として厚み約50nmのAuを用いた。
その結果、本比較例(10)のトランジスタは、電界効果移動度;8cm2/Vs、on−off比;104以上、ノーマリーオフの特性を示した。また、出力特性は明瞭なピンチオフを示した。
また、結晶酸化物を、Inと、Zn、Mg、Cu、Ni、Co及びCaから選ばれた一つ以上の正二価元素とを含む多結晶酸化物とし、かつ、In[In]と正二価元素[X]の原子比を、[X]/([X]+[In])=0.0001〜0.13とすることにより、電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満にすることができる。さらに、大面積均一性や再現性に優れたTFTを提供することができる。
図30は、本発明の第二実施形態にかかる半導体デバイスである、PN接合型トランジスタの要部の概略断面図を示している。
図30において、PN接合型トランジスタ3001dは、ガラス基板3010と、ガラス基板3010上に成膜された、N型半導体としての結晶質酸化物3021dと、結晶質酸化物3021dの上面両端部にそれぞれ形成されたエミッタ電極3022dおよびコレクタ電極3023dと、結晶質酸化物3021dの上面中央部の凹部に形成されたP型半導体3026dと、P型半導体3026d上に形成されたベース電極3025dとを備えている。
本実施形態の半導体デバイスは、PN接合型トランジスタ3001dとしてあり、P型領域(P型半導体26d)とN型領域(N型半導体)を備え、結晶質酸化物3021dがN型半導体として用いられている。
また、エミッタ電極3022dおよびコレクタ電極3023dの材料として、結晶質酸化物3021dとオーミックコンタクトするITOなどが用いられる。
また、P型半導体3026dの材料として、フェルミ準位の絶対値が、結晶質酸化物3021dのフェルミ準位の絶対値よりも大きなP型半導体材料が用いられる。
さらに、ベース電極3025dの材料として、P型半導体3026dとオーミックコンタクトするPtなどが用いられる。
図31は、本発明の第三実施形態にかかる半導体デバイスである、ショットキーダイオードの要部の概略断面図を示している。
図31において、ショットキーダイオード3001eは、ガラス基板3010と、ガラス基板3010上に成膜された、N型半導体としての結晶質酸化物3021eと、結晶質酸化物3021eの上面両端部にそれぞれ形成された電極3022eおよび電極3023eとを備えている。
本実施形態の半導体デバイスは、ショットキーダイオード3001eとしてあり、結晶質酸化物3021eが電子伝導体として用いられている。
また、電極3022eの材料として、結晶質酸化物3021eとオーミックコンタクトするITOなどが用いられる。
また、電極3023eの材料として、結晶質酸化物3021e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が用いられる。この仕事関数の違いによって、結晶質酸化物3021eにキャリアの少ない障壁層が形成される。
なお、結晶質酸化物3021eのフェルミ準位の絶対値や電極3023eの仕事関数などの関係を利用した半導体デバイスは、このショットキーダイオード3001eに限定されるものではなく、たとえば、静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、抵抗素子などを挙げることができる。また、この静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、抵抗素子などのN型領域(N型半導体)として、結晶質酸化物3021eを用い、かつ、この結晶質酸化物3021eの電子キャリア濃度を約2×1017/cm3未満とすることにより、静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、抵抗素子などの半導体デバイスの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
本実施形態の半導体デバイスは、集積回路であり、上述した結晶質酸化物3021を用いたTFT3001を備えている。すなわち、この集積回路は、TFT3001をN型薄膜トランジスタとして用いた論理回路、メモリ回路、差動増幅回路などに関する。
上記論理回路として、インバータ、NOR、NAND、フリップフロップ、シフトレジスタなどを挙げることができる。
また、メモリ回路として、SRAM(Static Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などを挙げることができる。
また、差動増幅回路として、差動アンプなどを挙げることができる。さらに、IDタグやICタグの無線通信回路などであってもよい。
本実施形態の半導体デバイスは、上述した結晶質酸化物3021からなる第1領域と、この第1領域に対してヘテロ接合を形成する第2領域とを具備する構成としてある。
このようにすると、ヘテロ接合を有する半導体デバイスの安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性などを向上させることができる。
例えば、薄膜トランジスタの製造方法の実施形態として、逆スタガ型及び正スタガ型の薄膜トランジスタの最も基本的な製造方法について説明した。ただし、薄膜トランジスタには、様々な構造の薄膜トランジスタがあり、これらに対応した製造方法があり、さらに、現在も盛んに研究されている。そして、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、様々な製造方法に好適に適用されることができる。
Claims (37)
- 非晶質酸化物膜を形成する膜形成工程と、
エッチングによって、前記膜形成工程で形成された前記非晶質酸化物膜をパターニングするパターニング工程と、
前記パターニング工程でパターニングされた前記非晶質酸化物膜を結晶化する結晶化工程とを有し、
この結晶化した結晶質酸化物膜をチャネル層とすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記結晶質酸化物膜が、In及び正二価元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記正二価元素が、Zn、Mg、Cu、Co、Ni及びCaから選ばれた一つ以上の元素であることを特徴とする請求項2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記In[In]と正二価元素[X]の原子比[X]/([X]+[In])が、0.0001≦[X]/([X]+[In])≦0.5であることを特徴とする請求項2又は3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記In[In]と正二価元素[X]の原子比[X]/([X]+[In])が、0.01≦[X]/([X]+[In])≦0.1であることを特徴とする請求項4に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記膜形成工程に、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、スプレー法、ディップ法のうちいずれかの成膜方法を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記膜形成工程にスパッタ法を用い、該スパッタ法が、DCマグネトロンスパッタ法、ACマグネトロンスパッタ法、RFマグネトロンスパッタ法のうちいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記パターニング工程において、ウエットエッチングを用いることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記結晶化工程において、加熱処理、プラズマ処理、レーザー照射処理から選ばれた一つ以上の処理方法を用いて、前記非晶質酸化物膜を結晶化することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記結晶化工程において、又は、前記結晶化工程の後に、前記結晶質酸化物膜の酸化処理を行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記酸化処理に、酸素存在下での加熱処理、オゾン処理、プラズマ処理から選ばれた一つ以上の処理方法を用いることを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記膜形成工程において、スパッタ法を用い、150℃より低い温度にて前記非晶質酸化物膜を成膜し、前記パターニング工程において、蓚酸を含むエッチング液でパターニングし、前記結晶化工程において、酸素存在下で150〜500℃にて加熱処理することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記スパッタ法において、雰囲気ガス中に水又は水素を含ませることを特徴とする請求項7又は12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記結晶化工程の後に、前記結晶質酸化物膜上に薄膜を形成し、該薄膜をウエットエッチングでパターニングすることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ウエットエッチングは、蓚酸、塩酸、リン酸から選ばれた一つ以上の酸を含むエッチング液を用いることを特徴とする請求項8又は14に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 上記請求項1〜15のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 上記請求項16に記載の薄膜トランジスタが、基板又はシート状の基材に複数個配設されたことを特徴とする薄膜トランジスタ基板。
- 上記請求項16に記載の薄膜トランジスタを用いたことを特徴とする画像表示装置。
- 光制御素子と、この光制御素子を駆動するための電界効果型トランジスタを備えたアクティブマトリックス型の画像表示装置であって、
前記電界効果型トランジスタの活性層が結晶質酸化物であり、かつ、前記活性層の電子キャリア濃度が2×1017/cm3未満であることを特徴とする画像表示装置。 - 前記結晶質酸化物が、In及び正二価元素を含むことを特徴とする請求項19に記載の画像表示装置。
- 前記結晶質酸化物が、Inと、Zn、Mg、Cu、Ni、Co及びCaから選ばれた一つ以上の正二価元素とを含む多結晶酸化物であり、
前記In[In]と正二価元素[X]の原子比が、[X]/([X]+[In])=0.0001〜0.13であることを特徴とする請求項19又は20に記載の画像表示装置。 - 前記結晶質酸化物が、PAN耐性を有することを特徴とする請求項19〜21のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、所定の範囲において、前記電子キャリア濃度の増加にともない、対数的に比例して増加することを特徴とする請求項19〜22のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前期結晶質酸化物中のLi及びNaの濃度が1000ppm以下であることを特徴とする請求項19〜23のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記光制御素子が、液晶素子又はEL素子であることを特徴とする請求項19〜24のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- N型半導体として結晶質酸化物を用いた半導体デバイスであって、
前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度が2×1017/cm3未満であることを特徴とする半導体デバイス。 - 前記結晶質酸化物が、In及び正二価元素を含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体デバイス。
- 前記結晶質酸化物が、Inと、Zn、Mg、Cu、Ni、Co及びCaから選ばれた一つ以上の正二価元素とを含む多結晶酸化物であり、
前記In[In]と正二価元素[X]の原子比が、[X]/([X]+[In])=0.0001〜0.13であることを特徴とする請求項26又は27に記載の半導体デバイス。 - 少なくとも、前記In[In]と正二価元素[X]の原子比を変化させることによって、前記結晶質酸化物の電子キャリア濃度に対する電子移動度が、対数的に比例して増加することを特徴とする請求項28に記載の半導体デバイス。
- 前記結晶質酸化物が、PAN耐性を有することを特徴とする請求項26〜29のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記結晶質酸化物中のLi及びNaの濃度が、1000ppm以下であることを特徴とする請求項26〜30のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスが薄膜トランジスタであり、前記結晶質酸化物がチャネル層として用いられていることを特徴とする請求項26〜31のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスがP型領域とN型領域を備え、前記結晶質酸化物が前記N型領域に用いられていることを特徴とする請求項26〜31のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスがPN接合型トランジスタであることを特徴とする請求項33に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスが、静電誘起型トランジスタ、ショットキー障壁型トランジスタ、ショットキーダイオード又は抵抗素子であり、前記結晶質酸化物が電子伝導体として用いられていることを特徴とする請求項26〜31のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスが、集積回路であり、前記結晶質酸化物を用いたN型薄膜トランジスタを含むことを特徴とする請求項26〜31のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体デバイスが、前記結晶質酸化物からなる第1領域と、前記第1領域に対してヘテロ接合を形成する第2領域とを具備することを特徴とする請求項26〜31のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008557130A JP5386179B2 (ja) | 2007-02-09 | 2008-02-06 | 半導体デバイス、画像表示装置、薄膜トランジスタの製造方法、及び、薄膜トランジスタ基板 |
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007030591 | 2007-02-09 | ||
JP2007030591 | 2007-02-09 | ||
JP2007032546 | 2007-02-13 | ||
JP2007032546 | 2007-02-13 | ||
JP2007038392 | 2007-02-19 | ||
JP2007038392 | 2007-02-19 | ||
PCT/JP2008/051905 WO2008096768A1 (ja) | 2007-02-09 | 2008-02-06 | 薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ基板及び画像表示装置と、画像表示装置と、半導体デバイス |
JP2008557130A JP5386179B2 (ja) | 2007-02-09 | 2008-02-06 | 半導体デバイス、画像表示装置、薄膜トランジスタの製造方法、及び、薄膜トランジスタ基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2008096768A1 true JPWO2008096768A1 (ja) | 2010-05-20 |
JP5386179B2 JP5386179B2 (ja) | 2014-01-15 |
Family
ID=39681676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008557130A Expired - Fee Related JP5386179B2 (ja) | 2007-02-09 | 2008-02-06 | 半導体デバイス、画像表示装置、薄膜トランジスタの製造方法、及び、薄膜トランジスタ基板 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8642402B2 (ja) |
JP (1) | JP5386179B2 (ja) |
TW (1) | TWI478347B (ja) |
WO (1) | WO2008096768A1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8785927B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-07-22 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Laminate structure including oxide semiconductor thin film layer, and thin film transistor |
JP2016115907A (ja) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | 薄膜トランジスタ及びその製造方法、アレイ基板並びに液晶表示装置 |
US10079307B2 (en) * | 2009-10-21 | 2018-09-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method for the same |
US11211499B2 (en) * | 2009-09-16 | 2021-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (107)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5306179B2 (ja) * | 2007-03-20 | 2013-10-02 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット、酸化物半導体膜及び半導体デバイス |
CN101681928B (zh) * | 2007-05-31 | 2012-08-29 | 佳能株式会社 | 使用氧化物半导体的薄膜晶体管的制造方法 |
WO2010018875A1 (ja) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | 株式会社アルバック | 電界効果型トランジスタの製造方法 |
JP2010045263A (ja) * | 2008-08-15 | 2010-02-25 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物半導体、スパッタリングターゲット、及び薄膜トランジスタ |
JP5438011B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2014-03-12 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 |
US8129718B2 (en) * | 2008-08-28 | 2012-03-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Amorphous oxide semiconductor and thin film transistor using the same |
US9269573B2 (en) * | 2008-09-17 | 2016-02-23 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Thin film transistor having crystalline indium oxide semiconductor film |
US8445903B2 (en) | 2008-10-23 | 2013-05-21 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Thin film transistor having a crystalline semiconductor film including indium oxide which contains a hydrogen element and method for manufacturing same |
JP5442234B2 (ja) | 2008-10-24 | 2014-03-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置及び表示装置 |
TWI535037B (zh) * | 2008-11-07 | 2016-05-21 | 半導體能源研究所股份有限公司 | 半導體裝置和其製造方法 |
JP5587591B2 (ja) * | 2008-11-07 | 2014-09-10 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
KR102149626B1 (ko) | 2008-11-07 | 2020-08-28 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치의 제작 방법 |
US8664136B2 (en) | 2008-12-15 | 2014-03-04 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Indium oxide sintered compact and sputtering target |
KR101182403B1 (ko) * | 2008-12-22 | 2012-09-13 | 한국전자통신연구원 | 투명 트랜지스터 및 그의 제조 방법 |
US8383470B2 (en) * | 2008-12-25 | 2013-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor (TFT) having a protective layer and manufacturing method thereof |
JP2010165922A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 電界効果型トランジスタ、電界効果型トランジスタの製造方法及び半導体素子の製造方法 |
JP5606682B2 (ja) * | 2009-01-29 | 2014-10-15 | 富士フイルム株式会社 | 薄膜トランジスタ、多結晶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 |
JP5552440B2 (ja) * | 2009-02-13 | 2014-07-16 | 株式会社アルバック | トランジスタの製造方法 |
US8704216B2 (en) | 2009-02-27 | 2014-04-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US20100224878A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2011002046A1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
KR20120031026A (ko) | 2009-06-30 | 2012-03-29 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 제조 방법 |
JP5663214B2 (ja) * | 2009-07-03 | 2015-02-04 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
KR101476817B1 (ko) * | 2009-07-03 | 2014-12-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 트랜지스터를 갖는 표시 장치 및 그 제작 방법 |
JP5640478B2 (ja) | 2009-07-09 | 2014-12-17 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタの製造方法及び電界効果型トランジスタ |
WO2011010544A1 (en) * | 2009-07-18 | 2011-01-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
WO2011013682A1 (ja) * | 2009-07-27 | 2011-02-03 | 株式会社神戸製鋼所 | 配線構造およびその製造方法、並びに配線構造を備えた表示装置 |
US8558382B2 (en) * | 2009-07-27 | 2013-10-15 | Kobe Steel, Ltd. | Interconnection structure and display device including interconnection structure |
CN102511082B (zh) * | 2009-09-16 | 2016-04-27 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件及其制造方法 |
CN105679766A (zh) * | 2009-09-16 | 2016-06-15 | 株式会社半导体能源研究所 | 晶体管及显示设备 |
KR102180761B1 (ko) | 2009-09-24 | 2020-11-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 산화물 반도체막 및 반도체 장치 |
CN102484139B (zh) * | 2009-10-08 | 2016-07-06 | 株式会社半导体能源研究所 | 氧化物半导体层及半导体装置 |
WO2011043194A1 (en) | 2009-10-09 | 2011-04-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR20170024130A (ko) | 2009-10-21 | 2017-03-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
KR101629194B1 (ko) | 2009-10-30 | 2016-06-10 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 논리 회로 및 반도체 장치 |
WO2011052437A1 (en) | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Non-linear element, display device including non-linear element, and electronic device including display device |
KR102148664B1 (ko) | 2009-11-06 | 2020-08-28 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 제작 방법 |
KR101952065B1 (ko) | 2009-11-06 | 2019-02-25 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 동작 방법 |
WO2011055644A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
KR101824123B1 (ko) | 2009-11-06 | 2018-02-01 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
KR101761432B1 (ko) * | 2009-11-06 | 2017-07-25 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
KR20230174763A (ko) | 2009-11-13 | 2023-12-28 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 표시 장치 및 이 표시 장치를 구비한 전자 기기 |
JP5762723B2 (ja) | 2009-11-20 | 2015-08-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 変調回路及びそれを備えた半導体装置 |
KR20120106766A (ko) | 2009-11-20 | 2012-09-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치의 제작 방법 |
CN102640293B (zh) * | 2009-11-27 | 2015-07-22 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件 |
KR101943051B1 (ko) | 2009-11-27 | 2019-01-28 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작방법 |
WO2011065243A1 (en) | 2009-11-28 | 2011-06-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
KR102333270B1 (ko) | 2009-12-04 | 2021-12-02 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
KR101867003B1 (ko) | 2009-12-18 | 2018-06-12 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 액정 표시 장치 및 전자 기기 |
WO2011074407A1 (en) | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR101768433B1 (ko) * | 2009-12-18 | 2017-08-16 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 제작 방법 |
WO2011077925A1 (en) * | 2009-12-25 | 2011-06-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for driving liquid crystal display device |
KR102111309B1 (ko) * | 2009-12-25 | 2020-05-15 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 제작 방법 |
WO2011089844A1 (en) | 2010-01-24 | 2011-07-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and manufacturing method thereof |
KR101791713B1 (ko) * | 2010-02-05 | 2017-10-30 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 전계 효과 트랜지스터 및 반도체 장치 |
US8617920B2 (en) * | 2010-02-12 | 2013-12-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5776192B2 (ja) * | 2010-02-16 | 2015-09-09 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステム |
CN102754163B (zh) * | 2010-02-19 | 2015-11-25 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件 |
JP2011181722A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Idemitsu Kosan Co Ltd | スパッタリングターゲット |
KR101878206B1 (ko) * | 2010-03-05 | 2018-07-16 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 산화물 반도체막의 제작 방법 및 트랜지스터의 제작 방법 |
WO2011108374A1 (en) | 2010-03-05 | 2011-09-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
KR20130008037A (ko) * | 2010-03-05 | 2013-01-21 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치를 제작하는 방법 |
CN104979369B (zh) * | 2010-03-08 | 2018-04-06 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件及其制造方法 |
US20110227467A1 (en) * | 2010-03-18 | 2011-09-22 | Foot Traffic Media Group, LLC | Media island |
US20110227082A1 (en) | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
KR101790320B1 (ko) * | 2010-04-09 | 2017-10-25 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 분주 회로 |
WO2011132625A1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
US9697788B2 (en) * | 2010-04-28 | 2017-07-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display device |
WO2011135988A1 (en) | 2010-04-28 | 2011-11-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor display device and driving method the same |
US9496405B2 (en) | 2010-05-20 | 2016-11-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device including step of adding cation to oxide semiconductor layer |
KR101872927B1 (ko) * | 2010-05-21 | 2018-06-29 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
JP5852793B2 (ja) * | 2010-05-21 | 2016-02-03 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 液晶表示装置の作製方法 |
US8642380B2 (en) | 2010-07-02 | 2014-02-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
JP5763474B2 (ja) * | 2010-08-27 | 2015-08-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光センサ |
US8871565B2 (en) | 2010-09-13 | 2014-10-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
JP5817327B2 (ja) | 2010-09-29 | 2015-11-18 | 東ソー株式会社 | 酸化物焼結体、その製造方法、それを用いて得られる酸化物透明導電膜及び太陽電池 |
KR102110496B1 (ko) | 2010-12-03 | 2020-05-13 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 산화물 반도체막 및 반도체 장치 |
TWM406254U (en) | 2010-12-09 | 2011-06-21 | Chunghwa Picture Tubes Ltd | Thin film transistor having schottky barrier |
JP5743064B2 (ja) * | 2011-02-17 | 2015-07-01 | 株式会社Joled | 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに表示装置 |
US8841664B2 (en) * | 2011-03-04 | 2014-09-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
KR20140041675A (ko) * | 2011-07-06 | 2014-04-04 | 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 | 스퍼터링 타겟 |
US9178076B2 (en) | 2011-08-11 | 2015-11-03 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Thin-film transistor |
WO2013047629A1 (en) | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
KR20130040706A (ko) | 2011-10-14 | 2013-04-24 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작 방법 |
DE112012007290B3 (de) | 2011-10-14 | 2017-06-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung |
KR102084274B1 (ko) * | 2011-12-15 | 2020-03-03 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 및 그 제작 방법 |
JP6019330B2 (ja) * | 2012-02-09 | 2016-11-02 | 株式会社Joled | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、表示装置および電子機器 |
KR101948695B1 (ko) * | 2012-11-20 | 2019-02-18 | 삼성디스플레이 주식회사 | 유기 발광 소자 및 유기 발광 표시 장치 |
US9450200B2 (en) | 2012-11-20 | 2016-09-20 | Samsung Display Co., Ltd. | Organic light emitting diode |
KR20140086494A (ko) * | 2012-12-28 | 2014-07-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법 |
US9741864B2 (en) * | 2013-05-09 | 2017-08-22 | National Institute For Materials Science | Thin-film transistor and method for manufacturing same |
JP6421446B2 (ja) | 2013-06-28 | 2018-11-14 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステム |
CN111668315B (zh) * | 2013-08-19 | 2023-09-12 | 出光兴产株式会社 | 氧化物半导体基板及肖特基势垒二极管元件 |
KR102267094B1 (ko) | 2013-08-19 | 2021-06-18 | 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 | 산화물 반도체 기판 및 쇼트키 배리어 다이오드 |
JP6178733B2 (ja) * | 2014-01-29 | 2017-08-09 | 出光興産株式会社 | 積層構造、その製造方法及び薄膜トランジスタ |
EP2927934B1 (en) * | 2014-03-31 | 2017-07-05 | Flosfia Inc. | Crystalline multilayer structure and semiconductor device |
CN103972110B (zh) * | 2014-04-22 | 2016-02-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板、显示装置 |
JP6651714B2 (ja) * | 2014-07-11 | 2020-02-19 | 株式会社リコー | n型酸化物半導体製造用塗布液、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置、及びシステム |
KR101677176B1 (ko) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 한국알박(주) | 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 |
JP2015181166A (ja) * | 2015-04-14 | 2015-10-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 表示装置 |
JP2017108132A (ja) * | 2015-12-09 | 2017-06-15 | 株式会社リコー | 半導体装置、表示素子、表示装置、システム |
JP6907512B2 (ja) * | 2015-12-15 | 2021-07-21 | 株式会社リコー | 電界効果型トランジスタの製造方法 |
CN105655389B (zh) * | 2016-01-15 | 2018-05-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | 有源层、薄膜晶体管、阵列基板、显示装置及制备方法 |
WO2019111095A1 (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-13 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体材料、および半導体装置 |
JP6724057B2 (ja) * | 2018-03-30 | 2020-07-15 | Jx金属株式会社 | スパッタリングターゲット部材 |
KR20220094735A (ko) * | 2020-12-29 | 2022-07-06 | 에이디알씨 주식회사 | 결정성 산화물 반도체 박막 및 그 형성 방법, 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법, 표시 패널 및 전자 장치 |
WO2023189014A1 (ja) * | 2022-04-01 | 2023-10-05 | 出光興産株式会社 | 半導体膜、及び半導体膜の製造方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2881425B2 (ja) * | 1989-07-31 | 1999-04-12 | 京セラ株式会社 | 透明導電膜の形成方法 |
JP3179287B2 (ja) | 1993-12-28 | 2001-06-25 | 出光興産株式会社 | 導電性透明基材およびその製造方法 |
EP1752430B1 (en) * | 1999-11-25 | 2009-06-17 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Transparent conductive oxide |
JP2002038626A (ja) | 2000-07-24 | 2002-02-06 | Asahi Kenso Kk | コンクリートパネル、その製造方法およびこのコンクリートパネルを使用した建物の構築工法 |
JP2002038262A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-06 | Toshiba Corp | 透明導電性膜の形成方法、アレイ基板および液晶表示装置 |
JP4090716B2 (ja) * | 2001-09-10 | 2008-05-28 | 雅司 川崎 | 薄膜トランジスタおよびマトリクス表示装置 |
US7189992B2 (en) * | 2002-05-21 | 2007-03-13 | State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Transistor structures having a transparent channel |
US7339187B2 (en) * | 2002-05-21 | 2008-03-04 | State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Transistor structures |
WO2003098699A1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-11-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and display comprising same |
JP4166105B2 (ja) | 2003-03-06 | 2008-10-15 | シャープ株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
US6949482B2 (en) * | 2003-12-08 | 2005-09-27 | Intel Corporation | Method for improving transistor performance through reducing the salicide interface resistance |
US7791072B2 (en) * | 2004-11-10 | 2010-09-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Display |
JP5126729B2 (ja) | 2004-11-10 | 2013-01-23 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置 |
JP5053537B2 (ja) | 2004-11-10 | 2012-10-17 | キヤノン株式会社 | 非晶質酸化物を利用した半導体デバイス |
US7863611B2 (en) * | 2004-11-10 | 2011-01-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Integrated circuits utilizing amorphous oxides |
-
2008
- 2008-02-05 TW TW097104670A patent/TWI478347B/zh not_active IP Right Cessation
- 2008-02-06 WO PCT/JP2008/051905 patent/WO2008096768A1/ja active Application Filing
- 2008-02-06 US US12/526,304 patent/US8642402B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-02-06 JP JP2008557130A patent/JP5386179B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11211499B2 (en) * | 2009-09-16 | 2021-12-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10079307B2 (en) * | 2009-10-21 | 2018-09-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method for the same |
US8785927B2 (en) | 2010-12-28 | 2014-07-22 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Laminate structure including oxide semiconductor thin film layer, and thin film transistor |
JP2016115907A (ja) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | 薄膜トランジスタ及びその製造方法、アレイ基板並びに液晶表示装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5386179B2 (ja) | 2014-01-15 |
TW200903810A (en) | 2009-01-16 |
US8642402B2 (en) | 2014-02-04 |
WO2008096768A1 (ja) | 2008-08-14 |
TWI478347B (zh) | 2015-03-21 |
US20110050733A1 (en) | 2011-03-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5386179B2 (ja) | 半導体デバイス、画像表示装置、薄膜トランジスタの製造方法、及び、薄膜トランジスタ基板 | |
JP5386084B2 (ja) | 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ | |
JP5466939B2 (ja) | 半導体デバイス、多結晶半導体薄膜、多結晶半導体薄膜の製造方法、電界効果型トランジスタ、及び、電界効果型トランジスタの製造方法 | |
JP5376750B2 (ja) | 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ、アクティブマトリックス駆動表示パネル | |
KR101312774B1 (ko) | 반도체 박막, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터 | |
JP5966840B2 (ja) | 酸化物半導体薄膜および薄膜トランジスタ | |
US8932903B2 (en) | Method for forming wiring, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2009231664A (ja) | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
JP2009253204A (ja) | 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法 | |
JPWO2009034953A1 (ja) | 薄膜トランジスタ | |
JP2010040552A (ja) | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 | |
JP5491258B2 (ja) | 酸化物半導体の成膜方法 | |
JP2010186860A (ja) | 電界効果型トランジスタ及び電界効果型トランジスタの製造方法 | |
KR101375846B1 (ko) | 박막트랜지스터 및 그 제조방법 | |
JP2020098934A (ja) | 電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置及びシステム | |
JP2010073880A (ja) | 薄膜電界効果型トランジスタ及びその製造方法 | |
JP2014027286A (ja) | 半導体薄膜、及びその製造方法、並びに薄膜トランジスタ、アクティブマトリックス駆動表示パネル | |
JP2020161700A (ja) | 酸化物半導体装置及び酸化物半導体ターゲット |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100831 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130312 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130513 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131007 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5386179 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |