TWI427795B - Field-effect transistor and field-effect transistor manufacturing method - Google Patents

Field-effect transistor and field-effect transistor manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
TWI427795B
TWI427795B TW097111999A TW97111999A TWI427795B TW I427795 B TWI427795 B TW I427795B TW 097111999 A TW097111999 A TW 097111999A TW 97111999 A TW97111999 A TW 97111999A TW I427795 B TWI427795 B TW I427795B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
crystalline oxide
oxide
field effect
effect type
film
Prior art date
Application number
TW097111999A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200908333A (en
Inventor
Kazuyoshi Inoue
Koki Yano
Masashi Kasami
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Idemitsu Kosan Co filed Critical Idemitsu Kosan Co
Publication of TW200908333A publication Critical patent/TW200908333A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI427795B publication Critical patent/TWI427795B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

場效型電晶體及場效型電晶體的製造方法
本發明是有關場效型電晶體及場效型電晶體的製造方法。此場效型電晶體是活性層為使用具有所定的電子載流子(carrier)濃度的結晶質氧化物，且閘極電極、源極電極及汲極電極會自我整合。並且，在上述場效型電晶體的製造方法中，活性層為使用具有所定的電子載流子濃度的結晶質氧化物。
LCD(液晶顯示裝置)或有機EL (Electro Luminescence)顯示裝置等之主動矩陣型的畫像顯示裝置是基於顯示性能、省能量等的理由廣泛被利用。特別是作為行動電話或PDA(個人攜帶型資訊終端機)、個人電腦或筆記型電腦、電視等的顯示裝置，大致成為主流。該等的顯示裝置，一般是使用TFT(場效型薄膜電晶體)基板。
例如，液晶顯示裝置是構成在TFT基板與對向基板之間充填液晶等的顯示材料，依各畫素對該顯示材料選擇性地施加電壓。在此，所謂TFT基板是意指配置有將非晶質矽薄膜或多結晶矽薄膜等的半導體薄膜(亦稱為半導體膜)使用於活性層的TFT之基板。上述畫像顯示裝置是藉由TFT的主動矩陣電路來驅動。一般，TFT基板是陣列狀地配置有TFT，因此亦稱為「TFT陣列基板」。
另外，被使用於液晶顯示裝置等的TFT基板是TFT 與液晶顯示裝置的畫面的1畫素之組(予以稱為1單元)會在玻璃基板上縱橫地配設。TFT基板是在玻璃基板上，閘極配線會例如在縱方向以等間隔配置，源極配線或汲極配線會在橫方向以等間隔配置。並且，閘極電極，源極電極及汲極電極會在構成各畫素的上述單元中分別設置。
可是，使用上述矽薄膜的電晶體的製造，由於使用矽烷系的氣體來製造，因此安全性或設備費用的點有問題。又，非晶質矽薄膜作為TFT時的電子移動度低，約為0.5cm2 /Vs程度，且能隙(Band gap)小，因此恐有吸收可視光錯誤動作之虞。又，多結晶矽薄膜需要比較高溫的熱工程，能量費用高，且難以在大型的玻璃基板上直接形成。
於是，在低溫的成膜可能之使用氧化物半導體薄膜的TFT的開發正如活如塗地進行。並且，上述TFT開發的同時，使用氧化物半導體薄膜的半導體裝置等的開發也被進行著。而且，追求平面薄型畫像顯示裝置(Flat Panel Display:FPD)的更薄型化、輕量化、耐破損性的提升，取代玻璃基板，而試行使用輕量且具可撓性的樹脂基板等。
例如，在專利文獻1中揭示有在低溫的成膜可能之使用以氧化鋅為主成份的氧化物半導體膜之薄膜電晶體的技術。
又，在專利文獻2中揭示有活性層(通道層)為使用含In、Zn及Sn的至少一個的非晶質氧化物，且閘極電極、 源極電極及汲極電極會自我整合之場效型電晶體的技術。
又，在專利文獻3中揭示有以一般式ZnX MY InzO(X+3Y/2+3Z/2) (式中，M為鋁或鎵)來表示之含有非晶質氧化物的透明導電體材料的技術。
又，在專利文獻4中揭示有具有在含臭氧氣體、氮氧化物氣體、含氧自由基(radical)、原子狀氧、氧離子、及氧自由基的其中至少一個的氣氛中形成含非晶質氧化物構成的活性層的工程之場效型電晶體的製造方法的技術。
[專利文獻1]特開2003-298062號公報
[專利文獻2]特開2006-165527號公報
[專利文獻3]特開2000-044236號公報
[專利文獻4]特開2006-165531號公報
然而，專利文獻1的薄膜電晶體是必須使透明性或作為電晶體的電氣特性等提升。
又，專利文獻2的場效型電晶體是使用於活性層的透明半導體薄膜為非晶質，因此恐有特性的經過時間變化或熱變化大之虞。又，有長期使用時的臨界值電壓的變化大等的問題。特別是在製程中，例如300℃以上的熱時，特性的熱變化是形成工業化上的大障礙。此特性的熱變化是被推定成如以下般。亦即，上述半導體薄膜是載流子數過大，且非晶質，或提高成膜時的氧分壓下勉強使含有氧。 藉此，容易產生氧的移動，載流子濃度容易變化。
又，非晶質的透明半導體薄膜因為成膜時導入多量的氧的情況多所以難以控制，容易產生載流子濃度的經過時間變化或環境溫度所造成的變化。因此，必須精密地控制成膜時的氧分壓。亦即，會有工業化時的再現性、安定性等問題。
又，由於為非晶質，因此對以PAN為代表的蝕刻液等的耐藥品性低，半導體膜上的金屬配線不能溼蝕刻。又，有折射率大多層膜的透過率容易降低等的缺點。又，由於為非晶質，因此吸附氣氛氣體中的氧或水等。所以恐有電氣特性變化，良品率降低之虞。
亦即，非晶質氧化物會有電子載流子濃度的控制難，安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性差等的問題點。
又，專利文獻3所記載的透明導電體材料是例如可適用於透明電極等。但，為了使用場效型電晶體的活性層，必須使作為半導體的特性提升。特別是必須增大on-off比。又，由於比電阻小，所以會有形成常開型(normally on)的問題。
又，此場效型電晶體為了實現驅動能力大的電晶體特性，而要求減低閘極電極與源極電極及汲極電極的重疊電容。
又，專利文獻4的場效型電晶體的製造方法，因為使用於活性層的透明半導體薄膜為非晶質，所以恐有特性的 經過時間變化或熱變化大之虞。又，有長期使用時的臨界值電壓的變化大等的問題。特別是在製程中，例如300℃以上的熱時，特性的熱變化是形成工業化上的大障礙。此特性的熱變化是被推定成如以下般。亦即，上述半導體薄膜是載流子數過大，且非晶質，或提高成膜時的氧分壓下勉強使含有氧。藉此，容易產生氧的移動，載流子濃度容易變化。
又，非晶質的透明半導體薄膜因為成膜時導入多量的氧的情況多所以難以控制，容易產生載流子濃度的經過時間變化或環境溫度所造成的變化。因此，必須精密地控制成膜時的氧分壓。亦即，會有工業化時的再現性、安定性等問題。
又，由於為非晶質，因此對以PAN為代表的蝕刻液等的耐藥品性低，半導體膜上的金屬配線不能溼蝕刻。又，有折射率大多層膜的透過率容易降低等的缺點。又，由於為非晶質，因此吸附氣氛氣體中的氧或水等。所以恐有電氣特性變化，良品率降低之虞。
亦即，非晶質氧化物會有電子載流子濃度的控制難，安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性差等的問題點。
本發明是有鑑於上述課題而研發者，其目的是在於提供一種透明性或電氣特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等佳，且可減低電極間的重疊電容之場效型電晶體。
又，本發明是有鑑於上述課題而研發者，其目的是在於提供一種透明性或電氣特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等佳的場效型電晶體的製造方法。
另外，本發明們更專精有關氧化銦(In2 O3 )薄膜中的載流子濃度的控制之研究開發。其結果，本發明者們發現在結晶質氧化銦中添加正二價的金屬氧化物，或在結晶質氧化銦中添加正三價的金屬氧化物，或在結晶質氧化銦中添加正二價的金屬氧化物及正三價的金屬氧化物，可使氧化銦結晶膜中的電子載流子濃度未滿1018 /cm3 。
為了達成上述目的，本發明的場效型電晶體，係具備閘極電極、活性層、源極電極及汲極電極的場效型電晶體，其特徵為：上述活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物，且上述閘極電極、上述源極電極及汲極電極係自我整合。
如此，藉由使用相較於非晶質具有良好的特性之結晶質氧化物作為半導體，可使場效型電晶體的透明性或電氣的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等提升。並且，藉由自我整合，可減低寄生電容，可實現電路動作的高精度化‧高速化。甚至，大面積均一性亦提升，因此可使大型的畫像顯示裝置的畫像品質提升。
又，最好上述結晶質氧化物含正二價元素。
如此一來，具有使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。
又，由多結晶的結晶質氧化物所構成的薄膜的電子移動度，若相較於單結晶的電子移動度，則減少。但，此薄膜可具有大的電子移動度。
又，由結晶質氧化物所構成的薄膜是氧的固定會更安定化。並且，此時的場效移動度高，且安定的結晶質氧化物的組成範圍會被擴大。
又，最好上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
如此一來，鋅等的正二價元素的至少一部份係固溶置換銦。藉此，可期待有效地使電子載流子濃度降低。
又，最好上述結晶質氧化物為：至少若使上述正二價元素的原子數(=[M2])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M2]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
如此一來，可容易設定半導體特性的同時，可使半導體的附加價值提升。
又，最好上述結晶質氧化物含與上述銦相異的正三價元素。
如此一來，有抑止缺氧的發生之效果。又，若同時使用正二價元素及正三價元素，則可更有效果地抑止載流子 發生。
又，由多結晶的結晶質氧化物所構成的薄膜的電子移動度，若相較於單結晶的電子移動度，則減少。但，此薄膜可具有大的電子移動度。
又，由結晶質氧化物所構成的薄膜是氧的固定會更安定化。並且，此時的場效移動度高，且安定的結晶質氧化物的組成範圍會被擴大。
又，最好上述正三價元素為B、Al、Ga、Sc、Y及鑭系元素的其中至少一個以上的元素。
如此一來，藉由B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的強離子結合性來使結晶質氧化物有效地安定化。
又，鑭元素，可舉La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu等。
又，最好上述結晶質氧化物為：至少若使上述正三價元素的原子數(=[M3])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M3]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
如此一來，可容易設定半導體特性的同時，可使半導體的附加價值提升。
又，最好上述結晶質氧化物為非縮退半導體。
如此一來，可縮小off電流，可增大on/off比。
又，所謂非縮退半導體是意指顯示非縮退傳導的半導 體，在此的非縮退傳導是意指電阻的溫度依存性之熱活性化能量為30meV以上的狀態。
又，最好上述結晶質氧化物為具有PAN耐性。
如此一來，製造工程的自由度會増加，可效率佳地製造半導體裝置。
又，最好上述場效型電晶體為頂閘型電晶體，上述閘極電極係以形成於透明基板上的上述源極電極及汲極電極的圖案作為光罩來形成。
如此一來，可自我整合，寄生電容會被低減，可實現電路動作的高精度化‧高速化。
又，最好上述場效型電晶體為底閘型電晶體，上述源極電極及汲極電極係以形成於透明基板上的上述閘極電極的圖案作為光罩來形成。
如此一來，可自我整合，寄生電容會被低減，可實現電路動作的高精度化‧高速化。
為了達成上述目的，本發明之場效型電晶體的製造方法，係活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物之場效型電晶體的製造方法，其特徵為具有：在含氧及/或水的氣氛中形成上述結晶質氧化物之活性層形成工程。
如此一來，在形成活性層時，氧化物會被結晶化，可成為結晶質氧化物。因此，例如在後工程中，不必設置專用的結晶化工程，便可使生產性提升。並且，使用相較於 非晶質具有良好的特性之結晶質氧化物作為半導體。藉此，可使場效型電晶體的透明性或電氣的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等提升。
又，最好上述含氧及/或水的氣氛係包含分子狀氧、臭氧氣體、氧化氮氣體、含氧自由基、原子狀氧、氧離子、氧自由基、水蒸氣及氫氧化離子的其中至少一個。
如此一來，可有效地抑止缺氧的發生，因此缺氧所產生的載流子會減少，可減低電子載流子濃度。
又，最好上述結晶質氧化物的成膜溫度為150C以上350℃以下。
如此一來，可確實地使結晶質氧化物成膜。更可抑止基板的熱變形等。
又，最好在上述活性層形成工程中，使用濺射法。
如此一來，可使量產性提升。
為了達成上述目的，本發明之場效型電晶體的製造方法，係活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物之場效型電晶體的製造方法，其特徵係具有：形成上述活性層的非晶質的氧化物薄膜之薄膜形成工程；及使上述非晶質的氧化物結晶化而成為上述結晶質氧化物之結晶化工程。
如此一來，可擴大工程設計的自由度。亦即，通常非晶質的氧化物是可對PAN系蝕刻液或草酸系蝕刻液溶 解，因此可與金屬層等一起蝕刻。又，若使非晶質的氧化物結晶化，則此被結晶化的氧化物亦溶解於PAN系蝕刻液或草酸系蝕刻液。因此，藉由組合半色調曝光及選擇蝕刻，可使生產性提升。
又，最好在上述結晶化工程中，進行加熱處理及/或含氧電漿的照射處理。
如此一來，可容易使氧化物結晶化成為結晶質氧化物。
又，最好在上述結晶化工程中，進行加熱處理，該加熱處理的溫度為150℃以上350℃以下。
如此一來，可確實地使結晶質氧化物成膜。更可抑止基板的熱變形等。
又，最好上述薄膜形成工程及結晶化工程的至少一個係於含氧及/或水的氣氛中進行，上述含氧及/或水的氣氛係包含分子狀氧、臭氧氣體、氧化氮氣體、含氧自由基、原子狀氧、氧離子、氧自由基、水蒸氣及氫氧化離子的其中至少一個。
如此一來，可有效地抑止缺氧的發生。因此，因缺氧所產生的載流子會減少，可減低電子載流子濃度。
又，最好在上述薄膜形成工程中，使用濺射法。
如此一來，可使量產性提升。
又，最好上述結晶質氧化物係含正二價元素。
如此一來，具有使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。
又，由多結晶的結晶質氧化物所構成的薄膜的電子移動度，若相較於單結晶的電子移動度，則減少。但，此薄膜可具有大的電子移動度。
又，由結晶質氧化物所構成的薄膜是氧的固定會更安定化。並且，此時的場效移動度高，且安定的結晶質氧化物的組成範圍會被擴大。
又，最好上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
如此一來，鋅等的正二價元素的至少一部份係固溶置換銦。藉此，可期待有效地使電子載流子濃度降低。
又，最好上述結晶質氧化物為：至少若使上述正二價元素的原子數(=[M2])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M2]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
如此一來，可容易設定半導體特性的同時，可使半導體的附加價值提升。
又，最好上述結晶質氧化物係含與上述銦相異的正三價元素。
如此一來，有抑止缺氧的發生之效果。又，若同時使用正二價元素及正三價元素，則可更有效果地抑止載流子發生。
又，由多結晶的結晶質氧化物所構成的薄膜的電子移 動度，若相較於單結晶的電子移動度，則減少。但，此薄膜可具有大的電子移動度。
又，由結晶質氧化物所構成的薄膜是氧的固定會更安定化。並且，此時的場效移動度高，且安定的結晶質氧化物的組成範圍會被擴大。
又，最好上述正三價元素為B、Al、Ga、Sc、Y及鑭系元素的其中至少一個以上的元素。
如此一來，藉由B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的強離子結合性來使結晶質氧化物有效地安定化。
又，鑭元素，可舉La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu等。
又，最好上述結晶質氧化物為：至少若使上述正三價元素的原子數(=[M3])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M3]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
如此一來，可容易設定半導體特性，且可使半導體的附加價值提升。
又，最好對形成上述活性層的基板進行，在臭氧氣氛中之紫外線的照射處理、電漿的照射處理、及含過氧化氫的洗淨液之洗淨處理的其中至少一個的處理。
如此一來，附著於基板的表面之雜質會被除去，表面會被清淨化。
又，最好上述結晶質氧化物為非縮退半導體。
如此一來，可縮小off電流，可增大on/off比。
又，所謂非縮退半導體是意指顯示非縮退傳導的半導體，在此的非縮退傳導是意指電阻的溫度依存性之熱活性化能量為30meV以上的狀態。
又，最好上述結晶質氧化物為具有PAN耐性。
如此一來，製造工程的自由度會増加，可效率佳地製造半導體裝置。
 [場效型電晶體之一實施形態]
圖1是表示本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的要部概略剖面圖。
在圖1中，場效型薄膜電晶體1001(適當簡稱為TFT1101)是頂閘極型的薄膜電晶體。此TFT1001是具備：結晶質氧化物1021、源極電極1022及汲極電極1023、閘極絕緣膜1024、閘極電極1025。
結晶質氧化物1021是活性層，形成於透明的玻璃基板1010上。源極電極1022及汲極電極1023是在結晶質氧化物1021及玻璃基板1010上空出所定的間隙來形成。閘極絕緣膜1024是被積層於結晶質氧化物1021、源極電極1022及汲極電極1023上。閘極電極1025是被形成於結晶質氧化物1021的上方的閘極絕緣膜1024上。
另外，TFT1001並非限於上述構成的頂閘極型的 TFT，例如亦可為底閘極型等各種構成的TFT。又，形成有TFT1001的基體並非限於玻璃基板1010，例如可為透明的樹脂基板或具有可撓性的透明樹脂薄膜等。
本實施形態的場效型薄膜電晶體1001是使用含銦，且電子載流子濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物1021，作為活性層，又，閘極電極1025是藉由使用源極電極1022及汲極電極1023的自我整合來形成。
其次，參照圖面說明有關上述自我整合。
圖2是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成結晶質氧化物的剖面圖，(b)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(c)是積層閘極絕緣膜、阻絕層及閘極電極的剖面圖，(d)是形成閘極電極的剖面圖。
首先，如圖2(a)所示，場效型薄膜電晶體1001是在透明的玻璃基板1010上藉由濺射法等來堆積透明的非晶形氧化銦薄膜(在此使用氧化鋅5wt%＋氧化銦95wt%的靶)，且被圖案化。接著，在空氣中，施以300℃ 1小時的熱處理，藉此，上述非晶形氧化銦薄膜會形成結晶質氧化物1021(結晶質氧化銦薄膜)。
其次，如圖2(b)所示，在玻璃基板1010及結晶質氧化物1021上，堆積電氣傳導度大的IZO膜(在此使用氧化鋅10.7wt%＋氧化銦89.3wt%的靶)。接著，堆積形成源極電極1022及汲極電極1023的Mo/Al/Mo薄膜。又，此Mo/Al/Mo薄膜會與電氣傳導度大的IZO膜一起被圖案 化，形成源極電極1022及汲極電極1023。另外，在圖中是不區別Mo/Al/Mo薄膜及IZO膜來圖示。
在此，Mo/Al/Mo薄膜及IZO膜是藉由磷酸、醋酸(acetic acid)及硝酸(nitric acid)所構成的水溶液(適當簡稱PAN)來一起圖案化。亦即，結晶質氧化物1021是具有對PAN的耐性，因此可選擇性地形成源極電極1022及汲極電極1023。
其次，如圖2(c)所示，在玻璃基板1010及結晶質氧化物1021上，堆積Y2 O3 ，HfO2 、SiO2 、SiNX 、或Al2 O3 等的氧化物、或將該等予以混合二個以上的混合化合物等之具有透光性的閘極絕緣膜1024，接著，塗佈正型阻絕層(Positive Resist)膜1026。
在此，若在閘極絕緣膜1024與結晶質氧化物1021(活性層)的界面存在缺陷，則電子移動度降低及電晶體特性產生磁滯現象。並且，依閘極絕緣膜1024的種類，洩漏電流會大不同。因此，必須選定適合於活性層的閘極絕緣膜1024。若使用Al2 O3 膜，則可減少洩漏電流。又，若使用SiO2 膜，則可減少磁滯現象。又，若使用高介電常數的SiNX 膜，則可增大場效移動度。又，使用由該等的化合物的混合所構成的膜，可形成洩漏電流、磁滯現象(hysteresis)小，且場效移動度大的TFT。又，由於閘極絕緣膜1024及結晶質氧化物1021的形成製程可在室溫下進行，因此TFT構造可成為頂閘極型及底閘極型的其中之一。
其次，以源極電極1022及汲極電極1023作為光罩，從基板側(圖中，從玻璃基板1010的下方)，正型阻絕層膜1026會例如以波長436nm的g線或波長365nm的i線等來曝光。
在此，玻璃基板1010是透明，源極電極1022及汲極電極1023是具有遮光性，閘極絕緣膜1024是透明，且結晶質氧化物1021是其吸收端大概為3.7eV。因此，以比此能量更弱的光、亦即長波長的光源來曝光正型阻絕層膜1026。在上述波長範圍，因為結晶質氧化物1021之光的吸收幾乎沒有，所以可迴避光照射所產生半導體層(結晶質氧化物1021)的劣化。
其次，若使正型阻絕層膜1026顯像，則正型阻絕層膜1026是對應於源極電極1022及汲極電極1023的圖案之非曝光部份會剩下，除此以外的曝光部份會被除去。對應於剩下的正型阻絕層膜1026的閘極電極1025之端部是與先前被形成的源極電極1022及汲極電極1023的端部一致。亦即，以源極電極1022及汲極電極1023作為光罩圖案來形成閘極電極1025。
接著，在正型阻絕層膜1026及閘極絕緣膜1024上堆積形成閘極電極1025的金屬薄膜。
其次，若藉由舉離法(Lift-off Process)來剝離正型阻絕層膜1026，則如圖2(d)所示，形成閘極電極1025。如此，場效型薄膜電晶體1001是閘極電極1025會以形成於玻璃基板1010上的源極電極1022及汲極電極1023的圖 案作為光罩來形成，藉此閘極電極1025會被自我整合。
並且，在製作通道長=50μm、通道寬=500μm的頂閘極型的場效型薄膜電晶體1001時，閘極電極1025與源極電極1022的重疊寬是約0.5μm以下，且閘極電極1025與汲極電極1023的重疊寬是約0.5μm以下。另外，在使用專用的光罩來製作閘極電極1025時，閘極電極1025與源極電極1022的重疊寬約為3 μm，且閘極電極1025與汲極電極1023的重疊寬同樣約為3 μm。
藉此，場效型薄膜電晶體1001是源極電極1022與閘極電極1025的電極重疊電容、及、汲極電極1023與閘極電極1025的電極重疊電容會被低減。因此，在使場效型薄膜電晶體1001動作時，可抑止消費不需要的電流等之不良情況，提升驅動能力。又，由於寄生電容會被低減，因此可實現電路動作的高精度化或高速化。
此外，場效型薄膜電晶體1001在驅動電容性的負荷時，開關速度並非只決定於半導體層的移動度，亦依靠電極重疊電容。亦即，因為此電極重疊電容被低減，所以可加快場效型薄膜電晶體1001的開關速度。
又，即使場效型薄膜電晶體1001連接液晶胞之類的電容性的負荷時，電極重疊電容還是會被低減。因此，可壓低負荷的電壓的同時，重疊電容所引起的顯示不均會被抑止，可使畫像顯示裝置的畫像品質提升。
(自我整合的第一應用例)
其次，參照圖面來說明有關自我整合的第一及第二應用例。
圖3是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的第一應用例之自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成結晶質氧化物的剖面圖，(b)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(c)是表示積層閘極絕緣膜、阻絕層及閘極電極的剖面圖，(d)是表示形成閘極電極的剖面圖。
首先，如圖3(a)所示，頂閘極型的場效型薄膜電晶體1001a是在透明的玻璃基板1010上形成Mo/Al/Mo及IZO膜(在此使用氧化鋅10.7wt%＋氧化銦89.3wt%的靶)，且藉由光蝕刻微影法來蝕刻加工，形成源極電極1022及汲極電極1023。另外，在圖中是區別Mo/Al/Mo薄膜及IZO膜來圖示。
其次，如圖3(b)所示，堆積透明非晶形氧化銦薄膜(在此使用氧化鋅5wt%＋氧化銦95wt%的靶)且圖案化。在此，蝕刻液為使用草酸(oxalic acid)水溶液，藉此可選擇性蝕刻透明非晶形氧化銦薄膜及IZO膜。
接著，在空氣中，實施300℃，1小時的熱處理，藉此，上述透明非晶形氧化銦薄膜會形成結晶質氧化物1021(結晶質氧化銦薄膜)。
其次，如圖3(c)所示，在源極電極1022、汲極電極1023及結晶質氧化物1021上，堆積由Al2 O3 等的氧化物所構成的閘極絕緣膜1024，接著，塗佈正型阻絕層膜1026。
其次，如上述，以源極電極1022及汲極電極1023作為光罩，從基板側(圖中，從玻璃基板1010的下方)，正型阻絕層膜1026會例如以波長436nm的g線或波長365nm的i線等來曝光。
其次，若正型阻絕層膜1026被顯像，則正型阻絕層膜1026是對應於源極電極1022及汲極電極1023的圖案之非曝光部份會剩下，除此以外的曝光部份會被除去。對應於剩下的正型阻絕層膜1026的閘極電極1025之端部是與先前被形成的源極電極1022及汲極電極1023的端部一致。接著，在正型阻絕層膜1026及閘極絕緣膜1024上，堆積形成閘極電極1025的金屬薄膜。
其次，若藉由舉離法來剝離正型阻絕層膜1026，則如圖3(d)所示，形成閘極電極1025。如此，場效型薄膜電晶體1001a是閘極電極1025會以形成於玻璃基板1010上的源極電極1022及汲極電極1023的圖案作為光罩來形成，藉此閘極電極1025會被自我整合。
(自我整合的第二應用例)
圖4是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的第二應用例之自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成閘極電極的剖面圖，(b)是表示積層閘極絕緣膜，形成有結晶質氧化物的剖面圖，(c)是積層阻絕層、源極電極及汲極電極的剖面圖，(d)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖。
首先，如圖4(a)所示，底閘極型的場效型薄膜電晶體1001b是在透明的玻璃基板1010上，形成有由金屬薄膜所構成的閘極電極1025。
其次，如圖4(b)所示，在玻璃基板1010及閘極電極1025上，堆積由Al2 O3 等的氧化物所構成的閘極絕緣膜1024，且藉由濺射法等來堆積透明非晶形氧化銦薄膜(在此使用氧化鋅5wt%＋氧化銦95wt%的靶)。在此，可不破壞真空來形成閘極絕緣膜1024及透明非晶形氧化銦薄膜，因此可防止雜質侵入半導體層(結晶質氧化物1021)與閘極絕緣膜1024的界面。接著，藉由通常的光蝕刻微影法來蝕刻加工透明非晶形氧化銦薄膜，且圖案化。然後，在空氣中，實施300℃，1小時的熱處理，藉此，上述透明非晶形氧化銦薄膜會形成結晶質氧化物1021(結晶質氧化銦薄膜)。
其次，如圖4(c)所示，塗佈正型阻絕層膜1026，以閘極電極1025作為光罩，從基板側(圖中，從玻璃基板1010的下方)，正型阻絕層膜1026會例如以波長436nm的g線來曝光。並且，此曝光可藉由掃描直進性強的雷射光來進行。
接著，若正型阻絕層膜1026被顯像，則正型阻絕層膜1026是對應於閘極電極1025的圖案之非曝光部份會剩下，除此以外的曝光部份會被除去。對應於剩下的正型阻絕層膜1026的源極電極1022及汲極電極1023之端部是與先前被形成的閘極電極1025的端部一致。更在閘極絕 緣膜1024、結晶質氧化物1021及正型阻絕層膜1026上形成IZO膜(在此使用氧化鋅10.7wt%＋氧化銦89.3wt%的靶)及Mo/Al/Mo。另外，在圖中是不區別Mo/Al/Mo薄膜及IZO膜來圖示。
其次，若藉由舉離法來剝離正型阻絕層膜1026，則如圖4(d)所示，形成源極電極1022及汲極電極1023。如此，場效型薄膜電晶體1001b是源極電極1022及汲極電極1023會以形成於玻璃基板1010上的閘極電極1025的圖案作為光罩來形成。亦即，源極電極1022及汲極電極1023是藉由使用閘極電極1025的自我整合來形成。
此外，在製作通道長=50 μm、通道寬=500 μm的底閘極型的場效型薄膜電晶體1001b時，閘極電極1025與源極電極1022的重疊寬是約0.1 μm，且閘極電極1025與汲極電極1023的重疊寬是約0.1 μm。另外，在使用專用的光罩來製作源極電極1022及汲極電極1023時，閘極電極1025與源極電極1022的重疊寬約為4 μm，且閘極電極1025與汲極電極1023的重疊寬是同樣約為4 μm。
如上述，場效型薄膜電晶體1001、1001a、1001b是減低閘極電極1025與源極電極1022的重疊電容、及、閘極電極1025與汲極電極1023的重疊電容。藉此，場效型薄膜電晶體1001、1001a、1001b可改善驅動能力，且形成消費電力少的電晶體。更在製作工程中，可減少用以形成閘極電極1025或源極電極1022及汲極電極1023的光罩數及光罩工程。因此，可謀求製造原價的降低成本。
TFT1001是使用含有In(銦)的結晶質氧化物1021作為N型半導體(在本實施形態是活性層)。並且，結晶質氧化物1021的電子載流子濃度是1018 /cm3 未滿。在此，將電子載流子濃度設為1018 /cm3 未滿的理由是因為將電子載流子濃度為1018 /cm3 以上的氧化物使用於TFT1001的活性層時，無法充分地增大on-off比。並且，在無施加TFT1001的閘極電壓時，也會因為在源極電極1022與汲極電極1023之間有大的電流流動，無法實現常關型(normally off)動作。
又，本發明之結晶質氧化物1021的電子載流子濃度是在室溫下測定時的值。所謂室溫是例如25℃，具體而言是從約0~40℃程度的範圍來適當選擇的某溫度。另外，本發明之結晶質氧化物1021的電子載流子濃度是不必在約0~40℃的範圍全部符合未滿1018 /cm3 。例如，只要在約25℃實現載流子電子密度1018 /cm3 未滿即可。又，最好是更下降電子載流子濃度，設為1017 /cm3 以下，更理想是1016 /cm3 以下。如此一來，常關型的TFT1001可良品率佳取得。
又，活性層1021的電子載流子濃度的下限值，只要是可適用作為電晶體的活性層，並無特別加以限定。因此，在本發明中，如後述的各實施例那樣控制結晶氧化物的材料、組成比、製造條件、後處理條件等，而例如使電子載流子濃度成為1012 /cm3 以上1018 /cm3 未滿。又，最好是1013 /cm3 以上1017 /cm3 以下，更理想是1015 /cm3 以 上1016 /cm3 以下的範圍。如此一來，可具有所定大小的電子移動度，且常關型(normally off)的薄膜電晶體可良品率佳取得。
並且，電子載流子濃度的測定是藉由霍爾效應(Hall effect)測定來求取。約1017 /cm3 未滿的電子載流子濃度的測定，最好是在AC霍爾測定下進行。其理由是因為在DC霍爾測定下會有測定值的不均大，測定的可靠度低之虞。
又，TFT1001的活性層(半導體薄膜)是作為含結晶質的薄膜(亦即，結晶質氧化物1021)。此結晶質氧化物1021是藉由使半導體薄膜的至少一部份或全部成為結晶質，相較於將半導體薄膜設為非晶質時，可使載流子濃度的低減或控制容易，更在構成TFT1001時動作安定化。因此，可使TFT1001的電氣特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性及耐久性等的性能提升。
另外，使含於薄膜的結晶質，可為單結晶或多結晶(包含磊晶膜)的其中之一，但最好是工業上製造容易，且可大面積化的多結晶膜。又，由於單結晶恐有在製程或使用時的彎曲或衝擊下發生裂縫之虞，因此最好為多結晶。
並且，在本發明中，所謂結晶質氧化物1021是意指在X線繞射光譜中，顯示特定的繞射線之氧化物。另一方面，所謂非晶質是意指被觀測出暈狀圖案，未顯示特定的繞射線之氧化物。
又，最好是將本發明的半導體薄膜的傳導帶與價電子 帶的能帶間隙(Energy Bandgap)設為約2.8eV以上為佳，藉此，可藉由可視光的照射，有效迴避價電子帶的電子被激勵而恐有洩漏電流容易流動之虞的不良情況。
又，最好是結晶質氧化物1021為非縮退半導體。
如此一來，可縮小off電流，可擴大on/off比。
上述結晶質氧化物1021是含有正二價元素。
如此一來，藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。又，如ITO等已知那樣，載流子的平均自由工程，因為比結晶狀態的結晶粒子的大小更小，所以不依存於靠結晶粒子的大小。由此，結晶質氧化物1021可形成高電子移動度的結晶薄膜。又，因為在氧化銦添加的元素為二價的金屬元素，所以此二價的金屬元素與氧會離子結合。因此，正二價元素的氧化物，不會成為載流子散亂因子，可高度保持電子移動度。
又，由此多結晶的結晶質氧化物1021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但可具有大的電子移動度。又，藉由含有正二價元素，由結晶質氧化物1021所構成的薄膜更安定化。又，可擴大場效移動度高且安定的結晶質氧化物的組成範圍。
另外，上述所謂正二價元素是意指在離子狀態的價數為取正二價的元素，同様所謂正三價元素是意指在離子狀態的價數為取正三價的元素。
又，最好上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
如此一來，Zn等的正二價元素的至少一部份可固溶置換銦，藉此，有效地使電子載流子濃度降低。另外，添加的Zn等之金屬的固溶置換的量並無制限，只要一部份固溶置換即可，結晶質氧化物1021亦可為混合氧化物。
又，亦可同時添加Zn及其他的二價的Mg、Ni、Co、Cu。例如，在同時添加Zn及Mg時，相較於單獨添加Zn時，電子移動度増加。其程度是在室溫的電子移動度，約10cm2 /(V‧sec)，相較於非晶形矽，形成1位數以上大的増加。更在以同條件來成膜時，對於Mg含有量的増加而言，電阻率亦増加，電子移動度降低，因此最好由Zn及Mg所構成的正二價元素的含有量，對於全金屬原子而言，為超過0.5原子%、未滿10原子%。其理由是因為在0.5原子%以下，即使結晶化也不能看見電阻的提升，且在10原子%以上，難結晶化，必須將結晶化溫度設定高，能量的消費會變大，不符合經濟效益。
亦即，正二價元素的原子數(=[M2])對結晶質氧化物1021中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比可為：0.005<[M2]/[A]<0.1
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物。並且，可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
又，更理想是0.01≦[M2]/[A]<0.08。另外，例如即使取代Zn，而選擇Mg，照樣可取得大致相同的結果，Zn、Mg、Ni、Co及Cu分別可發揮大致同様的效果。
在上述記載中，藉由結晶質氧化物1021中所含有之 二價的金屬元素的添加量來控制因缺氧所產生的載流子量。亦即，成膜後，最好在含氧的氣氛中後處理氧化銦膜而使結晶化，藉此利用結晶化控制載流子，及藉由與空氣中的氧的反應來控制(低減或増加)缺氧量。為了有效地控制缺氧量，而將含氧的氣氛中的溫度設在150℃以上500℃以下，最好是200℃以上350℃以下，更理想是250℃以上300C以下進行。同時進行結晶化及與氧的反應為較理想的方法。
另外，可在含氧的氣氛中成膜，且進行用以結晶化的熱處理，而使控制載流子及消滅缺氧，藉此形成所定的電子載流子濃度(1018 /cm3 未滿)，成膜後的後處理也可在含氧的氣氛中進行後處理。此外，只要可取得所定的電子載流子濃度(1018 /cm3 未滿)，在成膜時，亦可不進行氧分壓控制，在不含氧的氣氛中進行成膜後的後處理。
又，上述結晶質氧化物1021，亦可取代正二價元素，含有與銦相異的正三價元素。
即使如此，藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。又，由此多結晶的結晶質氧化物1021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但可具有大的電子移動度。又，藉由含有正三價元素，由結晶質氧化物1021所構成的薄膜更安定化。又，可擴大場效移動度高且安定的結晶質氧化物的組成範圍。又，因為在氧化銦添加的元素為三價的金屬元素，所以此三價的金屬元素與氧會離子結合。因此，正三 價元素的氧化物，不會成為載流子散亂因子，可高度保持電子移動度。
又，最好上述正三價元素是B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的其中至少一個以上的元素。
如此一來，藉由B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的強離子結合性，結晶質氧化物會有效地安定化。又，由離子半徑差小的離子所構成的複合氧化銦是結晶相會更安定化。例如，在In-鑭元素-氧系的結晶質氧化物1021是鑭元素的原子號碼越大，離子半徑越小，接近銦的離子半徑。藉此，原子號碼小的離子，雖在熱處理難得安定結晶質氧化銦膜，但若鑭元素的含有量對全金屬原子而言為0.5原子%~5原子%即可。如此一來，可取得安定的結晶質膜，且原子號碼大的離子，在熱處理容易取得安定的結晶質氧化銦膜，可取得非常安定的結晶質膜。
又，B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素是與氧的結合強(金屬的功函數比In金屬小)，在結晶化時不易產生氧缺陷。因此，可有效地抑止因缺氧所引起的載流子的發生。
又，如上述，與銦相異的正三價元素的原子數(=[M3))對結晶質氧化物1021中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比為0.005<[M3]/[A]<0.05即可。其理由是因為在0.5原子%以下，有時無法取得添加的效果，且在5原子%以上，結晶化溫度會過高，非實用。
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物，且可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
另外，例如即使取代B來選擇Y，照樣可大致取得同様的結果，B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素是分別可發揮同様的效果。
又，並非限於含有上述正二價元素與正三價元素的其中之一方的構成，例如可為含有上述正二價元素與正三價元素的構成，如此一來，可更有效地抑止載流子的發生。亦即，若含有正二價元素，則可藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果來減低電子載流子濃度，又，若含有與銦相異的正三價元素，則不易發生氧缺陷，可有效地抑止因缺氧所引起之載流子的發生。又，由此多結晶的結晶質氧化物1021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但可具有大的電子移動度。
又，正二價元素的原子數(=[M2])及與銦相異的正三價元素的原子數(=[M3])對結晶質氧化物1021中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比為：0.005<[M2]/[A]<0.1 0.005<[M3]/[A]<0.05。
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物。又，可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
如上述，藉由將含有正二價元素、及/或、與銦相異的正三價元素之結晶質氧化物1021利用於活性層，可實現電晶體關閉時的閘極電流為0.1微安培未滿的常關型， on-off比超過103 的電晶體特性。
又，場效型薄膜電晶體1001是在夾止(Pinch Off)狀態，對閘極端子施加高電壓，在活性層中存在高密度的電子。因此，若根據本發明，則電子移動度増加的部份，可更擴大飽和電流值。其結果，可期待on-off比的増大、飽和電流的増大、開關速度的増大等，電晶體特性的提升。
又，含有上述正二價元素或正三價元素的結晶質氧化物1021是例如藉由濺射法來成膜。
其次，說明有關由結晶質氧化物1021所構成的薄膜的成膜例1。
(成膜例1) (第1成膜法：濺射法)
此成膜方法，可使用將含有In2 O3 (ZnO)m 組成(在此m為2~20的整數)的氧化銦多結晶燒結體作為靶之氣相成膜法。在氣相成膜法中亦以濺射法、脈衝雷射蒸鍍法為適。又，由量產性的觀點來看，以濺射法為最適。
然而，若以通常的條件來作成該非晶質膜，則主要會產生缺氧，無法達成目前為止，將電子載流子濃度形成1018 /cm3 未滿，將電阻形成102 Ωcm以上。在使用如此的膜時，無法構成常關型的電晶體。
於是，本發明者們，藉由圖5所示的濺射裝置，在製作以濺射法製作之含非晶形氧化鋅的氧化銦後，使加熱結 晶化於空氣中。
圖5是表示製作成膜例1及成膜例2的結晶質氧化物的濺射裝置的概略圖。
在圖5中，濺射裝置1005是在成膜室(腔室)1051內設有附冷卻‧加熱機構的基板保持具1052、遮擋板(shutter)1053、電極1054及屏蔽(shield)1055。並且，具備用以使成膜室1051內形成真空之主閥1511、渦輪分子泵1512、油旋轉泵1513、洩漏閥1514、真空計1515等。而且，對成膜室1051經由可變洩漏閥1516來供給氧氣體或Ar氣體。又，電極1054是隔著絕緣體1517來安裝於成膜室1051，從DC電源供給電力，更藉由冷卻水來冷卻。又，基板1056會被載置於基板保持具1052，靶1057會被安裝於電極1054。
藉由濺射法，在SiO2 玻璃基板(Corning Corporation製1737)上堆積含有非晶形氧化鋅的氧化銦膜。然後，在空氣中，進行300℃，1小時的熱處理，藉此取得結晶質氧化銦膜。堆積前的處理是進行基板的超音波之脫脂洗淨。亦即，基板是利用丙酮(acetone)、乙醇、超純水來各洗淨5分鐘，然後，在空氣中以100℃乾燥。
又，多結晶靶是使用具有In2 O3 (ZnO)4 的氧化銦多結晶體靶(尺寸：直徑4英吋、厚度5mm)。將此靶的出發原料設為In2 O3 :ZnO4 (各4N試藥)。並且，靶是藉由該出發原料的濕式混合(溶媒：乙醇)、噴霧乾燥機的乾燥造粒、單軸沖壓的成型、冷間靜水壓沖壓的成型、及正式燒結 (1450℃，36小時)來製作。如此製作後的靶的體電阻(bulk resistance)為0.005(Ωcm)以下，導電性佳。藉此，在RF及DC的濺射成膜可能。
將濺射室的到達真空設為5×10-4 Pa，將濺射中的氧濃度控制在3%，而以氬氣體，在0.3Pa下進行成膜。
濺射腔室內的氧分壓是0.009Pa，基板溫度是室溫。
另外，靶與成膜基板間的距離是80mm，DC濺射的電力是100W~200W的範圍。
有關所取得的膜，在幾乎接觸薄膜射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值未被認出，因此剛製作後的含氧化鋅的氧化銦薄膜為非晶形。
使該膜在空氣中進行300℃、1小時的熱處理後，在幾乎接觸薄膜射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值會出現，判定為結晶質氧化銦的方鐵錳礦(bixbyite)構造，為結晶質氧化銦。
更進行X線反射率測定，且進行圖案的解析結果，薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是約0.8nm，膜厚約為100nm。根據ICP法的分析結果，Zn的原子數(=[Zn))對結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比是[Zn]/[A]=0.08。並且，在本成膜例是[A]=[In]+[Zn]。另外，[In]是結晶質氧化物中所含的In的原子數。
比電阻是約104 Ωcm以上。電子載流子濃度是約1016 /cm3 以下，電子移動度是約推定5cm2 /(V‧秒)。
由光吸收光譜的解析求得，製作後的非晶形薄膜的禁 隙能量寬約為3.5eV。以上，製作後的結晶質氧化銦系薄膜是呈方鐵錳礦結晶相，為缺氧少，且電阻大的透明平坦薄膜。
(有關結晶質氧化物的結晶化溫度與電子載流子濃度的測定結果)
圖6是表示成膜例1的結晶質氧化物的結晶化溫度與電子載流子濃度的圖表。
在圖6中，細線是表示有關在氧化銦中含正二價元素(Zn、Mg、Ni、Co、Cu的其中，以Zn為代表)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為細線的結晶質氧化物)。使用在細線的結晶質氧化物中含有氧化鋅約0.2~6wt%，殘量為氧化銦的濺射靶。並且，在空氣中以各溫度來進行1小時的熱處理，藉由霍爾測定來測定載流子濃度，且使用相同的樣品來利用X線繞射法確認結晶性。
又，點線是表示有關在氧化銦中含上述銦以外的正三價元素(B、Al、Ga、Sc、Y、La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu的其中，以Yb為代表)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為點線的結晶質氧化物)。使用在點線的結晶質氧化物中含有氧化鐿約0.2~3wt%，殘残為氧化銦的濺射靶。並且，在空氣中以各溫度來進行1小時的熱處理，藉由霍爾測定來測定載流子濃度，且使用同樣品來利用X線繞射法確認結晶性。
粗虛線是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡 稱為虛線的結晶質氧化物)。
使用於測定的各細線的結晶質氧化物、點線的結晶質氧化物及虛線的結晶質氧化物，是除了結晶化溫度等以外，與上述成膜例1大致同様製作，對於結晶化溫度測定電子載流子濃度。
細線的結晶質氧化物是從結晶化溫度約180℃的點，電子載流子濃度急劇降低，在結晶化溫度約220℃的點，電子載流子濃度的降低停止。例如，若細線的結晶質氧化物是在結晶化溫度約250℃的點使結晶化，則電子載流子濃度約為1×1015 /cm3 。並且，藉由X線繞射來確認時，在180℃以上的溫度加熱處理後的氧化物會被觀察出明確的峰值，確認為方鐵錳礦構造。
又，點線的結晶質氧化物是從結晶化溫度約210℃的點，電子載流子濃度急劇降低，在結晶化溫度約230C的點，電子載流子濃度的降低停止。例如，若點線的結晶質氧化物是在結晶化溫度約250℃的點使結晶化，則電子載流子濃度約為1016 /cm3 。並且，藉由X線繞射來確認時，在180℃以上的溫度加熱處理後的氧化物會被觀察出明確的峰值，確認出為方鐵錳礦構造。
另一方面，虛線的結晶質氧化物是從結晶化溫度約240℃的點，電子載流子濃度急劇降低，但在結晶化溫度約250℃的點，電子載流子濃度的降低停止。例如，即使虛線的結晶質氧化物是在結晶化溫度約250℃的點使結晶化，電子載流子濃度也是約1019 /cm3 。
亦即，點線的結晶質氧化物及細線的結晶質氧化物，可藉由控制結晶化溫度，而具有作為半導體較佳的電子載流子濃度(約1018 /cm3 未滿)。
另外，用以測定電子載流子濃度的霍爾測定裝置、及其測定條件如下記一般。
[霍爾測定裝置]
TOYO Corporation製：Resi Test8310
[測定條件]
室溫(約25℃)，約0.5[T]，約10-4 ~10-12 A，AC磁場霍爾測定
由上述測定結果等，為了有效地控制電子載流子濃度，而將含氧的氣氛中的溫度加熱於150℃以上500℃以下，最好是200℃以上350℃以下，更理想是250℃以上300℃以下。
又，藉由在使氧含所定濃度的氣氛中進行結晶化處理，可有效地控制結晶化。
又，雖未圖示，但為了更增加正二價元素或正三價元素的添加量，容易使結晶化，而於高溫成膜後，若熱處理溫度也以高溫處理的話，則可使電子載流子濃度更降低。
又，本發明的電子載流子濃度的下限，例如為1014 /cm3 ，雖然也會依所取得的氧化銦膜是使用於何種的元件或電路或裝置而定。
另外，在本實施形態是首先以低溫來使非晶質的氧化物成膜，其次，加熱至結晶化溫度，而成為所望的載流子濃度的結晶質氧化物1021，但並非限於此。例如，在成膜時，亦可為以高溫成膜形成結晶質氧化物1021的方法。
又，亦可在成膜時於含氧的氣氛中進行，且在成膜後的結晶化處理也在含氧的氣氛中處理。又，若可取得所定的電子載流子濃度(1018 /cm3 未滿)，則可在成膜時不進行氧分壓控制，將成膜後之後的結晶化處理在含氧的氣氛中進行。
(有關結晶質氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的測定結果)
其次，參照圖面來說明有關所取得的結晶質氧化物1021的電子載流子濃度及電子移動度的測定結果。
圖7是表示成膜例1之結晶質氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的圖表。
在圖7中，塗黒的三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素(例如Zn)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為三角記號的結晶質氧化物)。又，塗白的三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素的非晶形的氧化物。
又，塗黒的菱形記號是表示有關在氧化銦中含鑭元素(例如、Yb)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為菱形記號的結晶質氧化物)。
又，圓形記號是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡稱為圓形記號的結晶質氧化物)。塗白的菱形記號是表示有關在氧化銦中含鑭元素的非晶形的氧化物。
另外，菱形記號的結晶質氧化物及三角記號的結晶質氧化物是控制結晶化溫度、鑭元素及正二價元素的含有量等來製作。並且，為了使電子載流子濃度形成未滿1018 /cm3 ，而依靠氧分壓的條件、熱處理溫度的條件、成膜裝置的構成、成膜的材料或組成等。
三角記號的結晶質氧化物及菱形記號的結晶質氧化物是藉由控制製作條件(結晶化溫度或含有量等)，使電子載流子濃度為約1016 /cm3 ～約1018 /cm3 ，且電子移動度為數cm2 /V‧sec～十數cm2 /V‧sec。
另外，圓形記號的結晶質氧化物，即使控制製作條件(結晶化溫度)，照樣電子載流子濃度為約1019 /cm3 ～約1020 /cm3 ，且電子移動度為約100cm2 /V‧sec。上述三角記號的結晶質氧化物及菱形記號的結晶質氧化物的測定結果為一例，藉由控制製作條件，雖未圖示，但可作成具有更佳的特性之結晶質氧化物1021。
又，非晶形之塗白的三角記號或菱形記號是電子載流子濃度約為超過1018 /cm3 ，且電子移動度為十數cm2 /V‧sec～數十cm2 /V‧sec。
又，通常的化合物中，一旦電子數増大，則因電子間的衝突，電子移動度會有減少的傾向，相對的，菱形記號的結晶質氧化物及三角記號的結晶質氧化物是在電子載流 子濃度約為1×1016 ~1×1018 /cm3 的範圍中，電子載流子濃度會増加，且電子移動度也會對數的比例増加。亦即，若在兩對數的圖表繪製電子載流子濃度(X座標)及電子移動度(Y座標)，則繪製點會大致被繪製於右上的直線上。又，對應於使在結晶質氧化物1021中含有的正二價元素或正三價元素的組合等，形成相異之大致右上的直線。
藉由有效地利用此特異的特性，可將電子載流子濃度或電子移動度自由地設定於所望的值，可藉由各種的半導體裝置來提供具有合適的半導體特性之結晶質氧化物1021。並且，可使半導體裝置的附加價值提升。
亦即，就上述測定例而言，可使作為場效型薄膜電晶體1001的活性層使用的結晶質氧化物1021的電子移動度形成超過1cm2 /(V‧sec)，較理想是超過5cm2 /(V‧秒)，藉此，可使夾止(Pinch Off)後的飽和電流約超過10 μA，可使on-off比超過約103 。又，可使電子載流子濃度形成未滿1018 /cm3 ，較理想是未滿1016 /cm3 ，可使關閉時(無施加閘極電壓時)的源極電極1022與汲極電極1023間的電流形成約未滿10 μA，較理想是形成約0.1 μA，可構成常關型的電晶體。
又，場效型薄膜電晶體1001是在夾止(Pinch Off)狀態時，對閘極電極1025施加高電壓，在作為活性層的結晶質氧化物1021中存在高密度的電子。因此，若根據本發明，則電子移動度増加的部份，可更擴大飽和電流值，on-off比的増大、飽和電流的増大、開關速度的増大等， 幾乎所有的電晶體特性會提升。
另外，氧化銦(In2 O3 )膜可藉由氣相法來成膜，在成膜中的氣氛中將水分添加0.1Pa程度，藉此可取得非晶形膜。此非晶形氧化銦膜亦可藉由熱處理來形成結晶質氧化銦。然而，雖可取得結晶膜，但在In2 O3 單獨膜時，即使在成膜中的氣氛中將氧氣體導入30%程度，也不會顯示安定的半導體特性。
(成膜例2)
本成膜例是結晶質氧化物1021為藉由使用氬氣體作為氣氛氣體的直流型(DC)濺射法來成膜者。另外，並非限於直流型(DC)濺射法，例如亦可使用高頻(RF)濺射法。
另外，濺射裝置是使用上述成膜例1所使用的濺射裝置。
成膜用的玻璃基板1010是準備SiO2 玻璃基板(Corning Corporation製1737)。成膜前處理是進行該玻璃基板1010的超音波脫脂洗淨。亦即，玻璃基板1010是藉由丙酮、乙醇、超純水來各洗淨5分鐘，然後，在空氣中以100℃乾燥。並且，最好UV臭氧洗淨，可取得密著性佳的膜。
靶材料是使用含In2 O3 (ZnO)4 組成的氧化銦多結晶燒結體(尺寸：直徑4英吋、厚度5mm)。
將此燒結體的出發原料設為99wt%In2 O3 :1wt%ZnO(各4N試藥)。並且，燒結體是藉由該出發原料 的濕式混合(溶媒：乙醇)、噴霧乾燥機的乾燥造粒、單軸沖壓的成型、冷間靜水壓沖壓的成型、及正式燒結(1450℃，36小時)來製作。如此製作的靶的比電阻為0.005(Ωcm)。
成膜室1051內的到達真空是5×10-4 Pa，成膜中的氧氣體及氬氣體的全壓是在0.1~2.0Pa的範圍為一定的值。然後，改變氬氣體與氧的分壓比，而使變化於氧濃度1~30%的範圍。
並且，基板溫度是室溫，靶與成膜用膜基板之間的距離是80mm。在基板保持具1052裝有旋轉機構，藉由使一邊旋轉一邊成膜，可取得均一性佳的薄膜。
投入電力是DC100W，成膜速率是5nm/mm。
有關所取得的膜，在幾乎接觸膜面射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值未被檢測出，顯示剛製作後的氧化銦薄膜為非晶形膜。然後，在幾乎接觸於加熱至200℃以上的氧化銦薄膜的膜面射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值會被檢測出，可確認為結晶質。
更進行X線反射率測定，且進行圖案的解析結果，薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是約0.8nm，根據ICP法的分析結果，Zn的原子數(=[Zn))對結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比是[Zn]/[A]=0.018。並且，在本成膜例是[A]=[In]+[Zn]。另外，[In]是結晶質氧化物中所含的In的原子數。
(結晶質氧化物之有關添加物比與電阻率的測定結果)其次，使添加的正二價元素及正三價元素的種類或組成等變化，更控制製作條件來製作複數的結晶質氧化物1021。
其次，參照圖面來說明有關該等結晶質氧化物1021的一部份之添加物比與電阻率(比電阻)的測定結果。
圖8是表示成膜例2之結晶質氧化物的添加物的原子比與電阻率的圖表。
在圖8中，塗黒的三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素(M=Zn、Mg、Ni、Co、Cu的其中至少一個)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為三角記號的結晶質氧化物)。又，塗白的三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素的非晶形的氧化物。
又，菱形記號是表示有關在氧化銦中含上述銦以外的正三價元素(M=B、Al、Ga、Sc、Y、La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu的其中至少一個)的結晶質氧化物1021(適當簡稱為菱形記號的結晶質氧化物)。
又，塗白的菱形記號是表示有關在氧化銦中含上述銦以外的正三價元素的非晶形的氧化物。
又，圓形記號是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡稱為圓形記號的結晶質氧化物)。
上述三角記號的結晶質氧化物是正二價元素的添加物M的原子數(=[M))對結晶質氧化物1021中所含的全金屬 元素的原子數(=[A))之原子比%(=[M)/[A))約為0.6%~9.3%時，電阻率約為102 Ωcm~105 Ωcm。亦即，藉由微量添加正二價元素的添加物M，可使電阻率提升至約101 Ωcm以上，且若更擴大原子比%，則可使電阻率更提升。例如，以基板溫度25℃、氧分壓3%來成膜後之含鋅9.5原子%的氧化銦薄膜，可使電阻約提升至105 Ωcm。並且，以鋅的添加量超過10原子%來成膜後之非晶形的氧化銦薄膜是一旦增加鋅的添加量，則電阻會降低，形成導電性薄膜。
並且，上述菱形記號的結晶質氧化物是正三價元素的添加物M的原子數(=[M))對結晶質氧化物1021中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比%(=[M)/[A))約為0.3%~4.2%時，電阻率約為102 Ωcm~103 Ωcm。而且，以正三價元素的添加量約6原子%來成膜後之非晶形的氧化銦薄膜是電阻會降低，形成導電性薄膜。
另外，圓形記號的結晶質氧化物是電阻率約為10-3 Ωcm。
由上述測定結果，結晶質氧化物1021是鋅的添加量超過約0.1原子%，最好是超過約0.5原子%，且鋅的添加量約為12原子%以下，最好是約10原子%以下。又，結晶質氧化物1021是結晶狀態的結晶構造具有氧化銦的方鐵錳礦構造，可為透明結晶質氧化銦薄膜。另外，藉由將此透明結晶質氧化銦薄膜使用於場效型薄膜電晶體1001，可構成常關型，且on-off比超過103 的電晶體。
又，藉由使結晶化溫度形成更高溫，雖可使添加的氧化鋅的量更増量，但若考量高溫處理的能量，則在工業上不理想。
另外。在使用本成膜例所示的濺射裝置1005或材料等時，利用濺射之成膜後的結晶化處理條件，例如可為在空氣中200℃以上300℃以下的範圍。又，雖未圖示，但本成膜例的結晶質氧化物1021也是隨著電子載流子濃度増加，電子移動度也對數的比例増加。又，不意圖地添加用以提高電阻率的雜質離子，在含氧氣體的氣氛中成膜亦為較佳的形態。
並且，最好是上述實施形態的結晶質氧化物1021具有PAN耐性。
如此一來，製造工程的自由度會増加，可效率佳地製造TFT1001。並且，藉由PAN系蝕刻液來蝕刻源極電極1022或汲極電極1023時，因為不受損，所以可靠度等會提升。另外，本實施形態的結晶質氧化物1021是在非晶質的狀態下被圖案化，然後被結晶化。被結晶化的結晶質氧化物1021通常是具有PAN耐性，因此可容易使源極電極1022及汲極電極1023圖案化。
另外，所謂「具有PAN耐性」是意指PAN系蝕刻液的蝕刻速度約10nm/分未滿。一般PAN系蝕刻液(包含磷酸、硝酸、醋酸的蝕刻液)是通常使用磷酸約45~95wt%、硝酸約0.5~5wt%、醋酸約3~50wt%的範圍者。
(場效型薄膜電晶體的製作例1)
其次，說明有關使用上述結晶質氧化物1021的場效型薄膜電晶體1001(參照圖1，2)的製作例1。
藉由上述的手法，製作通道長=50 μm、通道寬=500 μm的頂閘極型的場效型薄膜電晶體1001。
本製作例的場效型薄膜電晶體1001的on-off比為105 以上。並且，由輸出特性來算出場效移動度時，在飽和領域中可取得約7cm2 /V‧sec的場效移動度。又，臨界值電壓(Vth)約為+2.0V，顯示常關型的特性，且輸出特性是顯示明瞭的夾止。更在未施加閘極電壓時，在源極電極1022與汲極電極1023之間施加約5V的電壓時，可將源極電極1022與汲極電極1023間的電流形成約10-7 安培。
並且，對製作後的場效型薄膜電晶體1001照射可視光來進行同様的測定，但電晶體特性的變化沒有被認出。亦即，若根據本實施形態，則電子載流子濃度小，因此可實現具有電阻率高，且電子移動度大的活性層之薄膜電晶體。
(電晶體的特性評價)
其次，參照圖面來說明有關本製作例1的場效型薄膜電晶體1001的電流-電壓特性。
圖9是表示製作例1之場效型薄膜電晶體的電流-電壓特性的圖表。
在圖9中，顯示在室溫下所測定之場效型薄膜電晶體1001的電流-電壓特性，隨著閘極電壓VGS 的増加，汲極電流IDS 會増加，因此可知通道為n型半導體。這與結晶質氧化物銦系半導體為n型的事實不矛盾。
又，IDS 是表示在VDS =10V附近成飽和(夾止)之典型的半導體電晶體的舉動。在調查利得特性時，VDS =4V施加時之閘極電壓VGS 的臨界值是約2.0V。並且，VG =10V時，有IDS =1.0×10-5 A的電流流動。這是對應於因閘極偏壓在絕緣性半導體的結晶質氧化銦半導體薄膜內誘發載流子。
又，本製作例雖是在玻璃基板1010上製作場效型薄膜電晶體1001，但成膜本身可在室溫進行，然後藉由低溫電漿結晶化法等在低溫使結晶化，因此可使用塑膠板或薄膜等的基板。並且，在本製作例所取得的結晶質氧化銦薄膜幾乎無可視光的光吸收，可實現透明的可饒性TFT。
如以上說明，本實施形態的場效型薄膜電晶體1001是將上述結晶質氧化物1021使用於活性層，藉此可實現電晶體在關閉時，閘極電流為0.1微安培未滿的常關型，且on-off比超過103 的電晶體特性。並且，對可視光而言，具有透明性或透光性，更可具有可饒性。而且，可使場效型薄膜電晶體1001的電氣特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等提升，且可減低電極間的重疊電容。更可提供一種大面積均一性或再現性佳的TFT基板。
以上顯示較佳的實施形態來說明有關本發明的場效型電晶體，但本發明的場效型電晶體並非只限於上述實施形態，只要在本發明的範圍內當然亦可實施各種的變更。
例如，場效型薄膜電晶體並非限於上述製作例的底閘極型或頂閘極型的構造，亦可適用於各種構造的場效型薄膜電晶體。
[場效型電晶體的製造方法的第一實施形態]
圖10是用以說明本發明的第一實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
又，圖11是用以說明本發明的第一實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示被洗淨的基板的剖面圖，(b)是表示形成活性層的剖面圖，(c)是表示形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(d)是表示積層閘極絕緣膜的剖面圖，(e)是表示形成閘極電極的剖面圖。
在圖10及圖11(a)中，首先，準備玻璃基板2010，且洗淨此玻璃基板2010(步驟S2001)。如此一來，附著於玻璃基板2010表面的雜質會被除去，使表面清淨化。因此，可防止雜質擴散於玻璃基板2010上所被積層的結晶質氧化物2021，引起性能劣化等的不良情況。並且，藉由表面清淨化，可提升結晶質氧化物2021的密著性。
在本實施形態是使用含有過氧化氫的洗淨液來進行洗淨。此洗淨液可舉含過氧化氫與氨的水溶液、含過氧化氫 與氯化氫的水溶液、含過氧化氫與氟化氫的水溶液等。並且。一般洗淨方法是重複洗淨液的超音波洗淨工程及純水的超音波洗滌工程，最後在氮氣體等的氣氛中進行乾燥工程。
另外，玻璃基板2010的表面清淨化處理並非限於上述洗淨處理。例如，亦可為臭氧氣氛中的紫外線的照射處理、或電漿的照射處理等。又，亦可組合該等來進行複數的清淨化處理。
藉由在臭氧氣氛中的紫外線的照射處理來取得清淨表面。亦即，若在大氣壓下的含氧氣氛中照射紫外線，則會產生臭氧，藉由臭氧與紫外線來除去基板表面的污染物質。
電漿的照射處理是藉由電漿發生裝置來使低能量的電漿發生，將此電漿照射於玻璃基板2010的處理。藉此，除去基板表面的污染物質的同時，基板表面的狀態會變化，結晶質氧化物2021的密著性會提升。
其次，如圖11(b)所示，在玻璃基板2010上，在含氧及/或水的氣氛中，形成由結晶質氧化物2021所構成的活性層(步驟S2002)。亦即，在透明的玻璃基板2010上藉由濺射法來使結晶質氧化物2021(在此使用氧化鋅5wt%＋氧化銦95wt%的靶)成膜。
又，所謂含氧及/或水的氣氛是意指含分子狀氧、臭氧氣體、氮氧化物氣體(N2 O、NO2 、NO)、含氧自由基、原子狀氧、氧離子、氧自由基、水蒸氣及水氧化離子等其 中至少一個的氣氛。又，當含氧及/或水的氣氛為含臭氧氣體、氮氧化物氣體、含氧自由基、原子狀氧、氧離子及氧自由基的其中至少一個的氣氛時，因為該等為氧化力比分子狀氧更強，所以可有效地使缺氧少的結晶質氧化物2021成膜。亦即，可有效地抑止缺氧的發生，因此缺氧所產生的載流子會減少，可減低電子載流子濃度。
另外，含氧自由基或氧自由基可藉由自由基發生器來容易產生。
並且，在結晶質氧化物2021成膜時，成膜溫度為150℃以上350℃以下即可，更理想是150℃以上250℃以下。如此一來，可確實地使結晶質氧化物2021成膜，更可抑止玻璃基板2010的熱變形等。
其理由是因為未滿150℃，無法取得充分的結晶質氧化銦，形成非晶質氧化銦，有時不會形成所定的電子載流子密度的氧化物膜。另外，即使是該情況也可藉由之後熱處理來使結晶化，取得所望的電子載流子密度的結晶質氧化物2021。又，玻璃基板2010可使用各種的玻璃，因為即使是熱變形溫度低的玻璃(鹼石灰(Soda lime)玻璃等)，其熱變形溫度還是可約為350℃。
又，本實施形態是藉由濺射法來將結晶質氧化物2021成膜。如此一來，可使量產性提升。
另外，成膜方法並非限於上述濺射法，例如亦可使用電阻加熱蒸鍍法、電子射束蒸鍍法、化學氣相成長法、線射束雷射蒸鍍法、電氣析出法等。
結晶質氧化物2021是含有In(銦)，作為活性層使用。並且，結晶質氧化物2021的電子載流子濃度是1018 /cm3 未滿。在此，將電子載流子濃度設為1018 /cm3 未滿的理由是因為將電子載流子濃度為1018 /cm3 以上的氧化物使用於場效型薄膜電晶體2001的活性層時，無法充分地增大on-off比。並且，在無施加場效型薄膜電晶體2001的閘極電壓時，也會因為在源極電極2022與汲極電極2023之間有大的電流流動，無法實現常關型(normally off)動作。
又，本發明之結晶質氧化物2021的電子載流子濃度是在室溫下測定時的值。所謂室溫是例如25℃，具體而言是從約0~40℃程度的範圍來適當選擇的某溫度。另外，本發明之結晶質氧化物2021的電子載流子濃度是不必在約0~40C的範圍全部符合未滿1018 /cm3 。例如，只要在約25℃實現載流子電子密度1018 /cm3 未滿即可。又，最好是更下降電子載流子濃度，設為1017 /cm3 以下，更理想是1016 /cm3 以下。如此一來，常關型的場效型薄膜電晶體2001可良品率佳取得。
又，活性層2021的電子載流子濃度的下限值，只要是可適用作為電晶體的活性層，並無特別加以限定。因此，在本發明中是控制結晶氧化物的材料、組成比、製造條件、後處理條件等，而例如使電子載流子濃度成為1012 /cm3 以上1018 /cm3 未滿。又，最好是1013 /cm3 以上1017 /cm3 以下，更理想是1015 /cm3 以上1016 /cm3 以下的範 圍。如此一來，可具有所定大小的電子移動度，且常關型(normally off)的場效型薄膜電晶體2001可良品率佳取得。
並且，電子載流子濃度的測定是藉由霍爾效應(Hall effect)測定來求取。約1017 /cm3 未滿的電子載流子濃度的測定，最好是在AC霍爾測定下進行。其理由是因為在DC霍爾測定下會有測定值的不均大，測定的可靠度低之虞。
又，場效型薄膜電晶體2001的活性層(半導體薄膜)是作為含結晶質的薄膜(亦即，結晶質氧化物2021)。此結晶質氧化物2021是半導體薄膜的至少一部或全部為結晶質。藉此，相較於半導體薄膜為非晶質時，可使載流子濃度的低減或控制容易，且場效型薄膜電晶體2001的動作安定化。因此，可使電晶體的性能，例如電氣的特性、安定性、均一性、再現性、耐熱性及耐久性等的性能提升。，
另外，使含於薄膜的結晶質，可為單結晶或多結晶(包含磊晶膜)的其中之一，但最好是工業上製造容易，且可大面積化的多結晶膜。又，由於單結晶恐有在製程或使用時的彎曲或衝擊下發生裂縫之虞，因此最好為多結晶。
並且，在本發明中，所謂結晶質氧化物2021是意指在X線繞射光譜中，顯示特定的繞射線之氧化物。另一方面，所謂非晶質是意指被觀測出暈狀圖案，未顯示特定的繞射線之氧化物。
又，最好是將本發明的半導體薄膜的傳導帶與價電子 帶的能帶間隙(Energy Bandgap)設為約2.8eV以上為佳，藉此，可藉由可視光的照射，有效迴避價電子帶的電子被激勵而恐有洩漏電流容易流動之虞的不良情況。
又，最好是結晶質氧化物2021為非縮退半導體。
如此一來，可縮小off電流，可擴大on/off比。
上述結晶質氧化物2021是含有正二價元素。
如此一來，藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。又，如ITO等已知那樣，載流子的平均自由工程，因為比結晶狀態的結晶粒子的大小更小，所以不依存於靠結晶粒子的大小。由此，結晶質氧化物2021可形成高電子移動度的結晶薄膜。又，因為在氧化銦添加的元素為二價的金屬元素，所以此二價的金屬元素與氧會離子結合。因此，正二價元素的氧化物，不會成為載流子散亂因子，可高度保持電子移動度。
又，由此多結晶的結晶質氧化物2021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但可具有大的電子移動度。又，藉由含有正二價元素，由結晶質氧化物2021所構成的薄膜更安定化。又，可擴大場效移動度高且安定的結晶質氧化物的組成範圍。
另外，上述所謂正二價元素是意指在離子狀態的價數為取正二價的元素，同様所謂正三價元素是意指在離子狀態的價數為取正三價的元素。
又，最好上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
如此一來，Zn等的正二價元素的至少一部份可固溶置換銦，藉此，有效地使電子載流子濃度降低。另外，添加的Zn等之金屬的固溶置換的量並無制限，只要一部份固溶置換即可，結晶質氧化物2021亦可為混合氧化物。
又，亦可同時添加Zn及其他的二價的Mg、Ni、Co、Cu。例如，在同時添加Zn及Mg時，相較於單獨添加Zn時，電子移動度増加。其程度是在室溫的電子移動度，約10cm2 /(V‧sec)，相較於非晶形矽，形成1位數以上大的増加。更在以同條件來成膜時，對於Mg含有量的増加而言，電阻率亦増加，電子移動度降低，因此最好由Zn及Mg所構成的正二價元素的含有量，對於全金屬原子而言，為超過0.5原子%、未滿10原子%。其理由是因為在0.5原子%以下，即使結晶化也不能看見電阻的提升，且在10原子%以上，難結晶化，必須將結晶化溫度設定高，能量的消費會變大，不符合經濟效益。
亦即，正二價元素的原子數(=[M2))對結晶質氧化物2021中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比可為：0.005<[M2]/[A]<0.1
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物。並且，可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
又，更理想是0.01≦[M2]/[A]<0.08。另外，例如即使取代Zn，而選擇Mg，照樣可取得大致相同的結果，Zn、 Mg、Ni、Co及Cu分別可發揮大致同様的效果。
在上述記載中，藉由結晶質氧化物2021中所含有之二價的金屬元素的添加量來控制因缺氧所產生的載流子量。亦即，藉由添加二價的金屬元素(及/或、後述的三價的金屬元素)，來控制(通常低減)結晶質氧化物2021的缺氧，更在成膜時或成膜後，在含氧及/或水的氣氛中處理氧化銦膜而使結晶化，藉此使與氧反應控制(通常低減)缺氧量。如此一來，藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果來減低電子載流子濃度，場效型薄膜電晶體2001可具有常關型的特性。
又，上述結晶質氧化物2021，亦可取代正二價元素，含有與銦相異的正三價元素。
即使如此，藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果，可減低電子載流子濃度。又，由此多結晶的結晶質氧化物2021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但結晶質氧化物2021具有大的電子移動度。又，藉由含有正三價元素，由結晶質氧化物2021所構成的薄膜更安定化。又，可擴大場效移動度高且安定的結晶質氧化物的組成範圍。又，因為在氧化銦添加的元素為三價的金屬元素，所以此三價的金屬元素與氧會離子結合。因此，正三價元素的氧化物，不會成為載流子散亂因子，可高度保持電子移動度。
又，最好上述正三價元素是B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的其中至少一個以上的元素。
如此一來，藉由B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素的強離子結合性'結晶質氧化物2021會有效地安定化。又，由離子半徑差小的離子所構成的複合氧化銦是結晶相會更安定化。例如，在In-鑭元素-氧系的結晶質氧化物2021是鑭元素的原子號碼越大，離子半徑越小，接近銦的離子半徑。藉此，原子號碼小的離子，雖在熱處理難得安定結晶質氧化銦膜，但若鑭元素的含有量對全金屬原子而言為0.5原子%~5原子%即可。如此一來，可取得安定的結晶質膜，且原子號碼大的離子，在熱處理容易取得安定的結晶質氧化銦膜，可取得非常安定的結晶質膜。
又，B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素是與氧的結合強(金屬的功函數比In金屬小)，在結晶化時不易產生氧缺陷。因此，可有效地抑止因缺氧所引起的載流子的發生。
又，如上述，與銦相異的正三價元素的原子數(=[M3))對結晶質氧化物2021中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比為0.005<[M3]/[A]<0.05即可。其理由是因為在0.5原子%以下，有時無法取得添加的效果，且在5原子%以上，結晶化溫度會過高，非實用。
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物，且可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
另外，例如即使取代B來選擇Y，照樣可大致取得同様的結果，B、Al、Ga、Sc、Y及鑭元素是分別可發揮同様的效果。
又，並非限於含有上述正二價元素與正三價元素的其 中之一方的構成，例如可為含有上述正二價元素與正三價元素的構成，如此一來，可更有效地抑止載流子的發生。亦即，若含有正二價元素，則可藉由使因缺氧而產生的載流子消滅之效果來減低電子載流子濃度，又，若含有與銦相異的正三價元素，則不易發生氧缺陷，可有效地抑止因缺氧所引起之載流子的發生。又，由此多結晶的結晶質氧化物2021所構成的薄膜的電子移動度，雖比起單結晶的電子移動度較差，但可具有大的電子移動度。
又，正二價元素的原子數(=[M2))及與銦相異的正三價元素的原子數(=[M3))對結晶質氧化物2021中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比為：0.005<[M2]/[A]<0.1 0.005<[M3]/[A]<0.05。
如此一來，可取得更安定的結晶質氧化物。又，可將電子載流子濃度控制在1018 /cm3 未滿。
另外，有關結晶質氧化物2021的成膜例會在往述敘述。
其次，如圖11(c)所示，在結晶質氧化物2021上，堆積形成源極電極2022及汲極電極2023的Mo/Al/Mo薄膜，且予以圖案化而形成源極電極2022及汲極電極2023(步驟S2003)。
在此，Mo/Al/Mo薄膜及IZO膜是藉由磷酸、醋酸 (acetic acid)及硝酸(nitric acid)所構成的水溶液(適當簡稱PAN)來圖案化。亦即，結晶質氧化物2021是具有對PAN的耐性，因此可選擇性地形成源極電極2022及汲極電極2023。
其次，如圖11(c)所示，在玻璃基板2010、結晶質氧化物2021、源極電極2022及汲極電極2023上形成閘極絕緣膜2024(步驟S2004)。此閘極絕緣膜2024是由Y2 O3 ，HfO2 、SiO2 、SiNX 、或Al2 O3 等的氧化物、或該等予以混合二個以上的混合化合物等所構成。
其次，如圖11(d)所示，在玻璃基板2010、結晶質氧化物2021、源極電極2022及汲極電極2023上形成閘極絕緣膜2024(步驟S2004)。此閘極絕緣膜2024是由Y2 O3 ，HfO2 、SiO2 、SiNX 、或Al2 O3 等的氧化物、或將該等予以混合二個以上的混合化合物等所構成。
在此，若在閘極絕緣膜2024與結晶質氧化物2021(活性層)的界面存在缺陷，則電子移動度會降低，電晶體特性產生磁滯現象。並且，依閘極絕緣膜2024的種類，洩漏電流會大不同。因此，必須選定適合於活性層的閘極絕緣膜2024。若使用Al2 O3 膜，則可減少洩漏電流。又，若使用SiO2 膜，則可減少磁滯現象。又，若使用高介電常數的SiNX 膜，則可增大場效移動度。又，藉由使用由該等的化合物的混合所構成的膜，場效型薄膜電晶體2001係洩漏電流及磁滯現象會變小，場效移動度會變大。
並且，在形成由氧化物所構成的閘極絕緣膜2024時，可在含氧及/或水的氣氛中成膜。如此一來，可使閘極絕緣膜2024的絕緣性提升。
其次，如圖11(e)所示，在形成活性層的結晶質氧化物2021的上方之閘極絕緣膜2024上堆積Mo/Al/Mo薄膜，且被圖案化，形成閘極電極2025(步驟S2005)。另外，在圖中是不區別Mo/Al/Mo薄膜來圖示。
另外，雖未圖示，但在源極電極2022及汲極電極2023形成有用以和外部端子連接的焊墊。
如以上說明，若根據本實施形態的場效型電晶體2001的製造方法，則是在含有氧及/或水的氣氛中形成含有正二價元素、及/或、與銦相異的正三價元素之結晶質氧化物2021作為活性層。藉此，可製造電晶體關閉時的閘極電流為0.1微安培未滿的常關型，且具有on-off比超過103 的電晶體特性之場效型薄膜電晶體2001。又，由於活性層為結晶質氧化物2021所構成，因此安定性、均一性、再現性、耐熱性、耐久性等會提升。
[場效型電晶體的製造方法的第二實施形態]
圖12是用以說明本發明的第二實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
又，圖13是用以說明本發明的第二實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示被洗淨的基板的剖面圖，(b)是表示形成活性層之非晶質的 氧化物所被成膜的剖面圖，(c)是表示形成有活性層的結晶質氧化物的剖面圖，(d)是表示形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(e)是表示積層閘極絕緣膜的剖面圖，(f)是表示形成閘極電極的剖面圖。
在圖12及圖13(a)中，首先，準備玻璃基板2011，且與第一實施形態的製造方法大致同様地洗淨此玻璃基板2011(步驟S2011)。如此一來，附著於玻璃基板2011表面的雜質會被除去，使表面清淨化。因此，可防止雜質擴散於玻璃基板2011上所被積層的結晶質氧化物2021，引起性能劣化等的不良情況。並且，藉由表面清淨化，可提升結晶質氧化物2021的密著性。
本實施形態的薄膜基板2011是由聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate)等所構成的薄膜，具有可撓性。並且，薄膜基板2011可為矽氧烷系縮合物等預先被硬化加工。
另外，當薄膜基板2011為聚對苯二甲酸乙二酯所構成時，為了不使熱變形，通常薄膜基板2011是形成180℃以下。
其次，如圖13(b)所示，在薄膜基板2011上，於常溫(約25℃)之含氧及/或水的氣氛中，使形成活性層的非晶質的氧化物2020(氧化物薄膜)成膜(步驟S2012)。亦即，在透明的薄膜基板2011上，藉由濺射法來使非晶質的氧化物2020(在此與第一實施形態的製造方法大致同様地使用氧化鋅5wt%＋氧化銦95wt%的靶)成膜。
其次，如圖13(c)所示，藉由含氧及/或水的氣氛中之含氧低溫電漿的照射處理來使非晶質的氧化物2020結晶化，形成結晶質氧化物2021(步驟S2013)。如此一來，可在比薄膜基板2011的熱變形溫度更低的溫度下，使非晶質的氧化物2020結晶化，因此可在具有可撓性的薄膜基板2011製作場效型薄膜電晶體2001。
另外，本實施形態是為了使非晶質的氧化物2020結晶化，而進行含氧低溫電漿的照射處理之方法，但並非限於此。例如，亦可在含氧及/或水的氣氛中，進行用以結晶化的熱處理，藉此實現所定的電子載流子濃度(1018 /cm3 未滿)。
並且，藉由對電漿發生裝置(ECR電漿發生器、RF電漿發生裝置、DC電漿發生裝置など)供給O2 氣體，可容易產生氧電漿。
其次，如圖13(d)所示，在結晶質氧化物2021上，堆積形成源極電極2022及汲極電極2023的Mo/Al/Mo薄膜，更使圖案化來形成源極電極2022及汲極電極2023(步驟S2014)。
其次，如圖13(e)所示，在玻璃基板2010、結晶質氧化物2021、源極電極2022及汲極電極2023上形成閘極絕緣膜2024(步驟S2015)。此閘極絕緣膜2024是由Y2 O3 ，HfO2 、SiO2 、SiNX 、或Al2 O3 等的氧化物、或含該等二個以上的混合化合物等所構成。
接著，如圖13(f)所示，在閘極絕緣膜2024上堆積 Mo/Al/Mo薄膜，且被圖案化，形成閘極電極2025(步驟S2016)。另外，在圖中是未區別Mo/Al/Mo薄膜來圖示。
另外，上述以外是大致與第一實施形態的製造方法同様的方法。
如以上說明，若根據本實施形態的場效型電晶體2001a的製造方法，則可發揮與第一實施形態的製造方法大致同様的效果，更可在具有可撓性的薄膜基板2011製造場效型薄膜電晶體2001a。
另外，電漿的照射，亦可一邊加熱薄膜基板2011一邊進行。
[場效型電晶體的製造方法的第三實施形態]
圖14是用以說明本發明的第三實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
又，圖15是用以說明本發明的第三實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示形成閘極電極及閘極絕緣膜的基板的剖面圖，(b)是表示成膜有活性層及導電體層，且形成有半色調光罩(Halftone Mask)的阻絕層之剖面圖，(c)是表示活性層及導電體層會被蝕刻，再形成阻絕層的剖面圖，(d)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖。
在圖14及圖15(a)中，首先準備玻璃基板2010，且在玻璃基板2010上堆積Mo/Al/Mo薄膜，更被圖案化，形成閘極電極2025(步驟S2021)。另外，在圖中是未區別 Mo/Al/Mo薄膜來圖示。接著，在玻璃基板2010及閘極電極2025上形成閘極絕緣膜2024(步驟S2022)。此閘極絕緣膜2024是由Y2 O3 ，HfO2 、SiO2 、SiNX 、或Al2 O3 等的氧化物、或混合該等二個以上的混合化合物等所構成。
其次，如圖15(b)所示，在玻璃基板2010上，在常溫(約25℃)之含氧及/或水的氣氛中，使形成活性層之非晶質的氧化物2020(氧化物薄膜)成膜(薄膜形成工程)，接著，使形成源極電極2022及汲極電極2023的導電體層2026成膜(步驟S2023.1)。更利用半色調光罩(未圖示)來形成阻絕層2027。此阻絕層2027是成為覆蓋源極電極2022、汲極電極2023及活性層(位於閘極電極2025上方的結晶質氧化物2021)之形狀，覆蓋活性層的部份會形成比其他更薄。
導電體層2026是由形成源極電極2022及汲極電極2023的Mo/Al/Mo薄膜所構成。
其次，如圖15(c)所示，首先，使用PAN系蝕刻液來一起蝕刻導電體層2026及非晶質的氧化物2020(步驟S2023.2)。接著，藉由乾蝕刻來僅蝕刻阻絕層2027一所定的厚度，以活性層能夠露出的方式，形成所被再形成的阻絕層2027b(步驟S2023.3)。更針對非晶質的氧化物2020，在含氧及/或水的氣氛中，以150℃以上350℃以下的溫度來實施加熱處理，使氧化物2020形成作為活性層的結晶質氧化物2021(結晶化工程)。藉此，結晶質氧化物2021可具有PAN耐性。
其次，如圖15(d)所示，藉由PAN系蝕刻液來蝕刻導電體層2026(步驟S2023.4)，露出結晶質氧化物2021。藉此，形成作為活性層的結晶質氧化物2021、源極電極2022及汲極電極2023(步驟S2023)。
另外，上述以外，是大致與第一實施形態的製造方法同様的方法。
如以上說明，若根據本實施形態的場效型電晶體2001b的製造方法，則可發揮與第一實施形態的製造方法大致同様的效果。更可擴大工程設計的自由度。亦即，通常非晶質的氧化物2020是可對PAN系蝕刻液溶解，因此可與導電體層2026一起蝕刻，可使生產性提升。
並且，含有上述正二價元素或正三價元素的結晶質氧化物2021是例如藉由濺射法來成膜。
其次，說明有關由結晶質氧化物2021所構成的薄膜的成膜例3。
(成膜例3)
此成膜方法，可使用將含有In2 O3 (ZnO)m 組成(在此m為2~20的整數)的氧化銦多結晶燒結體作為靶之氣相成膜法。在氣相成膜法中亦以濺射法、脈衝雷射蒸鍍法為適。又，由量產性的觀點來看，以濺射法為最適。
然而，若以通常的條件來作成該非晶質膜，則主要會產生缺氧，無法達成目前為止，將電子載流子濃度形成1018 /cm3 未滿，將電阻形成102 Ωcm以上。在使用如此的 膜時，無法構成常關型的電晶體。
於是，本發明者們，藉由圖16所示的濺射裝置，在製作以濺射法製作之含非晶形氧化鋅的氧化銦後，使加熱結晶化於含氧及/或水的氣氛中。
圖16是表示製作成膜例3及成膜例4的結晶質氧化物的濺射裝置的概略圖。
在圖16中，濺射裝置2005是在成膜室(腔室)2051內，設置附有冷卻‧加熱機構的基板保持具2052、遮擋板2053、電極2054及屏蔽2055。並且，具有用以使成膜室2051內形成真空之主閥2511、渦輪分子泵2512、油旋轉泵2513、洩漏閥2514、真空計2515等。並且，在成膜室2051經由可變洩漏閥2516來供給氧氣體或Ar氣體。而且，電極2054是隔著絕緣體2517來安裝於成膜室2051，從DC電源供給電力，且藉由冷卻水來冷卻。又，基板2056會被載置於基板保持具2052，靶2057會被安裝於電極2054。
藉由濺射法，在SiO2 玻璃基板(Corning Corporation製1737)上堆積含有非晶形氧化鋅的氧化銦膜。然後，在含氧及/或水的氣氛中，以300℃來進行1小時的熱處理，藉此取得結晶質氧化銦膜(結晶質氧化物2021)。堆積前的處理是進行基板的超音波洗淨。亦即，基板是使用含過氧化氫及氨的水溶液、及超純水來各洗淨5分鐘，然後在空氣中以100℃使乾燥。
又，多結晶靶是使用具有In2 O3 (ZnO)4 的氧化銦多結 晶體靶(尺寸：直徑4英吋、厚度5mm)。此靶的出發原料為In2 O3 :ZnO4 (各4N試藥)。並且，靶是藉由該出發原料的濕式混合(溶媒：乙醇)、噴霧乾燥機的乾燥造粒、單軸沖壓的成型、冷間靜水壓沖壓的成型、及正式燒結(1450℃，36小時)來製作。如此製作後的靶的體電阻(bul kresistance)為0.005(Ωcm)以下，導電性佳。藉此，在RF及DC的濺射成膜可能。
成膜是首先將濺射室的到達真空設為5×10-4 Pa，將濺射中的氧濃度控制在3%，使用氬氣體，在將總壓力維持於0.3Pa的狀態下進行。
濺射腔室內的氧分壓是0.009Pa，基板溫度是室溫。
另外，靶與成膜基板間的距離是80mm，DC濺射的電力是100W~200W的範圍。
有關所取得的膜，在幾乎接觸膜面射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值未被檢測出。因此，剛製作後之含氧化鋅的氧化銦薄膜是非晶形。
使該膜在含臭氧氣體的氧氣氛中進行200℃、1小時的熱處理。然後，在幾乎接觸薄膜射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值會出現，判定為結晶質氧化銦的方鐵錳礦(bixbyite)構造，為結晶質氧化銦。
更進行X線反射率測定，且進行圖案的解析結果，薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是約0.8nm，膜厚是約100nm。根據ICP法的分析結果，Zn的原子數(=[Zn))對 結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比是[Zn]/[A]=0.08。並且，在本成膜例是[A]=[In]+[Zn]。另外，[In]是結晶質氧化物中所含的In的原子數。
比電阻是約104 Ωcm以上。電子載流子濃度是約1016 /cm3 以下，電子移動度是約推定5cm2 /(V‧秒)。
由光吸收光譜的解析求得，製作後的非晶形薄膜的禁隙能量寬約為3.5eV。以上，製作後的結晶質氧化銦系薄膜是呈方鐵錳礦結晶相，為缺氧少，且電阻大的透明平坦薄膜。
(有關結晶質氧化物的結晶化溫度與電子載流子濃度的測定結果)
圖17是表示成膜例3的結晶質氧化物的結晶化溫度(基板溫度)與電子載流子濃度的圖表。
在圖17中，細線是表示有關在氧化銦中含正二價元素(在Zn、Mg、Ni、Co、Cu的其中，以Zn為代表)的結晶質氧化物2021(適當簡稱為細線的結晶質氧化物)。細線的結晶質氧化物是使用含有氧化鋅約0.2~6wt%，殘量為氧化銦的濺射靶。並且，在含臭氧氣體的氧氣氛中以各溫度來進行1小時的熱處理，藉由霍爾測定來測定載流子濃度，且使用相同的樣品來利用X線繞射法確認結晶性。
又，點線是表示有關在氧化銦中含上述銦以外的正三價元素(在B、Al、Ga、Sc、Y、La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu的其中，以Yb為代表)的結晶 質氧化物2021(適當簡稱為點線的結晶質氧化物)。點線的結晶質氧化物是使用含有氧化鐿約0.2~3wt%，殘量為氧化銦的濺射靶。並且，在含臭氧氣體的氧氣氛中以各溫度來進行1小時的熱處理，藉由霍爾測定來測定載流子濃度，且使用相同的樣品來利用X線繞射法確認結晶性。
粗虛線是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡稱為虛線的結晶質氧化物)。
使用於測定的各細線的結晶質氧化物、點線的結晶質氧化物及虛線的結晶質氧化物，是除了結晶化溫度等以外，與上述成膜例3大致同様製作，對於結晶化溫度測定電子載流子濃度。
細線的結晶質氧化物是結晶化開始溫度約100℃，從基板溫度約150℃的點，電子載流子濃度急劇降低，在基板溫度約180℃的點，該降低會停止。例如，若在基板溫度約200℃的點使結晶化，則電子載流子濃度約為1×1015 /cm3 。並且，藉由X線繞射來確認時，在180℃以上的溫度加熱處理後的氧化物會被觀察出明確的峰值，確認為方鐵錳礦構造。
又，點線的結晶質氧化物是結晶化開始溫度約100℃，從基板溫度約160℃的點，電子載流子濃度急劇降低，在基板溫度約210℃的點，該降低會停止。例如，若在基板溫度約250℃的點使結晶化，則電子載流子濃度約為2×1015 /cm3 。並且，藉由X線繞射來確認時，在210℃以上的溫度加熱處理後的氧化物會被觀察出明確的峰值， 確認出為方鐵錳礦構造。
另一方面，虛線的結晶質氧化物是結晶化開始溫度約為100℃，從基板溫度約160℃的點，電子載流子濃度急劇降低，但在基板溫度約170℃的點，該降低會停止。例如，即使在約200℃的點使結晶化，電子載流子濃度也是約1019 /cm3 。
亦即，點線的結晶質氧化物及細線的結晶質氧化物，可藉由控制結晶化溫度，而具有作為半導體較佳的電子載流子濃度(約1018 /cm3 未滿)。
另外，用以測定電子載流子濃度的霍爾測定裝置、及其測定條件如下記一般。
[霍爾測定裝置]
TOYO Corporation製：Resi Test8310
[測定條件]
室溫(約25℃)，約0.5[T]，約10-4 ~10-12 A，AC磁場霍爾測定
由上述測定結果等，為了有效地控制電子載流子濃度，而將含氧及/或水的氣氛中的溫度加熱於150℃以上350℃以下，最好是150℃以上300℃以下，更理想是150℃以上250℃以下。
又，藉由在使氧含所定濃度的氣氛中進行結晶化處理，可有效地控制結晶化。
又，雖未圖示，但為了更增加正二價元素或正三價元素的添加量，容易使結晶化，而於高溫成膜後，若熱處理溫度也以高溫處理的話，則可使電子載流子濃度更降低。
又，本發明的電子載流子濃度的下限，例如為1014 /cm3 ，雖然也會依所取得的氧化銦膜是使用於何種的元件或電路或裝置而定。
另外，在圖17所示的製作例是首先在含氧及/或水的氣氛中以低溫來使非晶質的氧化物2020成膜，其次，在含氧及/或水的氣氛中加熱至結晶化溫度，而成為所望的載流子濃度的結晶質氧化物2021，但並非限於此。例如，在成膜時，亦可為在含氧及/或水的氣氛中以高溫成膜形成結晶質氧化物2021的方法。
又，若可取得所定的電子載流子濃度(1018 /cm3 未滿)，則可在不含氧或水的氣氛中進行成膜，將成膜後的結晶化處理在含氧及/或水的氣氛中進行。
(有關結晶質氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的測定結果)
其次，參照圖面來說明有關所取得的結晶質氧化物2021的電子載流子濃度與電子移動度的測定結果。
圖18是表示成膜例3的結晶質氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的圖表。
在圖18中，三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素(例如Zn)的結晶質氧化物2021(適當簡稱為三角記 號的結晶質氧化物)。
又，菱形記號是表示有關在氧化銦中含鑭元素(例如Yb)的結晶質氧化物2021(適當簡稱為菱形記號的結晶質氧化物)。
又，圓形記號是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡稱為圓形記號的結晶質氧化物)。
另外，菱形記號的結晶質氧化物及三角記號的結晶質氧化物是控制結晶化溫度、鑭元素及正二價元素的含有量等來製作。並且，為了使電子載流子濃度形成未滿1018 /cm3 ，而依靠氧分壓的條件、熱處理溫度的條件、成膜裝置的構成、成膜的材料或組成等。
三角記號的結晶質氧化物及菱形記號的結晶質氧化物是藉由控制製作條件(結晶化溫度或含有量等)，使電子載流子濃度為約1016 /cm3 ～約1018 /cm3 ，且電子移動度為數cm2 /V‧sec～十數cm2 /V‧sec。
另外，圓形記號的結晶質氧化物，即使控制製作條件(結晶化溫度)，照樣電子載流子濃度為約1019 /cm3 ～約1020 /cm3 ，且電子移動度為約100cm2 /V‧sec。上述三角記號的結晶質氧化物及菱形記號的結晶質氧化物的測定結果為一例，藉由控制製作條件，雖未圖示，但可作成具有更佳的特性之結晶質氧化物2021。
又，通常的化合物中，一旦電子數増大，則因電子間的衝突，電子移動度會有減少的傾向，相對的，菱形記號的結晶質氧化物及三角記號的結晶質氧化物是在電子載流 子濃度約為1×1016 ~1×1018 /cm3 的範圍中，電子載流子濃度會増加，且電子移動度也會對數的比例増加。亦即，若在兩對數的圖表繪製電子載流子濃度(X座標)及電子移動度(Y座標)，則繪製點會大致被繪製於右上的直線上。又，對應於使在結晶質氧化物2021中含有的正二價元素或正三價元素的組合等，形成相異之大致右上的直線。
藉由有效地利用此特異的特性，可將電子載流子濃度或電子移動度自由地設定於所望的值，可藉由各種的半導體裝置來提供具有合適的半導體特性之結晶質氧化物2021。並且，可使半導體裝置的附加價值提升。
亦即，就上述測定例而言，可使作為場效型薄膜電晶體2001的活性層使用的結晶質氧化物2021的電子移動度形成超過1 cm2 /(V‧sec)，較理想是超過5 cm2 /(V‧秒)，藉此，可使夾止後的飽和電流約超過10 μA，可使on-off比超過約103 。又，可使電子載流子濃度形成未滿1018 /cm3 ，較理想是未滿1016 /cm3 ，可使關閉時(無施加閘極電壓時)的源極電極2022與汲極電極2023間的電流形成約未滿10 μA，較理想是形成約0.1 μA，可構成常關型的電晶體。
又，場效型薄膜電晶體2001是在夾止(Pinch Off)狀態時，對閘極電極2025施加高電壓，在作為活性層的結晶質氧化物2021中存在高密度的電子。因此，若根據本發明，則電子移動度増加的部份，可更擴大飽和電流值，on-off比的増大、飽和電流的増大、開關速度的増大等， 幾乎所有的電晶體特性會提升。
另外，氧化銦(In2 O3 )膜可藉由氣相法來成膜，在成膜中的氣氛中將水分添加0.1Pa程度，藉此可取得非晶形膜。此非晶形氧化銦膜亦可藉由熱處理來形成結晶質氧化銦。然而，雖可取得結晶膜，但在In2 O3 單獨膜時，即使在成膜中的氣氛中將氧氣體導入30%程度，也不會顯示安定的半導體特性。
(成膜例4)
本成膜例是結晶質氧化物2021為藉由使用氬氣體作為氣氛氣體的直流型(DC)濺射法來成膜者。另外，並非限於直流型(DC)濺射法，例如亦可使用高頻(RF)濺射法。
另外，濺射裝置是使用上述成膜例3所使用的濺射裝置。
成膜用的玻璃基板2010是準備SiO2 玻璃基板(Corning Corporation製1737)。成膜前處理是進行該玻璃基板2010的洗淨。亦即，基板是藉由含過氧化氫及氨的水溶液、及超純水來各洗淨5分鐘，然後，在空氣中以100℃乾燥。並且，最好UV臭氧洗淨，可取得密著性佳的膜。
靶材料是使用含In2 O34 (ZnO)3 組成的氧化銦多結晶燒結體(尺寸：直徑4英吋、厚度5mm)。
將此燒結體的出發原料設為99wt%In2 O3 ：1wt% ZnO(各4N試藥)。並且，燒結體是藉由該出發原料的濕 式混合(溶媒：乙醇)、噴霧乾燥機的乾燥造粒、單軸沖壓的成型、冷間靜水壓沖壓的成型、及正式燒結(1450℃，36小時)來製作。如此製作的靶的比電阻為0.005(ncm)。
成膜室2051內的到達真空是5×10-4 Pa，成膜中的氧氣體及氬氣體的全壓是在0.1~2.0Pa的範圍為一定的值。然後，改變氬氣體與氧的分壓比，而使變化於氧濃度1~30%的範圍。
並且，基板溫度是室溫，靶與成膜用膜基板之間的距離是80mm。在基板保持具2052裝有旋轉機構，藉由使一邊旋轉一邊成膜，可取得均一性佳的薄膜。
投入電力是DC100W，成膜速率是5nm/mm。
有關所取得的膜，在幾乎接觸膜面射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值未被檢測出，顯示剛製作後的氧化銦薄膜為非晶形膜。然後，在幾乎接觸於加熱至200℃以上的氧化銦薄膜的膜面射入進行X線繞射(薄膜法，入射角0.5度)時，明瞭的繞射峰值會被檢測出，可確認為結晶質。
更進行X線反射率測定，且進行圖案的解析結果，薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是約0.8nm，根據ICP法的分析結果，Zn的原子數(=[Zn))對結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A))之原子比是[Zn]/[A]=0.018。並且'在本成膜例是[A]=[In]+[Zn]。另外，[In]是結晶質氧化物中所含的In的原子數。
(有關結晶質氧化物的添加物比與電阻率的測定結果)
其次，使添加的正二價元素及正三價元素的種類或組成等變化，更控制製作條件來製作複數的結晶質氧化物2021。
其次，參照圖面來說明有關該等結晶質氧化物2021的一部份之關於添加物比與電阻率(比電阻)的測定結果。
圖19是表示成膜例4的結晶質氧化物之添加物的原子比與電阻率的圖表。
在圖19中，三角記號是表示有關在氧化銦中含正二價元素(M=Zn、Mg、Ni、Co、Cu的其中至少一個)的結晶質氧化物2021(適當簡稱為三角記號的結晶質氧化物)。
又，菱形記號是表示有關在氧化銦中含上述銦以外的正三價元素(M=B、Al、Ga、Sc、Y、La，Nd，Sm，Eu，Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu的其中至少一個)的結晶質氧化物2021(適當簡稱為菱形記號的結晶質氧化物)。
又，圓形記號是表示有關僅氧化銦的結晶質氧化物(適當簡稱為圓形記號的結晶質氧化物)。
上述三角記號的結晶質氧化物是在正二價元素的添加物M的原子數(=[M])對結晶質氧化物2021中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比%(=[M]/[A])約為0.6%~9.7%時，電阻率約為101 Ωcm~104 Ωcm。亦即，藉由微量添加正二價元素的添加物M，可使電阻率提升至約101 Ωcm以上，且若更擴大原子比%，則可使電阻率更提升。例如，以基板溫度25℃、氧分壓3%來成膜後之含鋅8.8 原子%的非晶質的氧化銦薄膜，是在含氧及/或水的氣氛中加熱使結晶化，藉此可使電阻約提升至104 Ωcm。
又上述菱形記號的結晶質氧化物是在正=價元素的添加物M的原子數(=[M])對結晶質氧化物2021中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比%(=[M]/[A])約為0.3%~4.2%時，電阻率約為數Ωcm～數十Ωcm。
另外，圓形記號的結晶質氧化物是電阻率約為10-3 Ωcm。
由上述測定結果，結晶質氧化物2021是鋅的添加量約超過0.1原子%，最好是超過約0.5原子%，且鋅的添加量約12原子%以下，最好是約10原子%以下。並且，結晶質氧化物2021是結晶狀態的結晶構造具有氧化銦的方鐵錳礦(bixbyite)構造，可為透明結晶質氧化銦薄膜。另外，將此透明結晶質氧化銦薄膜使用於場效型薄膜電晶體2001，2001a，2001b，可構成常關型，且使on-off比超過103 的電晶體。
又，藉由使結晶化溫度形成更高溫，雖可使添加的氧化鋅的量更増量，但若考量高溫處理的能量，則在工業上不理想。
另外。在使用本成膜例所示的濺射裝置2005或材料等時，利用濺射之成膜後的結晶化處理條件，例如可為在含氧及/或水的氣氛中150℃以上350℃以下的範圍。又，雖未圖示，但本成膜例的結晶質氧化物2021也是隨著電子載流子濃度増加，電子移動度也對數的比例増加。又， 不意圖地添加用以提高電阻率的雜質離子，在含氧及/或水的氣氛中成膜亦為較佳的形態。
並且，最好是上述實施形態的結晶質氧化物2021具有PAN耐性。
如此一來，製造工程的自由度會増加，可效率佳地製造場效型薄膜電晶體2001，2001a，2001b。並且，藉由PAN系蝕刻液來蝕刻源極電極2022或汲極電極2023時，因為不受損，所以可靠度等會提升。
另外，所謂「具有PAN耐性」是意指PAN系蝕刻液的蝕刻速度約10nm/分未滿。一般PAN系蝕刻液(包含磷酸、硝酸、醋酸的蝕刻液)是通常使用磷酸約45~95wt%、硝酸約0.5~5wt%、醋酸約3~50wt%的範圍者。
(場效型薄膜電晶體的製作例2)
其次，說明有關使用上述結晶質氧化物2021的場效型薄膜電晶體2001(參照圖10)的製作例2。
藉由上述的手法，製作通道長=50 μm、通道寬=500 μm的頂閘極型的場效型薄膜電晶體2001。
本製作例的場效型薄膜電晶體2001的on-off比為105 以上。並且，由輸出特性來算出場效移動度時，在飽和領域中可取得約7cm2 /V‧sec的場效移動度。又，臨界值電壓(Vth)約為+2.0V，顯示常關型的特性，且輸出特性是顯示明瞭的夾止。更在未施加閘極電壓時，在源極電極2022與汲極電極2023之間施加約5V的電壓時，可將源 極電極2022與汲極電極2023間的電流形成約10-7 安培。
並且，對製作後的場效型薄膜電晶體2001照射可視光來進行同様的測定，但電晶體特性的變化沒有被認出。亦即，若根據本實施形態，則電子載流子濃度小，因此可實現具有電阻率高，且電子移動度大的活性層之薄膜電晶體。
(電晶體的特性評價)
其次，參照圖面來說明有關本製作例的場效型薄膜電晶體2001的電流-電壓特性。
圖20是表示製作例2的場效型薄膜電晶體的電流-電壓特性的圖表。
在圖20中，顯示在室溫下所測定之場效型薄膜電晶體2001的電流-電壓特性，隨著閘極電壓VGS 的増加，汲極電流IDS 會増加，因此可知通道為n型半導體。這與結晶質氧化物銦系半導體為n型的事實不矛盾.。
又，IDS 是表示在VDS =10V附近成飽和(夾止)之典型的半導體電晶體的舉動。在調查利得特性時，VDS =4V施加時之閘極電壓VGS 的臨界值是約2.0V。並且，VG =10V時，有IDS =1.0×10-5 A的電流流動。這是對應於因閘極偏壓在絕緣性半導體的結晶質氧化銦半導體薄膜內誘發載流子。
又，本製作例雖是在玻璃基板2010上製作場效型薄 膜電晶體2001，但成膜本身可在室溫進行，然後藉由低溫電漿結晶化法等在低溫使結晶化，因此可使用塑膠板或薄膜等的基板。並且，在本製作例所取得的結晶質氧化物2021幾乎無可視光的光吸收，可實現透明的可饒性TFT。
以上顯示較佳的實施形態來說明有關本發明的場效型電晶體的製造方法，但本發明的場效型電晶體的製造方法並非只限於上述實施形態，只要在本發明的範圍內當然亦可實施各種的變更。
例如，場效型薄膜電晶體的製造方法並非限於上述底閘極型或頂閘極型的場效型薄膜電晶體的製造方法，亦可適用於各種構造的場效型薄膜電晶體的製造方法。
[產業上的利用可能性]
本發明的場效型電晶體可作為LCD或有機EL顯示器的開關元件利用。並且，可在以塑膠薄膜為首的可饒性素材形成半導體的薄膜，廣泛應用於以可饒性‧顯示器為首，IC卡或ID標籤等。
本發明的場效型電晶體的製造方法可作為LCD或有機EL顯示器的開關元件的製造方法利用。並且，可在以塑膠薄膜為首的可饒性素材形成半導體的薄膜，廣泛應用於以可饒性‧顯示器為首，IC卡或ID標籤等的製造方法。
1001、1001a、1001b‧‧‧場效型薄膜電晶體(TFT)
1005‧‧‧濺射裝置
1010‧‧‧透明的玻璃基板
1021‧‧‧結晶質氧化物
1022‧‧‧源極電極
1023‧‧‧汲極電極
1024‧‧‧閘極絕緣膜
1025‧‧‧閘極電極
1026‧‧‧正型阻絕層膜
1051‧‧‧成膜室(腔室)
1052‧‧‧基板保持具
1053‧‧‧遮擋板
1054‧‧‧電極
1055‧‧‧屏蔽
1056‧‧‧基板
1057‧‧‧靶
1511‧‧‧主閥
1512‧‧‧渦輪分子泵
1513‧‧‧油旋轉泵
1514‧‧‧洩漏閥
1515‧‧‧真空計
1516‧‧‧可變洩漏閥
1517‧‧‧絕緣體
2005‧‧‧濺射裝置
2010‧‧‧玻璃基板
2011‧‧‧薄膜基板
2020‧‧‧非晶質的氧化物
2021‧‧‧結晶質氧化物
2022‧‧‧源極電極
2023‧‧‧汲極電極
2024‧‧‧閘極絕緣膜
2025‧‧‧閘極電極
2026‧‧‧導電體層
2027‧‧‧阻絕層
2051‧‧‧成膜室(腔室)
2052‧‧‧基板保持具
2053‧‧‧遮擋板
2054‧‧‧電極
2055‧‧‧屏蔽
2056‧‧‧基板
2057‧‧‧靶
2511‧‧‧主閥
2512‧‧‧渦輪分子泵
2513‧‧‧油旋轉泵
2514‧‧‧洩漏閥
2515‧‧‧真空計
2516‧‧‧可變洩漏閥
2517‧‧‧絕緣體
圖1是表示本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的要部的概略剖面圖。
圖2是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體之自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成結晶質氧化物的剖面圖，(b)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(c)是積層閘極絕緣膜、阻絕層及閘極電極的剖面圖，(d)是形成閘極電極的剖面圖。
圖3是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的第一應用例之自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成結晶質氧化物的剖面圖，(b)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(c)是表示積層閘極絕緣膜、阻絕層及閘極電極的剖面圖，(d)是表示形成閘極電極的剖面圖。
圖4是用以說明本發明之一實施形態的場效型薄膜電晶體的第二應用例之自我整合的要部概略圖，(a)是表示形成閘極電極的剖面圖，(b)是表示積層閘極絕緣膜，形成有結晶質氧化物的剖面圖，(c)是積層阻絕層、源極電極及汲極電極的剖面圖，(d)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖。
圖5是表示製作成膜例1及成膜例2的結晶質氧化物的濺射裝置的概略圖。
圖6是表示成膜例1的結晶質氧化物的結晶化溫度與電子載流子濃度的圖表。
圖7是表示成膜例1的結晶質氧化物的電子載流子濃 度與電子移動度的圖表。
圖8是表示成膜例2的結晶質氧化物的添加物的原子比與電阻率的圖表。
圖9是表示製作例1的場效型薄膜電晶體的電流-電壓特性的圖表。
圖10是用以說明本發明的第一實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
圖11是用以說明本發明的第一實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示被洗淨的基板的剖面圖，(b)是表示形成活性層的剖面圖，(c)是表示形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(d)是表示積層閘極絕緣膜的剖面圖，(e)是表示形成閘極電極的剖面圖。
圖12是用以說明本發明的第二實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
圖13是用以說明本發明的第二實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示被洗淨的基板的剖面圖，(b)是表示形成活性層之非晶質的氧化物所被成膜的剖面圖，(C)是表示形成有活性層的結晶質氧化物的剖面圖，(d)是表示形成源極電極及汲極電極的剖面圖，(e)是表示積層閘極絕緣膜的剖面圖，(f)是表示形成閘極電極的剖面圖。
圖14是用以說明本發明的第三實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法的概略流程圖。
圖15是用以說明本發明的第三實施形態的場效型薄膜電晶體的製造方法之要部的概略圖，(a)是表示形成閘極電極及閘極絕緣膜的基板的剖面圖，(b)是表示成膜有活性層及導電體層，且形成有半色調光罩的阻絕層之剖面圖，(c)是表示活性層及導電體層會被蝕刻，再形成阻絕層的剖面圖，(d)是形成源極電極及汲極電極的剖面圖。
圖16是表示製作成膜例3及成膜例4的結晶質氧化物的濺射裝置的概略圖。
圖17是表示成膜例3的結晶質氧化物的結晶化溫度與電子載流子濃度的圖表。
圖18是表示成膜例3的結晶質氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的圖表。
圖19是表示成膜例4的結晶質氧化物的添加物的原子比與電阻率的圖表。
圖20是表示製作例2的場效型薄膜電晶體的電流-電壓特性的圖表。
1001‧‧‧場效型薄膜電晶體(TFT)
1010‧‧‧透明的玻璃基板
1021‧‧‧結晶質氧化物
1022‧‧‧源極電極
1023‧‧‧汲極電極
1024‧‧‧閘極絕緣膜
1025‧‧‧閘極電極

Claims (29)

  1. 一種場效型電晶體，係具備閘極電極、活性層、源極電極及汲極電極的場效型電晶體，其特徵為：上述活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物，且上述閘極電極、上述源極電極及汲極電極係自我整合，上述結晶質氧化物係具有方鐵錳礦構造，且為多結晶。
  2. 如申請專利範圍第1項之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物含正二價元素。
  3. 如申請專利範圍第2項之場效型電晶體，其中，上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物為：至少若使上述正二價元素的原子數(=[M2])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M2]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物含與上述銦相異的正三價元素。
  6. 如申請專利範圍第5項之場效型電晶體，其中，上 述正三價元素為B、Al、Ga、Sc、Y及鑭系元素的其中至少一個以上的元素。
  7. 如申請專利範圍第5項之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物為：至少若使上述正三價元素的原子數(=[M3])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M3]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
  8. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物為非縮退半導體。
  9. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之場效型電晶體，其中，上述結晶質氧化物為具有PAN耐性。
  10. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之場效型電晶體，其中，上述場效型電晶體為頂閘型電晶體，上述閘極電極係以形成於透明基板上的上述源極電極及汲極電極的圖案作為光罩來形成。
  11. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之場效型電晶體，其中，上述場效型電晶體為底閘型電晶體，上述源極電極及汲極電極係以形成於透明基板上的上述閘極電極的圖案作為光罩來形成。
  12. 一種場效型電晶體的製造方法，係活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物，上述結晶質氧化物係具有方鐵錳礦構造及多結晶構造之申 請專利範圍第1項所記載之場效型電晶體的製造方法，其特徵為具有：在含氧及/或水的氣氛中形成上述結晶質氧化物之活性層形成工程。
  13. 如申請專利範圍第12項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述含氧及/或水的氣氛係包含分子狀氧、臭氧氣體、氧化氮氣體、含氧自由基、原子狀氧、氧離子、氧自由基、水蒸氣及氫氧化離子的其中至少一個。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物的成膜溫度為150℃以上350℃以下。
  15. 如申請專利範圍第12或13項之場效型電晶體的製造方法，其中，在上述活性層形成工程中，使用濺射法。
  16. 一種場效型電晶體的製造方法，係活性層為使用含有銦，電子載體濃度為1018 /cm3 未滿的結晶質氧化物，上述結晶質氧化物係具有方鐵錳礦構造及多結晶構造之申請專利範圍第1項所記載之場效型電晶體的製造方法，其特徵係具有：形成上述活性層的非晶質的氧化物薄膜之薄膜形成工程；及使上述非晶質的氧化物結晶化而成為上述結晶質氧化物之結晶化工程。
  17. 如申請專利範圍第16項之場效型電晶體的製造方 法，其中，在上述結晶化工程中，進行加熱處理及/或含氧電漿的照射處理。
  18. 如申請專利範圍第16項之場效型電晶體的製造方法，其中，在上述結晶化工程中，進行加熱處理，該加熱處理的溫度為150℃以上350℃以下。
  19. 如申請專利範圍第16~18項中任一項所記載之場效型電晶體的製造方法，其中，上述薄膜形成工程及結晶化工程的至少一個係於含氧及/或水的氣氛中進行，上述含氧及/或水的氣氛係包含分子狀氧、臭氧氣體、氧化氮氣體、含氧自由基、原子狀氧、氧離子、氧自由基、水蒸氣及氫氧化離子的其中至少一個。
  20. 如申請專利範圍第16~18項中任一項所記載之場效型電晶體的製造方法，其中，在上述薄膜形成工程中，使用濺射法。
  21. 如申請專利範圍第12、13、16、17或18項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物係含正二價元素。
  22. 如申請專利範圍第21項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述正二價元素為Zn、Mg、Ni、Co及Cu的其中至少一個以上的元素。
  23. 如申請專利範圍第21項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物為：至少若使上述正二價元素的原子數(=[M2])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M2]/[A]))變化，則對上 述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
  24. 如申請專利範圍第12、13、16、17或18項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物係含與上述銦相異的正三價元素。
  25. 如申請專利範圍第24項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述正三價元素為B、Al、Ga、Sc、Y及鑭系元素的其中至少一個以上的元素。
  26. 如申請專利範圍第24項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物為：至少若使上述正三價元素的原子數(=[M3])對上述結晶質氧化物中所含的全金屬元素的原子數(=[A])之原子比(=[M3]/[A]))變化，則對上述結晶質氧化物的電子載體濃度之電子移動度會在所定的範圍中，隨著上述電子載體濃度的増加而成對數的比例増加之結晶質氧化物。
  27. 如申請專利範圍第12、13、16、17或18項之場效型電晶體的製造方法，其中，對形成上述活性層的基板進行，在臭氧氣氛中之紫外線的照射處理、電漿的照射處理、及含過氧化氫的洗淨液之洗淨處理的其中至少一個的處理。
  28. 如申請專利範圍第12、13、16、17或18項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物為非縮退半導體。
  29. 如申請專利範圍第12、13、16、17或18項之場效型電晶體的製造方法，其中，上述結晶質氧化物為具有PAN耐性。
TW097111999A 2007-04-05 2008-04-02 Field-effect transistor and field-effect transistor manufacturing method TWI427795B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007099695 2007-04-05
JP2007111320 2007-04-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200908333A TW200908333A (en) 2009-02-16
TWI427795B true TWI427795B (zh) 2014-02-21

Family

ID=39863648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097111999A TWI427795B (zh) 2007-04-05 2008-04-02 Field-effect transistor and field-effect transistor manufacturing method

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8530891B2 (zh)
JP (1) JP5466940B2 (zh)
TW (1) TWI427795B (zh)
WO (1) WO2008126492A1 (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612130B1 (ko) * 2007-03-20 2016-04-12 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 스퍼터링 타겟, 산화물 반도체막 및 반도체 디바이스
KR101667909B1 (ko) * 2008-10-24 2016-10-28 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체장치의 제조방법
US8741702B2 (en) * 2008-10-24 2014-06-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
KR101631454B1 (ko) * 2008-10-31 2016-06-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 논리회로
KR101671660B1 (ko) * 2008-11-21 2016-11-01 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 표시 장치 및 전자 기기
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
JP2010219214A (ja) * 2009-03-16 2010-09-30 Idemitsu Kosan Co Ltd 半導体薄膜の製造方法、及び該半導体薄膜を備える薄膜トランジスタ
US7977151B2 (en) * 2009-04-21 2011-07-12 Cbrite Inc. Double self-aligned metal oxide TFT
JP2011066070A (ja) * 2009-09-15 2011-03-31 Idemitsu Kosan Co Ltd 多結晶薄膜、その成膜方法、及び薄膜トランジスタ
WO2011055769A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor element and semiconductor device, and deposition apparatus
KR101329849B1 (ko) * 2009-11-28 2013-11-14 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR101943109B1 (ko) 2009-12-04 2019-01-28 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제조 방법
WO2011068028A1 (en) 2009-12-04 2011-06-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor element, semiconductor device, and method for manufacturing the same
CN104795323B (zh) * 2009-12-04 2017-12-29 株式会社半导体能源研究所 半导体装置及其制造方法
KR102450889B1 (ko) 2009-12-04 2022-10-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
KR102712211B1 (ko) * 2009-12-25 2024-10-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 메모리 장치, 반도체 장치, 및 전자 장치
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
JP5685107B2 (ja) * 2010-02-26 2015-03-18 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
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
JP5414632B2 (ja) * 2010-06-30 2014-02-12 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット
KR20180135118A (ko) * 2010-07-02 2018-12-19 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제작 방법
US8748224B2 (en) * 2010-08-16 2014-06-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of semiconductor device
US8871565B2 (en) * 2010-09-13 2014-10-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
KR101774256B1 (ko) * 2010-11-15 2017-09-05 삼성디스플레이 주식회사 산화물 반도체 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP5189674B2 (ja) * 2010-12-28 2013-04-24 出光興産株式会社 酸化物半導体薄膜層を有する積層構造、積層構造の製造方法、薄膜トランジスタ及び表示装置
TWI570809B (zh) 2011-01-12 2017-02-11 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
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
US8686416B2 (en) * 2011-03-25 2014-04-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide semiconductor film and semiconductor device
GB2489682B (en) 2011-03-30 2015-11-04 Pragmatic Printing Ltd Electronic device and its method of manufacture
US9960278B2 (en) * 2011-04-06 2018-05-01 Yuhei Sato Manufacturing method of semiconductor device
GB201202544D0 (en) * 2012-02-14 2012-03-28 Pragmatic Printing Ltd Electronic devices
GB2522565B (en) 2011-06-27 2016-02-03 Pragmatic Printing Ltd Transistor and its method of manufacture
US9318506B2 (en) 2011-07-08 2016-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6284710B2 (ja) * 2012-10-18 2018-02-28 出光興産株式会社 スパッタリングターゲット、酸化物半導体薄膜及びそれらの製造方法
JP6152348B2 (ja) * 2013-01-11 2017-06-21 株式会社神戸製鋼所 酸化物半導体薄膜の評価方法及び酸化物半導体薄膜の品質管理方法
CN103560088B (zh) * 2013-11-05 2016-01-06 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板的制作方法
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
JP6851166B2 (ja) 2015-10-12 2021-03-31 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
US10170635B2 (en) 2015-12-09 2019-01-01 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor device, display device, display apparatus, and system
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

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060110867A1 (en) * 2004-11-10 2006-05-25 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor manufacturing method
US7061014B2 (en) * 2001-11-05 2006-06-13 Japan Science And Technology Agency Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4170454B2 (ja) 1998-07-24 2008-10-22 Ｈｏｙａ株式会社 透明導電性酸化物薄膜を有する物品及びその製造方法
JP2003298062A (ja) 2002-03-29 2003-10-17 Sharp Corp 薄膜トランジスタ及びその製造方法
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
US7297977B2 (en) * 2004-03-12 2007-11-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Semiconductor device
US7211825B2 (en) * 2004-06-14 2007-05-01 Yi-Chi Shih Indium oxide-based thin film transistors and circuits
JP5126730B2 (ja) 2004-11-10 2013-01-23 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタの製造方法
JP5118810B2 (ja) * 2004-11-10 2013-01-16 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタ
JP4375560B2 (ja) 2004-12-07 2009-12-02 セイコーエプソン株式会社 トランジスタ型強誘電体メモリの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061014B2 (en) * 2001-11-05 2006-06-13 Japan Science And Technology Agency Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
US20060110867A1 (en) * 2004-11-10 2006-05-25 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008126492A1 (ja) 2008-10-23
TW200908333A (en) 2009-02-16
US20100117071A1 (en) 2010-05-13
JPWO2008126492A1 (ja) 2010-07-22
JP5466940B2 (ja) 2014-04-09
US8530891B2 (en) 2013-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI427795B (zh) Field-effect transistor and field-effect transistor manufacturing method
US8748879B2 (en) Semiconductor device, thin film transistor and a method for producing the same
US8668849B2 (en) Sputtering target, oxide semiconductor film and semiconductor device
JP6231880B2 (ja) 薄膜トランジスタ
US8158974B2 (en) Semiconductor device, polycrystalline semiconductor thin film, process for producing polycrystalline semiconductor thin film, field effect transistor, and process for producing field effect transistor
JP5118810B2 (ja) 電界効果型トランジスタ
RU2358355C2 (ru) Полевой транзистор
TWI400806B (zh) A semiconductor thin film, and a method for manufacturing the same, and a thin film transistor
JP5138163B2 (ja) 電界効果型トランジスタ
JP5337849B2 (ja) 非晶質酸化物、及び電界効果型トランジスタ
JP5780902B2 (ja) 半導体薄膜、薄膜トランジスタ及びその製造方法
KR20080074888A (ko) 반도체 박막, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터
JP5437776B2 (ja) 酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタおよびその製造方法
JP2015032655A (ja) 薄膜トランジスタ
JP5523897B2 (ja) 薄膜トランジスタおよびその製造方法
KR20090119446A (ko) 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법