TWI601214B - 氧氮化物半導體薄膜與其製造方法，及薄膜電晶體 - Google Patents
氧氮化物半導體薄膜與其製造方法，及薄膜電晶體 Download PDFInfo
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Description
本發明是有關薄膜電晶體，尤其是其通道層材料的氧氮化物半導體薄膜及其製造方法。
薄膜電晶體(Thin Film Transistor：簡稱TFT)是電場效應電晶體(Field Effect Transistor：簡稱FET)的一種。TFT是以具備閘端子、源端子及汲端子之三個端子元件作為基本構成，係將在基板上成膜之半導體薄膜使用作為可使電子或電洞移動的通道層，在閘端子上外加電壓而控制在通道層中流動之電流，具有可開關源端子與汲端子間之電流的機能之主動元件。目前，已在廣泛使用多晶聚矽氧膜或非晶聚矽氧膜作為TFT之通道層。
其中，非晶聚矽氧膜，係可能在大面積的第10代玻璃基板均勻成膜，而已廣泛的利用作為液晶面板用TFT之通道層。不過，作為載體的電子之移動度(載體移動度)偏低，為1cm2/V秒以下，故難以正式適用於高精密面板用TFT。即，隨著液晶之高精密化而有TFT的高
速驅動之要求，為實現這樣的TFT之高速驅動時，必須在通道層上使用可顯示載體移動度高於非晶聚矽氧膜之載體移動度1cm2/V秒的半導體薄膜。
相對於此，多晶聚矽氧膜，因可顯示100cm2/V秒程度的高載體移動度，故具有作為高精密面板用TFT之通道層材料的充分特性。不過，多晶聚矽氧膜，由於可因結晶粒界而使載體移動度降低，故缺乏基板之面內均勻性，而有產生TFT之特性變異的問題。又，在多晶聚矽氧膜的製程中，以300℃以下的比較低溫形成非晶聚矽氧膜之後，使此膜經退火處理步驟而結晶化。此退火處理步驟，由於是適用準分子雷射退火等特殊的步驟，故需要高額的操作成本。此外，由於對應的玻璃基板之大小仍困在第5代程度，而限制成本的降低，也使製品推展有限。
如此的，TFT的通道層材料，目前是要求兼具非晶聚矽氧膜與多晶聚矽氧膜之優異特性，且以低成本獲得的材料。例如，在日本特開2010-219538號公報中的提案，係以氣相成膜法成膜，由In(銦)、Ga(鎵)、Zn(鋅)及O(氧)構成、不添加不純物離子、載體移動度高於1cm2/V秒，且載體濃度為1016/cm3以下之透明非晶氧化物薄膜。
然而，在日本特開2010-219538號公報中的提案，以所謂濺鍍法或脈衝雷射蒸鍍法的氣相成膜法成膜之a-IGZO膜，雖然可顯示大約1cm2/V秒至10cm2/V秒的範圍之比較高的載體移動度，但肇因於非晶氧化物薄
膜本來就容易造成氧缺陷，及相對於熱等外在因素而致載體的電子之行為並不穩定，而造成TFT等元件的動作經常不穩定的問題。
另外，已有人指出：在非晶膜上特有的以可見光照射下將負偏壓連續的外加在TFT元件上時，將使閾值電壓轉移到負面上的現象(光負偏壓劣化現象)之發生，在液晶等顯示器用途中造成嚴重的問題。
另一方面，在日本特開2008-192721號公報中，是以不需要高溫步驟即可能製作對高分子基材的元件，可以低成本獲得達成高性能且高信賴度的薄膜電晶體為目的，而提議經Sn(錫)、Ti(鈦)、W(鎢)的任一種摻雜之In2O3(氧化銦)膜，或經W與鋅及/或Sn摻雜之In2O3膜。若依照日本特開2008-192721號公報，因此等非晶In2O3膜可適用於通道層上，故可能使TFT元件之載體移動度成為5cm2/V秒以上。
又，在日本特開2010-251604號公報中的提案，係將經Sn、Ti、W及Zn之1種或2種以上摻雜的In2O3之燒結體作為靶材，以無加熱的濺鍍法成膜之後，藉由150℃至300℃進行10分鐘至120分鐘之熱處理而可獲得的非晶In2O3膜。若依照日本特開2010-251604號公報，可藉由這樣的熱處理，就在維持所謂兼具高載體移動度與非晶性的特徵時，因比較容易的控制而獲得穩定性優異之In2O3膜。
同樣的，在日本特開2011-58012號公報中
之提案，係含有In、Ga、Zn、O及N(氮)，N之濃度控制在1×1020原子/cc以上1×1022原子/cc以下的穩定性優異之非晶In2O3膜。
不過，由於此等文獻中所述之In2O3膜均是非晶膜，故有未能根本解決容易造成氧缺陷、對於熱等外在因素的不穩定的問題，或產生光負偏壓劣化現象的問題。又，在考量使用作為高精密面板用TFT用之通道層材料時，希望可達成更高的載體移動度。
相對於此，在非專利文獻1中的提案，係將經Ga摻雜的In2O3之燒結體作為靶材，以濺鍍法使非晶膜成膜之後，以300℃熱處理1小時，使其結晶化後可獲得經Ga摻雜的非晶In2O3膜。此膜雖然具有高載體移動度，但因氧缺陷的控制不易，使載體濃度高達1×1017cm-3，故難以獲得具有穩定特性的TFT元件。
又，在日本特開2009-275236號公報中之提案，係含有Zn與In或Ga等添加元素、N/(N+O)表示的N之原子組成比率為7原子%以上不到100原子%的氧氮化物半導體薄膜。此氧氮化物半導體薄膜，係在氣相中導入含有N(氮)原子之原料氣體或利用自由基源照射N自由基之後，以濺鍍法或蒸鍍法成膜，或在成膜後，任意的以150℃至450℃的溫度熱處理而形成。若依照日本特開2009-275236號公報，此氧氮化物半導體薄膜是六方晶結構，且具有高達10cm2/V秒至30cm2/V秒的高載體移動度與優異之穩定性。但是，載體濃度大約是高達1×1018cm-3左右。
(專利文獻)
專利文獻1 日本特開2010-219538號公報
專利文獻2 日本特開2008-192721號公報
專利文獻3 日本特開2010-251604號公報
專利文獻4 日本特開2011-58012號公報
專利文獻5 日本特開2009-275236號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1 Applied Physics Express5 (2012) 011
本發明的目的是：消除聚矽氧半導體薄膜或氧化物半導體薄膜具有的問題，藉由氧氮化物結晶質薄膜，提供具備低載體濃度及高載體移動度、適合作為薄膜電晶體(TFT)之通道層的半導體薄膜。
本發明之氧氮化物半導體薄膜，其特徵在於：係由含有In、O及N的結晶質之氧氮化物半導體形成，或是由含有In、O、N及添加元素M(M是選自Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y及稀土類元素之1種以上的元素)之結晶質的氧氮化物半導體形成，載體濃度為1×1017cm-3以下，且載體移動度為5cm2/V秒以上。
前述氧氮化物半導體中的N之含量，係以3×1020原子/cm3以上、未達1×1022原子/cm3為佳。
前述氧氮化物半導體之結晶結構，係由紅綠柱石(bixbite)型結構之In2O3構成，且以N原子固熔於In2O3相中為佳。
前述添加元素M之含量，係以M/(In+M)原子數比超過0且在0.20以下為佳。
前述載體移動度，係以15cm2/V秒以上為佳，並以25cm2/V秒以上更佳。
氧氮化物半導體之膜厚，係以15nm至200nm為佳，並以40nm至100nm更佳。
這樣的結晶質之氧氮化物半導體薄膜，係可將含有In、O及N的非晶質之氧氮化物半導體薄膜，或是由含有In、O、N及添加元素M(M是選自Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y及稀土類元素之1種以上的元素)之非晶質的氧氮化物半導體薄膜，藉由加熱溫度200℃以上、加熱時間1分鐘至120分鐘的退火處理而得。
又，本發明的薄膜電晶體，其特徵在於：係具備源極電極、汲極電極、閘極電極、通道層及閘絕緣膜之薄膜電晶體，通道層是由本發明之氧氮化物半導體薄膜構成。
本發明的氧氮化物半導體薄膜，係氧氮化物結晶質薄膜，具有1×1017cm-3以下的低載體濃度與5cm2/V秒以上的高載體移動度。此外，本發明的氧氮化物半導體薄膜，不具有在習知的氧化物半導體薄膜、尤其是非
晶氧化物半導體中會成為問題的容易生成氧缺陷、相對於熱等外在因素的不穩定、或容易產生光負偏壓劣化現象的缺陷。
又，根據本發明，可以藉由400℃以下的退火處理，使由預定的組成的氧氮化物形成之非晶質薄膜轉換成具有高結晶性之結晶質之氧氮化物薄膜。
並且，藉由將本發明之氧氮化物半導體薄膜使用作為通道層材料，可以低成本實現TFT之特性提昇。因此，本發明於工業上極為有用。
1‧‧‧閘極電極
2‧‧‧閘絕緣膜
3‧‧‧通道層
4‧‧‧源極電極
5‧‧‧汲極電極
第1圖係本發明的TFT元件之截面示意圖。
本發明人等，對於氧化物半導體薄膜之替代材料已進行深入的探討。具體上，係對於可由濺鍍(sputtering)法獲得的以In為主成份之氧氮化物半導體薄膜，重複進行以施予退火處理而形成結晶質氧氮化物半導體薄膜的實驗。此時，係對於可使結晶質的氧氮化物半導體薄膜一方面抑制載體濃度，一方面顯現高載體移動度之條件，進行詳細的探討。其結果是，本發明人等獲得可適用作為薄膜電晶體(TFT)之通道材料的見解，其是對於In、O及N或是在此等中加入設定的添加元素之非晶質氧氮化物半導體薄膜，進行預定條件的退火處理從而獲得之結晶質氧氮化物半導體薄膜，其具有5cm2/V秒以上的高
載體移動度，同時顯示1×1017cm-3的低載體濃度。本發明是基於此見解而完成之發明。
以下，詳細地說明本發明之氧氮化物半導體薄膜，及使用此氧氮化物半導體薄膜作為通道層材料的薄膜電晶體(TFT)。
1.氧氮化物半導體薄膜
(1)組成
本發明的氧氮化物半導體，係由含有In、O及N，或是在此等中加入設定的添加元素M之氧氮化物半導體形成。
一般而言，以In為主成份的結晶質氧化物半導體薄膜，由於容易產生氧缺陷，並將此氧缺陷做為主要的載體源，故載體濃度有變高的傾向。不過，在本發明中，係藉由添加N而形成氧氮化物半導體薄膜，可使因藉由作為接受體動作之N而生成的電洞中和因氧缺陷而產生的作為載體之電子，結果可以抑制載體濃度。
氧氮化物半導體薄膜中的N之含量，係3×1020原子/cm3以上、不到1×1022原子/cm3，並以5×1020原子/cm3以上8×1021原子/cm3以下為佳，而以8×1020原子/cm3以上6×1021原子/cm3以下更佳。如N之含量不到3×1020原子/cm3時，不能充分獲得上述效果。另一方面，即便使N之含量為1×1022原子/cm3以上時，也不能期望有更高的效果。又，由於使結晶化溫度變得過高，故即使以400℃以上的高溫進行退火處理，也難以獲得結晶質的
氧氮化物半導體薄膜。
本發明的氧氮化物半導體薄膜，除了In、O及N之外，也可含有添加元素M，其中，該添加元素一方面，可抑制載體移動度的下降，一方面係作為載體源而使載體源濃度不會提高至必要以上，而主導對於氧缺陷之發生之抑制作用。具體上，可含有選自Zn、Ga、Ti、Si(矽)、Ge(鍺)、Sn、W、Mg(鎂)、Al(鋁)、Y(釔)，以及以La(鑭)或Sn(鈧)為代表的稀土類金屬之1種以上的元素。又，對於稀土類元素，以La或Sn等為代表的3價元素因不易成為離子化不純物散亂因素，故可適用作為添加元素。
含有添加元素M時，其含量以M/(In+M)原子數比計時，係以超過0且在0.20以下為佳，並以0.05以上0.15以下更佳，而以0.08以上0.12以下又更佳。如M之含量以M/(In+M)原子數比超過0.20時，將使氧氮化物半導體中的In之比率降低，而不能使載體移動度成為5cm2/V秒以上。但，在使用Zn作為添加元素M時，由於結晶結構容易形成六方晶結構，其含量宜為0.10以下，並以0.05以下更佳。
(2)結晶結構
在本發明的氧氮化物半導體薄膜中，只要是結晶質，對於結晶結構雖然無特別的限制，但宜由紅綠柱石型結構的In2O3相構成，且N原子是固熔於In2O3相中。尤其是，宜在In2O3相之氧側上使N原子的全部或是部份取代，或
在In2O3相之結晶格間使N原子的全部或是部份侵入。在紅綠柱石型結構的In2O3相中，已形成由In與O形成之InO6八面體結構，肇因於相隣的InO6八面體結構共有稜線，而使In-In之間的距離變短，使成為載體之電子的軌道之重疊變大。所以，藉由使氧氮化物半導體薄膜成為具備此種結晶結構者，故可使載體移動度提昇。
此處，所謂由紅綠柱石型結構的In2O3相構成並非僅由紅綠柱石型結構之In2O3相構成的情形，除了紅綠柱石型結構的In2O3相之外，也包含在此結晶結構不崩壞的範圍下存在異相的情形。又，氧氮化物半導體薄膜之結晶結構，可由X線繞射測定而確定。
(3)膜厚
本發明的氧氮化物半導體薄膜之膜厚，宜控制在15nm至200nm，並以30nm至150nm更佳，而以40nm至100nm的範圍又更佳。又，膜厚可藉由表面形狀測定裝置測定。
一般來說，半導體薄膜大多是在玻璃基板上形成。即，係使結晶質的氧氮化物半導體薄膜在非晶質的基板上形成。所以，本發明的氧氮化物半導體薄膜中，如膜厚不到15nm時，因為基板的影響，即使以400℃左右的高溫進行退火處理，也有不能使前驅體的氧氮化物非晶薄膜結晶化的情形。即便可使此氧氮化物非晶薄膜結晶化，也難以使該結晶性為充分者。基板為非晶質而對氧氮化物半導體之結晶性的影響，可藉由使膜厚成為30nm以上而更減輕，也可能藉由使其成為40nm以上，而穩定的
排除該影響。但是，如考量成本面時，宜使膜厚的上限值為200nm以下，並以150nm以下更佳，而以100nm以下又更佳。
又，藉由將膜厚控制在100nm附近，使氧氮化物半導體薄膜在玻璃基板上形成時，可期望藉由光學性干擾而提高藍光之透過率。因此，在將本發明的氧氮化物半導體薄膜應用於透明TFT時，宜將膜厚調整至100nm附近。
(4)特性
本發明的氧氮化物半導體薄膜，係由In、O及N，或在此等中加入設定的添加元素M之氧氮化物形成，以結晶質構成。因此，應用本發明的氧氮化物半導體薄膜之TFT元件，對於熱等外在因素具有高穩定性，且不具有產生光負偏壓劣化現象的缺陷。
在本發明的氧氮化物半導體薄膜中，載體濃度必須控制在1×1017cm-3以下，並以8×1016cm-3以下為佳，而以5×1016cm-3以下更佳。如載體濃度超過1×1017cm-3時，由於難以實現高on/off(開/關)比，故不能應用作為有高速驅動要求之TFT的通道層之材料。此處，on/off比，係指通電狀態與斷電狀態中的電流值之比。
另一方面，載體移動度必須控制在5cm2/V秒以上。如載體移動度不到5cm2/V秒時，將難以確保TFT的高畫素控制性能。尤其在考量應用於高精密液晶面板用之TFT時，必須將載體移動度控制在15cm2/V秒以上為
佳，並以控制在25cm2/V秒以上更佳。
又，載體濃度及載體移動度，可藉由電洞效果測定裝置，以測定氧氮化物半導體薄膜之電洞效果而求得。
如此，由於載體濃度及載體移動度被控制成上述範圍中，故本發明的氧氮化物半導體薄膜不僅可適用作為載體濃度之要求比氧化物透明導電膜還低2位至4位數之通道層材料，也因其高載體移動度，故可能確保TFT的高畫素控制性能。
又，本發明的氧氮化物半導體薄膜，可藉由濕式蝕刻或乾式蝕刻而容易的進行在TFT等用途中必要的微細加工容易的進行。例如，首先形成非晶質膜，然後藉由以結晶化溫度以上進行退火處理使氧氮化物半導體薄膜結晶化，而製造本發明的氧氮化物半導體薄膜時，可在非晶質膜的形成後進行使用弱酸的濕式蝕刻加工。此時，雖然只要使用弱酸即無特別的限定，但是以草酸為主成份之弱酸為佳。具體上，可使用關東化學株式會社製的透明導電膜蝕刻液(ITO-06N)等。另一方面，在乾式蝕刻時，對於氧氮化物半導體薄膜，可使用適當的蝕刻氣體進行加工。
2.氧氮化物半導體薄膜的製造方法
如上述，本發明的氧氮化物半導體薄膜必須是結晶質。作為獲得這種結晶質薄膜的方法，可舉出將成膜時的基板溫度設為結晶化溫度以上之成膜方法、及以不到結晶
化溫度使非晶膜成膜之後，藉由退火處理等而結晶化的方法。在本發明中，雖然可採用任何的方法，但因藉由對於非晶膜進行退火處理，可有效率地消除氧缺陷，故就獲得低載體濃度而言，係以採用後者的方法有利。因此，以下對於以後者的方法製造本發明的氧氮化物半導體薄膜之方法說明。
(1)成膜步驟
(基板)
可使用玻璃基板或Si(矽)等半導體元件用基板，作為使本發明的氧氮化物半導體薄膜成膜之基板。又，即使是此等基板以外的基板，只要是可耐受成膜時或退火處理時的溫度者，也可使用樹脂板或樹脂薄膜等。
(原材料)
可使用氧化物燒結體或氧氮化物燒結體作為原材料。但，如在原材料上使用氧化物燒結體時，於後述的成膜時之周圍環境氣體中，必須含有N。
成為原材料的氧化物燒結體或氧氮化物燒結體之金屬元素的組成比，雖然可配合成膜條件而適宜的設定，但通常是以與構成目的之氧氮化物半導體薄膜的金屬元素之組成比相同為佳。
(成膜條件)
欲使本發明的氧氮化物半導體薄膜成膜之方法，並無特別的限定，可使用濺鍍法、離子鍍膜法或外延成長法等。
此等方法之中，係以使用成膜時之熱影響少、可高速成膜的直流濺鍍法為佳。
例如，在以濺鍍法使氧氮化物半導體薄膜成膜時，係藉由真空排氣將濺鍍裝置的室內壓力成為2×10-4Pa之後，導入由Ar(氬)、O2及N2形成之混合氣體，將氣體壓力調整至0.1Pa至1Pa，並以0.2Pa至0.8Pa為佳，而以0.2Pa至0.5Pa更佳，同時將靶材-基板間距離調整成10nm至100nm，並以40nm至70nm的範圍為佳。接著，外加相對於靶材面積之直流電力，使直流電力密度成為1W/cm2至3W/cm2程度的範圍之直流電力，使產生直流電漿，進行5分鐘至30分鐘的預濺鍍之後，視需要而修正基板位置之後，也可使用相同的條件進行濺鍍。
成膜時的基板溫度，如膜厚為15nm至70nm的範圍時，宜設在200℃以下，如膜厚為70nm至200nm的範圍時，宜設在100℃以下。任何情況均以設在室溫至100℃的範圍更佳。
如以氧氮化物燒結體為靶材時，可使用由惰性氣體與O2形成之混合氣體作為濺鍍氣體，並以使用由Ar與O2形成之混合氣體為佳。相對於此，如以氧化物燒結體為靶材時，可使用由惰性氣體、O2及N2形成之混合氣體，並以使用由Ar、O2及N2形成之混合氣體為佳。
濺鍍氣體中的O2濃度，必須配合濺鍍條件而適宜的調整，尤其是直流電力密度。例如，將直流電力密度控制在1W/cm2至3W/cm2的範圍而進行濺鍍時，O2
濃度宜控制在0.1體積%至10體積%的範圍，並以0.5體積%至8.0體積%的範圍更佳，而以1.0體積%至5.0體積%的範圍又更佳。如O2濃度不到0.1體積%時，有可能產生氧缺陷，使載體濃度變高。另一方面，如超過10體積%時，將使成膜速度大幅降低。
又，如使用由惰性氣體、O2及N2形成之混合氣體作為濺鍍氣體時，濺鍍氣體中的N2濃度，也是同樣的必須配合直流電力等濺鍍條件而適宜的調整。例如，將直流電力密度控制在上述範圍而進行濺鍍時，宜將N2濃度控制在0.4體積%以上、不到6.0體積%，並以0.5體積%以上5.7體積%以下更佳，而以1.0體積%以上5.0體積%以下又更佳。如N2濃度不到0.4體積%時，可能有不能獲得已固熔足夠量的N之氧氮化物半導體薄膜之虞。另一方面，如N2濃度為6.0體積%以上時，則不僅使成膜速度大幅降低，也將因氧氮化物半導體薄膜中的N之含量增加，而使結晶化溫度變高，即使以400℃以上的退火處理，也難以獲得結晶質的氧氮化物半導體薄膜。
(2)退火步驟
如上述，在本發明之氧氮化物半導體薄膜的製造方法中，使非晶質的氧氮化物半導體薄膜成膜之後，必須藉由退火處理之進行，使此氧氮化物半導體薄膜結晶化。
退火處理時的加熱溫度必須是200℃以上，並以250℃以上為佳，而以300℃以上更佳。如加熱溫度不到200℃時，將不能使氧氮化物半導體薄膜充分的結
晶化。又，加熱溫度之上限雖然無特別的限制，但在考量產率時，係以400℃以下為佳。
處理時間是設為1分鐘至120鐘，並以5分鐘至60分鐘為佳。如處理時間不到1分鐘時，將使所得的氧氮化物半導體薄膜不能充分的結晶化。另一方面，即使處理時間超過120分鐘時，也不能期望有更大的效果，而使產率惡化。
對於退火處理的周圍環境氣體，雖然無特別的限制，但如目的除了是使其結晶化以外，也欲使載體濃度減低時，係以含有O2之周圍環境氣體為佳，並以O2濃度成為20體積%以上更佳，而以在大氣中進行又更佳。
此等條件，係以配合退火處理中使用的退火爐之性能而適宜調整為佳，並以進行預備試驗再適宜調整更佳。
又，在日本特開2010-251604號公報中，係揭示如上述的以無加熱濺鍍法使通道層等成膜之後，以大氣中、150℃至300℃、10分鐘至120分鐘的條件進行退火處理後，就在保持非晶性下使非晶膜中的過量缺陷減少之技術。又，在其實施例中，對於以無加熱成膜之In-W-Zn-O膜(W=1wt%至10wt%)，係以大氣中、150℃進行30分鐘的退火處理。即，日本特開2010-251604號公報中所述之技術，係藉由添加相當量的可固熔於In2O3相中而提高結晶化溫度之元素後，在上述溫度範圍的退火處理中，可能保持氧化物半導體薄膜之非晶性的技術，此見解
與本發明有所差異。
又，在日本特開2009-275236號公報中，係將由濺鍍法或蒸鍍法所得的非晶氧氮化物半導體薄膜，藉由150℃至450℃的溫度退火處理後，轉換成具有與膜厚相同程度的結晶粒徑之六方晶結構的結晶質氧氮化物半導體薄膜。如此的在日本特開2009-275236號公報中所述之氧氮化物半導體薄膜，由於是以六方晶結構為基本，故結晶結構複雜的薄膜形成過程中容易產生氧缺陷，載體濃度的抑制效果較小，此與本發明有所差異。
3.TFT元件
本發明的薄膜電晶體(TFT)，其特徵在於：在通道層材料中應用本發明之氧氮化物半導體薄膜。TFT的結構並無限定，例如，可將第1圖中表示的構成之TFT元件為例。
第1圖的TFT元件，係在以熱氧化使表面上形成SiO2膜的SiO2/Si基板上，由本發明的氧氮化物半導體薄膜及Au/Ti積層電極所構成。此構成中，閘極電極1是由Si基板、閘極絕緣層2是由SiO2膜、通道層3是由本發明之氧氮化物半導體薄膜、源極電極4及汲極電極5是由Au/Ti積層電極所構成。
在第1圖的TFT元件中，雖然是使用SiO2/Si基板，但基板並不侷限於此基板，可使用從來即在使用的含有薄膜電晶體之電子元件的基板。例如，除了SiO2/Si基板或Si基板之外，也可使用無鹼玻璃、石英玻璃等玻璃基板。又，也可使用各種的金屬基板或塑膠基板、聚
醯亞胺等不透明的耐熱性高分子薄膜基板等。
在第1圖的TFT元件中，閘極電極1雖然是由Si基板構成，但並不侷限於此基板。例如，也可使用Mo(鉬)、Al、Ta(鉭)、Ti、Au(金)、Pt(白金)等金屬薄膜、此等金屬之導電性氧化物、氮化物薄膜或氧氮化物薄膜，或各種的導電性高分子材料。在透明TFT時，可使用氧化銦錫(ITO)等透明導電膜。另外，也可使用具有與本發明之氧氮化物半導體薄膜相同的金屬元素組成之氧氮化物半導體薄膜作為閘極電極1。在使用任何的材料時，在閘極電極1上，皆要求良好的導電性。具體上，閘極電極1之比電阻是以1×10-6Ω‧cm至1×10-1Ω‧cm的範圍為佳，並以1×10-6Ω‧cm至1×10-3Ω‧cm的範圍更佳。
又，閘極絕緣層2，係可使用SiO2、Y2O3、Ta2O5、Hf氧化物等金屬氧化物薄膜或SiNx等金屬氮化物薄膜，或以聚醯亞胺為首的絕緣性高分子材料等已知的材料。閘極絕緣層2之比電阻，係以1×106Ω‧cm至1×1015Ω‧cm的範圍為佳，並以1×1010Ω‧cm至1×1015Ω‧cm更佳。
通道層3之比電阻，雖然無特別的限制，但以控制在10-1Ω‧cm至106Ω‧cm為佳，並以控制在1Ω‧cm至103Ω‧cm更佳。又，在本發明之氧氮化物半導體薄膜中，因是依濺鍍法或離子鍍膜法中的成膜條件或結晶化的退火處理之條件的選擇，而可能調整氧缺陷的生成
量，故可比較容易控制比電阻。
與閘極電極1相同，源極電極4及汲極電極5是可使用Mo、Al、Ta、Ti、Au、Pt等金屬薄膜或此等金屬之合金薄膜、此等金屬之導電性氧化物、氮化物薄膜或氧氮化物薄膜，或各種的導電性高分子材料。在透明TFT時，可使用ITO等透明導電膜。並且，也可使用將此等薄膜積層化者。在此源極電極4或汲極電極5中，係要求良好的導電性。具體上，源極電極4及汲極電極5之比電阻，係以10-6Ω‧cm至10-1Ω‧cm的範圍為佳，並以10-6Ω‧cm至10-3Ω‧cm的範圍更佳。
4.TFT元件的製造方法
本發明之TFT元件的製造方法，可舉出在氧氮化物半導體薄膜之形成時，於低溫成膜後進行退火處理的方法為例說明。
首先，在高摻雜的n型Si晶圓基板之表面上，以熱氧化形成SiO2膜，作為SiO2/Si基板。使此基板保持在100℃以下之狀態下，在SiO2膜上，以直流磁控濺鍍法形成具有設定膜厚之非晶質氧氮化物半導體薄膜。又，此時的成膜條件，由於是與「2.氧氮化物半導體薄膜的製造方法」中說明的條件相同，故在此省略說明。又，在形成此非晶質薄膜時，可藉由經遮罩之後進行成膜，或藉由在形成非晶質薄膜後，利用光蝕刻技術等蝕刻，而形成具有所要求的通道長度及/或通道寬度之氧氮化物半導體薄膜。
其次，藉由對於此氧氮化物半導體薄膜進行退火處理作成結晶質之氧氮化物半導體薄膜。此退火處理的條件，也因與「2.氧氮化物半導體薄膜的製造方法」中說明之條件相同，故在此省略說明。
然後，在所得的結晶質之氧氮化物半導體薄膜(通道層)上，藉由施予遮罩後依序將膜厚5nm之Ti薄膜及膜厚100nm之Au薄膜積層，而形成源極及汲極，可得本發明之TFT元件。又，對於源極及汲極之形狀，也與通道層之形成相同，可採用在形成Ti薄膜及Au薄膜後，利用光蝕刻技術等蝕刻的方法。
(實施例)
以下，雖然是利用本發明之實施例更詳細的說明，但本發明係不被此等實施例侷限者。
(實施例1)
使用由僅以In2O3相構成的In2O3形成之氧化物燒結體作為濺鍍靶，進行氧氮化物半導體薄膜之成膜。
首先，將此濺鍍靶安裝在無弧抑制功能的直流磁涳濺鍍裝置(Tokki株式會社製，SPK503)之非磁性靶用陰極上。又，在基板上使用無鹼之玻璃基板(Corning公司製，EAGLE XG)。將靶-基板間距離固定在60nm，真空排氣至2×10-4Pa以下後，導入由Ar、O2及N2形成之混合氣體，使O2濃度成為1.5體積%、N2濃度成為1.5體積%，將氣體壓力調整至0.6Pa。
然後，外加直流電力300W(1.64W/cm2)
使產生直流電漿，進行成膜。具體上，在10分鐘的預濺鍍後，將基板配置在濺鍍靶之靜止相對位置上，不加熱基板而進行濺鍍。藉此，成膜為膜厚50nm之氧氮化物半導體薄膜。利用ICP發光分析裝置(株式會社日立高科技社製，SPS3520UV)，以ICP發光分光分析法測定所得的氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，可確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，利用X線繞射裝置(Panalytical公司製，X’ PertPRO MPD)，以X線繞射測定此氧氮化物半導體薄膜之結晶結構的結果，可確認此氧氮化物半導體薄膜是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以大氣中、300℃、30分鐘的條件，進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果可確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，利用二次離子質量分析裝置(Ulvac-phi株式會社製，PHI ADEPT1010)進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。又，二次離子質量分析測定是使用在In2O3薄膜中將N注入離子的標準試料而定量。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置(KLA-Tencor株式會社製，Alpha-Step IQ)，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞
效果測定裝置(株式會社東陽科技製，ResiTest8400)，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之電洞效果的結果，確認載體濃度是5×1016cm-3，載體移動度是29cm2/V秒。
(實施例2)
除了以大氣中、400℃進行30分鐘的退火處理以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果可確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1016cm-3，載體移動度是30cm2/V秒。
(實施例3)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度為1.4體積%、N2濃度為5.7體積%以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，可確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導
體薄膜，進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有5×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是8×1015cm-3，載體移動度是27cm2/V秒。
(實施例4)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度為1.4體積%、N2濃度為5.7體積%以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認
氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有5×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是4×1015cm-3，載體移動度是30cm2/V秒。
(實施例5)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄
膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是7×1014cm-3，載體移動度是28cm2/V秒。
(實施例6)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃
度是4×1014cm-3，載體移動度是30cm2/V秒。
(實施例7)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度為1.5體積%、N2濃度為0.5體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有4×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1015cm-3，載體移動度是28cm2/V秒。
(實施例8)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施
例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，除了將熱處理時間設為120分鐘以外，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1014cm-3，載體移動度是20cm2/V秒。
(實施例9)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是
與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，除了將熱處理時間設為60分鐘以外，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1014cm-3，載體移動度是27cm2/V秒。
(實施例10)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，除了
將熱處理時間設為5分鐘以外，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1014cm-3，載體移動度是30cm2/V秒。
(實施例11)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，除了將熱處理時間設為1分鐘以外，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜
是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1015cm-3，載體移動度是30cm2/V秒。
(實施例12)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度成為1.4體積%、N2濃度成為5.7體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄
膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1014cm-3，載體移動度是26cm2/V秒。
(實施例13)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度成為1.4體積%、N2濃度成為5.7體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃
度是3×1014cm-3，載體移動度是28cm2/V秒。
(實施例14)
除了使膜厚成為15nm以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為15nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1014cm-3，載體移動度是26cm2/V秒。
(實施例15)
除了使膜厚成為200nm以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化
物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為200nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1014cm-3，載體移動度是29cm2/V秒。
(實施例16)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga+Y)原子數比為0.10的Ga與以Y/(In+Ga+Y)原子數比為0.05的Y之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1014cm-3，載體移動度是27cm2/V秒。
(實施例17)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga+La)原子數比為0.10的Ga與以La/(In+Ga+La)原子數比為0.05的La之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認
氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1014cm-3，載體移動度是26cm2/V秒。
(實施例18)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.05的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄
膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是7×1014cm-3，載體移動度是29cm2/V秒。
(實施例19)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.08的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃
度是5×1014cm-3，載體移動度是29cm2/V秒。
(實施例20)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.12的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定的結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1014cm-3，載體移動度是27cm2/V秒。
(實施例21)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.15的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實
施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定含在此氧氮化物半導體薄膜中之金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定，結果確認此氧氮化物半導體薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1014cm-3，載體移動度是26cm2/V秒。
(實施例22)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.20的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶之外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體
薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1014cm-3，載體移動度是25cm2/V秒。
(實施例23)
除了使用在In2O3中含有以Zn/(In+Zn)原子數比為0.10的Zn之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認
氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1015cm-3，載體移動度是12cm2/V秒。
(實施例24)
除了使用在In2O3中含有以Ti/(In+Ti)原子數比為0.10的Ti之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄
膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1014cm-3，載體移動度是8cm2/V秒。
(實施例25)
除了使用在In2O3中含有以W/(In+W)原子數比為0.10的W之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃
度是7×1014cm-3，載體移動度是10cm2/V秒。
(實施例26)
除了使用在In2O3中含有以Mg/(In+Mg)原子數比為0.10的Mg之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定含在此氧氮化物半導體薄膜中之金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有9×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1015cm-3，載體移動度是8cm2/V秒。
(實施例27)
除了使用在In2O3中含有以Al/(In+Al)原子數比為0.10的Al之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例
1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是8×1014cm-3，載體移動度是22cm2/V秒。
(實施例28)
除了使用在In2O3中含有以Y/(In+Y)原子數比為0.10的Y之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體
薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有3×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1015cm-3，載體移動度是20cm2/V秒。
(實施例29)
除了使用在In2O3中含有以La/(In+La)原子數比為0.10的La之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認
氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1015cm-3，載體移動度是18cm2/V秒。
(實施例30)
除了使用在In2O3中含有以Sc/(In+Sc)原子數比為0.10的Sc之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄
膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1015cm-3，載體移動度是17cm2/V秒。
(實施例31)
除了使用在In2O3中含有以Si/(In+Si)原子數比為0.05的Si之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有4×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃
度是8×1016cm-3，載體移動度是29cm2/V秒。
(實施例32)
除了使用在In2O3中含有以Ge/(In+Ge)原子數比為0.05的Ge之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是7×1016cm-3，載體移動度是31cm2/V秒。
(實施例33)
除了使用在In2O3中含有以Sn/(In+Sn)原子數比為0.05的Sn之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實
施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是9×1016cm-3，載體移動度是35cm2/V秒。
(實施例34)
除了以大氣中、200℃進行30分鐘的退火處理以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導
體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是9×1016cm-3，載體移動度是6cm2/V秒。
(實施例35)
除了以大氣中、200℃進行30分鐘的退火處理以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本實施例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1015cm-3，載體移動度是7cm2/V秒。
(比較例1)
除了導入由Ar與O2形成之混合氣體作為濺鍍氣體，使O2濃度成為1.5體積%以外，進行與實施例1相同的操
作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本比較例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1019cm-3，載體移動度是22cm2/V秒。
(比較例2)
除了導入由Ar與O2形成之混合氣體作為濺鍍氣體，使O2濃度成為1.5體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體
薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本比較例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是3×1017cm-3，載體移動度是14cm2/V秒。
(比較例3)
除了以大氣中、180℃進行30分鐘的退火處理以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是非晶質。然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。
又，由於比較例3的氧氮化物半導體薄膜並未如上述的呈結晶化，所以不進行二次離子質量分析測定及電洞效果測定。
(比較例4)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.25的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有1×1021原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本比較例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是2×1014cm-3，載體移動度是4cm2/V秒。
(比較例5)
除了使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化
物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，除了將熱處理時間設為0.5分鐘以外，以與實施例2相同的條件進行退火處理。
對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是非晶質。然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。
又，由於比較例5的氧氮化物半導體薄膜並未如上述的呈結晶化，所以不進行二次離子質量分析測定及電洞效果測定。
(比較例6)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度成為1.5體積%、N2濃度成為0.3體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認
氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係僅以紅綠柱石型結構的In2O3相構成。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有3×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本比較例之氧氮化物半導體薄膜中，N是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是1×1019cm-3，載體移動度是24cm2/V秒。
(比較例7)
除了使用在In2O3中含有以Zn/(In+Zn)原子數比為0.65的Zn之氧化物燒結體作為濺鍍靶以外，進行與實施例1相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，測定此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認幾乎是與氧化物燒結體的組成相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例1相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是呈結晶化，係具有纖鋅礦型結構的ZnO相。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有8×1020原子/cm3左右的N。由此等結果可理解，在本比較例之氧氮化物半導體薄膜中，N
是固熔於In2O3相中。
然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，利用電洞效果測定裝置測定電洞效果的結果，確認載體濃度是6×1019cm-3，載體移動度是26cm2/V秒。
(比較例8)
除了使濺鍍氣體中的O2濃度成為1.5體積%、N2濃度成為6.0體積%以外，進行與實施例5相同的操作，獲得氧氮化物半導體薄膜。
藉由ICP發光分光分析法，調查此氧氮化物半導體薄膜中含有金屬成份的組成之結果，確認與氧化物燒結體的組成幾乎是相同。又，對於此氧氮化物半導體薄膜進行X線繞射測定之結果，確認是非晶質。
接著，對於此氧氮化物半導體薄膜，以與實施例2相同的條件進行退火處理。對於退火處理後的氧氮化物半導體薄膜，同樣的進行X線繞射測定，結果確認氧氮化物半導體薄膜是非晶質。然後，利用表面形狀測定裝置，測定所得的氧氮化物半導體薄膜之膜厚的結果，確認為50nm。又，進行二次離子質量分析測定的結果，確認此氧氮化物半導體薄膜含有2×1022原子/cm3左右的N。
又，由於比較例8的氧氮化物半導體薄膜並未如上述的結晶化，所以不進行電洞效果測定。
[TFT元件的特性評估]
(實施例36)
使用在In2O3中含有以Ga/(In+Ga)原子數比為0.10的Ga之氧化物燒結體作為濺鍍靶，在經熱氧化而形成SiO2膜的膜厚300nm之Si晶圓基板之SiO2膜上，使膜厚成為50nm，進行非晶質之氧氮化物半導體薄膜之成膜。
以大氣中、300℃、30分鐘的條件，藉由退火處理使所得的非晶質之氧氮化物半導體薄膜結晶化，經此，可將上述的Si基板、SiO2膜以及結晶質的氧氮化物半導體薄膜，分別作成閘極電極、閘極絕緣層及通道層。
然後，在前述通道層的表面上，以直流磁控濺鍍法，將厚度5nm的Ti膜及厚度100nm的Au膜依序成膜，而形成由Au/Ti積層膜形成之源極及汲極，獲得第1圖中表示構成的薄膜電晶體(TFT元件)。又，源極及汲極之成膜條件，除了使濺鍍氣體僅為Ar，將直流電力變更為50W以外，是與氧氮化物半導體薄膜之成膜條件相同。
並且，使用金屬遮罩對源極電極及汲極電極進行繪圖，獲得通道長度100μm、通道寬度450μm之TFT元件。
利用半導體參數分析儀(Parameter Analizer)(株式會社TFT Keithley Instrument社製，4200SCS)調查此TFT元件的動作特性之結果，確認是作為TFT元件之動作特性。
1‧‧‧閘極電極
2‧‧‧閘絕緣膜
3‧‧‧通道層
4‧‧‧源極電極
5‧‧‧汲極電極
Claims (10)
- 一種氧氮化物半導體薄膜，其是由含有In、O及N的結晶質之氧氮化物半導體形成，其中，前述氧氮化物半導體之結晶結構係由紅綠柱石型結構的In2O3構成，且N原子固熔於In2O3相中，載體濃度為1×1017cm-3以下，載體移動度為5cm2/V秒以上。
- 一種氧氮化物半導體薄膜，其是由含有In、O、N及添加元素M(M是選自Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y及稀土類元素的一種以上之元素)的結晶質之氧氮化物半導體形成，其中，前述氧氮化物半導體之結晶結構係由紅綠柱石型結構的In2O3構成，且N原子固熔於In2O3相中，載體濃度為1×1017cm-3以下，載體移動度為5cm2/V秒以上。
- 如申請專利範圍第1或2項中所述之氧氮化物半導體薄膜，其中，前述氧氮化物半導體中之N含量，係3×1020原子/cm3以上、未達1×1022原子/cm3。
- 如申請專利範圍第2項中任一項所述之氧氮化物半導體薄膜，其中，前述添加元素M之含量，以M/(In+M)原子數比計，為超過0而在0.20以下。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氧氮化物半導體薄膜，其中，前述載體移動度為15cm2/V秒以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氧氮化物半導體薄 膜，其中，前述載體移動度為25cm2/V秒以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氧氮化物半導體薄膜，其膜厚為15nm至200nm。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氧氮化物半導體薄膜，其膜厚為40nm至100nm。
- 一種氧氮化物半導體薄膜的製造方法，其係如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之氧氮化物半導體薄膜的製造方法，該製造方法是使含有In、O及N的非晶質之氧氮化物半導體薄膜，或含有In、O、N及添加元素M(M是選自Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y及稀土類元素的一種以上之元素)的非晶質之氧氮化物半導體薄膜，藉由加熱溫度200℃以上、加熱時間1分鐘至120分鐘的退火處理，獲得結晶質的氧氮化物半導體薄膜。
- 一種薄膜電晶體，係具備源極電極、汲極電極、閘極電極、通道層及閘絕緣膜，前述通道層是由申請專利範圍第1至8項中任一項所述之氧氮化物半導體薄膜構成。
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