WO2007046181A1 - 半導体薄膜及びその製造方法 - Google Patents

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Kazuyoshi Inoue
Kouki Yano
Nobuo Tanaka
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Idemitsu Kosan Co., Ltd.
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    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor element formed of a crystalline thin film and application of the semiconductor element to a display device or the like.
  • an element using a thin film is widely used from the viewpoint of miniaturization and the like.
  • This silicon-based thin film is generally manufactured by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • a transparent semiconductor thin film has been proposed as one having superior stability to a silicon-based thin film.
  • Such a semiconductor thin film is described in Patent Document 1 below, for example.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-119525
  • the silicon-based thin film has a drawback that when it is amorphous, it may not be able to follow the movement when displaying a high-speed moving image with a relatively slow switching speed. is doing.
  • the switching speed is relatively fast.
  • high temperatures of 800 ° C or higher and heating with a laser are necessary for crystallization, which is difficult to manufacture.
  • Patent Document 1 In recent years, transparent semiconductor thin films have attracted attention as being superior in stability to silicon-based thin films (see Patent Document 1 above). According to Patent Document 1, it is described that the transparent semiconductor thin film described in Patent Document 1 has the same light transmittance as that of the ITO film.
  • Patent Document 1 as a target of a suitable material for obtaining this transparent semiconductor thin film, a sputtering target made of indium oxide and oxygallium, a sputtering target made of zinc oxide, and oxyzinc There are various targets such as a target that also has strong acid strength. Patent Document 1 also describes a method for producing a semiconductor thin film using these sputtering targets.
  • the transparent semiconductor film which is also powerful, has a mobility of at most about 10 cm 2 ZV ' sec, which is larger than amorphous Si but very small compared to poly-Si (polysilicon).
  • the mobility may change due to heating or the like, causing malfunction of the semiconductor, or malfunctioning when light is incident on the semiconductor layer.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to be transparent with no malfunction caused by light due to an oxide containing indium oxide as a main component and added with cerium oxide. It is to provide an oxide semiconductor or a manufacturing method thereof.
  • Another object of the present invention is to provide a transparent oxide semiconductor that is stable without change in the specific resistance of the thin film due to heating or the like, or a method for producing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a transparent oxide semiconductor having a high thin film mobility and a method for producing the same. Means for solving the problem
  • the semiconductor thin film of the present invention is a semiconductor thin film containing indium oxide and cerium oxide and having a crystalline force, and has a specific resistance of 10 +1 to 10 A semiconductor thin film characterized by +8 ⁇ « ⁇ .
  • a preferable value of the specific resistance of the semiconductor thin film is 10 +1 to 10 +7 Q cm. More preferably, the specific resistance is 10 +2 to 10 +6 Q cm.
  • the atomic ratio (ratio of the number of each atom) in the semiconductor thin film is Ce
  • the semiconductor thin film according to (1) The semiconductor thin film according to (1).
  • the CeZ (Ce + In) formula is a formula representing the ratio of the number of each atom, that is, the atomic ratio of cerium atoms to the total composition. In this formula, Ce represents the number of cerium atoms, and In represents the number of indium atoms.
  • a more preferable numerical range of the cerium atomic ratio in the semiconductor thin film is Ce / (Ce
  • the third component means! /, The third component following indium and cerium.
  • a positive trivalent metal oxide is preferable.
  • Typical examples of positive trivalent metal oxides include oxides of Al, Ga, and Y.
  • positive trivalent lanterns such as Nd and Sm It is also preferable to select a noid element or the like.
  • the addition amount of the positive trivalent metal oxide as the third component does not affect the performance! If it is an amount, there is no problem, but preferably the atomic ratio of the third component, that is, “third component Z (Ce + The value of the expression “In + third component” is in the range of 0.01 force 0.1, more preferably the atomic ratio is 0.01 force and 0.05.
  • the thin film may not crystallize or the specific resistance may not be stable during heating.
  • the present invention is the semiconductor thin film according to any one of (1) to (3), wherein the semiconductor thin film is a bixbyite crystal of indium oxide.
  • the semiconductor thin film operates as a semiconductor even if it is amorphous, there is a possibility that the switching speed becomes slow because of its low mobility. Therefore, the semiconductor thin film is preferably crystalline.
  • the crystalline material preferably has a bixbite type structure.
  • the presence or absence of the (222) peak and the (400) peak of the crystal peak can be determined by X-ray diffraction to be crystalline or amorphous.
  • the oxygen concentration force vol in a method for producing a thin film by a physical film formation method using a target containing indium oxide and cerium oxide, the oxygen concentration force vol.
  • the present invention provides the method for producing a semiconductor thin film as described in (5) above, wherein the oxygen concentration in the atmosphere during the film formation is in the range of 10 vol.% To 30 vol. Is the method.
  • the present invention provides the semiconductor according to (5) or (6), wherein the oxygen concentration in the atmosphere during the film formation is in the range of 10 vol.% To 20 vol. It is a manufacturing method of a thin film.
  • the oxygen concentration exceeds 30 vol.%, The plasma during sputtering may not be stable or abnormal discharge may occur.
  • a more preferable numerical range of the oxygen concentration is 10 vol.% To 20 v. ol. The range is%.
  • the carrier density of Sani ⁇ semiconductors in controlling the value of the oxygen concentration can be adjusted to less than 10 + 18 Zcm 3. Further, the mobility is over 10 cm V-sec, which is suitable as a semiconductor thin film. More preferably, the carrier density in the oxide semiconductor is less than 10 +17 / cm 3 and the mobility is more than 10 cm 2 ZV ′ sec.
  • a method of applying energy by heating or irradiating lamp light, laser light or the like in the presence of oxygen is preferable.
  • the present invention also provides a method for producing a thin film by a physical film-forming method using a target containing indium oxide and cerium oxide, wherein the substrate temperature during film-forming is 150 ° C or higher.
  • the present invention provides a method for producing a thin film by a physical film formation method using a target containing indium oxide and cerium oxide, and the substrate after film formation is at 200 ° C. or higher.
  • the transparent oxide semiconductor obtained by the present invention maintains the specific resistance of the semiconductor region with excellent thermal stability, and the transparent oxide semiconductor with high transparency and high mobility can be obtained. Obtainable.
  • the above transparent oxide semiconductor can be easily obtained by controlling the oxygen concentration during the production of the thin film.
  • FIG. 1 is a table showing the composition of a target prepared in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a table showing measured values and the like of a thin film formed using the target created in this embodiment.
  • a powder of indium oxide and cerium oxide (average particle diameter of 1 ⁇ m or less) is placed in a wet ball mill container so that the molar ratio of Ce / (ln + Ce) is 0.01. And mixed and ground for 72 hours.
  • the pulverized product thus obtained was granulated and then press-molded into a size of 4 inches in diameter and 5 mm in thickness. This was placed in a firing furnace, and then heated and fired at a temperature of 1400 ° C for 36 hours to prepare a target.
  • CeZ (In + Ce) is a force that is an atomic ratio. This value is equal to the molar ratio in the present embodiment.
  • Target sample 2 to target sample 8 were prepared by changing the composition of indium oxide and cerium oxide by the same method.
  • sample 1 is a target having a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.01.
  • Sample 2 is a target having a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.03.
  • Sample 3 is a target having a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.05.
  • Sample 4 is a target having a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.1.
  • Sample 5 has a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.02 and further added with acid samarium as a third component.
  • the amount of the acid samarium added was such that the molar ratio represented by SmZ (In + Ce + Sm) was 0.01.
  • Sample 6 has a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.02 and further contains gallium oxide as a third component.
  • the amount of gallium oxide added was such that the molar ratio represented by Ga Z (In + Ce + Ga) was 0.01.
  • Sample 7 is a target in which the molar ratio of indium oxide to cerium oxide is zero. That is, all are indium oxide.
  • Sample 8 is a target with a molar ratio of indium oxide to cerium oxide of 0.5. is there.
  • the target obtained in (1) above is attached to the sputtering apparatus. And, after evacuating to a vacuum degree of 10_4 Pa, argon gas and oxygen are introduced and adjusted to 0.3 Pa. Next, a 200 nm thin film was produced on the sample by applying a power of 100 W by RF magnetron sputtering. Table 2 shows the thin film manufacturing conditions and the measured values of the thin film. The method for measuring the presence or absence of crystallization is performed by X-ray diffraction.
  • Example 1 is a thin film using the sample 1 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 10% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • the specific resistance was obtained a thin film of 10 +2 Q C m.
  • This thin film has a transmittance of 85% for light having a wavelength of 550 nm and is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +2 ⁇ « ⁇ , and there was no change from before heating. Further, although it is in a crystallized state as before heating, the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • Example 2 is a thin film using the sample 2 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 10% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • the specific resistance was obtained a thin film of 10 +2 Q C m.
  • This thin film has a transmittance of 85% for light having a wavelength of 550 nm and is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +2 ⁇ « ⁇ , and there was no change from before heating. Further, although it is in a crystallized state as before heating, the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • Example 3 is a thin film using the target of Sample 3.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 10% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • a thin film having a specific resistance of 10 +4 Q cm was obtained.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 85%, and it is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +4 Q cm, which was the same as before the heating.
  • the crystallized state is the same as before heating, but the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • Example 4 is a thin film using the target of Sample 4.
  • oxygen The partial pressure was 10%, and the film formation temperature was 200 ° C.
  • a thin film having a specific resistance of 10 +5 Q cm was obtained.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 85%, and it is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +5 Q cm, which was the same as before heating.
  • the crystallized state is the same as before heating, but the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • Example 5 is a thin film using the sample 5 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 10% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • a thin film having a specific resistance of 10 +6 Q cm was obtained.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 86%, and it is crystallized.
  • the specific resistance such changes before and heated at 10 +6 Q cm ChikaraTsuta.
  • the crystallized state is the same as before heating, but the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • Example 6 is a thin film using the sample 6 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 10% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • the specific resistance was obtained a thin film of 10 +2 Q C m.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 87%, and it is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +2 Q cm, which was the same as before the heating.
  • the crystallized state is the same as before heating, the crystal peak is sharp, and the crystallinity is improved.
  • Example 7 is a thin film using the sample 2 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 20% and a film forming temperature of 200 ° C.
  • the specific resistance was obtained a thin film of 10 +2 Q C m.
  • this film has a transmittance of 85% for light having a wavelength of 550 nm and is crystallized.
  • the specific resistance was 10 +2 Q cm, which was the same as before the heating.
  • the crystallized state is the same as before heating, but the crystal peak is sharp and the crystallinity is improved.
  • the carrier densities obtained by the hole measurement in these examples were all less than 10 +18 Zcm 3 and the mobility was more than 10 cm 2 ZV ′ sec. .
  • Comparative Example 1 is a thin film using the sample 2 target.
  • the film was formed at an oxygen partial pressure of 3% and a film formation temperature of 200 ° C.
  • the specific resistance is 10 _2 Q C m
  • a thin film was obtained.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 85%, and it is crystallized.
  • the specific resistance was 10 _2 Q cm, which was the same as before the heating. Further, it is in a crystallized state as before heating.
  • Comparative Example 2 is a thin film using the sample 2 target.
  • the oxygen partial pressure was 0%, and the film formation temperature was room temperature.
  • the specific resistance was obtained thin film of 10 _3 Q C m.
  • the transmittance of this thin film with respect to light having a wavelength of 550 nm is 85%, and it is not crystallized.
  • the specific resistance changes to 10 _2 Q cm from before heating.
  • the thin film that was not crystallized changed to a crystallized state after heating for 1 hour.
  • Comparative Example 3 is a thin film using the sample 7 target.
  • the oxygen partial pressure was 0%, and the film formation temperature was room temperature.
  • the specific resistance was obtained thin film of 10 _3 Q C m.
  • This thin film has a transmittance of 85% for light having a wavelength of 550 nm, and is not crystallized. After heating for 1 hour at 300 ° C, the specific resistance changes to 10 _ 1 ⁇ « ⁇ before heating. In addition, the thin film that was not crystallized changed to a crystallized state after heating for 1 hour.
  • Comparative Example 4 is a thin film using the sample 8 target.
  • the oxygen partial pressure was 0%, and the film formation temperature was room temperature.
  • a thin film with a specific resistance of 10 _4 Q cm was obtained.
  • This thin film has a transmittance of 85% for light having a wavelength of 550 nm, and is not crystallized.
  • the resistivity is 10 _2 ⁇ « ⁇ , and X-ray diffraction shows that the thin film that has not been crystallized has changed into a crystallized state. confirmed.
  • the mobility was all over 10 cm 2 ZV 'sec, but the carrier density obtained by the hole measurement was all 10 + 18 / cm 3 . there were.

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Abstract

　酸化インジウムを主成分とし、酸化セリウムを添加した酸化物により、光による誤作動がなく、加熱等による薄膜の比抵抗の変化がなく、移動度が高い透明酸化物半導体及びその製造方法を提供することである。 　酸化インジウムと酸化セリウムとを含有し、結晶質からなる半導体薄膜であって、比抵抗が１０＋１～１０＋８Ωｃｍであることを特徴とする半導体薄膜を用いる。この半導体薄膜は、比抵抗の変化が少なく、また、移動度が高い。したがって、この半導体薄膜を用いてスイッチング素子を構成すれば、スイッチング性能が向上した素子が得られる。

Description

明 細 書
半導体薄膜及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体デバイスに係り、特に結晶薄膜によって形成された半導体素子 及びその半導体素子の表示装置等への応用に関する。 背景技術
[0002] 近年、表示装置の発展は目覚ましぐ液晶表示装置や EL表示装置等、種々の表 示装置がノ ソコン等の OA機器、薄型テレビジョン受像器等に活発に導入されている 。さて、これら表示装置は、いずれも表示素子を透明導電膜で挟み込んだサンドイツ チ構造を基本的な構造として有して 、る。
[0003] そして、これら表示装置を駆動するスイッチング素子としては、小型化等の観点から 、薄膜を用いた素子が広く用いられている。
この薄膜は、スイッチング素子の性能、製造工程に大きな影響を与えるので、従来 からその組成や製造方法等、種々の技術的検討が行われて 、る。
[0004] 従 の薄膜
現在、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。それは、シリコン系薄膜の安定性、加工性の良さの他 、スイッチング速度が速い等、種々の性能が良好なためである。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 、る。
[0005] また、シリコン系薄膜よりも安定性に優れるものとして、透明半導体薄膜が提案され ている。このような半導体薄膜は、例えば下記特許文献 1に記載されている。
[0006] 特許文献 1 :特開 2004— 119525号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、シリコン系薄膜は、それが非晶質の場合、スイッチング速度が比較的 遅ぐ高速な動画などを表示する場合はその動きに追従できない場合があるという難 点を有している。 [0008] 一方、結晶質のシリコン系薄膜の場合には、スイッチング速度は比較的速いが、結 晶化を図る際に 800°C以上の高温や、レーザーによる加熱などが必要であり、製造 に対して多大なエネルギーと多くの工程数を要するという問題がある。
[0009] また、シリコン系の薄膜は、電圧素子としての性能は優れているものの、電流を流し た場合、その特性の経時変化が問題となる場合があることが知られている。
[0010] 近年、シリコン系薄膜よりも安定性に優れるものとして、透明半導体薄膜が注目され ている（上記特許文献 1参照)。この特許文献 1によれば、特許文献 1に記載の透明 半導体薄膜は、 ITO膜と同等の光透過率を有すると記載されている。
[0011] また、特許文献 1には、この透明半導体薄膜を得るための好適な材料のターゲット として、酸化インジウムと酸ィ匕ガリウム力 なるスパッタリングターゲット、酸化亜鉛から なるスパッタリングターゲット、酸ィ匕亜鉛と酸ィ匕マグネシウム力もなるターゲット、等種 々のターゲットが挙げられている。また、特許文献 1には、これらのスパッタリングター ゲットを用いて半導体薄膜を製造する方法も記載されて 、る。
[0012] しかしながら、これら
•酸化インジウムと酸ィ匕ガリウム
'酸化亜鉛
•酸化亜鈴と酸化マグネシウム
力もなる透明半導体膜は、移動度が、高くても 10cm2ZV'sec程度であり、ァモルフ ァス Siに比べれば大きいものの、ポリ Si (ポリシリコン）に比べれば非常に小さい値で あった。また、加熱等により移動度が変化し半導体の動作不良を起こしたり、光が半 導体層に入射した場合誤作動したりする場合があった。
[0013] 本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、酸化インジウム を主成分とし、酸ィ匕セリウムを添加した酸ィ匕物により、光による誤作動がない透明酸 化物半導体又はその製造方法を提供することである。
[0014] 本発明の他の目的は、加熱等による薄膜の比抵抗の変化なく安定する透明酸ィ匕物 半導体又はその製造方法を提供することである。
[0015] また、本発明の他の目的は、薄膜の移動度が高い透明酸ィ匕物半導体及びその製 造方法を提供することである。 課題を解決するための手段
[0016] (1)上記課題を解決するために、本発明の半導体薄膜は、酸化インジウムと酸化セ リウムとを含有し、結晶質力もなる半導体薄膜であって、比抵抗が 10+1〜10+8 Ω «η であることを特徴とする半導体薄膜である。
[0017] ここで、前記半導体薄膜の比抵抗が 10+1 Ω cm未満であると、導電性が向上しすぎ てしま 、、半導体としての性能が発揮されずにかえって漏れ電流の大きな素子になる 可能性がある。
[0018] また、比抵抗が 10+8 Ω «η超では、絶縁性が強すぎて、半導体として作動しなくな る恐れがある。
前記半導体薄膜の比抵抗の好ましい値は、 10+1〜10+7 Q cmである。より好ましく は、比抵抗が 10+2〜10+6 Q cmである。
[0019] (2)また、本発明は、前記半導体薄膜中の原子比 (各々の原子の数の比）が、 Ce
/ (Ce+In) =0. 005-0. 1であることを特徴とする（1)記載の半導体薄膜である。 なお、 CeZ (Ce+In)の式は、各々の原子の数の比、すなわち、全体組成に対す るセリウム原子の原子比を表す式である。この式中の Ceはセリウムの原子の数、 Inは インジウムの原子の数を表す。
[0020] (3)また、本発明は、前記半導体薄膜中のセリウム原子比が、 Ce/ (Ce+In) =0.
01〜0. 05であることを特徴とする（1)又は（2)記載の半導体薄膜である。
[0021] ここで、前記半導体薄膜中の原子比が、 Ce/ (Ce+In) =0. 005未満では、前記 半導体薄膜の比抵抗を上記範囲に安定して制御することが困難となる。また、前記 半導体薄膜中の原子比が CeZ (Ce+In) =0. 1超では、前記半導体薄膜の比抵抗 を上記範囲に安定して制御することが困難となり、移動度が低下する場合がある。
[0022] なお、前記半導体薄膜中のセリウム原子比のより好ましい数値範囲は、 Ce/ (Ce
+In) =0. 01〜0. 05である。
[0023] なお、本発明の薄膜に第三成分を添加することも好ましい。ここで、第三成分とは、 インジウム、セリウムに続く第三番目の成分と!/、う意味である。
[0024] 第三成分としては、正三価の金属酸ィ匕物が好ましい。正三価の金属酸化物の代表 例としては、 Al、 Ga、 Y、の酸化物が挙げられる。また、 Nd、 Smなどの正三価ランタ ノイド系元素などを選択するのも好適である。
第三成分としての正三価の金属酸化物の添加量は、性能に影響しな!、量であれば 問題ないが、好ましくは、第三成分の原子比、すなわち「第三成分 Z(Ce +In+第 三成分」の式の値が、 0. 01力 0. 1の範囲である。より好ましくは、この原子比が 0. 01力ら 0. 05である。
この第三成分の原子比が 0. 1超では、薄膜が結晶化しない場合や加熱時に比抵 抗が安定ィ匕しな 、場合等がある。
[0025] (4)また、本発明は、前記半導体薄膜が酸化インジウムのビックスバイト型結晶であ ることを特徴とする（1)〜（3)の 、ずれかに記載の半導体薄膜である。
[0026] 半導体薄膜は、非晶質でも半導体として動作はするが、移動度が小さいのでスイツ チング速度が遅くなる可能性がある。そのため、半導体薄膜は結晶質であることが好 ましい。この場合、この結晶質はビックスバイト型構造が好ましい。
[0027] また、この場合、 X線回析によって、結晶ピークの（222)ピーク、 (400)ピークの有 無によって結晶質であるか非晶質であるかを判定できる。
[0028] (5)また、本発明は、酸化インジウム及び酸化セリウムとを含有するターゲットを用い て、物理成膜法により薄膜を製造する方法において、成膜中の雰囲気中の酸素濃度 力 vol. %超にて薄膜を成膜することを特徴とする（1)〜 (4)の 、ずれかに記載の半 導体薄膜の製造方法である。
[0029] ここで、酸素濃度が 5vol. %を超える濃度下にて成膜をすることが好ましい。酸素 濃度が 5vol. %以下の場合は、得られる半導体薄膜の導電性が向上しすぎてしまい
、半導体として動作しなくなる場合がある。
[0030] (6)また、本発明は、上記成膜中の雰囲気中の酸素濃度が 10vol. %〜30vol. % の範囲内であることを特徴とする上記（5)記載の半導体薄膜の製造方法である。
[0031] (7)また、本発明は、上記成膜中の雰囲気中の酸素濃度が 10vol. %〜20vol. % の範囲内であることを特徴とする（5)又は（6)記載の半導体薄膜の製造方法である。 ここで、酸素濃度が 30vol. %超では、スパッタ時のプラズマが安定しなかったり、 異常放電を起こす場合がある。酸素濃度のより好ましい数値範囲は 10vol. %〜20v ol. %の範囲である。
このような数値範囲に設定することによって、酸素濃度の値を制御して酸ィ匕物半導 体中のキャリア密度を 10+ 18Zcm3未満に調整できる。また、移動度は、 10cm V- sec超となり、半導体薄膜として好適である。より好ましくは、前記酸化物半導体中の キャリア密度を 10+17/cm3未満、移動度は、 10cm2ZV' sec超にするとよい。
[0032] なお、結晶化の方法としては、酸素が存在する下で、加熱あるいはランプ光、レー ザ一光などを照射することによってエネルギーを与える方法が好ましい。
[0033] (8)また、本発明は、酸化インジウム及び酸化セリウムを含有するターゲットを用い て、物理成膜法によって薄膜を製造する方法にて、成膜中の基板温度を 150°C以上 の温度にて成膜することを特徴とする（1)〜 (4)の ヽずれかに記載の半導体薄膜の 製造方法である。
[0034] (9)またさらに、本発明は、酸化インジウム及び酸化セリウムを含有するターゲットを 用いて、物理成膜法によって薄膜を製造する方法にて、成膜後の基板を 200°C以上 の温度で加熱することを特徴とする（1)〜 (4)の ヽずれかに記載の半導体薄膜の製 造方法である。
発明の効果
[0035] 以上説明したように、本発明で得られた透明酸化物半導体は、熱安定性に優れた 半導体領域の比抵抗を維持し、高透明、高移動度の透明酸ィ匕物半導体が得ること ができる。
[0036] また、本発明によれば、薄膜製造時の酸素濃度を制御することによって、容易に上 記透明酸ィ匕物半導体を得ることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]本実施の形態で作成したターゲットの組成を示す表である。
[図 2]本実施の形態で作成したターゲットを用いて成膜した薄膜の測定値などを表す 表である。
発明を実施するための最良の形態
[0038] 以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づき説明する。
[0039] (1)透明酸ィ匕物半導体の製造準備 (ターゲットの作成） まず、ターゲットサンプル 1を作成する。
[0040] 酸化インジウムと酸ィ匕セリウムとの粉末（平均粒子径 1 μ m以下）を、 Ce/ (ln+Ce )のモル比が 0. 01になるように、湿式ボールミル容器内に収容し、 72時間にわたつ て混合粉砕した。
[0041] 次に、このようにして得られた粉砕物を造粒してから、直径 4インチ、厚さ 5mmの寸 法にプレス成形した。これを焼成炉に収容した後、 1400°Cの温度で、 36時間加熱 焼成し、ターゲットを作成した。
[0042] なお、 CeZ (In+Ce)は原子数比である力 この値は本実施の形態では上記モル 比と等しい。
[0043] 同様の手法で、酸化インジウムと酸ィ匕セリウムとの組成を変化させて、ターゲットサ ンプル 2〜ターゲットサンプル 8を作成した。
図 1に示すように、サンプル 1は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 01 のターゲットである。
また、サンプル 2は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 03のターゲット である。
また、サンプル 3は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 05のターゲット である。
また、サンプル 4は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 1のターゲットで ある。
また、サンプル 5は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 02である力 さら に第三成分として酸ィ匕サマリウムが添加されて 、る。この酸ィ匕サマリウムの添加量は、 SmZ (In+Ce + Sm)で表されるモル比が 0. 01になる量とした。
また、サンプル 6は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 02である力 さら に第三成分として酸ィ匕ガリウムが添加されている。この酸ィ匕ガリウムの添加量は、 Ga Z (In+Ce + Ga)で表されるモル比が 0. 01になる量とした。
また、サンプル 7は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0のターゲットである 。すなわち、全て酸化インジウムである。
また、サンプル 8は、酸化インジウムと酸化セリウムとのモル比が 0. 5のターゲットで ある。
以上、ターゲットサンプル 1〜ターゲットサンプル 8の合計 8種を作成した。
[0044] (2)透明酸化物半導体薄膜の製造
次に、 スパッタリング装置に、上記（1)で得たターゲットを装着する。そして、ー且、 真空度 10_4Paまで真空に引いた後、アルゴンガス及び酸素を導入して 0. 3Paに調 整する。次に、 RFマグネトロンスパッタリング法により、パワー 100Wを加えて、試料 上に 200nmの薄膜を製造した。その薄膜の製造条件、及び、薄膜の測定値を図 2 の表に示す。また、結晶化の有無の測定方法については、 X線回析法によって行う。
[0045] まず、実施例の説明を行う。
[0046] 図 2に示すように、実施例 1は、サンプル 1のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+2 Q Cm の薄膜が得られた。この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、ま た、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+2 Ω «ηで加熱前と変 ィ匕がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは鋭くなり 、結晶性が向上している。
[0047] 図 2に示すように、実施例 2は、サンプル 2のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+2 Q Cm の薄膜が得られた。この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、ま た、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+2 Ω «ηで加熱前と変 ィ匕がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは鋭くなり 、結晶性が向上している。
[0048] 図 2に示すように、実施例 3は、サンプル 3のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+4 Q cm の薄膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であ り、また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+4 Q cmで加熱 前と変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは 鋭くなり、結晶性が向上している。
[0049] 図 2に示すように、実施例 4は、サンプル 4のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+5 Q cm の薄膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であ り、また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+5 Q cmで加熱 前と変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは 鋭くなり、結晶性が向上している。
[0050] 図 2に示すように、実施例 5は、サンプル 5のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+6 Q cm の薄膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 86%であ り、また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+6 Q cmで加熱 前と変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは 鋭くなり、結晶性が向上している。
[0051] 図 2に示すように、実施例 6は、サンプル 6のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 10%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+2 Q Cm の薄膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 87%であ り、また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+2 Q cmで加熱 前と変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であり、結晶ピークは鋭 くなり、結晶性が向上している。
[0052] 図 2に示すように、実施例 7は、サンプル 2のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 20%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10+2 Q Cm の薄膜が得られた。また、この膜膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であ り、また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10+2 Q cmで加熱 前と変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態であるが、結晶ピークは 鋭くなり、結晶性が向上している。
[0053] また、図 2に示すように、これらの実施例のホール測定により求めたキャリア密度は、 全て 10+18Zcm3未満であり、且つ、移動度は 10cm2ZV' sec超であった。
[0054] 次に、比較例の説明を行う。
[0055] 図 2に示すように、比較例 1は、サンプル 2のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 3%であり、成膜温度を 200°Cで成膜した。その結果、比抵抗が 10_2 Q Cmの 薄膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、 また、結晶化されている。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10_2 Q cmで加熱前と 変化がな力つた。また、加熱前と同様に結晶化した状態である。
[0056] 図 2に示すように、比較例 2は、サンプル 2のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 0%であり、成膜温度を室温で成膜した。その結果、比抵抗が 10_3 Q Cmの薄 膜が得られた。また、この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、ま た、結晶化されていない。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10_2 Q cmと加熱前よ り変化している。また、結晶化されていなかった薄膜が、 1時間加熱後には結晶化し た状態へと変化している。
[0057] 図 2に示すように、比較例 3は、サンプル 7のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 0%であり、成膜温度を室温で成膜した。その結果、比抵抗が 10_3 Q Cmの薄 膜が得られた。この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、また、結 晶化されていない。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10_ 1 Ω «ηと加熱前より変化 している。また、結晶化されていなかった薄膜が、 1時間加熱後には結晶化した状態 へと変化している。
[0058] 図 2に示すように、比較例 4は、サンプル 8のターゲットを使用した薄膜である。酸素 分圧が 0%であり、成膜温度を室温で成膜した。その結果、比抵抗が 10_4 Q cmの薄 膜が得られた。この薄膜の波長 550nmの光に対する透過率は 85%であり、また、結 晶化されていない。 300°Cで 1時間加熱後は、比抵抗が 10_2 Ω «ηであり、また、 X 線回析により、結晶化されていな力つた薄膜が結晶化した状態へと変化していること を確認した。
[0059] また、図 2に示すように、これらの比較例は、移動度は全て 10cm2ZV' sec超であ つたが、ホール測定により求めたキャリア密度は、全て 10+ 18/cm3であった。

Claims

請求の範囲
[1] 酸化インジウムと酸ィ匕セリウムとを含有し、結晶質力もなる半導体薄膜であって、比 抵抗が 10+1〜10+8 Ω «ηであることを特徴とする半導体薄膜。
[2] 前記半導体薄膜中のセリウム原子比力 Ce/ (Ce+In) =0. 005-0. 1であるこ とを特徴とする請求項 1記載の半導体薄膜。
[3] 前記半導体薄膜中のセリウム原子比力 Ce/ (Ce+In) =0. 01〜0. 05であるこ とを特徴とする請求項 1又は 2記載の半導体薄膜。
[4] 前記半導体薄膜が、酸化インジウムのビックスバイト型結晶であることを特徴とする 請求項 1〜3のいずれかに記載の半導体薄膜。
[5] 酸化インジウム及び酸ィ匕セリウムとを含有するターゲットを用いて、物理成膜法によ り薄膜を製造する方法にて、成膜中の雰囲気中の酸素濃度が 5vol. %超にて成膜 することを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
[6] 上記成膜中の雰囲気中の酸素濃度が 10vol. %〜30vol. %の範囲内において成 膜することを特徴とする請求項 5記載の半導体薄膜の製造方法。
[7] 上記成膜中の雰囲気中の酸素濃度が 10vol. %〜20vol. %の範囲内において成 膜することを特徴とする請求項 5又は 6記載の半導体薄膜の製造方法。
[8] 酸化インジウム及び酸ィ匕セリウムを含有するターゲットを用いて、物理成膜法によつ て薄膜を製造する方法にて、成膜中の基板温度を 150°C以上の温度にて成膜する ことを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
[9] 酸化インジウム及び酸ィ匕セリウムを含有するターゲットを用いて、物理成膜法によつ て薄膜を製造する方法にて、成膜後の基板を 200°C以上の温度で加熱することを特 徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
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