非晶形氧化物和薄膜晶体管

摘要

本发明是有关非晶形氧化物和采用该氧化物的薄膜晶体管。具体来说，提供电子载流子浓度未满1018/cm3的非晶形氧化物和采用该氧化物的薄膜晶体管。于具有源极电极6、汲极电极5、栅极电极4、栅极絶缘膜3和沟道层2的薄膜晶体管上，采用电子载流子浓度未满1018/cm3的非晶形氧化物作为前述沟道层。

权利要求

1.一种薄膜晶体管，是具有源极电极、汲极电极、闸极电极、闸极絶缘膜和沟道层的薄膜晶体管，其特征在于，前述沟道层是采用在含有氧气的气氛中通过气相成膜法予以形2

成的非晶形氧化物薄膜，所述非晶形氧化薄膜在室温的电子移动度是0.1cm/V·秒以上，

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电子载流子浓度10 /cm 以下，前述非晶形氧化物是含有In、Ga、Zn结晶状态的组成为以InGaO3(ZnO)m表示的氧化物，原子数比是In∶Ga∶Zn＝1∶1∶m；其中m＜6。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，是采用Al2O3、Y2O3或HfO2的一种为闸极絶缘层。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管，非晶形氧化物是已设于玻璃基板、金属基板、塑料基板或塑料薄膜上。

说明书

非晶形氧化物和薄膜晶体管

技术领域

[0001] 本发明是有关非晶形氧化物和薄膜晶体管。

[0002] 背景技术

[0003] 薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是具有栅极引出线、源极引出线和汲极引出线的三个引出线组件，采用已于基板上形成薄膜的半导体薄膜作为电子或空穴移动的沟道层，施加电压至栅极引出线，控制流动于沟道层的电流，具有切换源极引出线和汲极引出线间的电流的机能的有源组件。目前最被广泛使用作TFT者，是以多晶硅膜或非晶形硅膜为沟道层材料的MIS-FET(Metal Insulator Semiconductor FieldEffect Transistor)组件。

[0004] 另外，最近将已采用ZnO的透明导电性氧化物多晶薄膜用于沟道层的TFT，正予蓬勃的开发着(专利文献1)。上述薄膜可于低温形成薄膜，且对可见光是透明的，故于塑料板或薄膜等的基板上可形成可挠性透明TFT。

[0005] 然而，习用的ZnO未能形成室温稳定的非晶形相，几乎所有的ZnO均呈现多晶相，由于多晶晶粒界面的乱射，以致未能增加电子移动度。再者，ZnO是容易有氧缺陷现象，会大量发生载流子电子，欲降低导电率 是较困难的。因此，欲增加晶体管的连通.断开比也是困难的。

[0006] 另外，于专利文献2内记载着以ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)(式内M是Al和Ga中至少一种元素，比率x/y在0.2～12的范围，比率z/y在0.4～1.4的范围)表示的非晶形氧化物18 3
作为非晶形氧化物。然而，在此所得的非晶形氧化物膜的电子载流子浓度是10 /cm 以上，虽然单单用作透明电极即已足够，但却较难适用于TFT的沟道层。何以如此，于以上述非晶形氧化物膜为沟道层的TFT，未能充分取得连通.断开比，显而可知并不适用于正常断开型(normally off)的TFT。

[0007] 专利文献1：日本特开2003-298062号公报

[0008] 专利文献2：日本特开2000-044236号公报

[0009] 发明内容

[0010] 因此，本发明的目的是提供电子载流子浓度低的非晶形氧化物，再者提供以采用各该非晶形氧化物于沟道层的薄膜晶体管。

[0011] 本发明是(1)以电子载流子浓度未满1018/cm3为特征的非晶形氧化物。另外，本17 3 16 3
发明是优选以电子载流子浓度10 /cm 以下或10 /cm 以下的非晶形氧化物。

[0012] 另外，本发明是(2)以使电子载流子浓度增加，同时使电子移动度增加为特征的非晶形氧化物。

[0013] 另外，本发明是(3)以电子移动度超过0.1cm2/(V·秒)为特征的上述(1)或(2)所述的非晶形氧化物。

[0014] 另外，本发明是(4)表示导电衰退的上述(2)或(3)所述的非晶形氧化物。在此所谓的导电衰退是指电阻于温度相依性的热活化能量于30meV以下的状态。

[0015] 另外，本发明的其它形态是(5)以Zn、In和Sn的中至少一种的元素为构成成分，以(Sn1-xM4x)O2]a.[(In1-yM3y)2O3]b.[(Zn1-zM2z)O]c[0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，且x、y、z并不同时为1，0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1，且a+b+c＝1、M4为较Sn原子序号小的IV族(4族)元素(Si、Ge、Zr)，M3为较In原子序号小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2为较Zn原子序号小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]表示的上述的(1)至(4)的任一项记载的非晶形氧化物。

[0016] 另外，本发明是于上述(5)的发明内也可含有V族(5族)元素M5(V、Nb、Ta)或W的中至少一种元素。

[0017] 本发明的其它形态是(6)采用结晶状态的组成为(In1-yM3y)2O3(Zn1-xM2xO)m[0≤x≤1，m为0或未满6的数或自然数，M3是较In原子序号小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2是较Zn原子序号小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]的化合物单体或m值不同的化合物的混合体的上述(1)为(4)的任一项记载的非晶形氧化物的薄膜晶体管。至于M3，例如可为Ga，至于M2，例如可为Mg。

[0018] 另外，本发明是已设于玻璃基板、金属基板、塑料基板或塑料薄膜 上的(1)至(6)中任一项所述的非晶形氧化物。另外，本发明是已使用上述非晶形氧化物于沟道层的电场效应型晶体管。另外，与本发明有关的电场效应型晶体管是以Al2O3、Y2O3或HfO2的一种，或以含有至少二种该等化合物的混晶化合物为栅极絶缘层为特征。

[0019] 另外，本发明的其它形态，是(7)以由In-Ga-Zn-O构成，结晶状态的组成为2
InGaO3(ZnO)m(m是未满6的自然数)表示，电子移动度超过1cm/(V·秒)且电子载流子浓
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度未满10 /cm 为特征的透明半絶缘性非晶形氧化物膜。

[0020] 另外，本发明的其它形态，是(8)以由In-Ga-Zn-Mg-O构成，结晶状态的组成为2
InGaO3(Zn1-xMgxO)m(m是未满6的自然数，以0＜x≤1表示，电子移动度超过1cm/(V·秒)
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且电子载流子浓度未满10 /cm 为特征的透明半絶缘性非晶形氧化物膜。再者另外，本发明是刻意的不添加供提高电阻而用的杂质离子，使于含氧气的气围中进行成膜为特征的上述的透明半絶缘性非晶形氧化物膜的制造方法。

[0021] 再者另外，与本发明有关的薄膜晶体管是具有源极电极、汲极电极、栅极电极、18 3
栅极絶缘膜和沟道层，于前述沟道层内采用电子载流子浓度未满10 /cm 的非晶形氧化
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物为特征。前述非晶形氧化物的电子载流子浓度以于10 /cm 以下或10 /cm 以下为宜。在此，前述非晶形氧化物是含有In、Ga、Zn的氧化物，原子数比是In∶Ga∶Zn＝
1∶1∶m(m＜6)。或 前述非晶形氧化物是含有In、Ga、Zn和Mg的氧化物，原子数比是In∶Ga∶Zn1-xMgx＝1∶1∶m(m＜6)，0＜x≤1。

[0022] 另外，前述非晶形氧化物是由InxGa1-x氧化物(0≤x≤1)、InxZn1-x氧化物(0.2≤x≤1)、InxSn1-x氧化物(0.8≤x≤1)或Inx(Zn、Sn)1-x氧化物(0.15≤x≤1)选出的非晶形氧化物。

[0023] 另外，于与薄膜晶体管有关的本发明内，是可采用随着电子载流子浓度的增加，电子移动度同时增加的材料作为前述记非晶形氧化物。

[0024] 若依本发明时，则可提供电子载流子浓度低的非晶形氧化物，同时可提供采用该非晶形氧化物于沟道层的薄膜晶体管。

[0025] 实施内容

[0026] 与本发明有关的非晶形氧化物是以电子载流子浓度未满1018/cm3为特征。另外，18 3
与本发明有关的薄膜晶体管(TFT)是以采用电子载流子浓度未满10 /cm 的非晶形氧化物于其沟道层为特征。

[0027] TFT是如图5所示，是由于基板上设置沟道层2，于各该沟道层2上设有栅极絶缘膜3、栅极电极4、源极电极6、汲极电极5所构成的。于本发明，是采用电子载流子浓度未满18 3
10 /cm 的非晶形氧化物作为此沟道层。

[0028] 可适用于本发明的TFT的构成，是如图5所示，并不限于半导体沟道层的上依序形成栅极絶缘膜和栅极引出线(电极)的交错型(顶层栅 极型)构造，例如于栅极引出线的上依序具有栅极絶缘膜和半导体沟道层的逆交错型(底层栅极型)构造也可。前述电子载流子浓度是于室温测量时的数值。室温例如是25℃，具体来说是由约0℃至40℃的范围适当选出的温度。

[0029] 且，与本发明有关的非晶形氧化物的电子载流子浓度是于0℃至40℃的全部范18 3 18 3
围，并无满足未满10 /cm 的必要。例如于25℃，以载流子电子密度未满10 /cm 若可实现
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即可。另外，再降低电子载流子浓度，若设成10 /cm 以下，较宜为10 /cm 以下时，则可以良品率较佳的制得正常断开的TFT。电子载流子浓度的测定是可由空穴效应求得。

[0030] 且于本发明，非晶形氧化物是指于X射线绕射图谱所观测的电晕图形(halo pattern)中未表示出特定的绕射线的氧化物。于本发明的非晶形氧化物的电子载流子浓度12 3
的下限值若可适用作TFT的沟道层时即可，并未予特别限制。下限值例如为10 /cm。

[0031] 因此，于本发明，如后述的各实施例般，控制非晶形氧化物的材料、组成比、制造条12 3 18 3 13 3
件等，例如将电子载流子浓度控制成10 /cm 以上至未满10 /cm。较优选为10 /cm 以上
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至10 /cm 以下，更优选为10 /cm 以上至10 /cm 以下的范围。

[0032] 且，至于电子移动度，于室温测量时，是0.1cm2/(V·秒)以上，优选为1cm2/2
(V·秒)，较优选为5cm/(V·秒)以上。且，上述的非晶 形氧化物，是随着电子载流子浓度增加，同时使电子移动度增加。另外，其导电性有显现出导电衰退的倾向。导电衰退是指电阻于温度相依性的热活化能量于30meV以下的状态。

[0033] (非晶形氧化物的材料)

[0034] 至于与本发明有关的非晶形氧化物，以Zn、In和Sn的中至少一种的元素为构成成分，以(Sn1-xM4x)O2]a·[(In1-yM3y)2O3]b[(Zn1-zM2z)O]c·[0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1，且x、y、z并不同时为1，0≤a≤1、0≤b≤1、0≤c≤1，且a+b+c＝1、M4为较Sn原子序号小的IV族(4族)元素(Si、Ge、Zr)，M3为较In原子序号小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2为较Zn原子序号小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]表示的材料。于此氧化物内也可加入5族元素M5(V、Nb、Ta)或W的中至少一种元素。且于本详细说明书内，于周期表的II族、III族、IV族、V族元素虽也有记载成2族、3族、4族、5族元素的情形，但指相同意义。

[0035] 藉由于上述的非晶形膜内添加构成较Zn原子序号小的2族元素M2(M2是Mg、Ca)、较In原子序号小的3族元素M3(M3是B、Al、Ga、Y)和Lu、较Sn原子序号小的4族元素M4(M4是Si、Ge、Zr)、5族元素(M5是V、Nb、Ta)或W的中至少一种复合氧化物的元素，可使电子载流子浓度较减少。

[0036] 各自较Zn、In、Sn原子序号小的M2、M3、M4元素，是离子性较Zn、In、Sn强，因此较少发生缺氧，可降低电子载流子浓度。另外，Lu的原子序号虽较Ga大，但离子半径小，离子性强，与M3达成同样的机能。M5因是正五价离子化，故与氧间的键结较强，较难生成缺氧。W因是六价离子化，故与氧间的键结较强，较难生成缺氧。

[0037] 另外，至于可适用于本发明的非晶形氧化物，结晶状态的组成为(In1-yM3y)2O3(Zn1-xM2xO)m[0≤x≤1，m为0或未满6的数或自然数，M3是较In原子序号小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2是较Zn原子序号小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]的化合物单体或m值不同的化合物的混合体。至于M3，例如可为Ga，至于M2，例如可为Mg。

[0038] 如此，至于可适用于本发明的非晶形氧化物，是位于以SnO2、In2O3和ZnO为顶点的三角形的内部的一元系、二元系或三元系组成的化合物。上述三种化合物的中，In2O3是于非晶形形成能力较大的气相法内，藉由于形成薄膜的大气内添加水分约0.1Pa等的手段进行成膜的状态可形成完全的非晶形相。

[0039] 另一方面，ZnO和SnO2虽是较难单独的形成非晶形相的情形，但藉由将In2O3设成主氧化物，可形成非晶形相。具体来说，上述三种化合物的中含有二个的二元系组成(位于上述三角形的周边上的组成)的中，于 In-Zn-O系以In含有约20原子％以上的组成、于Sn-In-O系以In含有约80原子％以上的组成，可制作非晶形膜。

[0040] 为以气相法制得In-Zn-O系非晶形膜，例如，若于气围中引入水蒸汽约0.1Pa，又为制得In-Sn-O系非晶形膜，于气围中引入氮气约0.1Pa即可。上述化合物的中含有三个的三元系组成的Sn-In-Zn系，于In约15原子％以上的组成范围，藉由气相法可制得非晶形膜。且在此的原子％是表示对仅除氧离子外的金属离子内的原子％。也即，例如，「于In-Zn-O系的In约20原子％以上」是InxZn1-x(x＞0.2)。

[0041] 另外，于含有Sn、In、Zn的非晶形氧化物膜的组成，如下述般，也可添加各自的元素。具体来说，可添加较Zn原子序号小的2族元素M2(M2是Mg、Ca)、较In原子序号小的3族元素M3(M3是B、Al、Ga、Y)和Lu、较Sn原子序号小的4族元素M4(M4是Si、Ge、Zr)的中构成至少一种复合氧化物的元素。再者，本发明的非晶形氧化物膜，是可于上述组成内添加5族元素M5(M5是V、Nb、Ta)或W的中构成至少一种的复合氧化物的元素。

[0042] 藉由添加上述元素，可使室温的非晶形膜较稳定化，再者可拓展所得的非晶形膜的组成范围。尤其，共有键结性较强的B、Si、Ge的添加是于非晶形相稳定化方面有效，由离子半径的差较大的离子所构成的复合氧化物是非晶形相呈现稳定化。例如，于In-Zn-O系若In超过约20 原子％的组成范围时，则虽较难制得室温稳定的非晶形膜，但藉由当量添加In和Mg，可于In超过约15原子％以上的组成范围制得稳定的非晶形膜。

[0043] 其次，说明可适用于与本发明有关的薄膜晶体管的沟道层的非晶形氧化物材料的例子。至于沟道层所用的非晶形氧化物，例如为含有In、Ga、Zn且原子数比满足In∶Ga∶Zn＝1∶1∶m的氧化物。在此，m是未满6的数。且m的值也可为自然数，但不一定需为自然数。且于本详细说明书的其它处所的m也是同样的。且，原子数比也可视作克分子比。

[0044] 结晶状态的组成以InGaO3(ZnO)m(m是未满6的数)表示的透明非晶形氧化物薄膜，是于m未满6时，至800℃以上的高温为止，随着m的值变大，也即ZnO对InGaO3的比增大，随着接近ZnO组成，变成容易结晶化。因此，至于非晶形TFT的沟道层，以m的值未满6为宜。藉由将溅镀法或脉冲雷射蒸镀法进行成膜的际的靶材(例如，多晶体)的组成比设成满足上述m＜6时，即可得所期望的非晶形氧化物。

[0045] 另外，至于上述非晶形氧化物，于上述InGaZn的构成比内，也可将Zn取代成Zn1-xMgx。Mg的取代量是可于0＜x≤1的范围内。且，若取代成Mg时，则氧化物膜的电子移动度与未添加Mg膜相较虽会降低，但其程度较少，另一方面再与未取代电子载流子浓度的情况相比因可降低，故作为TFT的沟道层是较合适的。Mg的取代量宜为超过20％，未满85 ％，(x是于0.2＜x＜0.85的范围内)，较宜为0.5＜x＜0.85。

[0046] 再者另外，前述非晶形氧化物，也可由ln氧化物、lnxZn1-x氧化物(0.2≤x≤1)、InxSn1-x氧化物(0.8≤x≤1)或Inx(Zn、Sn)1-x氧化物(0.15≤x≤1)合适的选择。且Zn和Sn于Inx(Zn、Sn)1-x氧化物的组成比是可合适选择。也即Inx(Zn、Sn)1-x氧化物是可记载成Inx(ZnySn1-y)1-x氧化物，y的范围是由1至0。且，不含Zn和Sn的In氧化物的情况，也可将部份In取代成Ga，也即成为InxGa1-x氧化物(0≤x≤1)。

[0047] (非晶形氧化物的制造方法)

[0048] 本发明所用的非晶形氧化物是于以下的各实施例所示的条件利用气相成膜法可予形成。例如，为得InGaZn非晶形氧化物，以具有InGaO3(ZnO) m组成的多晶烧结体为靶材，藉由溅镀法(SP法)、脉冲雷射蒸镀法(PLD法)和电子射束蒸镀法等气相法进行成膜。且由大量生产的观点，以溅镀法是最合适的。

[0049] 且，于In2O3、In-Zn-O系非晶形氧化物膜等，于成膜时的大气内加入氧游离基也可，此氧游离基的添加是采用发生氧游离基装置即可。且于成膜后，有使电子载流子浓度增加的必要情况下，于还原气围中，藉由热处理该膜可使电子载流子浓度增加。至于如此而得的电子载流子浓度不同的非晶形氧化物膜，若调查电子移动度与电子载流子浓度的相 依性时，电子移动度是随着电子载流子浓度的增加而同时增加。

[0050] (基板)

[0051] 至于形成与本发明有关的薄膜晶体管的际的基板，可采用玻璃基板、塑料基板、塑料薄膜等。且如后述实施例所说明般，与本发明有关的非晶形氧化物，因可于室温进行成膜，于以PET为首的可挠性材料上可设置薄膜晶体管。另外，合适的选择上述非晶形氧化物，采用对波长400nm以上的可见光或红外光透明的材料制作TFT。

[0052] (栅极絶缘膜)

[0053] 至于与本发明有关的薄膜晶体管的栅极絶缘膜，以含有Al2O3、Y2O3、HfO2或该等化合物至少两种以上的混晶化合物为栅极絶缘膜为宜。于栅极絶缘薄膜和沟道层薄膜的界面上若存在缺陷时，则会降低电子移动度和造成晶体管特性的迟滞现象。另外，因栅极絶缘膜的种类不同，漏泄电流也大不相同。因此，有选定适于沟道层的栅极絶缘膜的必要。

[0054] 若采用Al2O3膜时，即可减低漏泄电流。另外，若采用Y2O3膜时，则可降低迟滞现象。再者，若采用高介电常数的HfO2膜时，则可增加电场效应移动度。另外，采用由此等化合物的混晶而成的膜，可形成漏泄电流、迟滞小，电场效应移动度大的TFT。另外，栅极絶缘膜形成制程和沟道层形成制程因可于室温进行，无论TFT构造，即或交错构造和逆交错构造均可予形成。

[0055] (晶体管)

[0056] 若采用电子载流子浓度未满1018/cm3的非晶形氧化物膜于沟道层，介经源极引出线、汲极引出线和栅极絶缘膜构成已配有栅极引出线的电场效应型晶体管时，则施加约5V的电压至源极引出线.汲极引出线间时，可将未施加栅极电压时的源极引出线.汲极引出线间的电流设为约10-7安培。电子载流子浓度的理论下界限若予假设成可使价电子带域5 3 12 3
的电子受热激励时，则为10/cm 以下，但实际的可能性则为10 /cm。

[0057] 另外，若采用Al2O3、Y2O3、或HfO2的一种或含有该等化合物至少二种以上的混晶化合物作为栅极絶缘层时，可将源极.栅极引出线间和汲极.栅极引出线间的漏泄电流设成-7约10 安培，可实现正常断开晶体管。

[0058] 氧化物结晶的电子移动度，是金属离子的s轨道重迭愈大则愈大，原子序号较大2
的Zn、In、Sn的氧化物结晶是具有0.1至200cm/(V·秒)的较大的电子移动度。再者，于氧化物方面，因氧与金属离子形成离子键结，无化学键结的方向性，呈无规构造，即使键结的方向为不均匀的非晶形状态，与结晶状态的电子移动度相较，成为可具有相同程度大小。
另一方面，藉由以原子序号较小的元素取代Zn、In、Sn，则电子移动度变小。因此，藉由采用
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上述的非晶形氧化物，可将电子移动度控制于约0.01cm/(V·秒)至20cm/(V·秒)的范围。

[0059] 另外，于通常的化合物方面，随着载流子浓度增加，由于载流子间 的乱射等等，电子移动度虽然减少，但相对于此，于本发明的非晶形氧化物方面，随着电子载流子浓度的增加，电子移动度虽会增加，但其物理机构并不清楚。

[0060] 若施加电压至栅极引出线时，因可注入电子至上述的非晶形氧化物沟道层内，故电流于汲极.源极引出线间流动，两引出线间成为连通状态。依本发明而得的非晶形氧化膜，是随着电子载流子浓度增加而使电子移动度变大，故晶体管可使于连通状态的电流变大。也即可较增加饱和电流和连通·断开比。若采用电子移动度较大的非晶形氧化物膜作为TFT的沟道层时，则可增大饱和电流，又可增大TFT的转换(switching)速度，使高速动作成为可能的。

[0061] 例如，电子移动度若为0.01cm2/(V·秒)程度时，则可用作驱动液晶显示组件的2
TFT的沟道层。另外，若采用约0.1cm/(V·秒)的非晶形氧化物膜时，则具有与采用非晶形硅膜的TFT同等以上的性能，可制作驱动动画影像用显示组件的TFT。

[0062] 再者，使以电流驱动的有机发光二极管动作的情况等，为实现需要较大的电流的2
TFT，以电子移动度超过1cm/(V·秒)为较宜。若采用表示依本发明而得的导电衰退的非晶形氧化物于沟道层时，则在电子载流子浓度较多的状态的电流，也即晶体管的饱和电流的温度相依性变小，可实现温度特性优越的TFT。

[0063]

具体实施方式

[0064] 实施例1：依PLD法制作的非晶形ln-Ga-Zn-O薄膜

[0065] 采用图7所示的PLD成膜装置，进行成膜。于同图，701是RP(旋转型唧筒)，702是TMP(涡轮分子唧筒)，703是准备室，704是RHEED用电子枪，705是供旋转、垂直移动基板而用的基板支持设备，706是雷射入射窗，707是基板，708是靶材，709是游离基源，710是气体导入口，711是供旋转、垂直移动靶材而用的靶材支持设备，712是旁通管线，713是主管线，714是TMP(涡轮分子唧筒)，715是RP(旋转型唧筒)，716是钛除气唧筒(titanium getter pump)，717是快门。另外，图中718是IG(离子真空计)，719是PG(皮拉尼真空计)，720是BG(巴拉特龙真空计)721是成长室(chamber)。

[0066] 藉由已采用KrF激发子(eximer)雷射的脉冲雷射蒸镀法，使In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物半导体膜淀积于SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)上。至于淀积前的处理，采用丙酮、乙醇、超纯水各对基板进行超音波脱脂清洗5分钟后，使于100℃空气中干燥。

[0067] 于前述多晶靶材方面，是采用InGaO3(ZnO)4系烧结体(尺度：20mm直径，5mm厚度)。这是以已湿式混合起始原料的In2O3∶Ga2O3∶ZnO(各4N试剂)后(溶剂：乙醇)，经暂时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)而得者。如此制作的靶材的导电率为90S/cm。

[0068] 使成长室的到达真空设成2×10-6Pa，将成长中的氧分压控制于6.5Pa并进行成膜。成长室721内氧分压是6.5Pa、基板温度是25℃。且，靶材708和被成膜基板707间的2
距离是30mm，由入射窗716经予入射的KrF激发子的功率是1.5-3mJ/cm/pulse的范围。另外，脉冲宽度是20nsec，反复频率是10Hz，因此，照射点直径为1×1mm(方形)。如此以成膜率7nm/min进行成膜。

[0069] 关于制得的薄膜，于几乎贴近薄膜处进行入射X射线绕射(薄膜法，入射角0.5度)时，由未被发现有明显的绕射波峰，可说已制作的In-Ga-Zn-O系薄膜是非晶形的。再者，测定X射线反射率，进行绕射图形的解析的结果，得知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是约0.5nm，膜厚约120nm。萤光X射线(XRF)分析的结果，薄膜的金属组成比为In∶Ga∶Zn-2 16 3
＝0.98∶1.02∶4。导电率是未满约10 S/cm。电子载流子浓度可被推定为约10 /cm
2
以下，电子移动度为约5cm/(V.秒)。

[0070] 由光吸收光谱的解析，求出已制作的非晶形薄膜的禁止带能量宽度为约3eV。由以上的事实，已制作的In-Ga-Zn-O系薄膜是呈现出与结晶InGaO3(ZnO)4系的组成相近的非晶形相，可知是缺氧较少，导电率较小的透明平坦薄膜。

[0071] 采用图1具体的说明。该图是由In-Ga-Zn-O所构成，以与本实施例相同条件下制作已假设结晶状态时的组成以InGaO3(ZnO)m(m是未满6 的数)表示的透明非晶形氧化物薄膜时，使改变氧分压的情况，表示出经与成膜的氧化物的电子载流子浓度的变化者。

[0072] 藉由于与本实施例相同条件下超过氧分压4.5Pa的较高的气围中进行成膜，如图18 3
1所示，可使电子载流子浓度降低至未满10 /cm。此时，基板的温度是于不刻意加温的状态，可予保持于约略室温。于使用可挠性塑料薄膜作为基板时，基板温度以保持未满100℃为宜。

[0073] 若更提高氧分压时，可更使电子载流子浓度降低。例如，如图1所示般，于以基板16 3
温度25℃、氧分压5Pa进行成膜的InGaO3(ZnO)4薄膜，可再使电子载流子数降低至10 /cm。

[0074] 所得的薄膜如图2所示般，电子移动度是超过1cm2/(V·秒)。然而，于本实施例的脉冲雷射蒸镀法，若使氧分压设成6.5Pa以上时，则已淀积的膜的表面即成凹凸，欲用作TFT的沟道层即成困难。因此，于氧分压超过4.5Pa，较佳为超过5Pa至未满6.5Pa的气围中，若采用由以脉冲雷射蒸镀法制作的In-Ga-Zn-O所构成，于结晶状态的组成以InGaO3(ZnO) m(m是未满6的数)表示的透明非晶形氧化物薄膜时，则可构成正常断开的晶体管。

[0075] 另外，该薄膜是可得电子移动度超过1cm2/V·秒，增大连通.断开比至成超过103。如前述般，以本实施例所示的条件下藉由PLD法进行InGaZn氧化物的成膜时，以控制氧分
18 3
压成4.5Pa以上至未满6.5Pa为较 佳。且为实现电子载流子浓度成未满10 /cm，使氧分压的条件、成膜装置的构成或成膜的材料或组成等等相依。

[0076] 实施例2：依PLD法制作的非晶形InGaO3(ZnO)和InGaO3(ZnO)4氧化物膜的成膜[0077] 依采用KrF激发子雷射的PLD法，以具有InGaO3(ZnO)和InGaO3(ZnO) 4组成的多晶烧结体各为靶材，于玻璃基板(康宁公司制造的1737)使淀积In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜。PLD成膜装置是采用实施例1所示者，成膜条件与上述相同。于基板温度25℃进行成膜。

[0078] 关于所得的薄膜，对贴近膜面而进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角0.5度)时，则清晰可见的绕射波峰未被检测出，由二种靶材制作的In-Zn-Ga-O系膜，不论何者均显示出非晶形膜。

[0079] 再者，对玻璃基板的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜进行X射线反射率测量，已进行图形的解析的结果，可知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)为约0.5nm，膜厚约120nm。萤光X射线(XRF)分析的结果，以具有InGaO3(ZnO)组成的多结晶烧结体为靶材而得的膜的金属原子组成比是In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9。又以具有InGaO3(ZnO)4组成的多晶烧结体为靶材而得的膜的金属原子组成比是In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4。

[0080] 使成膜时的气围的氧分压变化，测定以具有InGaO3(ZnO)4组成的多 晶烧结体为靶材而得的非晶形氧化物膜的电子载体浓度。其结果示于图1。藉由在氧分压超过4.5Pa18 3
的气围中成膜，可使电子载体浓度降低至未满10 /cm。此时，于基板温度刻意不予加温的状态下是予以保持于约略常温。又，氧分压未满6.5Pa时，所得的非晶形氧化物膜的表面是平坦的。

[0081] 氧分压为5Pa时，以具有InGaO3(ZnO)4组成的多晶烧结体为靶材而得的非晶形氧18 3 -2 2
化物膜的电子载体浓度为10 /cm，导电率为10 S/cm。又，电子移动度则予推测成约5cm/V·秒。由光吸收光谱的解析，求出已制作的非晶形氧化物膜的禁带能量宽幅是约3eV。若氧分压由5Pa再增大时，则可使电子载体浓度再降低。

[0082] 如图1所示，于基板温度25℃、氧分压6Pa进行成膜的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化16 3 -3
物膜，是可将电子载流子浓度降低至8×10 /cm(导电率：约8×10 S/cm)。所得的膜是可
2
予推测电子移动度超过1cm/(V·秒)。然而，于PLD法，若将氧分压设成6.5Pa以上时，则已淀积的膜的表面即成凹凸状，欲用作TFT的沟道层即成较困难。

[0083] 关于以具有InGaO3(ZnO)4组成的多晶烧结体为靶材，不同的氧分压进行成膜的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜，探讨电子载流子浓度与电子移动度的关是。其结果示于图16 3 20 3 2
2。电子载流子浓度若由10 /cm 增加至10 /cm 时，则电子移动度是予以表示出由约3cm/
2
(V·秒)增加至约11cm/ (V·秒)。另外，关于以具有InGaO3(ZnO)组成的多晶烧结体为靶材而得的非晶形氧化物膜，也被发现有同样的倾向。

[0084] 采用厚度200μm的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板时，所得的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜也显示出同样的特性。

[0085] 实施例3：依SP法制作的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜

[0086] 说明依采用氩气作为气围的高频SP法而进行成膜的情形。SP法是采用图8所示的装置予以进行。于同一图上，807是被成膜基板，808是靶材，805是附冷却机构的基板保持装置，814是涡轮分子唧筒，815是旋转唧筒，817是快门，818是离子真空计，819是皮拉尼真空计，821是成长室，830是闸阀。至于被成膜基板807是准备SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)。至于成膜前处理，是采用丙酮、乙醇、超纯水各进行此基板的超音波脱脂清洗每种5分钟后，使于100℃空气中干燥。

[0087] 至于靶材材料，是采用具有InGa3(ZnO)4组成的多晶烧结体烧(尺度：20mm直径，5mm厚度)。这一烧结体是将起始原料的In2O3∶Ga2O3∶ZnO(各为4N试剂)湿式混合(溶剂：乙醇)，经临时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)予以制作。此靶材
808的导电率为90(S/cm)，属半絶缘体状态。

[0088] 成长室821内的到达真空为1×10-4Pa，成长中的氧气和氩气的总压力为4～-1 -3 -10.1×10 Pa的范围内的固定值，改变氩气和氧的分压比，使氧分 压于10 ～2×10 Pa的范围内变化。又，基板温度设为常温，靶材80和被成膜基板807间的距离为30mm。投入电功为RF180W，成膜速率为10nm/min。

[0089] 关于所取得的膜，对贴近膜面进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角＝0.5度)时，清晰可见的绕射波峰未被检测出，已制作的In-Zn-Ga-O系膜是予显示出非晶形膜。进一步，进行X射线反射率测定，进行图形的解析的结果，可知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)为约0.5nm，膜厚为约120nm。萤光X射线(XRF)分析的结果，薄膜的金属组成比为In∶Ga∶Zn＝0.98∶1.02∶4。

[0090] 测定使成膜时的气围的氧分压变化而得的非晶形氧化物膜的导电率。其结果示于-2图3。如图3所示，于氧分压力超过3×10 Pa的气围中进行成膜，可使导电率降低至10S/cm。

[0091] 藉由进一步增大氧分压，可使电子载流子数量降低。例如，如图3所示，于基板温-1 -10度25℃、氧分压10 Pa进行成膜的InGaO3(ZnO)4薄膜，可进一走使导电率降低至10 S/cm。
-1
另外，于氧分压超过10 Pa进行成膜的InGaO3(ZnO)4薄膜，电阻过高而未能测定导电率。此时虽未能测定电子移动度，但电子载流子浓度是由较大的膜的值外插，电子移动度则可予
2
推断为约1cm/V·秒。

[0092] 也即，于氧分压超过3×10-2Pa，宜为超过5×10-1Pa的氩气围，采用 由溅镀蒸镀法制作的In-Ga-Zn-O，于结晶状态上的组成InGaO3(ZnO)m(m是未满6的自然数)表示的透明3
非晶形氧化物薄膜，可构成正常断开对正常连通比超过10 的晶体管。

[0093] 于采用本实施例所示的装置材料的情况下，至于藉由溅镀器进行成膜的氧分压，-2 -1例如3×10 Pa以上，5×10 Pa以下的范围。且于以脉冲雷射蒸镀法和蒸镀法制作的薄膜，如图2所示，随着导电电子数的增加，同时使电子移动度增加。

[0094] 正如上述般，藉由控制氧分压，可降低氧缺陷，结果可减少电子载流子浓度。另外，于非晶形状态是与多晶状态不同，因本质上晶粒界面并不存在，可得高电子移动度的非晶形薄膜。且于采用厚度200μm的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板时，所得的InGaO3(ZnO)4非晶形氧化物膜也显示出同样的特性。

[0095] 实施例4：依PLD法制作的In-Zn-Ga-Mg-O系非晶形氧化物膜的成膜[0096] 接着，说明依PLD法对玻璃基板进行成膜InGaO3(Zn1-xMgxO)4(0＜x＜1)薄膜。至于成膜装置，是采用图7记载的成膜装置。至于被成膜基板，准备SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超纯水各进行该基板的超音波脱脂清洗每种5分钟后，使于100℃空气中干燥作为成膜的前处理。

[0097] 至于靶材，使用InGa(Zn1-xMgxO)4(x＝1-0)烧结体(尺度：20mm直径、 5mm厚度)。此靶材是将起始原料的In2O3∶Ga2O3∶ZnO∶MgO(各为4N试剂)湿式混合(溶剂：乙醇)，经临时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)予以制作。

[0098] 成长室内的到达真空为2×10-6Pa，成长中的氧分压为0.8Pa。又，基板温度是于常温(25℃)进行，靶材和被成膜基板间的距离为30(mm)。

[0099] 且，KrF激发子雷射的功率为1.5mJ/cm2/pulse、脉冲宽幅为20nsec、反复频率为10Hz、照射点直径为1×1mm(方形)。成膜速率为7nm/min。

[0100] 关于如此而得的薄膜，对贴近膜面进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角0.5度)时，清晰可见的绕射波峰未被检测出，已制作的In-Zn-Ga-Mg-O系膜是予显示出非晶形膜。所得的薄膜的表面是平坦的。

[0101] 采用不同数值的靶材，检测于氧分压力0.8Pa的气围中进行成膜的In-Zn-Ga-Mg-O系非晶形氧化物膜的导电率、电子载流子浓度和电子移动度的x值相依性。且，至于靶材，若采用多晶InGaO3(Zn1-xMgxO)m(m是未满6的自然数，0＜×≤1)时，即使于未满1Pa的氧分压下，也可得高电阻非晶形InGaO3(Zn1-xMgxO)m薄膜。

[0102] 其结果示于图4。x值超过0.4时，于氧分压0.8Pa的气围中，依PLD法而成膜的18 3
非晶形氧化物膜，电子载流子浓度是可以未满10 /cm 表示。又，于x值超过0.4的非晶形
2
氧化物膜，电子移动度是超过1cm/V.秒。如图4所示，于使用以80原子％的Mg取代Zn的靶材时，于氧分压0.8Pa 的气围，可将以脉冲雷射淀积法而得的薄膜的电子载流子浓度设
16 3
为未满10 /cm。

[0103] 如此而得的薄膜的电子移动度较未添加Mg的薄膜者降低，但未达该程度，于室温2
的电子移动度为约5cm/(V·秒)，与非晶形硅相较则显示出大一个位数的值。于相同条件进行成膜时，随着含Mg量的增加，导电率和电子移动度由于均降低，故含Mg量宜为超过20原子％至未满85原子％(设为x时，0.2＜x＜0.85)，较宜为0.5＜x＜0.85。

[0104] 且，于采用厚度200μm的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板时，所得的InGaO3(Zn1-xMgxO)4(0＜x≤1)非晶形氧化物薄膜也显示出同样的特性。

[0105] 实施例5：依PLD法制作的In2O3非晶形氧化物膜的成膜

[0106] 接着说明进行成膜In氧化物膜的情况。成膜装置是采用图7所述的装置。至于被成膜基板，准备SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超纯水各进行该基板的超音波脱脂清洗每种5分钟后，使于100℃空气中干燥作为此基板的前处理。

[0107] 至于靶材，使用In2O3烧结体(尺度：20mm直径、5mm厚度)。此靶材是将起始原料的In2O3(4N试剂)经临时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)予以制作。

[0108] 成长室内的到达真空为2×10-6Pa，成长中的氧分压为5Pa，水蒸气 分压为0.1Pa，再对发生氧游离基装置施加200W，使产生氧游离基。基板温度是常温(25℃)。靶材和被成2
膜基板间的距离为40mm。KrF激发子雷射的功率为0.5mJ/cm/pulse、脉冲宽幅为20nsec、反复频率为10Hz、照射点直径为1×1mm(方形)。成膜速率为3nm/min)

[0109] 关于如此而得的薄膜，对贴近膜面进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角0.5度)时，清晰可见的绕射波峰未被检测出，已制作的In-O系膜是予显示出非晶形膜。膜厚是17 3
80nm。所得的In-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的电子载流子浓度是5x10 /cm，
2
电子移动度是约7cm/V·秒。

[0110] 实施例6：依PLD法制作的In-Sn-O系非晶形氧化物膜的成膜

[0111] 说明依PLD法进行In-Sn-O系非晶形氧化物膜的成膜的情况。至于被成膜基板，是准备SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超纯水各进行超音波脱脂清洗每种5分钟后，使于100℃空气中干燥作为此基板的前处理。

[0112] 至于靶材，使用In2O3-SnO2烧结体(尺度：20mm直径、5mm厚度)。此靶材是将起始原料的In2O3-SnO2(4N试剂)湿式混合(溶剂：乙醇)，经临时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)予以制作。靶材的组成是(In0.9Sn0.1)O3.1多晶体。

[0113] 成长室内的到达真空为2×10-6Pa，成长中的氧分压为5Pa，氮分压 为0.1Pa，再对发生氧游离基装置施加200W，使产生氧游离基。基板温度是于常温(25℃)进行成膜，靶材2
和被成膜基板间的距离为30mm。KrF激发子雷射的功率为1.5mJ/cm/pulse、脉冲宽幅为
20nsec、反复频率为10Hz、照射点直径为1×1mm(方形)。成膜速率为6nm/min。

[0114] 关于如此而得的薄膜，对贴近膜面进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角0.5度)时，清晰可见的绕射波峰未被检测出，已制作的In-Sn-O系膜是予显示出非晶形膜。所得的17 3
In-Sn-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的电子载流子浓度是8x10 /cm，电子移动度
2
是约5cm/V.秒。膜厚为100nm。

[0115] 实施例7：依PLD法制作的In-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜

[0116] 接着，说明进行In-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜的情况。至于被成膜基板，是准备SiO2玻璃基板(康宁公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超纯水各进行超音波脱脂清洗每种5分钟后，使于100℃空气中干燥作为此基板的前处理。

[0117] 至于靶材，准备(In2O3)1-x-(Ga2O3)x(x＝0-1)烧结体(尺度：20mm直径、5mm厚度)。且，例如x＝0.1时，则靶材即成为(In0.9Ga0.1)2O3多晶烧结体。此靶材是将起始原料的In2O3-Ga2O3(4N试剂)湿式混合(溶剂：乙醇)，经临时烧结(1000℃：2h)、干式粉碎、真正烧结(1550℃：2h)予以制作。

[0118] 成长室内的到达真空为2×10-6Pa，成长中的氧分压为1Pa。基板温度是于常温(25℃)进行成膜，靶材和被成膜基板间的距离为30(mm)。KrF激发子雷射的功率为1.5mJ/2
cm/pulse、脉冲宽幅为20nsec、反复频率为10Hz、照射点直径为1×1mm(方形)。成膜速率为6nm/min。

[0119] 关于如此而得的薄膜，对贴近膜面进行入射X射线绕射(薄膜法、入射角0.5度)时，清晰可见的绕射波峰未被检测出，已制作的In-Ga-O系膜是予显示出非晶形膜。膜厚为16
120nm。所得的In-Ga-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的电子载流子浓度是8x10 /
3 2
cm，电子移动度是约1cm/V·秒。

[0120] 实施例8：采用In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT组件(玻璃基板)[0121] 制作出如图5所示的顶层栅极型TFT组件。先于玻璃基板(1)上，以具有InGaO3(ZnO)4组成的多晶烧结体为靶材，于氧分压5Pa的条件下，藉由实施例1的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜的制作法，形成出用作沟道层(2)的厚度120nm的In-Zn-Ga-O系非晶形膜。

[0122] 再于其上，使成长室内的氧分压设成未满1Pa，并藉由PLD法各层合导电率较大的In-Zn-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，藉由微影术和剥落法形成汲极引出线(5)和源极引出线(6)。

[0123] 最后，藉由电子射束蒸镀法形成用作栅极绝缘膜(3)的Y2O3膜(厚度：90nm、比介-3 2电常数：约15、漏泄电流密度：施加0.5MV/cm时，10 A/cm)， 于其上形成金膜，藉由微影术和剥落法形成栅极引出线(4)。沟道长度为50μm，沟道宽幅为200μm。

[0124] (TFT组件的特性评估)

[0125] 图6是表示室温下测定的TFT组件的电流-电压特性。随着汲极电压VDS的增加，汲极电流IDS会增加，可知沟道为n型传导。此与非晶形In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物膜是n型导体的事实并不矛盾。IDS是表示以VDS＝6V程度饱和的典型半导体晶体管的行为。调查增益特性时，施加VDS＝4V时的栅极电压VGS的阈值约为-0.5V。另外，于施加VGS＝6V时，-5于VDS＝10V时流动着IDS＝1.0×10 A的电流。此是对应于由于栅极偏压会于絶缘体的
3
In-Zn-Ga-O系非晶形半导体薄膜内感应载流子。晶体管的连通.断开比是超过10。另外，
2 -1
由输出特性计算电场效应移动度时，于饱和领域可得大约7cm(Vs) 的电场效应移动度。

[0126] 虽然对已制作的组件照射可见光进行同样的测量，但未发现有晶体管特性的变18 3
化。且，以将非晶形氧化物的电子载流子浓度设成未满10 /cm，即可适用作TFT的沟道层。
17 3 16 3
至于此电子载流子浓度较优选为10 /cm 以下，更优选为10 /cm 以下。如依本实施例时，则可予实现。

[0127] 实施例9：采用In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT组件

[0128] 制作图5所示的顶层栅极型TFT组件。具体来说，于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(1)上，藉由实施例2所示的成膜法，以具有InGaO3(ZnO) 组成的多晶烧结体为靶材，于氧分压5Pa的条件下，形成出用作沟道层(2)的厚度120nm的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜。

[0129] 再于其上，使成长室内的氧分压设成未满1Pa，并藉由PLD法各层合导电率较大的In-Zn-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，藉由微影术和剥落法形成汲极引出线(5)和源极引出线(6)。

[0130] 最后，藉由电子射束蒸镀法形成栅极绝缘膜(3)，于其上形成金膜，藉由微影术和剥落法形成栅极引出线(4)。沟道长度为50μm，沟道宽幅为200μm。至于栅极绝缘膜，制作出采用Y2O3(厚度：140nm)、Al2O3(厚度：130nm)和HfO2(厚度：140nm)的三种具有上述构造的TFT。

[0131] (TFT组件的特性评估)

[0132] 于PET薄膜上所形成的TFT的于室温下测定的电流-电压特性，是与图6相同。也即随着汲极电压VDS的增加，汲极电流IDS会增加，可知沟道为n型传导。此与非晶形In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物膜是n型导体的事实并不矛盾。IDS是表示以VDS＝6V程度饱和的典型半导体晶体管的行为。又，在检查增益特性时，施加VDS＝4V时的栅极电压VGS的-5
阈值约为-0.5V。另外，于施加VGS＝6V时，VDS＝10V时，流动着IDS＝1.0×10 A的电流。
这是对应于由于栅极偏压会于絶缘体的In-Zn-Ga-O系非晶形半导体薄膜内感应电子载流
3
子。晶体管的连通.断开比是超过10。另外，由输出特性计算电场效应移动度时，于饱和
2 -1
领域可得大约7cm(Vs) 的电场 效应移动度。

[0133] 对已于PET薄膜上形成的组件使以曲率半径30nm折曲，虽可进行相同的晶体管特性的测定，然而并未发现晶体管特性有大幅度变化。又虽然照射可见光并进行相同的测定，但并未发现晶体管特性有变化。

[0134] 即使已采用Al2O3膜的PET作为栅极絶缘膜，虽显示出与图6所示者类似的晶体管-8 -6特性，但施加VGS＝6V时，VDS＝0V时，IDS＝10 A，于VDS＝10V时，流动着IDS＝1.0×10 A
2
的电流。晶体管的连通.断开比是超过10。另外，由输出特性计算电场效应移动度时，于
2 -1
饱和领域可得约2cm(Vs) 电场效应移动度。

[0135] 即使已采用HfO2膜的PET作为栅极絶缘膜，虽显示出与图6所示者类似的晶体管-8 -6特性，但于施加VGS＝6V时，VDS＝0V时，IDS＝10 A，于VDS＝10V时，流动着IDS＝5.0×10 A
2
的电流。晶体管的连通.断开比是超过10。另外，由输出特性计算电场效应移动度时，于
2 -1
饱和领域可得约10cm(Vs) 电场效应移动度。

[0136] 实施例10：采用依PLD法制作的In2O3非晶形氧化物膜制作TFT组件[0137] 制作图5所示的顶层栅极型TFT组件。首先，于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(1)上，藉由实施例5所示的成膜法，形成出用作沟道层(2)的厚度80nm的In2O3系非晶形氧化物膜。

[0138] 再于其上，使成长室内的氧分压设成未满1Pa，再将施加至发生氧游 离基装置的电压设成零，并藉由PLD法各层合导电率较大的In2O3系非晶形膜和金膜30nm，藉由微影术和剥落法形成汲极引出线(5)和源极引出线(6)。

[0139] 最后，藉由电子射束蒸镀法形成栅极绝缘膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，藉由微影术和剥落法形成栅极引出线(4)。

[0140] (TFT组件的特性评估)

[0141] 测定于PET薄膜上所形成的TFT的于室温下测定的电流-电压特性。随着汲极电压VDS的增加，汲极电流IDS会增加，可知沟道为n型传导。此与非晶形In-O系非晶形氧化物膜是n型导体的事实并不矛盾。IDS是表示以VDS＝5V程度饱和的典型晶体管的行为。另-8 -6外，但于施加VGS＝6V时，VDS＝0V时，IDS＝10 A，于VDS＝10V时，流动着IDS＝2.0×10 A的电流。此是对应于由于栅极偏压会于絶缘体的In-O系非晶形半导体薄膜内感应电子载
2
流子。晶体管的连通.断开比是约10。另外，由输出特性计算电场效应移动度时，于饱和
2 -1
领域可得大约10cm(Vs) 的电场效应移动度。

[0142] 已制作于玻璃基板上的TFT组件也显示出相同的特性。对已于PET薄膜上形成的组件使以曲率半径30nm折曲，虽可进行相同的晶体管特性的测定，然而并未发现晶体管特性有大幅度变化。

[0143] 实施例11：采用依PLD法制作的In-Sn-O系非晶形氧化物膜制作TFT组 件[0144] 制作如图5所示的顶层栅极型TFT组件。首先，于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(1)上，藉由实施例6所示的成膜法，形成出用作沟道层(2)的厚度100nm的In-Sn-O系非晶形氧化物膜。

[0145] 再于其上，使成长室内的氧分压设成未满1Pa，再将施加至发生氧游离基装置的电压设成零，并藉由PLD法各层合导电率较大的In-Sn-O系非晶形膜和金膜30nm，藉由微影术和剥落法形成汲极引出线(5)和源极引出线(6)。

[0146] 最后，藉由电子射束蒸镀法形成栅极绝缘膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，藉由微影术和剥落法形成栅极引出线(4)。

[0147] (TFT组件的特性评估)

[0148] 测定于PET薄膜上所形成的TFT的于室温下测定的电流-电压特性。随着汲极电压VDS的增加，汲极电流IDS会增加，可知沟道为n型半导体。此与非晶形In-Sn-O系非晶形氧化物膜是n型导体的事实并不矛盾。IDS是表示以VDS＝6V程度饱和的典型晶体管的-8行为。另外，于施加VGS＝6V时，于VDS＝0V时，IDS＝1x10 A，VDS＝10V时，流动着IDS＝-5
5.0×10 A的电流。此是对应于由于栅极偏压会于絶缘体的In-Sn-O系非晶形氧化物膜内
3
感应电子载流子。晶体管的连通.断开比是约10。另外，由输出特性计算电场效应移动度
2 -1
时，于饱和领域可得大约5cm(Vs) 的电场效应移动度。

[0149] 已制作于玻璃基板上的TFT组件也显示出相同的特性。对已于PET薄膜上形成的组件使以曲率半径30nm折曲，虽可进行相同的晶体管特性的测定，然而并未发现晶体管特性有大幅度变化。

[0150] 实施例12：采用依PLD法制作的In-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT组件[0151] 制作如图5所示的顶层栅极型TFT组件。先于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(1)上，藉由实施例7所示的成膜法，形成出用作沟道层(2)的厚度120nm的In-Ga-O系非晶形氧化物膜。

[0152] 再于其上，使成长室内的氧分压设成未满1Pa，再将施加至发生氧游离基装置的电压设成零，并藉由PLD法各层合导电率较大的In-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，藉由微影术和剥落法形成汲极引出线(5)和源极引出线(6)。

[0153] 最后，藉由电子射束蒸镀法形成栅极绝缘膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，藉由微影术和剥落法形成栅极引出线(4)。

[0154] (TFT组件的特性评估)

[0155] 测定于PET薄膜上所形成的TFT的于室温下测定的电流-电压特性。随着汲极电压VDS的增加，汲极电流IDS会增加，可知沟道为n型半导体。此与非晶形In-Ga-O系非晶形氧化物膜是n型导体的事实并不矛盾。IDS是表示以VDS＝6V程度饱和的典型晶体管的-8行为。另外，于施加VGS＝6V时， 于VDS＝0V时，IDS＝1x10 A，VDS＝10V时，流动着IDS＝-6
1.0×10 A的电流。此是对应于由于栅极偏压会于絶缘体的In-Ga-O系非晶形氧化物膜内
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感应电子载流子。晶体管的连通.断开比是约10。另外，由输出特性计算电场效应移动度
2 -1
时，于饱和领域可得大约0.8cm(Vs) 的电场效应移动度。

[0156] 已制作于玻璃基板上的TFT组件也显示出相同的特性。对已于PET薄膜上形成的组件使以曲率半径30nm折曲，虽可进行相同的晶体管特性的测定，然而并未发现晶体管特性有大幅度变化。

[0157] 且，如上述实施例所示，以将非晶形氧化物的电子载流子浓度设成未满1018/cm3，17 3 16 3
即可适用作TFT的沟道层。至于此电子载流子浓度较宜为10 /cm 以下，更宜为10 /cm 以下。

[0158] 产业上的可利用性

[0159] 与本发明有关的非晶形氧化物，是可利用于薄膜晶体管等的半导体装置。因此，此薄膜晶体管例如可应用作LCD或有机EL显示器的转换组件，以可挠性显示器为首，可广泛的应用于透明(see-through)型显示器，IC晶卡或ID卷标等方面。

[0160]

附图说明

[0161] 图1是表示以脉冲蒸镀法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的电子载流子浓度与成膜中的氧分压力的关系图。

[0162] 图2是表示以脉冲蒸镀法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的电子载流子浓度与电子移动度的关系图。

[0163] 图3是表示以高频溅镀法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的电子载流子浓度与成膜中的氧分压的关系图。

[0164] 图4是表示对以脉冲蒸镀法成膜的InGaO3(Zn1-xMgxO)4的x值的导电率、电子载流子浓度与电子移动度的的变化图。

[0165] 图5是表示顶层栅极型TFT组件构造的模式图。

[0166] 图6是表示顶层栅极型TFT组件的电流-电压特性图。

[0167] 图7是表示脉冲雷射蒸镀装置的模式图。

[0168] 图8是表示溅镀制膜装置的模式图。

[0169] 【图号说明】

[0170] 1玻璃基板或PET薄膜

[0171] 2沟道层

[0172] 3栅极绝缘膜

[0173] 4栅极引出线

[0174] 5汲极引出线

[0175] 6源极引出线

[0176] 701、715RP (旋转型唧筒)

[0177] 702、714TMP (涡轮分子唧筒)

[0178] 703 准备室

[0179] 704 RHEED用电子枪

[0180] 705 基板支持设备

[0181] 706 雷射入射窗

[0182] 707 基板

[0183] 708 靶材

[0184] 709 游离基源

[0185] 710 气体导入口

[0186] 711 靶材支持设备

[0187] 712 旁通管线

[0188] 713 主管线

[0189] 716 钛除气唧筒

[0190] 717 快门

[0191] 718 IG(离子真空计)

[0192] 719 PG(皮拉尼真空计)

[0193] 720 BG(巴拉特龙真空计)

[0194] 721 成长室

[0195] 805 附冷却机构的基板支持装置

[0196] 807 被成膜基板

[0197] 808 靶材

[0198] 814 涡轮分子唧筒

[0199] 815 旋转唧筒

[0200] 817 快门

[0201] 818 离子真空计

[0202] 819 皮拉尼真空计

[0203] 821 成长室

[0204] 830 闸阀