薄膜トランジスタおよびその製造方法
【課題】信頼性および再現性が優れるとともに、歩留まりが高く生産性が優れた薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を覆って基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、積層体の第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層を形成する工程と、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを有する。第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成される。
【解決手段】薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を覆って基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、積層体の第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層を形成する工程と、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを有する。第１の絶縁膜、酸化物半導体膜および第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関し、特に、信頼性および再現性が優れるとともに、歩留まりが高く生産性が優れた薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜トランジスタ、特に、電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路、高周波信号増幅素子等として広く用いられている。
また、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）のスイッチング素子として、電界効果型トランジスタのうち、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう）が用いられている。ＦＰＤに用いられるＴＦＴは、ガラス基板上に活性層として非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜が形成されている。
【０００３】
上述の非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜を活性層に用いるＴＦＴは、比較的高温の熱工程を要する。このため、ガラス基板は用いることができるものの、耐熱性が低い樹脂製の基板を用いることは困難である。
また、ＦＰＤについて、より一層の薄型化、軽量化、耐破損性が要求されており、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂製の基板を用いることも検討されている。このため、低温での成膜が可能な非晶質酸化物半導体、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物を用いたＴＦＴの開発が活発に行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１には、第１絶縁体と、少なくともＺｎ、Ｇａ、Ｉｎのうちの何れか一元素を含む非晶質酸化物である酸化物半導体膜と、第２絶縁体とをこの順に有する積層構造を備え、酸化物半導体膜により活性層が構成された薄膜デバイスが開示されている。この特許文献１において、酸化物半導体膜は、第１絶縁体との界面に位置する部分である第１界面層と、第２絶縁体との界面に位置する部分である第２界面層とのうちの少なくとも何れか一方の酸素空孔密度が酸化物半導体膜において第１及び第２界面層以外の部分であるバルク層の酸素空孔密度よりも小さい。また、特許文献１には、第１界面層及び第２界面層の酸素空孔密度がバルク層の酸素空孔密度よりも小さいことが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献１においては、第１絶縁体上に酸化物半導体膜を形成する工程と酸化物半導体膜上に第２絶縁体を形成する工程とを行うことにより、第１絶縁体、酸化物半導体膜及び第２絶縁体を含む積層構造を備え、酸化物半導体膜により活性層が構成された薄膜デバイスを製造する方法が開示されている。この特許文献１において、第１絶縁体、第２絶縁体及び酸化物半導体膜の成膜工程とは別に、酸化性処理を行うことにより、酸化物半導体膜において、前記第１絶縁体との界面に位置する部分である第１界面層と、第２絶縁体との界面に位置する部分である第２界面層とのうちの少なくとも何れか一方の酸素空孔密度を、酸化物半導体膜において第１及び第２界面層以外の部分であるバルク層の酸素空孔密度よりも小さくしている。
また、特許文献１において、薄膜デバイスの積層構造は、ゲート金属膜と、第１絶縁体としてのゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と、ソース・ドレイン金属膜と、第２絶縁体としての保護絶縁膜とをこの順に成膜することにより形成されるものである。この薄膜デバイスの積層構造を形成する際、ゲート絶縁膜の成膜後に、酸化性処理と、酸化物半導体膜の成膜とを大気に曝すことなく、この順で連続して行う。
【０００６】
特許文献２には、Ｉｎ又はＺｎを含むアモルファス酸化物膜のチャネル層を有する電界効果型トランジスタにおいて、アモルファス酸化物膜が１０１６／ｃｍ３以上１０２０／ｃｍ３以下の水素原子又は重水素原子を含有する電界効果型トランジスタが開示されている。
この電界効果型トランジスタは、例えば、ゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、水素原子を含むガス（ただし、水蒸気を除く）と酸素ガスとを成膜装置内に所定の分圧で導入しながら、アモルファス酸化物からなるチャネル層を形成する工程等により製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４２０８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０３９１８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９０， １９２１０１ ２００７
【非特許文献２】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９２， ０７２１０４ ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１においては、活性層を構成する酸化物半導体膜の成膜後、大気開放した後に、所望の形状にパターニングする。この場合、活性層のバックチャネルは大気に曝されたり、パターニングの際にエッチング液等に曝される。このため、バックチャネルは、水分の吸着、酸素吸着、または汚染不純物元素の混入の虞があるという問題がある。このように、バックチャネル表面に酸素、水分等が吸着した場合、トランジスタ特性が変化することが知られている（非特許文献１、２参照）。このことから、特許文献１には、信頼性および再現性が劣るという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２は、１０１６／ｃｍ３以上１０２０／ｃｍ３以下の水素原子又は重水素原子のアモルファス酸化物膜を有し、これにより、ヒステリシスを低減している。しかしながら、特許文献２においては、アモルファス酸化物膜（チャネル層）に水素を添加するために、水素原子を含むガス（ただし、水蒸気を除く）と酸素ガスとを成膜装置内に所定の分圧で導入する必要があり工程が煩雑になるとともに、工程数が増加するという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、信頼性および再現性が優れるとともに、歩留まりが高く生産性が優れた薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆って前記基板上に第１の絶縁膜を形成し、前記第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、前記酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、前記積層体の前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれ前記ゲート絶縁層、前記活性層および前記チャネル保護層を形成する工程と、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法を提供するものである。
【００１３】
本発明においては、前記チャネル保護層、前記活性層および前記ゲート絶縁層を形成する工程は、前記積層体の前記第２の絶縁膜をパターニングして前記チャネル保護層を形成する工程と、前記第１の絶縁膜をパターニングして前記ゲート絶縁層を形成する工程と、前記酸化物半導体膜をパターニングして前記活性層を形成する工程とを備えることが好ましい。
また、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程は、前記基板上に導電膜を形成し、前記導電膜上にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液を用いて、前記チャネル保護層をエッチングストッパとして前記導電膜をエッチングする工程を備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、スパッタ法により形成されることが好ましい。
さらにまた、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、背圧が１０×１０−４Ｐａ以下で形成されることが好ましい。
また、前記第２の絶縁膜は、酸素ガスとアルゴンの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成されることが好ましい。
また、前記第２の絶縁膜は、Ｇａの酸化物膜からなり、前記チャネル保護層を形成する工程は、前記Ｇａの酸化物膜を形成する工程と、この前記Ｇａの酸化物膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜において少なくとも前記チャネル領域の一部をパターン部とし、それ以外の部分を非パターン部とする工程と、アルカリ溶液を用いて前記非パターン部を除去してパターン形成する工程とを備え、前記パターン形成工程において、前記非パターン部を除去する際に前記非パターン部の下の前記Ｇａの酸化物膜が前記アルカリ溶液により除去されて前記チャネル保護層が形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタであって、前記活性層上に前記チャネル保護層が形成されており、前記チャネル保護層および前記活性層内の水素濃度は、前記チャネル保護層から前記活性層に向かって減少しており、前記チャネル保護層と前記活性層との前記界面近傍の水素濃度プロファイルは、極小値および極大値を有し、前記チャネル保護層と前記活性層との界面近傍において前記水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、前記界面近傍における前記微分値の差は１×１０２０以上であることを特徴とする薄膜トランジスタを提供するものである。
【００１６】
この場合、前記活性層内の前記水素濃度は、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
また、前記活性層上に前記チャネル保護層を介在させて前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成されていることが好ましい。
また、前記活性層は、非晶質半導体を主成分とすることが好ましく、この場合、前記活性層は、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、ゲート絶縁層となる第１の絶縁膜、活性層となる酸化物半導体膜およびチャネル保護層となる第２の絶縁膜を、大気に曝すことなく連続して形成することにより、活性層とチャネル保護層との界面に不純物が入ることが抑制されて、活性層における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つ薄膜トランジスタを再現性よく、かつ高い歩留まりで製造することができる。
【００１８】
本発明の薄膜トランジスタによれば、チャネル保護層および活性層内の水素濃度がチャネル保護層から活性層に向かって減少しており、チャネル保護層と活性層との界面近傍の水素濃度プロファイルが極小値および極大値を有し、チャネル保護層と活性層との界面近傍において水素濃度プロファイルの微分値が負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上とすることにより、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）は、縦軸に水素濃度をとり、横軸に深さをとって、ゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層における水素濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）は、図２（ａ）の要部を拡大して示すグラフであり、（ｃ）は、図２（ｂ）に示す曲線の微分値を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、比較例１の薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【００２１】
図１に示す薄膜トランジスタ（以下、単に、トランジスタという）１０は、電界効果型トランジスタの一種であり、基板１２と、ゲート電極１４と、ゲート絶縁層１６と、チャネル層として機能する活性層１８と、チャネル保護層２０と、ソース電極２２と、ドレイン電極２４と、平坦化層２６とを有するものである。このトランジスタ１０は、ゲート電極１４に電圧を印加して、活性層１８のチャネル領域Ｃに流れる電流を制御し、ソース電極２２とドレイン電極２４間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。図１に示すトランジスタ１０は、一般的にボトムゲートトップコンタクト構造と呼ばれるものである。
【００２２】
トランジスタ１０においては、基板１２の表面１２ａにゲート電極１４が形成されており、このゲート電極１４を覆うようにして基板１２の表面１２ａにゲート絶縁層１６が形成されている。このゲート絶縁層１６の表面１６ａに活性層１８が形成されている。この活性層１８の表面１８ａに、活性層１８のチャネル領域Ｃを覆うチャネル保護層２０が設けられている。活性層１８の表面１８ａにチャネル保護層２０を介在させてソース電極２２およびドレイン電極２４が形成されている。
【００２３】
活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａにソース電極２２が形成されている。また、このソース電極２２と対をなすドレイン電極２４が、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａに、ソース電極２２と対向して形成されている。すなわち、ソース電極２２およびドレイン電極２４は、チャネル保護層２０の表面２０ａの上方をあけて、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして形成されている。ソース電極２２、チャネル保護層２０およびドレイン電極２４を覆うようにして平坦化層２６が形成されている。
【００２４】
トランジスタ１０において、基板１２は、特に限定されるものではない。基板１２には、例えば、ガラスおよびＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）等の無機材料を用いることができる。また、基板１２には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド（ＰＩ）、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等、液晶ポリマ（ＬＣＰ）の有機材料も用いることができる。
基板１２に、ガラスを用いる場合、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。なお、基板１２に、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカ等のバリアコートを施したものを使用することが好ましい。
また、基板１２に、有機材料を用いた場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、および低吸湿性等が優れていることが好ましい。
【００２５】
基板１２には、可撓性基板を用いることもできる。この可撓性基板は、厚さを５０μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚さが５０μｍ未満では、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚さが５００μｍを超えると、基板自体の可撓性が乏しくなり、基板自体を自由に曲げることが困難になるためである。
【００２６】
ここで、本発明において、可撓性基板とは、以下に示す材料および構成の有機系基板および金属系基板のことである。
可撓性基板を構成する有機系基板としては、例えば、飽和ポリエステル（ＰＥＴ）系樹脂基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂基板、架橋フマル酸ジエステル系樹脂基板、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂基板、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂基板、ポリスルフォン（ＰＳＦ，ＰＳＵ）樹脂基板、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂基板、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ，ＣＯＣ）樹脂基板、セルロース系樹脂基板、ポリイミド（ＰＩ）樹脂基板、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂基板、マレイミド−オレフィン樹脂基板、ポリアミド（ＰＡ）樹脂基板、アクリル系樹脂基板、フッ素系樹脂基板、エポキシ系樹脂基板、シリコーン系樹脂フィルム基板、ポリベンズアゾール系樹脂基板、エピスルフィド化合物による基板、液晶ポリマー（ＬＣＰ）基板、シアネート系樹脂基板、芳香族エーテル系樹脂基板が用いられる。
【００２７】
さらに、有機系基板には、以下に示す複合材料のプラスチック基板も含まれる。この複合材料のプラスチック基板としては、例えば、酸化ケイ素粒子との複合材料、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子等との複合材料、金属系・無機系のナノファイバーとマイクロファイバーとの複合材料、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合材料、ガラスフェレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズとの複合材料、粘土鉱物または雲母派生結晶構造を有する粒子との複合材料、薄いガラスと上記有機系基板として挙げられた上述の樹脂基板を構成する有機材料との間に少なくとも１回の接合界面を有する複合材料が用いられる。
【００２８】
また、可撓性基板を構成する金属系基板としては、例えば、ステンレス基板、または異種金属を積層することで、熱膨張を抑える工夫を施してある金属多層基板が用いられる。さらには、金属系基板として、アルミニウム基板または表面に酸化処理、例えば、陽極酸化処理を施すことで表面の絶縁性を向上してある酸化被膜付きのアルミニウム基板が用いられる。
基板１２にプラスチックフィルム等を用いた場合、電気絶縁性が不十分であれば、絶縁層を形成して用いられる。
【００２９】
基板１２に、可撓性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層等を設けてもよい。また、水蒸気および酸素の透過を防止するためにその表面または裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機物が好適に用いられる。さらには、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の有機膜との交互積層の構造としてもよい。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタ法等により形成することができる。
【００３０】
ゲート電極１４は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはそれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性化合物、またはこれらの混合物を用いて形成される。ゲート電極１４としては、ＴＦＴ特性の信頼性という観点から、Ｍｏ、Ｍｏ合金またはＣｒを用いることが好ましい。このゲート電極１４の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。ゲート電極１４の厚さは、より好ましくは、２０ｎｍ〜５００ｎｍであり、さらに好ましくは４０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３１】
ゲート電極１４の形成方法は、特に限定されるものではない。ゲート電極１４は、例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、ゲート電極１４を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、ＭｏまたはＭｏ合金を用いてゲート電極１４を形成する場合、ＤＣスパッタ法が用いられる。また、ゲート電極１４に、有機導電性化合物を用いる場合、湿式製膜法が利用される。
【００３２】
ゲート絶縁層１６にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＹｓＯ３、Ｔａ２Ｏ５、もしくはＨｆＯ２等の絶縁体、またはそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁層１６に用いることができる。
ゲート絶縁層１６の厚さは、１０ｎｍ〜１０μｍが好ましい。ゲート絶縁層１６は、リーク電流を減らすため、電圧耐性を上げるために、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、ゲート絶縁層１６の膜厚を厚くすると、トランジスタ１０の駆動電圧の上昇を招く。このため、ゲート絶縁層１６の厚さは、無機絶縁体の場合、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましく、高分子絶縁体の場合、０．５μｍ〜５μｍであることがより好ましい。
なお、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁層１６に用いた場合、膜厚を厚くしても、低電圧でのトランジスタの駆動が可能であるため、ゲート絶縁層１６には、高誘電率絶縁体を用いることが特に好ましい。
【００３３】
ソース電極２２およびドレイン電極２４は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはこれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電物質を用いて形成される。なお、ＩＴＯについては、アモルファスＩＴＯでも、結晶化ＩＴＯでもよい。
ソース電極２２およびドレイン電極２４としては、ＴＦＴ特性の信頼性という観点から、ＭｏまたはＭｏ合金を用いることが好ましい。なお、ソース電極２２およびドレイン電極２４の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【００３４】
ソース電極２２およびドレイン電極２４は、上述の組成の導電膜を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、この膜にレジストパターンを形成し、この導電膜を、酸のエッチング液を用いて、エッチングすることにより形成される。
なお、ソース電極２２およびドレイン電極２４の構成する上述の組成の導電膜の形成方法は特に限定されるものではない。上述の組成の導電膜は、例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。
【００３５】
例えば、ソース電極２２およびドレイン電極２４を、ＭｏもしくはＭｏ合金、アモルファスＩＴＯで形成する場合、例えば、Ｍｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜が形成される。
そして、フォトリソグラフィー法を用いてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液により、Ｍｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜をエッチングしてソース電極２２およびドレイン電極２４を形成する。
【００３６】
ソース電極２２およびドレイン電極２４にＭｏ膜またはＭｏ合金膜を用いる場合、エッチング液として、燐硝酢酸水と呼ばれる燐酸、硝酸および酢酸の混合水溶液が用いられる。燐硝酢酸水は、ＰＡＮ液（ＰＡＮ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ−Ａｃｅｔｉｃ−Ｎｉｔｒｉｃ−ａｃｉｄ）として一般に知られており、目的用途に応じた様々な配合組成のものがあり、燐硝酢酸水の各成分の比率は任意である。なお、燐硝酢酸水として、例えば、関東化学社製の混酸Ａｌエッチング液、林純薬工業社製のＭｏ用エッチャントＴＳＬが用いられる。
また、ソース電極２２およびドレイン電極２４にアモルファスＩＴＯ膜を用いる場合、エッチング液として、シュウ酸が用いられる。このシュウ酸としては、例えば、関東化学社製のＩＴＯ−０６Ｎが用いられる。
【００３７】
活性層１８は、チャネル層として機能するものであり、酸化物半導体膜により構成される。活性層１８を構成する酸化物半導体膜としては、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｄＯ，Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）が用いられる。
【００３８】
活性層１８は、非晶質半導体を主成分とすることが好ましい。さらに、活性層１８においては、酸化物半導体のうち、耐熱性が低いプラスチックフィルムに形成することができるアモルファス酸化物半導体により構成されることが好ましい。このように、低温で作製可能な良好なアモルファス酸化物半導体としては、少なくともＩｎおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体である。このような活性層１８に用いられるアモルファス酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表されるアモルファス酸化物半導体が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるアモルファス酸化物半導体がより好ましい。この組成のアモルファス酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度を制御するには、成膜中の酸素分圧より制御が可能である。
なお、活性層１８は、その厚さが、１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２．５ｎｍ〜５０ｎｍである。
また、活性層１８を構成するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物膜を、単にＩＧＺＯ膜ともいう。
【００３９】
ここで、図２（ａ）は、縦軸に水素濃度をとり、横軸に深さをとって、ゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層における水素濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）は、図２（ａ）の要部を拡大して示すグラフであり、（ｃ）は、図２（ａ）に示す曲線の微分値を示すグラフである。図２（ａ）〜（ｃ）の横軸の深さは、チャネル保護層２０の表面をゼロとしたものである。
なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示す領域Ｄ１はチャネル保護層２０に対応するものであり、図２（ａ）、（ｂ）に示す領域Ｄ２は活性層１８に対応するものであり、図２（ａ）〜（ｃ）に示す領域Ｄ３はゲート絶縁層１６に対応するものである。
図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａは、本実施形態のトランジスタ１０の水素濃度プロファイルの一例を示すものであり、後述する実施例１のトランジスタの測定結果を示すものである。また、図２（ｃ）に示す曲線Ｅは、本実施形態のトランジスタ１０の微分値の一例を示すものであり、後述する実施例１のトランジスタの測定結果を示すものである。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により求めることができる。
【００４０】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａに示すように、チャネル保護層２０（領域Ｄ１）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度は、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少している。図２（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ｂは、従来のトランジスタの水素濃度の一例を示すものであり、後述する比較例１のトランジスタの水素濃度を示すものである。従来のトランジスタにおいては、領域Ｄ１（チャネル保護層）および領域Ｄ２（活性層）内の水素濃度は、領域Ｄ１（チャネル保護層）から領域Ｄ２（活性層）に向かって減少しているものの極値がない。
【００４１】
また、本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。すなわち、図２（ｃ）の曲線Ｅにおいて界面α近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上である。例えば、図２（ｃ）の曲線Ｅでは、界面α近傍における微分値の差が２．８５×１０２０である。
なお、図２（ｃ）の曲線Ｆは、従来のトランジスタの微分値の一例を示すものであり、後述する比較例１のトランジスタの微分値を示すものである。従来のトランジスタでは、例えば、図２（ｃ）の曲線Ｆに示すように、界面α近傍において水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するが、界面α近傍における微分値の差が８．５９×１０１９であり、微分値の差が小さい。なお、微分値の差が１×１０２０以上であると、閾値のシフトが抑制される。
【００４２】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ａ）、（ｂ）の領域Ｄ２で示されるように活性層１８内の水素濃度は１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。この活性層１８内の水素濃度は、後に詳述する製造方法により１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることができる。
【００４３】
ここで、活性層１８を構成するアモルファス酸化物のキャリア濃度は、種々の手段により所望の数値に調整することができる。このアモルファス酸化物のキャリア濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以上の高い領域である。より好ましくは、１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３である。
【００４４】
アモルファス酸化物のキャリア濃度は、以下に詳述する酸素欠陥による調整手段、組成比による調整手段、不純物による調整手段および酸化物半導体材料による調整手段の各種の調整手段により調整することができる。なお、アモルファス酸化物のキャリア濃度の調整については、各種の調整手段を単独に用いてもよいし、各種の調整手段を適宜組み合わせてもよい。
【００４５】
まず、酸素欠陥による調整手段においては、酸化物半導体に酸素欠陥ができると、活性層のキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ処理、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度の制御ができる。
【００４６】
また、組成比による調整手段においては、酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、キャリア濃度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、キャリア濃度が小さくなる。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、キャリア濃度が小さくなる。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
【００４７】
また、不純物による調整手段においては、酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，又はＰ等の元素を不純物として添加することによりキャリア濃度を減少させることが可能である。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共スパッタにより行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法により行う等がある。
【００４８】
上述のキャリア濃度の調整手段は、同一酸化物半導体系でのキャリア濃度の調整方法である。しかしながら、酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度を変えることができる。
この酸化物半導体材料による調整手段においては、例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べてキャリア濃度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度の調整が可能である。
【００４９】
アモルファス酸化物により構成される活性層１８は、例えば、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして用いた気相成膜法で形成することができる。気相成膜法の中でも、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が、活性層１８の形成に適しており、さらに、量産性の観点からスパッタ法が好ましい。活性層１８は、真空度および酸素流量が制御されて、例えば、ＲＦマグネトロンスパッタ法により形成することができる。なお、酸素流量が多いほど、活性層１８の電気伝導度を小さくすることができる。
【００５０】
チャネル保護層２０は、活性層１８、特に、チャネル領域Ｃが、ソース電極２２およびドレイン電極２４の形成時にエッチングされないように保護するエッチングストッパとして機能するものである。このチャネル保護層２０は、少なくとも活性層１８のチャネル領域Ｃを覆うように設けられている。また、チャネル保護層２０は、Ｇａの酸化物により構成されている。このＧａの酸化物は、例えば、Ｇａ２Ｏ３である。
なお、チャネル保護層２０は、厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍである。
【００５１】
平坦化層２６は、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を大気による劣化を保護する目的、トランジスタ上に作製される電子デバイスと絶縁する目的のために形成されるものである。
本実施形態の平坦化層２６は、例えば、感光性アクリル樹脂が窒素雰囲気で加熱硬化処理されて形成されたものである。この感光性アクリル樹脂は、例えば、ＪＳＲ社製 ＰＣ４０５Ｇが用いられる。
【００５２】
平坦化層２６は、上述の感光性アクリル樹脂以外に、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、またはＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等を用いることもできる。
【００５３】
平坦化層２６の形成方法は、特に限定されるものではない。平坦化層２６は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、または転写法を適用できる。
【００５４】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上とすることにより、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、トランジスタ１０の長期信頼性を高くすることができる。
【００５５】
次に、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法について図３（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
まず、基板１２として、例えば、無アルカリガラス板を用意する。
次に、基板１２に対して、例えば、純水で１５分、アセトンで１５分、純水で１５分の順で超音波洗浄を行なう。
【００５６】
次に、基板１２の表面１２ａに、例えば、厚さが４０ｎｍのモリブデン膜（図示せず）を、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜する。なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、例えば、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガス導入時の圧力が０．２Ｐａの条件で行う。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用い、所定のパターンに露光し、現像することによりレジストパターンを形成する。
次に、酸のエッチング液として、例えば、燐硝酢酸水を用いて、モリブデン膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図３（ａ）に示すように、モリブデンからなるゲート電極１４が基板１２の表面１２ａに形成される。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極１４を覆うようにして、基板１２の表面１２ａの全面に、ゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜（第１の絶縁膜）１５を、例えば、２００ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法を用いて形成する。なお、ＲＦスパッタは、例えば、ターゲットにＳｉＯ２を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が４０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が４．５ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．１６Ｐａである。
【００５８】
次に、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、ＳｉＯ２膜１５の表面１５ａに、活性層１８となるＩＧＺＯ膜（酸化物半導体膜）１７を、例えば、５０ｎｍの厚さに、ＤＣスパッタ法により成膜する。このＩＧＺＯ膜１７の組成は、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４である。
なお、ＤＣスパッタは、ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が９７ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が４．２ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．３７Ｐａである。
【００５９】
次に、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａに、チャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９を、例えば、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により成膜する。
なお、ＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が９７ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が５．０ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．４Ｐａである。
【００６０】
このように、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成し、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９からなる積層体２３を得る。
【００６１】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａに、例えば、レジスト膜４０を形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、レジスト膜４０においてＩＧＺＯ膜１７のチャネル領域Ｃ（図１参照）の少なくとも一部を覆う部分がパターン部４２となり、それ以外の部分が非パターン部４４となるようにレジスト膜４０を露光して、パターン部４２および非パターン部４４を形成する。
次に、露光後のレジスト膜４０の非パターン部４４を、現像液に、例えば、アルカリ溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて除去する。このアルカリ溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）が用いられる。
【００６２】
本実施形態においては、非パターン部４４を除去する際、Ｇａ酸化物膜１９はアルカリ溶液に可溶であるため、このＧａ酸化物膜１９において、パターン部４２をマスクとして、非パターン部の下のＧａ酸化物膜１９が、非パターン部４４とともにアルカリ溶液により除去される。これにより、パターン部４２と、このパターン部４２の下にあるＧａ酸化物膜１９が残る。その後、パターン部４２を剥離する。これにより、図３（ｄ）に示すようにチャネル保護層２０が形成される。このように、レジスト膜４０のパターン部４２を形成するための現像工程と、Ｇａ酸化物膜１９のエッチング工程とが同じ工程で同時になされる。
なお、レジスト膜は、ＩＧＺＯ膜１７において活性層１８のチャネル領域Ｃ（図１参照）に相当する部分にパターン部を形成することができれば、ポジ型でもネガ型でもよい。
【００６３】
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、シュウ酸水を用いて、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図３（ｅ）に示すように活性層１８が形成される。
【００６４】
次に、チャネル保護層２０および活性層１８を覆うようにしてＳｉＯ２膜１５の表面１５ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、バッファードフッ酸を用いて、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、ゲート電極取り出し用コンタクトホールを形成する。その後、レジスト膜を剥離する。このようにして、ＳｉＯ２膜１５にコンタクトホールを形成し、図３（ｅ）に示すゲート絶縁膜１６が形成される。
【００６５】
次に、図３（ｆ）に示すように、チャネル保護層２０を覆うようにして活性層１８の表面１８ａおよびゲート絶縁層１６の表面１６ａに、導電膜として、例えば、モリブデン膜２１をＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて１００ｎｍの厚さに形成する。
なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、例えば、スパッタガスにＡｒガスを用い、成膜圧力を０．２Ｐａで行う。
次に、モリブデン膜２１の表面２１ａに、レジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法により、例えば、図１に示すソース電極２２およびドレイン電極２４が得られるパターンに露光して現像し、レジストパターンを形成する。
【００６６】
次に、酸のエッチング液に、例えば、燐硝酢酸水を用いて、レジストパターンをマスクとして、モリブデン膜２１をエッチングする。このとき、Ｇａ酸化物で形成されるチャネル保護層２０は、燐硝酢酸水に極めて溶けにくいため、燐硝酢酸水に対してエッチングストッパとして機能し、活性層２０においてチャネル領域Ｃに相当する部分のエッチングが防止される。なお、ゲート絶縁層１６もＳｉＯ２膜で形成されているため、エッチングされない。これにより、図３（ｇ）に示すように、活性層１８の表面１８ａに、チャネル保護層２０を挟んでソース電極２２およびドレイン電極２４が形成される。
【００６７】
次に、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うように、例えば、感光性アクリル樹脂として、ＪＳＲ社製ＰＣ−４０５Ｇを、１．５μｍの厚さにスピンコータを用いて塗布し、その後、プリベークを行う。
そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成する。次に、例えば、温度１８０℃で、ポストベークを１時間行う。これにより、平坦化層２６が形成される。以上のようにして、図１に示すトランジスタ１０を形成することができる。
【００６８】
上述のように、従来では、活性層を構成する酸化物半導体膜の成膜後、大気開放した後に、所望の形状にパターニングする。この場合、活性層は大気に曝されたり、パターニングの際にエッチング液等に曝される。しかしながら、本実施形態においては、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成することにより、活性層１８をチャネル保護層２０との界面を大気に曝すことなく製造することができる。このため、活性層１８とチャネル保護層２０との界面に水分、酸素、不純物等が入ることが抑制されて、活性層１８における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つトランジスタ１０を再現性よく、かつ高い歩留まりで形成することができる。このように、信頼性に優れたトランジスタ１０を得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２０（領域Ｄ１）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する水素濃度プロファイルを得ることができる。
【００７０】
さらには、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上、すなわち、図２（ｃ）の曲線Ｅにおいて界面α近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上となる。
【００７１】
なお、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、水素を添加するために、特別な工程がなくとも、活性層１８内の水素濃度を、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることもできる。このように、本実施形態においては、工程数を減らすことができ、工程を簡略化することができる。これにより、トランジスタ１０の製造コストも低減することができ、トランジスタ１０も安価にできる。
【００７２】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法においては、チャネル保護層２０をＧａ酸化物とすることにより、レジスト膜の非パターン部を除去する際に、アルカリ溶液の現像液を用いることにより、チャネル保護層２０以外のＧａ酸化物膜１９を除去することができる。このため、Ｇａ酸化物膜１９を除去する工程が不要となる。これにより、更に工程数を減らし、工程を更に簡略化することができ、製造コストも更に低減できる。しかも、チャネル保護膜としてＳＩＮ膜、ＳｉＯ２膜を用いウェットエッチングを試みた場合、フッ酸を用いる必要があるが、本実施形態では、フッ酸を用いる必要がないため、チャネル保護層２０をより安全に形成することができる。
【００７３】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法においては、ＳｉＯ２膜（第１の絶縁膜）１５、ＩＧＺＯ膜（酸化物半導体膜）１７およびＧａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９は、成膜時の背圧が１０×１０−４Ｐａ以下であると、成膜時の水分の量が少なくなり、活性層への影響を抑制できる。このため、成膜時の背圧は１０×１０−４Ｐａ以下であることが好ましい。
また、Ｇａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９は、酸素ガスとアルゴンガスの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成されることが好ましい。
【００７４】
本実施形態のトランジスタ１０の製造工程においては、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、平坦化層２６の形成は、いずれも温度が２００℃以下でなされる。このように、各工程が２００℃以下の温度でなされるため、基板１２に、耐熱性が低い、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＬＣＰ、ＰＥＳ等を用いることができる。これらのＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＬＣＰ、ＰＥＳは可撓性を有するものであるため、可撓性を有するトランジスタを得ることができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
図４に示すトランジスタ１０ａは、図１に示すトランジスタ１０に比して、チャネル保護層２８が活性層１８と同一形状である点、およびチャネル領域Ｃが広い点が異なり、それ以外の構成は図１に示すトランジスタ１０と同様の構成である。図４に示すトランジスタ１０ａは、チャネル保護層２８の表面２８ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａにソース電極２２が形成されている。なお、チャネル保護層２８は、形状が異なる以外、第１の実施形態のチャネル保護層２０と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
本実施形態のトランジスタ１０ａにおいても、第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２８（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいては、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。しかも、活性層１８内の水素濃度は１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００７８】
なお、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいても、チャネル保護層２８の形状が異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００７９】
次に、本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法について説明する。
図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
なお、トランジスタ１０ａの製造方法において、図３（ａ）〜（ｇ）に示す第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と同じ工程については、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法は、チャネル保護層２８の形成工程が、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と異なる以外、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と基本的に同様の製造方法である。
本実施形態においては、図５（ａ）、（ｂ）に示す工程は、第１の実施形態の図３（ａ）、（ｂ）に示す工程と同様の製造方法であるため、その詳細な説明は省略する。このため、図５（ｃ）の工程から説明する。
【００８１】
図５（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａに、例えば、レジスト膜４０ａを形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、ＩＧＺＯ膜１７において活性層１８と略同じ大きさにチャネル保護層２０が形成されるように、活性層１８に整合する部分がパターン部４２ａとなり、それ以外の部分が非パターン部４４ａとなるようにレジスト膜４０ａを露光して、パターン部４２ａおよび非パターン部４４ａを形成する。
次に、露光後のレジスト膜４０ａの非パターン部４４ａを、現像液に、例えば、アルカリ溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて除去する。このアルカリ溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）が用いられる。
【００８２】
本実施形態においても、非パターン部４４ａを除去する際、Ｇａ酸化物膜１９はアルカリ溶液に可溶であるため、このＧａ酸化物膜１９において、パターン部４２ａをマスクとして、非パターン部４４ａの下のＧａ酸化物膜１９が、非パターン部４４ａとともにアルカリ溶液により除去される。これにより、パターン部４２ａと、このパターン部４２ａの下にあるＧａ酸化物膜１９が残る。なお、レジスト膜は、第１の実施形態と同様に、ポジ型でもネガ型でもよい。
【００８３】
次に、パターン部４２ａを剥離することなく、例えば、シュウ酸水を用いて、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングする。その後、レジスト膜４０ａを剥離する。これにより、図５（ｄ）に示す活性層１８を形成する。次に、第１の実施形態と同様にして、ＳｉＯ２膜１５にコンタクトホールを形成し、図５（ｄ）に示すゲート絶縁膜１６が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして、図５（ｅ）に示すように、チャネル保護層２８を覆うようにしてゲート絶縁層１６の表面１６ａにモリブデン膜２１を形成し、その後、図５（ｆ）に示すように、チャネル保護層２８を介在させてソース電極２２およびドレイン電極２４を形成する。次に、第１の実施形態と同様にして、平坦化層２６を形成する。以上のようにして図４に示すトランジスタ１０ａを形成することができる。
【００８４】
本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法においては、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法に比して、チャネル保護層２８の大きさを変えて形成する点および活性層形成時のレジストパターン形成を省略した点が異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と同様の効果を得ることができる。
このため、本実施形態においても、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成することにより、活性層１８とチャネル保護層２８との界面に不純物が入ることが抑制されて、活性層１８における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つトランジスタ１０ａを再現性よく、かつ高い歩留まりで形成することができる。このように、信頼性に優れたトランジスタ１０ａを得ることができる。
【００８５】
また、本実施形態においても、チャネル保護層２８および活性層１８内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、図２（ｂ）に示す曲線Ａと同様に、極小値β１および極大値β２を有する水素濃度プロファイルを得ることができる。
さらには、本実施形態においても、図２（ｃ）に示す曲線Ｅと同様に、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上、すなわち、界面近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上となる。
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、水素を添加するために、特別な工程がなくとも、活性層１８内の水素濃度を、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることもできる。このように、本実施形態においては、工程数を減らすことができ、工程を簡略化することができる。これにより、トランジスタ１０の製造コストも低減することができ、トランジスタ１０も安価にできる。
【００８６】
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいては、チャネル保護層２８を活性層１８と同一形状とすることにより、同じマスクで形成されたレジストパターンを用いて、チャネル保護層２８と活性層１８とを形成することができる。これにより、レジストパターンを形成するに必要なマスクの数を減らすことができ、コストを低減することができるとともに、製造工程を簡略化することができる。これにより、生産効率も向上させることができる。
【００８７】
なお、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、チャネル保護層２８となるＧａ酸化物膜１９以外のものを除去することができる。このため、更に工程数を減らし、工程を更に簡略化することができ、製造コストも更に低減できる。しかも、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、チャネル保護膜としてＳＩＮ膜、ＳｉＯ２膜を用いウェットエッチングを試みた場合、フッ酸を用いる必要があるが、本実施形態でも、フッ酸を用いる必要がないため、チャネル保護層２８をより安全に形成することができる。
また、トランジスタ１０ａの製造工程においても、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、平坦化層２６の形成は、いずれも温度が２００℃以下でなされる。このように、各工程が温度２００℃以下でなされるため、ＰＥＴ、ＰＥＮ等の耐熱性が低い基板１２を用いることができる。これにより、可撓性を有するトランジスタを得ることができる。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
図６に示すトランジスタ１０ｂは、一般的に、トップゲートトップコンタクト構造と呼ばれるものである。このトランジスタ１０ｂは、図１に示すトランジスタ１０に比して、ゲート電極１４の配置位置とチャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４の配置位置とが上下で逆になっている点が異なり、それ以外の構成は図１に示すトランジスタ１０と同様の構成である。
【００９０】
図６に示すトランジスタ１０ｂは、基板１２の表面１２ａに活性層１８が形成されている。この活性層１８の表面１８ａにチャネル保護層２０が形成されている。活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして基板１２の表面１２ａにソース電極２２が形成されている。また、このソース電極２２と対をなすドレイン電極２４が、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして基板１２の表面１２ａに、ソース電極２２と対向して形成されている。チャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うようにして絶縁膜３０が基板１２上に形成されている。この絶縁膜３０の表面３０ａにゲート電極１４が形成されている。このゲート電極１４を覆うようにして、絶縁膜３０の表面３０ａに平坦化層２６が形成されている。
【００９１】
なお、絶縁膜３０は、チャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４とゲート電極１４とを絶縁するためのものである。絶縁膜３０は、図１に示すトランジスタ１０のゲート絶縁層１６と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
このトランジスタ１０ｂにおいても、第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのようにチャネル保護層２０（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２０と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。活性層１８内の水素濃度も１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００９３】
本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、活性層１８とチャネル保護層２０の構成、水素濃度および界面近傍における微分値の差が第１の実施形態のトランジスタ１０と同様であるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００９４】
次に、第４の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜電界効果型トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図６に示す第３の実施形態のトランジスタ１０ｂと同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
図７に示すトランジスタ１０ｃは、図６に示すトランジスタ１０ｂに比して、チャネル保護層２８が、活性層１８と同一形状である点が異なり、それ以外の構成は図６に示すトランジスタ１０ｂと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。なお、チャネル保護層２８は、形状が異なる以外、第３の実施形態のチャネル保護層２０と同じである。
【００９６】
本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいては、第３の実施形態とチャネル保護層２８の大きさが異なるだけである。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、第３の実施形態と同じく第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２８（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。活性層１８内の水素濃度も１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００９７】
本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいては、第３の実施形態とチャネル保護層２８の大きさが異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００９８】
なお、上述のいずれの実施形態のトランジスタ１０、１０ａ〜１０ｃは、液晶、ＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。さらに、本実施形態のトランジスタ１０を用いた画像表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶ用モニター、または一般照明を含む幅広い分野に応用可能である。さらには、上述のいずれの実施形態のトランジスタ１０、１０ａ〜１０ｃの基板を、プラスチックフィルム等の可撓性基板とし、ＩＣカードまたはＩＤタグなどに応用することもできる。
【００９９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
【実施例１】
【０１００】
以下、本発明の薄膜トランジスタの実施例について、具体的に説明する。
本実施例においては、以下に示す実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタを作製し、各実施例１のトランジスタ、および比較例１のトランジスタについて経時変化を評価した。
実施例１のトランジスタは、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同じ構成であり、図３（ａ）〜（ｇ）に示す上述の第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法により製造されたものである。
比較例１のトランジスタは、図８（ｇ）に示すトランジスタ１００と同じ構成であり、図８（ａ）〜（ｇ）に示す製造方法により製造されたものである。なお、図８（ｇ）に示すトランジスタ１００は、図１に示すトランジスタ１０と製造方法以外は同様の構成である。
【０１０１】
実施例１のトランジスタにおいては、基板１２に無アルカリガラス板を用いた。
図３（ａ）に示すように、この基板１２上にゲート電極１４を以下のようにして形成した。まず、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガスの流量が１５ｓｃｃｍ、Ａｒガス導入時の圧力が０．２Ｐａの条件で、厚さが４０ｎｍのモリブデン膜を基板１２上に形成した。そして、このモリブデン膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、Ｍｏ用エッチャントＴＳＬ（林純薬工業（株）製）を用いて、液温が２５℃の条件でモリブデン膜をエッチングしてゲート電極１４を形成した。
【０１０２】
次に、図３（ｂ）に示すゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜１５を、ゲート電極１４を覆うようにして基板１２の表面１２ａの全面に、２００ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法を用いて形成した。なお、ＲＦスパッタは、ターゲットにＳｉＯ２を用い、Ａｒガスの流量を４０ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を４．５ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．１６Ｐａとして行った。
【０１０３】
次に、図３（ｂ）に示す活性層１８となるＩＧＺＯ膜１７を、大気開放することなく、ＳｉＯ２膜１５の表面１５ａに、５０ｎｍの厚さに、ＤＣスパッタ法により形成した。なお、ＤＣスパッタは、ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を４．２ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．３７Ｐａとして行った。
【０１０４】
次に、図３（ｂ）に示すチャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａに、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により成膜する。なお、ＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を５．０ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．４Ｐａとして行った。このようにして、大気に曝すことなく、図３（ｂ）に示す積層体２３を形成する。
【０１０５】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａにレジスト膜４０を形成した。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、上述のパターン部４２および非パターン部４４が形成されるように露光した。
次に、露光後のレジスト膜４０の非パターン部４４を、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）を用いて除去し、その後、パターン部４２も除去して図３（ｄ）に示すチャネル保護層２０を形成した。
【０１０６】
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、シュウ酸水（ＩＴＯ−０６Ｎ（関東化学社製））を用いて、液温３５℃で、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングし、図３（ｅ）に示す活性層１８を形成した。
【０１０７】
次に、チャネル保護層２０および活性層１８を覆うようにしてＳｉＯ２膜１５の表面１５ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、バッファードフッ酸を水で希釈したＨＦ濃度が６質量％のものを用いて、液温２５℃で、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、ゲート電極取り出し用コンタクトホールを形成した。このようして、図３（ｅ）に示すゲート絶縁膜１６を形成した。
【０１０８】
次に、チャネル保護層２０を覆うようにして活性層１８の表面１８ａおよびゲート絶縁層１６の表面１６ａに、図３（ｆ）に示すモリブデン膜２１を、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて１００ｎｍの厚さに形成した。なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガスの流量を１５ｓｃｃｍとし、Ａｒガス導入時の圧力を０．２Ｐａとして行った。
【０１０９】
次に、モリブデン膜２１の表面２１ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。
次に、酸のエッチング液（Ｍｏ用エッチャントＴＳＬ（林純薬工業（株）製）を用いて、液温が２５℃の条件で、モリブデン膜２１をエッチングし、図３（ｇ）に示すソース電極２２およびドレイン電極２４を形成した。
【０１１０】
次に、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うように、ＪＳＲ社製ＰＣ−４０５Ｇを、１．５μｍの厚さにスピンコータを用いて塗布し、プリベークをした。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成した。次に、温度１８０℃で、ポストベークを１時間行って平坦化層２６を形成した（図１参照）。以上のようにして、実施例１のトランジスタを形成した。
実施例１のトランジスタについて、ＳＩＭＳを用いて水素濃度を測定したところ、上述の図２（ａ）〜（ｃ）に示す曲線Ａ、曲線Ｅの結果が得られた。
【０１１１】
比較例１のトランジスタの製造方法は、上述の実施例１のトランジスタの製造方法に比して、図８（ａ）に示すゲート電極１４を形成し、ゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜１５を形成し、その後、活性層１８となるＩＧＺＯ膜１７を大気に曝すことなく連続して形成するまでの工程は、実施例１のトランジスタの製造方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１１２】
比較例１のトランジスタの製造方法においては、次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、バッファードフッ酸を水で希釈したＨＦ濃度が６質量％のものを用いて、液温２５℃で、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、図８（ｂ）に示すゲート絶縁膜１６を形成した。
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、シュウ酸水（ＩＴＯ−０６Ｎ（関東化学社製））を用いて、液温３５℃で、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングし、図８（ｂ）に示す活性層１８を形成した。
【０１１３】
次に、図８（ｃ）に示すように、活性層１８を覆うようにゲート絶縁膜１６の表面１６ａに、チャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜１９を、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により形成した。このＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を５．０ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．４Ｐａとして行った。
【０１１４】
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様の方法を用いて、Ｇａ酸化物膜１９を加工し、図８（ｄ）に示す活性層２０を形成した。
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様にして、図８（ｅ）に示すモリブデン膜２１を形成し、その後、図８（ｆ）に示すソース電極２２およびドレイン電極２４を形成した。
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様にして、図８（ｇ）に示す平坦化層２６を形成する。このようにして、比較例１のトランジスタを得た。比較例１のトランジスタについて、ＳＩＭＳを用いて水素濃度を測定したところ、上述の図２（ａ）〜（ｃ）に示す曲線Ｂ、曲線Ｆの結果が得られた。
【０１１５】
実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタについて、初期の閾値（初期Ｖｔｈ）を測定した。その後、実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタをそれぞれデシケータ（２３℃、相対湿度６０％）内に保管し、２週間後の閾値および１ヶ月後の閾値を、それぞれ測定した。上述の各閾値の測定結果を下記表１に示す。
【０１１６】
なお、下記表１に示す初期の閾値（初期Ｖｔｈ）は、１００ｍｍ□内の９点について、Ｖｄｓ（ソースドレイン間電圧）を１０Ｖとして、Ｖｇ（ゲート電圧）を−１０Ｖ〜＋１５Ｖまで掃引して求めた値の平均値である。
また、下記表１に示す２週間後の閾値および１ヶ月後の閾値も、それぞれ、１００ｍｍ□内の９点について、Ｖｄｓ（ソースドレイン間電圧）を１０Ｖとして、Ｖｇ（ゲート電圧）を−１０Ｖ〜＋１５Ｖまで掃引して求めた値の平均値である。
【０１１７】
【表１】
【０１１８】
上記表１に示すように、実施例１のトランジスタは、１カ月経過後の閾値の変化が小さく長期信頼性が高い。
一方、比較例１のトランジスタは、閾値の変化が大きく、時間経過とともに閾値がマイナス側にシフトし、長期信頼性が低い。これは比較例１のトランジスタが、実施例１のトランジスタとは異なり、活性層となるＩＧＺＯ膜と、チャネル保護層となるＧａ酸化物膜とを真空を破ることなく連続して形成していないために、活性層の表面に汚染不純物が混入したためと考えられる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０ 薄膜トランジスタ（トランジスタ）
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１８ 活性層
２０、２８ チャネル保護膜
２２ ソース電極
２４ ドレイン電極
２６ 平坦化層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関し、特に、信頼性および再現性が優れるとともに、歩留まりが高く生産性が優れた薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜トランジスタ、特に、電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路、高周波信号増幅素子等として広く用いられている。
また、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）のスイッチング素子として、電界効果型トランジスタのうち、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴともいう）が用いられている。ＦＰＤに用いられるＴＦＴは、ガラス基板上に活性層として非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜が形成されている。
【０００３】
上述の非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜を活性層に用いるＴＦＴは、比較的高温の熱工程を要する。このため、ガラス基板は用いることができるものの、耐熱性が低い樹脂製の基板を用いることは困難である。
また、ＦＰＤについて、より一層の薄型化、軽量化、耐破損性が要求されており、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂製の基板を用いることも検討されている。このため、低温での成膜が可能な非晶質酸化物半導体、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物を用いたＴＦＴの開発が活発に行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１には、第１絶縁体と、少なくともＺｎ、Ｇａ、Ｉｎのうちの何れか一元素を含む非晶質酸化物である酸化物半導体膜と、第２絶縁体とをこの順に有する積層構造を備え、酸化物半導体膜により活性層が構成された薄膜デバイスが開示されている。この特許文献１において、酸化物半導体膜は、第１絶縁体との界面に位置する部分である第１界面層と、第２絶縁体との界面に位置する部分である第２界面層とのうちの少なくとも何れか一方の酸素空孔密度が酸化物半導体膜において第１及び第２界面層以外の部分であるバルク層の酸素空孔密度よりも小さい。また、特許文献１には、第１界面層及び第２界面層の酸素空孔密度がバルク層の酸素空孔密度よりも小さいことが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献１においては、第１絶縁体上に酸化物半導体膜を形成する工程と酸化物半導体膜上に第２絶縁体を形成する工程とを行うことにより、第１絶縁体、酸化物半導体膜及び第２絶縁体を含む積層構造を備え、酸化物半導体膜により活性層が構成された薄膜デバイスを製造する方法が開示されている。この特許文献１において、第１絶縁体、第２絶縁体及び酸化物半導体膜の成膜工程とは別に、酸化性処理を行うことにより、酸化物半導体膜において、前記第１絶縁体との界面に位置する部分である第１界面層と、第２絶縁体との界面に位置する部分である第２界面層とのうちの少なくとも何れか一方の酸素空孔密度を、酸化物半導体膜において第１及び第２界面層以外の部分であるバルク層の酸素空孔密度よりも小さくしている。
また、特許文献１において、薄膜デバイスの積層構造は、ゲート金属膜と、第１絶縁体としてのゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜と、ソース・ドレイン金属膜と、第２絶縁体としての保護絶縁膜とをこの順に成膜することにより形成されるものである。この薄膜デバイスの積層構造を形成する際、ゲート絶縁膜の成膜後に、酸化性処理と、酸化物半導体膜の成膜とを大気に曝すことなく、この順で連続して行う。
【０００６】
特許文献２には、Ｉｎ又はＺｎを含むアモルファス酸化物膜のチャネル層を有する電界効果型トランジスタにおいて、アモルファス酸化物膜が１０１６／ｃｍ３以上１０２０／ｃｍ３以下の水素原子又は重水素原子を含有する電界効果型トランジスタが開示されている。
この電界効果型トランジスタは、例えば、ゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、水素原子を含むガス（ただし、水蒸気を除く）と酸素ガスとを成膜装置内に所定の分圧で導入しながら、アモルファス酸化物からなるチャネル層を形成する工程等により製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４２０８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１０３９１８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９０， １９２１０１ ２００７
【非特許文献２】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９２， ０７２１０４ ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１においては、活性層を構成する酸化物半導体膜の成膜後、大気開放した後に、所望の形状にパターニングする。この場合、活性層のバックチャネルは大気に曝されたり、パターニングの際にエッチング液等に曝される。このため、バックチャネルは、水分の吸着、酸素吸着、または汚染不純物元素の混入の虞があるという問題がある。このように、バックチャネル表面に酸素、水分等が吸着した場合、トランジスタ特性が変化することが知られている（非特許文献１、２参照）。このことから、特許文献１には、信頼性および再現性が劣るという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２は、１０１６／ｃｍ３以上１０２０／ｃｍ３以下の水素原子又は重水素原子のアモルファス酸化物膜を有し、これにより、ヒステリシスを低減している。しかしながら、特許文献２においては、アモルファス酸化物膜（チャネル層）に水素を添加するために、水素原子を含むガス（ただし、水蒸気を除く）と酸素ガスとを成膜装置内に所定の分圧で導入する必要があり工程が煩雑になるとともに、工程数が増加するという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、信頼性および再現性が優れるとともに、歩留まりが高く生産性が優れた薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆って前記基板上に第１の絶縁膜を形成し、前記第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、前記酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、前記積層体の前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれ前記ゲート絶縁層、前記活性層および前記チャネル保護層を形成する工程と、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法を提供するものである。
【００１３】
本発明においては、前記チャネル保護層、前記活性層および前記ゲート絶縁層を形成する工程は、前記積層体の前記第２の絶縁膜をパターニングして前記チャネル保護層を形成する工程と、前記第１の絶縁膜をパターニングして前記ゲート絶縁層を形成する工程と、前記酸化物半導体膜をパターニングして前記活性層を形成する工程とを備えることが好ましい。
また、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程は、前記基板上に導電膜を形成し、前記導電膜上にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液を用いて、前記チャネル保護層をエッチングストッパとして前記導電膜をエッチングする工程を備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、スパッタ法により形成されることが好ましい。
さらにまた、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、背圧が１０×１０−４Ｐａ以下で形成されることが好ましい。
また、前記第２の絶縁膜は、酸素ガスとアルゴンの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成されることが好ましい。
また、前記第２の絶縁膜は、Ｇａの酸化物膜からなり、前記チャネル保護層を形成する工程は、前記Ｇａの酸化物膜を形成する工程と、この前記Ｇａの酸化物膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜において少なくとも前記チャネル領域の一部をパターン部とし、それ以外の部分を非パターン部とする工程と、アルカリ溶液を用いて前記非パターン部を除去してパターン形成する工程とを備え、前記パターン形成工程において、前記非パターン部を除去する際に前記非パターン部の下の前記Ｇａの酸化物膜が前記アルカリ溶液により除去されて前記チャネル保護層が形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタであって、前記活性層上に前記チャネル保護層が形成されており、前記チャネル保護層および前記活性層内の水素濃度は、前記チャネル保護層から前記活性層に向かって減少しており、前記チャネル保護層と前記活性層との前記界面近傍の水素濃度プロファイルは、極小値および極大値を有し、前記チャネル保護層と前記活性層との界面近傍において前記水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、前記界面近傍における前記微分値の差は１×１０２０以上であることを特徴とする薄膜トランジスタを提供するものである。
【００１６】
この場合、前記活性層内の前記水素濃度は、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
また、前記活性層上に前記チャネル保護層を介在させて前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成されていることが好ましい。
また、前記活性層は、非晶質半導体を主成分とすることが好ましく、この場合、前記活性層は、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、ゲート絶縁層となる第１の絶縁膜、活性層となる酸化物半導体膜およびチャネル保護層となる第２の絶縁膜を、大気に曝すことなく連続して形成することにより、活性層とチャネル保護層との界面に不純物が入ることが抑制されて、活性層における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つ薄膜トランジスタを再現性よく、かつ高い歩留まりで製造することができる。
【００１８】
本発明の薄膜トランジスタによれば、チャネル保護層および活性層内の水素濃度がチャネル保護層から活性層に向かって減少しており、チャネル保護層と活性層との界面近傍の水素濃度プロファイルが極小値および極大値を有し、チャネル保護層と活性層との界面近傍において水素濃度プロファイルの微分値が負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上とすることにより、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）は、縦軸に水素濃度をとり、横軸に深さをとって、ゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層における水素濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）は、図２（ａ）の要部を拡大して示すグラフであり、（ｃ）は、図２（ｂ）に示す曲線の微分値を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、比較例１の薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【００２１】
図１に示す薄膜トランジスタ（以下、単に、トランジスタという）１０は、電界効果型トランジスタの一種であり、基板１２と、ゲート電極１４と、ゲート絶縁層１６と、チャネル層として機能する活性層１８と、チャネル保護層２０と、ソース電極２２と、ドレイン電極２４と、平坦化層２６とを有するものである。このトランジスタ１０は、ゲート電極１４に電圧を印加して、活性層１８のチャネル領域Ｃに流れる電流を制御し、ソース電極２２とドレイン電極２４間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。図１に示すトランジスタ１０は、一般的にボトムゲートトップコンタクト構造と呼ばれるものである。
【００２２】
トランジスタ１０においては、基板１２の表面１２ａにゲート電極１４が形成されており、このゲート電極１４を覆うようにして基板１２の表面１２ａにゲート絶縁層１６が形成されている。このゲート絶縁層１６の表面１６ａに活性層１８が形成されている。この活性層１８の表面１８ａに、活性層１８のチャネル領域Ｃを覆うチャネル保護層２０が設けられている。活性層１８の表面１８ａにチャネル保護層２０を介在させてソース電極２２およびドレイン電極２４が形成されている。
【００２３】
活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａにソース電極２２が形成されている。また、このソース電極２２と対をなすドレイン電極２４が、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａに、ソース電極２２と対向して形成されている。すなわち、ソース電極２２およびドレイン電極２４は、チャネル保護層２０の表面２０ａの上方をあけて、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして形成されている。ソース電極２２、チャネル保護層２０およびドレイン電極２４を覆うようにして平坦化層２６が形成されている。
【００２４】
トランジスタ１０において、基板１２は、特に限定されるものではない。基板１２には、例えば、ガラスおよびＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）等の無機材料を用いることができる。また、基板１２には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド（ＰＩ）、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等、液晶ポリマ（ＬＣＰ）の有機材料も用いることができる。
基板１２に、ガラスを用いる場合、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。なお、基板１２に、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカ等のバリアコートを施したものを使用することが好ましい。
また、基板１２に、有機材料を用いた場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、および低吸湿性等が優れていることが好ましい。
【００２５】
基板１２には、可撓性基板を用いることもできる。この可撓性基板は、厚さを５０μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚さが５０μｍ未満では、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚さが５００μｍを超えると、基板自体の可撓性が乏しくなり、基板自体を自由に曲げることが困難になるためである。
【００２６】
ここで、本発明において、可撓性基板とは、以下に示す材料および構成の有機系基板および金属系基板のことである。
可撓性基板を構成する有機系基板としては、例えば、飽和ポリエステル（ＰＥＴ）系樹脂基板、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂基板、架橋フマル酸ジエステル系樹脂基板、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂基板、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂基板、ポリスルフォン（ＰＳＦ，ＰＳＵ）樹脂基板、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂基板、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ，ＣＯＣ）樹脂基板、セルロース系樹脂基板、ポリイミド（ＰＩ）樹脂基板、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂基板、マレイミド−オレフィン樹脂基板、ポリアミド（ＰＡ）樹脂基板、アクリル系樹脂基板、フッ素系樹脂基板、エポキシ系樹脂基板、シリコーン系樹脂フィルム基板、ポリベンズアゾール系樹脂基板、エピスルフィド化合物による基板、液晶ポリマー（ＬＣＰ）基板、シアネート系樹脂基板、芳香族エーテル系樹脂基板が用いられる。
【００２７】
さらに、有機系基板には、以下に示す複合材料のプラスチック基板も含まれる。この複合材料のプラスチック基板としては、例えば、酸化ケイ素粒子との複合材料、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子等との複合材料、金属系・無機系のナノファイバーとマイクロファイバーとの複合材料、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合材料、ガラスフェレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズとの複合材料、粘土鉱物または雲母派生結晶構造を有する粒子との複合材料、薄いガラスと上記有機系基板として挙げられた上述の樹脂基板を構成する有機材料との間に少なくとも１回の接合界面を有する複合材料が用いられる。
【００２８】
また、可撓性基板を構成する金属系基板としては、例えば、ステンレス基板、または異種金属を積層することで、熱膨張を抑える工夫を施してある金属多層基板が用いられる。さらには、金属系基板として、アルミニウム基板または表面に酸化処理、例えば、陽極酸化処理を施すことで表面の絶縁性を向上してある酸化被膜付きのアルミニウム基板が用いられる。
基板１２にプラスチックフィルム等を用いた場合、電気絶縁性が不十分であれば、絶縁層を形成して用いられる。
【００２９】
基板１２に、可撓性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層等を設けてもよい。また、水蒸気および酸素の透過を防止するためにその表面または裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機物が好適に用いられる。さらには、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の有機膜との交互積層の構造としてもよい。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタ法等により形成することができる。
【００３０】
ゲート電極１４は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはそれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性化合物、またはこれらの混合物を用いて形成される。ゲート電極１４としては、ＴＦＴ特性の信頼性という観点から、Ｍｏ、Ｍｏ合金またはＣｒを用いることが好ましい。このゲート電極１４の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。ゲート電極１４の厚さは、より好ましくは、２０ｎｍ〜５００ｎｍであり、さらに好ましくは４０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３１】
ゲート電極１４の形成方法は、特に限定されるものではない。ゲート電極１４は、例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、ゲート電極１４を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、ＭｏまたはＭｏ合金を用いてゲート電極１４を形成する場合、ＤＣスパッタ法が用いられる。また、ゲート電極１４に、有機導電性化合物を用いる場合、湿式製膜法が利用される。
【００３２】
ゲート絶縁層１６にはＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＹｓＯ３、Ｔａ２Ｏ５、もしくはＨｆＯ２等の絶縁体、またはそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁層１６に用いることができる。
ゲート絶縁層１６の厚さは、１０ｎｍ〜１０μｍが好ましい。ゲート絶縁層１６は、リーク電流を減らすため、電圧耐性を上げるために、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、ゲート絶縁層１６の膜厚を厚くすると、トランジスタ１０の駆動電圧の上昇を招く。このため、ゲート絶縁層１６の厚さは、無機絶縁体の場合、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましく、高分子絶縁体の場合、０．５μｍ〜５μｍであることがより好ましい。
なお、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁層１６に用いた場合、膜厚を厚くしても、低電圧でのトランジスタの駆動が可能であるため、ゲート絶縁層１６には、高誘電率絶縁体を用いることが特に好ましい。
【００３３】
ソース電極２２およびドレイン電極２４は、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属もしくはこれらの合金、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電物質を用いて形成される。なお、ＩＴＯについては、アモルファスＩＴＯでも、結晶化ＩＴＯでもよい。
ソース電極２２およびドレイン電極２４としては、ＴＦＴ特性の信頼性という観点から、ＭｏまたはＭｏ合金を用いることが好ましい。なお、ソース電極２２およびドレイン電極２４の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【００３４】
ソース電極２２およびドレイン電極２４は、上述の組成の導電膜を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、この膜にレジストパターンを形成し、この導電膜を、酸のエッチング液を用いて、エッチングすることにより形成される。
なお、ソース電極２２およびドレイン電極２４の構成する上述の組成の導電膜の形成方法は特に限定されるものではない。上述の組成の導電膜は、例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等を用いて形成される。
【００３５】
例えば、ソース電極２２およびドレイン電極２４を、ＭｏもしくはＭｏ合金、アモルファスＩＴＯで形成する場合、例えば、Ｍｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜が形成される。
そして、フォトリソグラフィー法を用いてＭｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液により、Ｍｏ膜もしくはＭｏ合金膜またはアモルファスＩＴＯ膜をエッチングしてソース電極２２およびドレイン電極２４を形成する。
【００３６】
ソース電極２２およびドレイン電極２４にＭｏ膜またはＭｏ合金膜を用いる場合、エッチング液として、燐硝酢酸水と呼ばれる燐酸、硝酸および酢酸の混合水溶液が用いられる。燐硝酢酸水は、ＰＡＮ液（ＰＡＮ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ−Ａｃｅｔｉｃ−Ｎｉｔｒｉｃ−ａｃｉｄ）として一般に知られており、目的用途に応じた様々な配合組成のものがあり、燐硝酢酸水の各成分の比率は任意である。なお、燐硝酢酸水として、例えば、関東化学社製の混酸Ａｌエッチング液、林純薬工業社製のＭｏ用エッチャントＴＳＬが用いられる。
また、ソース電極２２およびドレイン電極２４にアモルファスＩＴＯ膜を用いる場合、エッチング液として、シュウ酸が用いられる。このシュウ酸としては、例えば、関東化学社製のＩＴＯ−０６Ｎが用いられる。
【００３７】
活性層１８は、チャネル層として機能するものであり、酸化物半導体膜により構成される。活性層１８を構成する酸化物半導体膜としては、例えば、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＣｄＯ，Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ（ＩＧＺＯ）が用いられる。
【００３８】
活性層１８は、非晶質半導体を主成分とすることが好ましい。さらに、活性層１８においては、酸化物半導体のうち、耐熱性が低いプラスチックフィルムに形成することができるアモルファス酸化物半導体により構成されることが好ましい。このように、低温で作製可能な良好なアモルファス酸化物半導体としては、少なくともＩｎおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体である。このような活性層１８に用いられるアモルファス酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表されるアモルファス酸化物半導体が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４で表されるアモルファス酸化物半導体がより好ましい。この組成のアモルファス酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度を制御するには、成膜中の酸素分圧より制御が可能である。
なお、活性層１８は、その厚さが、１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２．５ｎｍ〜５０ｎｍである。
また、活性層１８を構成するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のアモルファス酸化物膜を、単にＩＧＺＯ膜ともいう。
【００３９】
ここで、図２（ａ）は、縦軸に水素濃度をとり、横軸に深さをとって、ゲート絶縁層、活性層およびチャネル保護層における水素濃度の分布を示すグラフであり、（ｂ）は、図２（ａ）の要部を拡大して示すグラフであり、（ｃ）は、図２（ａ）に示す曲線の微分値を示すグラフである。図２（ａ）〜（ｃ）の横軸の深さは、チャネル保護層２０の表面をゼロとしたものである。
なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示す領域Ｄ１はチャネル保護層２０に対応するものであり、図２（ａ）、（ｂ）に示す領域Ｄ２は活性層１８に対応するものであり、図２（ａ）〜（ｃ）に示す領域Ｄ３はゲート絶縁層１６に対応するものである。
図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａは、本実施形態のトランジスタ１０の水素濃度プロファイルの一例を示すものであり、後述する実施例１のトランジスタの測定結果を示すものである。また、図２（ｃ）に示す曲線Ｅは、本実施形態のトランジスタ１０の微分値の一例を示すものであり、後述する実施例１のトランジスタの測定結果を示すものである。なお、水素濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により求めることができる。
【００４０】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａに示すように、チャネル保護層２０（領域Ｄ１）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度は、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少している。図２（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
なお、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ｂは、従来のトランジスタの水素濃度の一例を示すものであり、後述する比較例１のトランジスタの水素濃度を示すものである。従来のトランジスタにおいては、領域Ｄ１（チャネル保護層）および領域Ｄ２（活性層）内の水素濃度は、領域Ｄ１（チャネル保護層）から領域Ｄ２（活性層）に向かって減少しているものの極値がない。
【００４１】
また、本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。すなわち、図２（ｃ）の曲線Ｅにおいて界面α近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上である。例えば、図２（ｃ）の曲線Ｅでは、界面α近傍における微分値の差が２．８５×１０２０である。
なお、図２（ｃ）の曲線Ｆは、従来のトランジスタの微分値の一例を示すものであり、後述する比較例１のトランジスタの微分値を示すものである。従来のトランジスタでは、例えば、図２（ｃ）の曲線Ｆに示すように、界面α近傍において水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するが、界面α近傍における微分値の差が８．５９×１０１９であり、微分値の差が小さい。なお、微分値の差が１×１０２０以上であると、閾値のシフトが抑制される。
【００４２】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ａ）、（ｂ）の領域Ｄ２で示されるように活性層１８内の水素濃度は１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。この活性層１８内の水素濃度は、後に詳述する製造方法により１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることができる。
【００４３】
ここで、活性層１８を構成するアモルファス酸化物のキャリア濃度は、種々の手段により所望の数値に調整することができる。このアモルファス酸化物のキャリア濃度は、特に限定されないが、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以上の高い領域である。より好ましくは、１×１０１５／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３である。
【００４４】
アモルファス酸化物のキャリア濃度は、以下に詳述する酸素欠陥による調整手段、組成比による調整手段、不純物による調整手段および酸化物半導体材料による調整手段の各種の調整手段により調整することができる。なお、アモルファス酸化物のキャリア濃度の調整については、各種の調整手段を単独に用いてもよいし、各種の調整手段を適宜組み合わせてもよい。
【００４５】
まず、酸素欠陥による調整手段においては、酸化物半導体に酸素欠陥ができると、活性層のキャリア濃度が増加し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ処理、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体のキャリア濃度の制御ができる。
【００４６】
また、組成比による調整手段においては、酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、キャリア濃度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、キャリア濃度が小さくなる。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、キャリア濃度が小さくなる。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
【００４７】
また、不純物による調整手段においては、酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，又はＰ等の元素を不純物として添加することによりキャリア濃度を減少させることが可能である。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共スパッタにより行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法により行う等がある。
【００４８】
上述のキャリア濃度の調整手段は、同一酸化物半導体系でのキャリア濃度の調整方法である。しかしながら、酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度を変えることができる。
この酸化物半導体材料による調整手段においては、例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べてキャリア濃度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、キャリア濃度の調整が可能である。
【００４９】
アモルファス酸化物により構成される活性層１８は、例えば、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして用いた気相成膜法で形成することができる。気相成膜法の中でも、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が、活性層１８の形成に適しており、さらに、量産性の観点からスパッタ法が好ましい。活性層１８は、真空度および酸素流量が制御されて、例えば、ＲＦマグネトロンスパッタ法により形成することができる。なお、酸素流量が多いほど、活性層１８の電気伝導度を小さくすることができる。
【００５０】
チャネル保護層２０は、活性層１８、特に、チャネル領域Ｃが、ソース電極２２およびドレイン電極２４の形成時にエッチングされないように保護するエッチングストッパとして機能するものである。このチャネル保護層２０は、少なくとも活性層１８のチャネル領域Ｃを覆うように設けられている。また、チャネル保護層２０は、Ｇａの酸化物により構成されている。このＧａの酸化物は、例えば、Ｇａ２Ｏ３である。
なお、チャネル保護層２０は、厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍである。
【００５１】
平坦化層２６は、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を大気による劣化を保護する目的、トランジスタ上に作製される電子デバイスと絶縁する目的のために形成されるものである。
本実施形態の平坦化層２６は、例えば、感光性アクリル樹脂が窒素雰囲気で加熱硬化処理されて形成されたものである。この感光性アクリル樹脂は、例えば、ＪＳＲ社製 ＰＣ４０５Ｇが用いられる。
【００５２】
平坦化層２６は、上述の感光性アクリル樹脂以外に、例えば、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、またはＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等を用いることもできる。
【００５３】
平坦化層２６の形成方法は、特に限定されるものではない。平坦化層２６は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、または転写法を適用できる。
【００５４】
本実施形態のトランジスタ１０においては、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上とすることにより、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、トランジスタ１０の長期信頼性を高くすることができる。
【００５５】
次に、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法について図３（ａ）〜（ｇ）に基づいて説明する。
まず、基板１２として、例えば、無アルカリガラス板を用意する。
次に、基板１２に対して、例えば、純水で１５分、アセトンで１５分、純水で１５分の順で超音波洗浄を行なう。
【００５６】
次に、基板１２の表面１２ａに、例えば、厚さが４０ｎｍのモリブデン膜（図示せず）を、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜する。なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、例えば、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガス導入時の圧力が０．２Ｐａの条件で行う。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用い、所定のパターンに露光し、現像することによりレジストパターンを形成する。
次に、酸のエッチング液として、例えば、燐硝酢酸水を用いて、モリブデン膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図３（ａ）に示すように、モリブデンからなるゲート電極１４が基板１２の表面１２ａに形成される。
【００５７】
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極１４を覆うようにして、基板１２の表面１２ａの全面に、ゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜（第１の絶縁膜）１５を、例えば、２００ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法を用いて形成する。なお、ＲＦスパッタは、例えば、ターゲットにＳｉＯ２を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が４０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が４．５ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．１６Ｐａである。
【００５８】
次に、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、ＳｉＯ２膜１５の表面１５ａに、活性層１８となるＩＧＺＯ膜（酸化物半導体膜）１７を、例えば、５０ｎｍの厚さに、ＤＣスパッタ法により成膜する。このＩＧＺＯ膜１７の組成は、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４である。
なお、ＤＣスパッタは、ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が９７ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が４．２ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．３７Ｐａである。
【００５９】
次に、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａに、チャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９を、例えば、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により成膜する。
なお、ＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、スパッタガスにＡｒガスとＯ２ガスを用いて行う。この場合、例えば、Ａｒガスの流量が９７ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が５．０ｓｃｃｍ、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力が０．４Ｐａである。
【００６０】
このように、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成し、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９からなる積層体２３を得る。
【００６１】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａに、例えば、レジスト膜４０を形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、レジスト膜４０においてＩＧＺＯ膜１７のチャネル領域Ｃ（図１参照）の少なくとも一部を覆う部分がパターン部４２となり、それ以外の部分が非パターン部４４となるようにレジスト膜４０を露光して、パターン部４２および非パターン部４４を形成する。
次に、露光後のレジスト膜４０の非パターン部４４を、現像液に、例えば、アルカリ溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて除去する。このアルカリ溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）が用いられる。
【００６２】
本実施形態においては、非パターン部４４を除去する際、Ｇａ酸化物膜１９はアルカリ溶液に可溶であるため、このＧａ酸化物膜１９において、パターン部４２をマスクとして、非パターン部の下のＧａ酸化物膜１９が、非パターン部４４とともにアルカリ溶液により除去される。これにより、パターン部４２と、このパターン部４２の下にあるＧａ酸化物膜１９が残る。その後、パターン部４２を剥離する。これにより、図３（ｄ）に示すようにチャネル保護層２０が形成される。このように、レジスト膜４０のパターン部４２を形成するための現像工程と、Ｇａ酸化物膜１９のエッチング工程とが同じ工程で同時になされる。
なお、レジスト膜は、ＩＧＺＯ膜１７において活性層１８のチャネル領域Ｃ（図１参照）に相当する部分にパターン部を形成することができれば、ポジ型でもネガ型でもよい。
【００６３】
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、シュウ酸水を用いて、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図３（ｅ）に示すように活性層１８が形成される。
【００６４】
次に、チャネル保護層２０および活性層１８を覆うようにしてＳｉＯ２膜１５の表面１５ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、バッファードフッ酸を用いて、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、ゲート電極取り出し用コンタクトホールを形成する。その後、レジスト膜を剥離する。このようにして、ＳｉＯ２膜１５にコンタクトホールを形成し、図３（ｅ）に示すゲート絶縁膜１６が形成される。
【００６５】
次に、図３（ｆ）に示すように、チャネル保護層２０を覆うようにして活性層１８の表面１８ａおよびゲート絶縁層１６の表面１６ａに、導電膜として、例えば、モリブデン膜２１をＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて１００ｎｍの厚さに形成する。
なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、例えば、スパッタガスにＡｒガスを用い、成膜圧力を０．２Ｐａで行う。
次に、モリブデン膜２１の表面２１ａに、レジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法により、例えば、図１に示すソース電極２２およびドレイン電極２４が得られるパターンに露光して現像し、レジストパターンを形成する。
【００６６】
次に、酸のエッチング液に、例えば、燐硝酢酸水を用いて、レジストパターンをマスクとして、モリブデン膜２１をエッチングする。このとき、Ｇａ酸化物で形成されるチャネル保護層２０は、燐硝酢酸水に極めて溶けにくいため、燐硝酢酸水に対してエッチングストッパとして機能し、活性層２０においてチャネル領域Ｃに相当する部分のエッチングが防止される。なお、ゲート絶縁層１６もＳｉＯ２膜で形成されているため、エッチングされない。これにより、図３（ｇ）に示すように、活性層１８の表面１８ａに、チャネル保護層２０を挟んでソース電極２２およびドレイン電極２４が形成される。
【００６７】
次に、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うように、例えば、感光性アクリル樹脂として、ＪＳＲ社製ＰＣ−４０５Ｇを、１．５μｍの厚さにスピンコータを用いて塗布し、その後、プリベークを行う。
そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成する。次に、例えば、温度１８０℃で、ポストベークを１時間行う。これにより、平坦化層２６が形成される。以上のようにして、図１に示すトランジスタ１０を形成することができる。
【００６８】
上述のように、従来では、活性層を構成する酸化物半導体膜の成膜後、大気開放した後に、所望の形状にパターニングする。この場合、活性層は大気に曝されたり、パターニングの際にエッチング液等に曝される。しかしながら、本実施形態においては、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成することにより、活性層１８をチャネル保護層２０との界面を大気に曝すことなく製造することができる。このため、活性層１８とチャネル保護層２０との界面に水分、酸素、不純物等が入ることが抑制されて、活性層１８における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つトランジスタ１０を再現性よく、かつ高い歩留まりで形成することができる。このように、信頼性に優れたトランジスタ１０を得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２０（領域Ｄ１）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する水素濃度プロファイルを得ることができる。
【００７０】
さらには、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、図２（ｃ）の曲線Ｅに示すように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面α近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面α近傍における微分値の差が１×１０２０以上、すなわち、図２（ｃ）の曲線Ｅにおいて界面α近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上となる。
【００７１】
なお、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、水素を添加するために、特別な工程がなくとも、活性層１８内の水素濃度を、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることもできる。このように、本実施形態においては、工程数を減らすことができ、工程を簡略化することができる。これにより、トランジスタ１０の製造コストも低減することができ、トランジスタ１０も安価にできる。
【００７２】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法においては、チャネル保護層２０をＧａ酸化物とすることにより、レジスト膜の非パターン部を除去する際に、アルカリ溶液の現像液を用いることにより、チャネル保護層２０以外のＧａ酸化物膜１９を除去することができる。このため、Ｇａ酸化物膜１９を除去する工程が不要となる。これにより、更に工程数を減らし、工程を更に簡略化することができ、製造コストも更に低減できる。しかも、チャネル保護膜としてＳＩＮ膜、ＳｉＯ２膜を用いウェットエッチングを試みた場合、フッ酸を用いる必要があるが、本実施形態では、フッ酸を用いる必要がないため、チャネル保護層２０をより安全に形成することができる。
【００７３】
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法においては、ＳｉＯ２膜（第１の絶縁膜）１５、ＩＧＺＯ膜（酸化物半導体膜）１７およびＧａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９は、成膜時の背圧が１０×１０−４Ｐａ以下であると、成膜時の水分の量が少なくなり、活性層への影響を抑制できる。このため、成膜時の背圧は１０×１０−４Ｐａ以下であることが好ましい。
また、Ｇａ酸化物膜（第２の絶縁膜）１９は、酸素ガスとアルゴンガスの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成されることが好ましい。
【００７４】
本実施形態のトランジスタ１０の製造工程においては、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、平坦化層２６の形成は、いずれも温度が２００℃以下でなされる。このように、各工程が２００℃以下の温度でなされるため、基板１２に、耐熱性が低い、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＬＣＰ、ＰＥＳ等を用いることができる。これらのＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＬＣＰ、ＰＥＳは可撓性を有するものであるため、可撓性を有するトランジスタを得ることができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
図４に示すトランジスタ１０ａは、図１に示すトランジスタ１０に比して、チャネル保護層２８が活性層１８と同一形状である点、およびチャネル領域Ｃが広い点が異なり、それ以外の構成は図１に示すトランジスタ１０と同様の構成である。図４に示すトランジスタ１０ａは、チャネル保護層２８の表面２８ａの一部を覆うようにしてゲート絶縁膜１６の表面１６ａにソース電極２２が形成されている。なお、チャネル保護層２８は、形状が異なる以外、第１の実施形態のチャネル保護層２０と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
本実施形態のトランジスタ１０ａにおいても、第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２８（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面α近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいては、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。しかも、活性層１８内の水素濃度は１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００７８】
なお、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいても、チャネル保護層２８の形状が異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００７９】
次に、本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法について説明する。
図５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
なお、トランジスタ１０ａの製造方法において、図３（ａ）〜（ｇ）に示す第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と同じ工程については、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法は、チャネル保護層２８の形成工程が、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と異なる以外、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と基本的に同様の製造方法である。
本実施形態においては、図５（ａ）、（ｂ）に示す工程は、第１の実施形態の図３（ａ）、（ｂ）に示す工程と同様の製造方法であるため、その詳細な説明は省略する。このため、図５（ｃ）の工程から説明する。
【００８１】
図５（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａに、例えば、レジスト膜４０ａを形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、ＩＧＺＯ膜１７において活性層１８と略同じ大きさにチャネル保護層２０が形成されるように、活性層１８に整合する部分がパターン部４２ａとなり、それ以外の部分が非パターン部４４ａとなるようにレジスト膜４０ａを露光して、パターン部４２ａおよび非パターン部４４ａを形成する。
次に、露光後のレジスト膜４０ａの非パターン部４４ａを、現像液に、例えば、アルカリ溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて除去する。このアルカリ溶液としては、例えば、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）が用いられる。
【００８２】
本実施形態においても、非パターン部４４ａを除去する際、Ｇａ酸化物膜１９はアルカリ溶液に可溶であるため、このＧａ酸化物膜１９において、パターン部４２ａをマスクとして、非パターン部４４ａの下のＧａ酸化物膜１９が、非パターン部４４ａとともにアルカリ溶液により除去される。これにより、パターン部４２ａと、このパターン部４２ａの下にあるＧａ酸化物膜１９が残る。なお、レジスト膜は、第１の実施形態と同様に、ポジ型でもネガ型でもよい。
【００８３】
次に、パターン部４２ａを剥離することなく、例えば、シュウ酸水を用いて、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングする。その後、レジスト膜４０ａを剥離する。これにより、図５（ｄ）に示す活性層１８を形成する。次に、第１の実施形態と同様にして、ＳｉＯ２膜１５にコンタクトホールを形成し、図５（ｄ）に示すゲート絶縁膜１６が形成される。
次に、第１の実施形態と同様にして、図５（ｅ）に示すように、チャネル保護層２８を覆うようにしてゲート絶縁層１６の表面１６ａにモリブデン膜２１を形成し、その後、図５（ｆ）に示すように、チャネル保護層２８を介在させてソース電極２２およびドレイン電極２４を形成する。次に、第１の実施形態と同様にして、平坦化層２６を形成する。以上のようにして図４に示すトランジスタ１０ａを形成することができる。
【００８４】
本実施形態のトランジスタ１０ａの製造方法においては、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法に比して、チャネル保護層２８の大きさを変えて形成する点および活性層形成時のレジストパターン形成を省略した点が異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法と同様の効果を得ることができる。
このため、本実施形態においても、ＳｉＯ２膜１５、ＩＧＺＯ膜１７およびＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、すなわち、真空を破ることなく、その順で基板１２上に連続して形成することにより、活性層１８とチャネル保護層２８との界面に不純物が入ることが抑制されて、活性層１８における水分、酸素、不純物等の影響を抑制することができ、閾値のシフトが抑制される。これにより、良好な特性を持つトランジスタ１０ａを再現性よく、かつ高い歩留まりで形成することができる。このように、信頼性に優れたトランジスタ１０ａを得ることができる。
【００８５】
また、本実施形態においても、チャネル保護層２８および活性層１８内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、図２（ｂ）に示す曲線Ａと同様に、極小値β１および極大値β２を有する水素濃度プロファイルを得ることができる。
さらには、本実施形態においても、図２（ｃ）に示す曲線Ｅと同様に、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上、すなわち、界面近傍における微分値の極小値γ１と微分値の極大値γ２との差が１×１０２０以上となる。
また、本実施形態のトランジスタ１０の製造方法により、水素を添加するために、特別な工程がなくとも、活性層１８内の水素濃度を、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることもできる。このように、本実施形態においては、工程数を減らすことができ、工程を簡略化することができる。これにより、トランジスタ１０の製造コストも低減することができ、トランジスタ１０も安価にできる。
【００８６】
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ａにおいては、チャネル保護層２８を活性層１８と同一形状とすることにより、同じマスクで形成されたレジストパターンを用いて、チャネル保護層２８と活性層１８とを形成することができる。これにより、レジストパターンを形成するに必要なマスクの数を減らすことができ、コストを低減することができるとともに、製造工程を簡略化することができる。これにより、生産効率も向上させることができる。
【００８７】
なお、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、チャネル保護層２８となるＧａ酸化物膜１９以外のものを除去することができる。このため、更に工程数を減らし、工程を更に簡略化することができ、製造コストも更に低減できる。しかも、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、チャネル保護膜としてＳＩＮ膜、ＳｉＯ２膜を用いウェットエッチングを試みた場合、フッ酸を用いる必要があるが、本実施形態でも、フッ酸を用いる必要がないため、チャネル保護層２８をより安全に形成することができる。
また、トランジスタ１０ａの製造工程においても、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、平坦化層２６の形成は、いずれも温度が２００℃以下でなされる。このように、各工程が温度２００℃以下でなされるため、ＰＥＴ、ＰＥＮ等の耐熱性が低い基板１２を用いることができる。これにより、可撓性を有するトランジスタを得ることができる。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
図６に示すトランジスタ１０ｂは、一般的に、トップゲートトップコンタクト構造と呼ばれるものである。このトランジスタ１０ｂは、図１に示すトランジスタ１０に比して、ゲート電極１４の配置位置とチャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４の配置位置とが上下で逆になっている点が異なり、それ以外の構成は図１に示すトランジスタ１０と同様の構成である。
【００９０】
図６に示すトランジスタ１０ｂは、基板１２の表面１２ａに活性層１８が形成されている。この活性層１８の表面１８ａにチャネル保護層２０が形成されている。活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして基板１２の表面１２ａにソース電極２２が形成されている。また、このソース電極２２と対をなすドレイン電極２４が、活性層１８の表面１８ａおよびチャネル保護層２０の表面２０ａの一部を覆うようにして基板１２の表面１２ａに、ソース電極２２と対向して形成されている。チャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うようにして絶縁膜３０が基板１２上に形成されている。この絶縁膜３０の表面３０ａにゲート電極１４が形成されている。このゲート電極１４を覆うようにして、絶縁膜３０の表面３０ａに平坦化層２６が形成されている。
【００９１】
なお、絶縁膜３０は、チャネル保護層２０および活性層１８ならびにソース電極２２およびドレイン電極２４とゲート電極１４とを絶縁するためのものである。絶縁膜３０は、図１に示すトランジスタ１０のゲート絶縁層１６と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
このトランジスタ１０ｂにおいても、第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのようにチャネル保護層２０（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２０から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２０と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２０と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。活性層１８内の水素濃度も１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００９３】
本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、活性層１８とチャネル保護層２０の構成、水素濃度および界面近傍における微分値の差が第１の実施形態のトランジスタ１０と同様であるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｂにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００９４】
次に、第４の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜電界効果型トランジスタを示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図６に示す第３の実施形態のトランジスタ１０ｂと同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００９５】
図７に示すトランジスタ１０ｃは、図６に示すトランジスタ１０ｂに比して、チャネル保護層２８が、活性層１８と同一形状である点が異なり、それ以外の構成は図６に示すトランジスタ１０ｂと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。なお、チャネル保護層２８は、形状が異なる以外、第３の実施形態のチャネル保護層２０と同じである。
【００９６】
本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいては、第３の実施形態とチャネル保護層２８の大きさが異なるだけである。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、第３の実施形態と同じく第１の実施形態と同様に、図２（ａ）、（ｂ）に示す曲線Ａのように、チャネル保護層２８（領域Ｄ１に相当）および活性層１８（領域Ｄ２）内の水素濃度が、チャネル保護層２８から活性層１８に向かって減少するともとに、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍、すなわち、活性層１８の表面１８ａの近傍の水素濃度プロファイルは、極小値β１および極大値β２を有する。
さらには、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、図２（ｃ）に示される曲線Ｅのように、チャネル保護層２８と活性層１８との界面近傍において、水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、界面近傍における微分値の差が１×１０２０以上である。活性層１８内の水素濃度も１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
【００９７】
本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいては、第３の実施形態とチャネル保護層２８の大きさが異なるだけであるため、第１の実施形態のトランジスタ１０と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態のトランジスタ１０ｃにおいても、閾値がマイナスにシフトすることもなく、良好なＴＦＴ特性を示し、長期信頼性が高いものとなる。
【００９８】
なお、上述のいずれの実施形態のトランジスタ１０、１０ａ〜１０ｃは、液晶、ＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。さらに、本実施形態のトランジスタ１０を用いた画像表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶ用モニター、または一般照明を含む幅広い分野に応用可能である。さらには、上述のいずれの実施形態のトランジスタ１０、１０ａ〜１０ｃの基板を、プラスチックフィルム等の可撓性基板とし、ＩＣカードまたはＩＤタグなどに応用することもできる。
【００９９】
本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
【実施例１】
【０１００】
以下、本発明の薄膜トランジスタの実施例について、具体的に説明する。
本実施例においては、以下に示す実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタを作製し、各実施例１のトランジスタ、および比較例１のトランジスタについて経時変化を評価した。
実施例１のトランジスタは、図１に示す第１の実施形態のトランジスタ１０と同じ構成であり、図３（ａ）〜（ｇ）に示す上述の第１の実施形態のトランジスタ１０の製造方法により製造されたものである。
比較例１のトランジスタは、図８（ｇ）に示すトランジスタ１００と同じ構成であり、図８（ａ）〜（ｇ）に示す製造方法により製造されたものである。なお、図８（ｇ）に示すトランジスタ１００は、図１に示すトランジスタ１０と製造方法以外は同様の構成である。
【０１０１】
実施例１のトランジスタにおいては、基板１２に無アルカリガラス板を用いた。
図３（ａ）に示すように、この基板１２上にゲート電極１４を以下のようにして形成した。まず、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガスの流量が１５ｓｃｃｍ、Ａｒガス導入時の圧力が０．２Ｐａの条件で、厚さが４０ｎｍのモリブデン膜を基板１２上に形成した。そして、このモリブデン膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、Ｍｏ用エッチャントＴＳＬ（林純薬工業（株）製）を用いて、液温が２５℃の条件でモリブデン膜をエッチングしてゲート電極１４を形成した。
【０１０２】
次に、図３（ｂ）に示すゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜１５を、ゲート電極１４を覆うようにして基板１２の表面１２ａの全面に、２００ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法を用いて形成した。なお、ＲＦスパッタは、ターゲットにＳｉＯ２を用い、Ａｒガスの流量を４０ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を４．５ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．１６Ｐａとして行った。
【０１０３】
次に、図３（ｂ）に示す活性層１８となるＩＧＺＯ膜１７を、大気開放することなく、ＳｉＯ２膜１５の表面１５ａに、５０ｎｍの厚さに、ＤＣスパッタ法により形成した。なお、ＤＣスパッタは、ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を４．２ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．３７Ｐａとして行った。
【０１０４】
次に、図３（ｂ）に示すチャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜１９を、大気開放することなく、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａに、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により成膜する。なお、ＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を５．０ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．４Ｐａとして行った。このようにして、大気に曝すことなく、図３（ｂ）に示す積層体２３を形成する。
【０１０５】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ｇａ酸化物膜１９の表面１９ａにレジスト膜４０を形成した。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、上述のパターン部４２および非パターン部４４が形成されるように露光した。
次に、露光後のレジスト膜４０の非パターン部４４を、ＴＭＡＨ２．３８％（商品名、多摩化学工業社製）を用いて除去し、その後、パターン部４２も除去して図３（ｄ）に示すチャネル保護層２０を形成した。
【０１０６】
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、シュウ酸水（ＩＴＯ−０６Ｎ（関東化学社製））を用いて、液温３５℃で、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングし、図３（ｅ）に示す活性層１８を形成した。
【０１０７】
次に、チャネル保護層２０および活性層１８を覆うようにしてＳｉＯ２膜１５の表面１５ａにレジスト膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、バッファードフッ酸を水で希釈したＨＦ濃度が６質量％のものを用いて、液温２５℃で、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、ゲート電極取り出し用コンタクトホールを形成した。このようして、図３（ｅ）に示すゲート絶縁膜１６を形成した。
【０１０８】
次に、チャネル保護層２０を覆うようにして活性層１８の表面１８ａおよびゲート絶縁層１６の表面１６ａに、図３（ｆ）に示すモリブデン膜２１を、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて１００ｎｍの厚さに形成した。なお、ＤＣマグネトロンスパッタは、スパッタガスにＡｒガスを用い、Ａｒガスの流量を１５ｓｃｃｍとし、Ａｒガス導入時の圧力を０．２Ｐａとして行った。
【０１０９】
次に、モリブデン膜２１の表面２１ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。
次に、酸のエッチング液（Ｍｏ用エッチャントＴＳＬ（林純薬工業（株）製）を用いて、液温が２５℃の条件で、モリブデン膜２１をエッチングし、図３（ｇ）に示すソース電極２２およびドレイン電極２４を形成した。
【０１１０】
次に、チャネル保護層２０、ソース電極２２およびドレイン電極２４を覆うように、ＪＳＲ社製ＰＣ−４０５Ｇを、１．５μｍの厚さにスピンコータを用いて塗布し、プリベークをした。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成した。次に、温度１８０℃で、ポストベークを１時間行って平坦化層２６を形成した（図１参照）。以上のようにして、実施例１のトランジスタを形成した。
実施例１のトランジスタについて、ＳＩＭＳを用いて水素濃度を測定したところ、上述の図２（ａ）〜（ｃ）に示す曲線Ａ、曲線Ｅの結果が得られた。
【０１１１】
比較例１のトランジスタの製造方法は、上述の実施例１のトランジスタの製造方法に比して、図８（ａ）に示すゲート電極１４を形成し、ゲート絶縁層１６となるＳｉＯ２膜１５を形成し、その後、活性層１８となるＩＧＺＯ膜１７を大気に曝すことなく連続して形成するまでの工程は、実施例１のトランジスタの製造方法と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【０１１２】
比較例１のトランジスタの製造方法においては、次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、バッファードフッ酸を水で希釈したＨＦ濃度が６質量％のものを用いて、液温２５℃で、ＳｉＯ２膜１５をエッチングし、図８（ｂ）に示すゲート絶縁膜１６を形成した。
次に、ＩＧＺＯ膜１７の表面１７ａにフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。そして、シュウ酸水（ＩＴＯ−０６Ｎ（関東化学社製））を用いて、液温３５℃で、ＩＧＺＯ膜１７をエッチングし、図８（ｂ）に示す活性層１８を形成した。
【０１１３】
次に、図８（ｃ）に示すように、活性層１８を覆うようにゲート絶縁膜１６の表面１６ａに、チャネル保護層２０となるＧａ酸化物膜１９を、４０ｎｍの厚さに、ＲＦスパッタ法により形成した。このＲＦスパッタは、ターゲットに酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を用い、Ａｒガスの流量を９７ｓｃｃｍとし、Ｏ２ガスの流量を５．０ｓｃｃｍとし、ＡｒガスとＯ２ガス導入時の圧力を０．４Ｐａとして行った。
【０１１４】
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様の方法を用いて、Ｇａ酸化物膜１９を加工し、図８（ｄ）に示す活性層２０を形成した。
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様にして、図８（ｅ）に示すモリブデン膜２１を形成し、その後、図８（ｆ）に示すソース電極２２およびドレイン電極２４を形成した。
次に、実施例１のトランジスタの製造方法と同様にして、図８（ｇ）に示す平坦化層２６を形成する。このようにして、比較例１のトランジスタを得た。比較例１のトランジスタについて、ＳＩＭＳを用いて水素濃度を測定したところ、上述の図２（ａ）〜（ｃ）に示す曲線Ｂ、曲線Ｆの結果が得られた。
【０１１５】
実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタについて、初期の閾値（初期Ｖｔｈ）を測定した。その後、実施例１のトランジスタおよび比較例１のトランジスタをそれぞれデシケータ（２３℃、相対湿度６０％）内に保管し、２週間後の閾値および１ヶ月後の閾値を、それぞれ測定した。上述の各閾値の測定結果を下記表１に示す。
【０１１６】
なお、下記表１に示す初期の閾値（初期Ｖｔｈ）は、１００ｍｍ□内の９点について、Ｖｄｓ（ソースドレイン間電圧）を１０Ｖとして、Ｖｇ（ゲート電圧）を−１０Ｖ〜＋１５Ｖまで掃引して求めた値の平均値である。
また、下記表１に示す２週間後の閾値および１ヶ月後の閾値も、それぞれ、１００ｍｍ□内の９点について、Ｖｄｓ（ソースドレイン間電圧）を１０Ｖとして、Ｖｇ（ゲート電圧）を−１０Ｖ〜＋１５Ｖまで掃引して求めた値の平均値である。
【０１１７】
【表１】
【０１１８】
上記表１に示すように、実施例１のトランジスタは、１カ月経過後の閾値の変化が小さく長期信頼性が高い。
一方、比較例１のトランジスタは、閾値の変化が大きく、時間経過とともに閾値がマイナス側にシフトし、長期信頼性が低い。これは比較例１のトランジスタが、実施例１のトランジスタとは異なり、活性層となるＩＧＺＯ膜と、チャネル保護層となるＧａ酸化物膜とを真空を破ることなく連続して形成していないために、活性層の表面に汚染不純物が混入したためと考えられる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０ 薄膜トランジスタ（トランジスタ）
１２ 基板
１４ ゲート電極
１６ ゲート絶縁膜
１８ 活性層
２０、２８ チャネル保護膜
２２ ソース電極
２４ ドレイン電極
２６ 平坦化層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆って前記基板上に第１の絶縁膜を形成し、前記第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、前記酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、
前記積層体の前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれ前記ゲート絶縁層、前記活性層および前記チャネル保護層を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記チャネル保護層、前記活性層および前記ゲート絶縁層を形成する工程は、前記積層体の前記第２の絶縁膜をパターニングして前記チャネル保護層を形成する工程と、前記第１の絶縁膜をパターニングして前記ゲート絶縁層を形成する工程と、前記酸化物半導体膜をパターニングして前記活性層を形成する工程とを備える請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程は、前記基板上に導電膜を形成し、前記導電膜上にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液を用いて、前記チャネル保護層をエッチングストッパとして前記導電膜をエッチングする工程を備える請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、スパッタ法により形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、背圧が１０×１０−４Ｐａ以下で形成される請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜は、酸素ガスとアルゴンの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成される請求項４または５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜は、Ｇａの酸化物膜からなり、
前記チャネル保護層を形成する工程は、前記Ｇａの酸化物膜を形成する工程と、この前記Ｇａの酸化物膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜において少なくとも前記チャネル領域の一部をパターン部とし、それ以外の部分を非パターン部とする工程と、アルカリ溶液を用いて前記非パターン部を除去してパターン形成する工程とを備え、
前記パターン形成工程において、前記非パターン部を除去する際に前記非パターン部の下の前記Ｇａの酸化物膜が前記アルカリ溶液により除去されて前記チャネル保護層が形成される請求項２〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタであって、
前記活性層上に前記チャネル保護層が形成されており、
前記チャネル保護層および前記活性層内の水素濃度は、前記チャネル保護層から前記活性層に向かって減少しており、前記チャネル保護層と前記活性層との前記界面近傍の水素濃度プロファイルは、極小値および極大値を有し、
前記チャネル保護層と前記活性層との界面近傍において前記水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、前記界面近傍における前記微分値の差は１×１０２０以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記活性層内の前記水素濃度は、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記活性層上に前記チャネル保護層を介在させて前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成されている請求項８または９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記活性層は、非晶質半導体を主成分とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記活性層は、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体で構成される請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１】
基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆って前記基板上に第１の絶縁膜を形成し、前記第１の絶縁膜上に酸化物半導体膜を形成し、前記酸化物半導体膜上に第２の絶縁膜を形成して、前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜からなる積層体を得る工程と、
前記積層体の前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜をパターニングして、それぞれ前記ゲート絶縁層、前記活性層および前記チャネル保護層を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、大気に曝されることなく連続して形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記チャネル保護層、前記活性層および前記ゲート絶縁層を形成する工程は、前記積層体の前記第２の絶縁膜をパターニングして前記チャネル保護層を形成する工程と、前記第１の絶縁膜をパターニングして前記ゲート絶縁層を形成する工程と、前記酸化物半導体膜をパターニングして前記活性層を形成する工程とを備える請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程は、前記基板上に導電膜を形成し、前記導電膜上にレジストパターンを形成し、酸のエッチング液を用いて、前記チャネル保護層をエッチングストッパとして前記導電膜をエッチングする工程を備える請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、スパッタ法により形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記第２の絶縁膜は、背圧が１０×１０−４Ｐａ以下で形成される請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜は、酸素ガスとアルゴンの混合比が０．１％以上１０％未満の条件で形成される請求項４または５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記第２の絶縁膜は、Ｇａの酸化物膜からなり、
前記チャネル保護層を形成する工程は、前記Ｇａの酸化物膜を形成する工程と、この前記Ｇａの酸化物膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜において少なくとも前記チャネル領域の一部をパターン部とし、それ以外の部分を非パターン部とする工程と、アルカリ溶液を用いて前記非パターン部を除去してパターン形成する工程とを備え、
前記パターン形成工程において、前記非パターン部を除去する際に前記非パターン部の下の前記Ｇａの酸化物膜が前記アルカリ溶液により除去されて前記チャネル保護層が形成される請求項２〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル層として機能する活性層、前記活性層のチャネル領域を覆うチャネル保護層、ソース電極、およびドレイン電極が設けられた薄膜トランジスタであって、
前記活性層上に前記チャネル保護層が形成されており、
前記チャネル保護層および前記活性層内の水素濃度は、前記チャネル保護層から前記活性層に向かって減少しており、前記チャネル保護層と前記活性層との前記界面近傍の水素濃度プロファイルは、極小値および極大値を有し、
前記チャネル保護層と前記活性層との界面近傍において前記水素濃度プロファイルの微分値は負から正に変化するとともに、前記界面近傍における前記微分値の差は１×１０２０以上であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記活性層内の前記水素濃度は、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記活性層上に前記チャネル保護層を介在させて前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成されている請求項８または９に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記活性層は、非晶質半導体を主成分とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記活性層は、Ｉｎ、ＧａおよびＺｎを含むアモルファス酸化物半導体で構成される請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４９６７４（Ｐ２０１１−２４９６７４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３２０７（Ｐ２０１０−１２３２０７）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]