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METHOD FOR VAPOR-PHASE FILM FORMATION OF AMORPHOUS OXIDE THIN FILM achieved

Patent code P110004446
File No. E060P46-2
Posted date Jul 14, 2011
Application number P2010-068707
Publication number P2010-212696A
Patent number P4568827
Date of filing Mar 24, 2010
Date of publication of application Sep 24, 2010
Date of registration Aug 20, 2010
Priority data
  • P2004-071477 (Mar 12, 2004) JP
  • P2004-325938 (Nov 10, 2004) JP
Inventor
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)平野 正浩
  • (In Japanese)太田 裕道
  • (In Japanese)神谷 利夫
  • (In Japanese)野村 研二
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title METHOD FOR VAPOR-PHASE FILM FORMATION OF AMORPHOUS OXIDE THIN FILM achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for vapor-phase film formation of an amorphous oxide thin film of low electron carrier concentration.
SOLUTION: In the method for film formation, a semi-insulating transparent amorphous oxide thin film of ≥0.1 cm2/(V second) in electron mobility at room temperature and <1018/cm3 in electron carrier concentration is formed in a vapor phase manner by depositing a thin film on a substrate by controlling oxygen partial pressure in an atmosphere including oxygen gas in a state wherein the temperature of the substrate is not intentionally raised while the target is a polycrystal of oxide having a composition represented by formula [Sn1-xM4xO2]a*[(In1-yM3y)2O3]b*[(Zn1-zM2z)O]c (wherein 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1; x, y, and z are not simultaneously 1; 0≤a≤1, 0<b≤1, 0≤c≤1, and a+b+c=1).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, TFT)は、ゲート端子、ソース端子、及び
、ドレイン端子を備えた3端子素子であり、基板上に成膜した半導体薄膜を、電子又はホ
ールが移動するチャネル層として用い、ゲート端子に電圧を印加して、チャネル層に流れ
る電流を制御し、ソース端子とドレイン端子間の電流をスイッチングする機能を有するア
クテイブ素子である。TFTとして、現在、最も広く使われているのは多結晶シリコン膜
又はアモルファスシリコン膜をチャネル層材料としたMetal-Insulator-Semiconductor Fi
eld Effect Transistor (MIS―FET)素子である。

また、最近では、ZnOを用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたTF
Tの開発が活発に行われている(特許文献1)。上記薄膜は、低温で成膜でき、かつ可視
光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明TF
Tを形成することが可能である。

しかし、従来のZnOは室温で安定なアモルファス相を形成することができず、殆どのZ
nOは多結晶相を呈するために、多結晶粒子界面の散乱により、電子移動度を大きくする
ことができない。さらに、ZnOは、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生し
、電気伝導度を小さくすることが難しい。このために、トランジスタのオン・オフ比を大
きくすることも難しい。

また、特許文献2には、アモルファス酸化物として、ZnxMyInzO(x+3y/2+3z/2)(式中、M
はAl及びGaのうち少なくとも一つの元素であり、比率x/yが0.2~12の範囲であり、
比率z/yが0.4~1.4の範囲にある。)で表される非晶質酸化物が記載されている。しかし
、ここで得られている非晶質酸化物膜の電子キャリア濃度は、1018/cm3以上であり
、単なる透明電極として用いるには充分であるもののTFTのチャネル層には適用し難い
ものであった。なぜなら、上記非晶質酸化物膜をチャネル層としたTFTでは、オン・オ
フ比が充分にとれず、ノーマリーオフ型のTFTにはふさわしくないことが判明したから
である。

【特許文献1】
特開2003-298062号公報
【特許文献2】
特開2000-044236号公報

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、アモルファス酸化物薄膜の気相成膜方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
結晶化したときの組成が、式InGaO3(ZnO)m(mは6未満の自然数)で示される
酸化物薄膜のパルスレーザー堆積法又は高周波スパッタ法を用いる気相成膜方法において

該酸化物の多結晶をターゲットとして、基板の温度は意図的に加温しない状態で、電気抵
抗を高めるための不純物イオンを意図的に薄膜に添加せずに、酸素ガスを含む雰囲気中
基板上に薄膜を堆積させる際に
成膜した薄膜の室温での電子キャリヤ濃度が1016/cm3以下となる大きさに酸素分圧
の大きさを制御することによって、室温での電子移動度が0.1cm2/(V・秒)以上
、かつ電子キャリヤ濃度が1016/cm3以下である半絶縁性である透明In-Ga-Z
n-O薄膜を成膜することを特徴とするアモルファス酸化物薄膜の気相成膜方法。

【請求項2】
 
結晶化したときの組成が、式InGaO3(Zn1-xMgxO)m(mは6未満の自然数、0
.80≦x<0.85)で示される酸化物薄膜のパルスレーザー堆積法又は高周波スパッ
タ法を用いる気相成膜方法において、
該酸化物の多結晶をターゲットとして、基板の温度は意図的に加温しない状態で、電気抵
抗を高めるための不純物イオンを意図的に薄膜に添加せずに、酸素ガスを含む雰囲気中で
基板上に薄膜を堆積させる際に、
成膜した薄膜の室温での電子キャリヤ濃度が1016/cm3以下となる大きさに酸素分圧
の大きさを制御することによって、室温での電子移動度が0.1cm2/(V・秒)以上
、かつ電子キャリヤ濃度が1016/cm3以下である半絶縁性である透明In-Ga-Z
n-Mg-O薄膜を成膜することを特徴とするアモルファス酸化物薄膜の気相成膜方法。

【請求項3】
 
基板として、ガラス基板、プラスチック基板またはプラスチックフィルムを用いることを
特徴とする請求項1又は2に記載のアモルファス酸化物薄膜の気相成膜方法。

【請求項4】
 
パルスレーザー堆積法を用いて、酸素分圧が5Pa超の真空雰囲気で成膜することを特徴
とする請求項1記載のアモルファス酸化物薄膜の気相成膜方法。

【請求項5】
 
高周波スパッタ法を用いて、酸素分圧が4×10-2Pa超の酸素ガスとアルゴンガスの
混合雰囲気で成膜することを特徴とする請求項1に記載のアモルファス酸化物薄膜の気相
成膜方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010068707thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HOSONO Transparent ElectroActive Materials AREA
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