KR20150127053A - 산질화물 반도체 박막 - Google Patents

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KR20150127053A
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에이치로 니시무라
도쿠유키 나카야마
마사시 이와라
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스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 비교적 높은 캐리어 이동도를 갖고, TFT의 채널층 재료로서 적합한 산화물 반도체 박막을 산질화물 결정질 박막에 의해 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 In, O 및 N을 함유하는 비정질의 산질화물 반도체 박막, 또는 In, O, N 및 첨가 원소 M(M은 Zn, Ga, Ti, Si, Ge, Sn, W, Mg, Al, Y 및 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소)을 함유하는 비정질 산질화물 반도체 박막을, 가열 온도를 200℃ 이상, 가열 시간을 1분 내지 120분으로 하여 어닐 처리함으로써, 결정질의 산질화물 반도체 박막을 얻는 것이다.

Description

산질화물 반도체 박막{OXYNITRIDE SEMICONDUCTOR THIN FILM}
본 발명은 박막 트랜지스터, 특히 그의 채널층 재료인 산질화물 반도체 박막 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)의 1종이다. TFT는 기본 구성으로서, 게이트 단자, 소스 단자 및 드레인 단자를 구비한 3단자 소자이며, 기판 상에 성막한 반도체 박막을 전자 또는 홀이 이동하는 채널층으로서 사용하고, 게이트 단자에 전압을 인가하여 채널층에 흐르는 전류를 제어하고, 소스 단자와 드레인 단자간의 전류를 스위칭하는 기능을 갖는 액티브 소자이다. 현재 TFT의 채널층으로서, 다결정 실리콘막이나 비정질 실리콘막이 널리 사용되고 있다.
이 중, 비정질 실리콘막은 대면적의 제10세대 유리 기판에 대한 균일 성막이 가능하여, 액정 패널용 TFT의 채널층으로서 널리 이용되고 있다. 그러나, 캐리어인 전자의 이동도(캐리어 이동도)가 1cm2/Vsec 이하로 낮아, 고정밀 패널용 TFT에의 적용이 곤란해지고 있다. 즉, 액정의 고정밀화에 따라 TFT의 고속 구동이 요구되고 있으며, 이러한 TFT의 고속 구동을 실현하기 위해서는, 비정질 실리콘막의 캐리어 이동도인 1cm2/Vsec보다도 높은 캐리어 이동도를 나타내는 반도체 박막을 채널층에 사용할 필요가 있다.
이에 반해, 다결정 실리콘막은 100cm22/Vsec 정도의 높은 캐리어 이동도를 나타내는 점에서, 고정밀 패널용 TFT에 적합한 채널층 재료로서 충분한 특성을 갖고 있다. 그러나, 다결정 실리콘막은 결정립계로 캐리어 이동도가 저하되므로, 기판의 면내 균일성이 부족하여 TFT의 특성에 편차가 발생한다는 문제가 있다. 또한, 다결정 실리콘막의 제조 공정에서는 300℃ 이하의 비교적 저온에서 비정질 실리콘막을 형성한 후, 이 막을 어닐 처리 공정에 의해 결정화시키고 있다. 이 어닐 처리 공정은 엑시머 레이저 어닐 등을 적용하는 특수한 것이므로, 높은 러닝 코스트가 필요해진다. 또한, 대응할 수 있는 유리 기판의 크기도 제5세대 정도에 머무르고 있는 점에서, 비용의 저감에 한계가 있고, 제품 전개도 한정된 것으로 되어 있다.
이와 같이, TFT의 채널층의 재료로서, 현재 비정질 실리콘막과 다결정 실리콘막의 우수한 특성을 겸비하고, 또한 저비용으로 얻을 수 있는 재료가 요구되고 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2010-219538호 공보에서는 기상 성막법으로 성막되고, In(인듐), Ga(갈륨), Zn(아연) 및 O(산소)로 구성되며, 불순물 이온을 첨가하지 않고 캐리어 이동도가 1cm2/Vsec보다 높고, 또한 캐리어 농도가 1016/cm3 이하인 투명 비정질 산화물 박막(a-IGZO막)이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2010-219538호 공보에서 제안되어 있는, 스퍼터링법이나 펄스 레이저 증착법이라는 기상 성막법으로 성막되는 a-IGZO막은 대체로 1cm2/Vsec 내지 10cm2/Vsec 범위의 비교적 높은 캐리어 이동도를 나타내지만, 비정질 산화물 박막이 본래적으로 산소 결손을 쉽게 생성하는 것, 및 열 등 외적 인자에 대하여 캐리어인 전자의 거동이 반드시 안정되지 않은 것에 기인하여, TFT 등의 디바이스의 동작이 종종 불안정해지는 것이 문제가 되고 있다.
나아가 비정질막에 특유한, 가시광 조사 하에서 TFT 소자에 부 바이어스를 연속적으로 인가하면, 임계 전압이 마이너스측으로 시프트하는 현상(광 부 바이어스 열화 현상)의 발생이 액정 등의 디스플레이 용도에서는 심각한 문제가 되는 것이 지적되고 있다.
한편, 일본 특허 공개 제2008-192721호 공보에서는, 고온의 프로세스를 요하지 않고 고분자 기재로의 소자 제작이 가능하고, 저비용으로 고성능이면서 고신뢰성을 달성할 수 있는 박막 트랜지스터를 얻는 것을 목적으로, Sn(주석), Ti(티타늄), W(텅스텐) 중 어느 하나를 도핑한 In2O3(산화인듐)막이나, W와 Zn 및/또는 Sn을 도핑한 In2O3막이 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제2008-192721호 공보에 의하면, 이들 비정질 In2O3막을 채널층에 적용함으로써, TFT 소자의 캐리어 이동도를 5cm2/Vsec 이상으로 하는 것이 가능해진다고 되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2010-251604호 공보에서는, Sn, Ti, W 및 Zn의 1종 또는 2종 이상을 도핑한 In2O3의 소결체를 타깃으로 하여, 무가열의 스퍼터링법으로 성막한 후, 150℃ 내지 300℃에서 10분 내지 120분의 열처리를 행함으로써 얻어지는 비정질 In2O3막이 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제2010-251604호 공보에 의하면, 이러한 열처리에 의해 높은 캐리어 이동도와 비정질성을 겸비한다는 특징을 유지한 채, 비교적 용이한 제어에 의해 안정성이 우수한 In2O3막을 얻을 수 있다고 되어 있다.
마찬가지로, 일본 특허 공개 제2011-58012호 공보에서는, In, Ga, Zn, O 및 N(질소)을 포함하고, N의 농도가 1×1020atom/cc 이상 1×1022atom/cc 이하로 제어되어, 안정성이 우수한 비정질 In2O3막이 제안되어 있다.
그러나, 이들 문헌에 기재된 In2O3막은 모두 비정질막이므로, 산소 결손을 쉽게 생성하고, 열 등 외적 인자에 대하여 불안정하다는 문제나, 광 부 바이어스 열화 현상이 발생한다는 문제를 근본적으로 해결할 수는 없다. 또한, 고정밀 패널용 TFT에 적합한 채널층 재료로서의 사용을 고려한 경우, 더 높은 캐리어 이동도의 달성이 요망되고 있다.
이에 반해, 비특허문헌 1에서는 Ga를 도핑한 In2O3의 소결체를 타깃으로 하여, 스퍼터링법으로 비정질막을 성막한 후, 300℃에서 1시간의 열처리를 하여 결정화시킴으로써 얻어지는, Ga를 도핑한 In2O3막이 제안되어 있다. 이 막은 높은 캐리어 이동도를 갖지만 산소 결손의 제어가 어려워, 캐리어 농도가 1×1017cm-3대로 높아져버리는 점에서 안정된 특성을 갖는 TFT 소자를 얻는 것은 어렵다.
또한, 일본 특허 공개 제2009-275236호 공보에서는, Zn과, In이나 Ga 등의 첨가 원소를 포함하고, N/(N+O)으로 표현되는 N의 원자 조성 비율이 7원자% 이상 100원자% 미만인 산질화물 반도체 박막이 제안되어 있다. 이 산질화물 반도체 박막은 기상 중에 N(질소) 원자를 포함하는 원료 가스를 도입 또는 라디칼원을 사용해서 N 라디칼을 조사한, 스퍼터링법이나 증착법으로 성막함으로써, 또는 성막 후에, 임의적으로 150℃ 내지 450℃의 온도에서 열처리함으로써 형성할 수 있다. 일본 특허 공개 제2009-275236호 공보에 따르면, 이 산질화물 반도체 박막은 육방정 구조로, 10cm2/Vsec 내지 30cm2/Vsec라는 높은 캐리어 이동도와 우수한 안정성을 갖고 있다고 되어 있다. 단, 캐리어 농도는 약 1×1018cm-3 정도로 높은 것으로 되어 있다.
일본 특허 공개 제2010-219538호 공보 일본 특허 공개 제2008-192721호 공보 일본 특허 공개 제2010-251604호 공보 일본 특허 공개 제2011-58012호 공보 일본 특허 공개 제2009-275236호 공보
Applied Physics Express 5(2012) 011
본 발명은, 실리콘 반도체 박막이나 산화물 반도체 박막이 갖는 문제를 해소하여, 낮은 캐리어 농도 및 높은 캐리어 이동도를 구비하고, 박막 트랜지스터(TFT)의 채널층 재료로서 적합한 반도체 박막을 산질화물 결정질 박막에 의해 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 산질화물 반도체 박막은 In, O 및 N을 함유하는 결정질의 산질화물 반도체를 포함하거나, 또는 In, O, N 및 첨가 원소 M(M은 Zn, Ga, Ti, Si, Ge, Sn, W, Mg, Al, Y 및 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소)을 함유하는 결정질의 산질화물 반도체를 포함하고, 캐리어 농도가 1×1017cm-3 이하이고, 캐리어 이동도가 5cm2/Vsec 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 산질화물 반도체에서의 N의 함유량은 3×1020atom/cm-3 이상 1×1022atom/cm-3 미만인 것이 바람직하다.
상기 산질화물 반도체의 결정 구조는 빅스바이트형 구조의 In2O3에 의해 구성되어 있고, 또한 N 원자가 In2O3상에 고용(固溶)되어 있는 것이 바람직하다.
상기 첨가 원소 M의 함유량이 M/(In+M) 원자수비로 0을 초과하고 0.20 이하인 것이 바람직하다.
상기 캐리어 이동도가 15cm2/Vsec 이상인 것이 바람직하고, 25cm2/Vsec 이상인 것이 보다 바람직하다.
산질화물 반도체의 막 두께는 15nm 내지 200nm인 것이 바람직하고, 40nm 내지 100nm인 것이 보다 바람직하다.
이러한 결정질의 산질화물 반도체 박막은 In, O 및 N을 함유하는 비정질의 산질화물 반도체 박막, 또는 In, O, N 및 첨가 원소 M(M은 Zn, Ga, Ti, Si, Ge, Sn, W, Mg, Al, Y 및 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소)을 함유하는 비정질의 산질화물 반도체 박막을, 가열 온도를 200℃ 이상, 가열 시간을 1분 내지 120분으로 하여 어닐 처리함으로써 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터는 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 채널층 및 게이트 절연막을 구비하는 박막 트랜지스터이며, 채널층이 본 발명의 산질화물 반도체 박막에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 산질화물 반도체 박막은 산질화물 결정질 박막이며, 1×1017cm-3 이하라는 낮은 캐리어 농도와, 5cm2/Vsec 이상이라는 높은 캐리어 이동을 갖는다. 또한, 본 발명의 산질화물 반도체 박막은 종래의 산화물 반도체 박막, 특히 비정질 산화물 반도체 박막에서 문제로 되어 있었던, 산소 결손이 쉽게 생성되고 열 등의 외적 인자에 대하여 불안정하다거나, 또는 광 부 바이어스 열화 현상이 쉽게 발생한다는 결함을 갖고 있지 않다.
또한, 본 발명에 따르면 소정 조성의 산질화물을 포함하는 비정질의 박막을 400℃ 이하의 어닐 처리에 의해, 높은 결정성을 갖는 결정질의 산질화물 박막으로 전환하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 채널층 재료로서 사용함으로써, TFT의 특성 향상을 저비용으로 실현할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 공업적으로 매우 유용하다.
도 1은 본 발명의 TFT 소자의 개략 단면도이다.
본 발명자들은, 산화물 반도체 박막의 대체 재료에 대해서 예의 검토를 행하였다. 구체적으로는 스퍼터링법에 의해 얻어지는, In을 주성분으로 하는 산질화물 반도체 박막에 대하여 어닐 처리를 실시함으로써, 결정질의 산질화물 반도체 박막을 형성하는 실험을 거듭하였다. 그 때, 결정질의 산질화물 반도체 박막이 캐리어 농도를 억제하면서, 높은 캐리어 이동도를 발현하는 조건에 대해서 상세한 검토를 행하였다. 이 결과, 본 발명자들은 In, O 및 N, 또는 이들에 소정의 첨가 원소를 첨가한 비정질의 산질화물 반도체 박막에 대하여, 소정 조건의 어닐 처리를 행함으로써 얻어지는 결정질의 산질화물 반도체 박막이 5cm2/Vsec 이상이라는 높은 캐리어 농도를 가지면서도, 1×1017cm-3이라는 낮은 캐리어 농도를 나타내어, 박막 트랜지스터(TFT)의 채널 재료로서 적절하게 사용할 수 있다라는 지견을 얻었다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 완성하기에 이른 것이다.
이하, 본 발명의 산질화물 반도체 박막, 및 이 산질화물 반도체 박막을 채널층 재료로서 사용한 박막 트랜지스터(TFT)에 대해서 상세하게 설명한다.
1. 산질화물 반도체 박막
(1) 조성
본 발명의 산질화물 반도체는 In, O 및 N, 또는 이들에 더하여 소정의 첨가 원소 M을 함유하는 산질화물 반도체를 포함한다.
일반적으로, In을 주성분으로 하는 결정질의 산화물 반도체 박막은 산소 결손이 쉽게 발생하고, 이 산소 결손을 주된 캐리어원으로 하므로 캐리어 농도가 높아지는 경향이 있다. 그러나, 본 발명에서는 N을 첨가함으로써 산질화물 반도체 박막을 형성하고 있어, 억셉터로서 거동하는 N에 의해 생성된 홀이 산소 결손에 의해 발생한 캐리어가 되는 전자를 중화하므로, 결과적으로 캐리어 농도를 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.
산질화물 반도체 박막 중에서의 N의 함유량은 3×1020atom/cm-3 이상 1×1022atom/cm-3 미만, 바람직하게는 5×1020atom/cm-3 이상 8×1021atom/cm-3 이하, 보다 바람직하게는 8×1020atom/cm-3 이상 6×1021atom/cm-3 이하로 한다. N의 함유량이 3×1020atom/cm-3 미만에서는, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, N의 함유량을 1×1022atom/cm-3 이상으로 해도, 그 이상의 효과를 기대할 수 없다. 또한 결정화 온도가 너무 높아지므로, 400℃ 이상의 고온에서 어닐 처리를 행해도 결정질의 산질화물 반도체 박막을 얻는 것이 곤란해진다.
본 발명의 산질화물 반도체 박막은 In, O 및 N에 더하여 첨가 원소 M으로서, 캐리어 이동도의 저하를 억제하면서, 캐리어원으로서 캐리어 농도를 필요 이상으로 높이지 않고, 산소 결손의 발생을 억제하는 작용이 지배적이 되는 첨가 원소를 함유할 수 있다. 구체적으로는 Zn, Ga, Ti, Si(실리콘), Ge(게르마늄), Sn, W, Mg(마그네슘), Al(알루미늄), Y(이트륨) 및 La(란탄)이나 Sc(스칸듐)으로 대표되는 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있다. 또한, 희토류 원소에 대해서는, La나 Sc 등으로 대표되는 3가의 원소가 이온화 불순물 산란 인자가 되기 어려워, 첨가 원소로서 적절하게 사용할 수 있다.
첨가 원소 M을 함유할 경우, 그 함유량은 M/(In+M) 원자수비로 바람직하게는 0을 초과하고 0.20 이하, 보다 바람직하게는 0.05 이상 0.15 이하, 더욱 바람직하게는 0.08 이상 0.12 이하로 한다. M의 함유량이 M/(In+M) 원자수비로 0.20을 초과하면, 산질화물 반도체 박막 중의 In의 비율이 저하되어 캐리어 이동도를 5cm2/Vsec 이상으로 할 수 없다. 단, 첨가 원소 M으로서 Zn을 사용할 경우에는 결정 구조가 육방정 구조가 되기 쉬우므로, 그 함유량을 바람직하게는 0.10 이하, 보다 바람직하게는 0.05 이하로 한다.
(2) 결정 구조
본 발명의 산질화물 반도체 박막에서는 결정질인 한 결정 구조에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해 구성되어 있고, 또한 N 원자가 In2O3상에 고용되어 있는 것이 바람직하다. 특히, In2O3상의 산소 사이트에 N 원자의 전부 또는 일부가 치환되어 있거나, 또는 In2O3상의 결정 격자간에 N 원자의 전부 또는 일부가 침입되어 있는 것이 바람직하다. 빅스바이트형 구조의 In2O3상에서는 In과 O를 포함하는 InO6 8면체 구조가 형성되어 있고, 인접하는 InO6 8면체 구조가 모서리를 공유하고 있는 것에 기인하여, In-In간의 거리가 짧아져서 캐리어가 되는 전자의 궤도 겹침이 커진다. 이로 인해, 산질화물 반도체 박막을 이러한 결정 구조를 구비한 것으로 함으로써, 캐리어 이동도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해 구성되어 있다는 것은, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 경우뿐만 아니라, 빅스바이트형 구조의 In2O3상 외에, 이 결정 구조가 흐트러지지 않는 범위에서 이상(異相)이 존재하는 경우도 포함된다. 또한, 산질화물 반도체 박막의 결정 구조는 X선 회절 측정에 의해 특정할 수 있다.
(3) 막 두께
본 발명의 산질화물 반도체 박막의 막 두께는 바람직하게는 15nm 내지 200nm, 보다 바람직하게는 30nm 내지 150nm, 더욱 바람직하게는 40nm 내지 100nm의 범위로 제어된다. 또한, 막 두께는 표면 형상 측정 장치에 의해 측정할 수 있다.
일반적으로, 반도체 박막은 유리 기판 상에 형성되는 경우가 많다. 즉, 비정질의 기판 상에, 결정질의 산질화물 반도체 박막이 형성되게 된다. 따라서, 본 발명의 산질화물 반도체 박막에 있어서 막 두께가 15nm 미만인 경우에는, 기판의 영향에 의해 400℃ 정도의 고온에서 어닐 처리를 행해도, 전구체인 산질화물 비정질 박막이 결정화되지 않는 경우가 있다. 가령, 이 산질화 비정질 박막을 결정화시킬 수 있어도, 그 결정성을 충분한 것으로 하는 것은 곤란하다. 기판이 비정질인 것에 의한 산질화물 반도체의 결정성에 대한 영향은, 막 두께를 30nm 이상으로 함으로써 보다 경감시킬 수 있지만, 40nm 이상으로 함으로써 안정적으로 그 영향을 배제하는 것 가능해진다. 단, 비용면을 고려하면, 막 두께의 상한값은 200nm 이하로 하는 것이 바람직하고, 150nm 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 100nm 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 막 두께를 100nm 근방으로 제어함으로써, 산질화물 반도체 박막이 유리 기판 상에 형성된 경우, 광학적인 간섭에 의해 청색광의 투과율 향상을 기대할 수 있다. 따라서, 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 투명 TFT에 적용할 경우에는, 막 두께를 100nm 근방으로 조정하는 것이 바람직하다.
(4) 특성
본 발명의 산질화물 반도체 박막은 In, O 및 N, 또는 이들에 소정의 첨가 원소 M을 첨가한 산 질화물을 포함하고, 결정질로 구성되어 있다. 이로 인해, 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 적용한 TFT 소자는 열 등의 외적 인자에 대하여 높은 안정성을 갖고 있으며, 또한 광 부 바이어스 열화 현상이 발생한다는 결함을 갖고 있지 않다.
본 발명의 산질화물 반도체 박막에서는 캐리어 농도는 1×1017cm-3 이하, 바람직하게는 8×1016cm-3 이하, 보다 바람직하게는 5×1016cm-3 이하로 제어하는 것이 필요해진다. 캐리어 농도가 1×1017cm- 3를 초과하면, 높은 온/오프(on/off)비를 실현하는 것이 곤란해지므로, 고속 구동이 요구되는 TFT의 채널층 재료로서 적용할 수 없다. 여기서 온/오프비란, 통전 상태와 차단 상태에서의 전류값의 비를 의미한다.
한편, 캐리어 이동도는 5cm2/Vsec 이상으로 제어하는 것이 필요해진다. 캐리어 이동도가 5cm2/Vsec 미만에서는, TFT의 높은 화소 제어 성능을 확보하는 것이 곤란해진다. 특히, 고정밀 액정 패널용 TFT에의 적용을 고려하면, 캐리어 이동도를 바람직하게는 15cm2/Vsec 이상, 보다 바람직하게는 25cm2/Vsec 이상으로 제어하는 것이 필요해진다.
또한, 캐리어 농도 및 캐리어 이동도는 홀 효과 측정 장치에 의해, 산질화물 반도체 박막의 홀 효과를 측정함으로써 구할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 산질화물 반도체 박막은 캐리어 농도 및 캐리어 이동도가 상기 범위가 되도록 제어되어 있으므로, 산화물 투명 도전막보다도 2자리 내지 4자리나 낮은 캐리어 농도가 요구되는 채널층의 재료로서 적절하게 사용할 수 있을뿐만 아니라, 그 높은 캐리어 이동도에 의해 TFT의 높은 화소 제어 성능을 확보하는 것이 가능해져 있다.
또한, 본 발명의 산질화물 반도체 박막은 습식 에칭 또는 건식 에칭에 의해, TFT 등의 용도에서 필요한 미세 가공을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 처음에 비정질막을 형성하고, 그 후 결정화 온도 이상에서 어닐 처리하여 산질화물 반도체 박막을 결정화시킴으로써 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 제조할 경우, 비정질막의 형성 후에 약산을 사용한 습식 에칭에 의한 가공을 행할 수 있다. 이 경우, 약산이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있는데, 옥살산을 주성분으로 하는 약산이 바람직하다. 구체적으로는, 간토가가쿠 가부시키가이샤제의 투명 도전막 에칭액(ITO-06N) 등을 사용할 수 있다. 한편, 건식 에칭의 경우에는, 산질화물 반도체 박막에 대하여 적절한 에칭 가스를 사용해서 가공할 수 있다.
2. 산질화물 반도체 박막의 제조 방법
상술한 바와 같이, 본 발명의 산질화물 반도체 박막은 결정질인 것이 필요해진다. 이러한 결정질 박막을 얻는 방법으로서는, 성막 시의 기판 온도를 결정화 온도 이상으로 하여 성막하는 방법, 및 결정화 온도 미만에서 비정질막을 성막한 후, 어닐 처리 등에 의해 결정화하는 방법을 들 수 있다. 본 발명에서는 어느 쪽의 방법도 채용할 수 있지만, 비정질막에 대하여 어닐 처리를 함으로써 효율적으로 산소 결손을 소실할 수 있으므로 낮은 캐리어 농도를 얻는 관점에서, 후자의 방법을 채용하는 것이 유리하다. 이로 인해, 이하에서는 후자의 방법에 의해 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
(1) 성막 공정
(기판)
본 발명의 산질화물 반도체 박막을 성막하는 기판으로서는, 유리 기판이나 Si(규소) 등의 반도체 디바이스용 기판을 사용할 수 있다. 또한, 이들 이외의 기판이어도, 성막 시 또는 어닐 처리 시의 온도에 견딜 수 있는 것이라면, 수지판이나 수지 필름 등도 사용할 수 있다.
(원재료)
원재료로서는 산화물 소결체 또는 산질화물 소결체를 사용할 수 있다. 단, 원재료에 산화물 소결체를 사용할 경우에는, 후술하는 성막 시의 분위기에, N을 함유하는 것이 필요해진다.
원재료가 되는 산화물 소결체 또는 산질화물 소결체의 금속 원소 조성비는 성막 조건에 따라서 적절히 설정하는 것이 가능하지만, 통상 목적으로 하는 산질화물 반도체 박막을 구성하는 금속 원소의 조성비와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
(성막 방법)
본 발명의 산질화물 반도체 박막을 성막하기 위한 방법은 특별히 한정되지 않고, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 또는 에피택셜 성장법 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서, 성막 시의 열 영향이 적고, 고속 성막이 가능한 직류 스퍼터링법을 이용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 스퍼터링법에 의해 산질화물 반도체 박막을 성막할 경우, 스퍼터링 장치의 챔버 내 압력을 진공 배기함으로써 2×10-4Pa 이하로 한 후, Ar(아르곤), O2 및 N2를 포함하는 혼합 가스를 도입하여, 가스압을 0.1Pa 내지 1Pa, 바람직하게는 0.2Pa 내지 0.8Pa, 보다 바람직하게는 0.2Pa 내지 0.5Pa로 조정함과 동시에, 타깃-기판간 거리를 10mm 내지 100mm, 바람직하게는 40mm 내지 70mm의 범위로 조정한다. 이어서, 타깃의 면적에 대한 직류 전력, 즉 직류 전력 밀도가 1W/cm2 내지 3W/cm2 정도의 범위가 되도록 직류 전력을 인가하여 직류 플라즈마를 발생시키고, 프리(pre) 스퍼터링을 5분간 내지 30분간 행한 후, 필요에 따라 기판 위치를 수정한 뒤에, 동일한 조건에서 스퍼터링을 행한다.
성막 시의 기판 온도는 막 두께가 15nm 내지 70nm의 범위라면 200℃ 이하로 하고, 막 두께가 70nm 내지 200nm의 범위라면 100℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 어떤 경우에도 실온부터 100℃까지의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
스퍼터링 가스로서는, 산질화물 소결체를 타깃으로 할 경우에는 불활성 가스와 O2를 포함하는 혼합 가스, 바람직하게는 Ar과 O2를 포함하는 혼합 가스를 사용한다. 이에 반해, 산화물 소결체를 타깃으로 할 경우, 불활성 가스, O2 및 N2를 포함하는 혼합 가스, 바람직하게는 Ar, O2 및 N2를 포함하는 혼합 가스를 사용한다.
스퍼터링 가스 중의 O2 농도는 스퍼터링 조건, 특히 직류 전력 밀도에 따라서 적절히 조정하는 것이 필요해진다. 예를 들어, 직류 전력 밀도를 1W/cm2 내지 3W/cm2의 범위로 제어해서 스퍼터링을 행할 경우, O2 농도는 바람직하게는 0.1체적% 내지 10체적%, 보다 바람직하게는 0.5체적% 내지 8.0체적%, 더욱 바람직하게는 1.0체적% 내지 5.0체적%의 범위로 제어한다. O2 농도가 0.1체적% 미만에서는, 산소 결손이 발생하여 캐리어 농도가 높아질 가능성이 있다. 한편, 10체적％를 초과하면, 성막 속도가 대폭 저하되어버린다.
또한, 스퍼터링 가스로서 불활성 가스, O2 및 N2를 포함하는 혼합 가스를 사용할 경우, 스퍼터링 가스 중의 N2 농도도, 마찬가지로 직류 전력 등의 스퍼터링 조건에 따라서 적절히 조정하는 것이 필요해진다. 예를 들어, 직류 전력 밀도를 상기 범위로 제어하여 스퍼터링을 행할 경우, N2 농도를 바람직하게는 0.4체적% 이상 6.0체적% 미만, 보다 바람직하게는 0.5체적% 이상 5.7체적% 이하, 더욱 바람직하게는 1.0체적% 이상 5.0체적% 이하로 제어한다. N2 농도가 0.4체적% 미만에서는, 충분한 양의 N이 고용된 산질화물 반도체 박막을 얻을 수 없을 우려가 있다. 한편, N2 농도가 6.0체적% 이상에서는 성막 속도가 대폭 저하될뿐만 아니라, 산질화물 반도체 박막에서의 N의 함유량이 증가함으로써 결정화 온도가 고온이 되어, 400℃ 이상의 어닐 처리에서도 결정질의 산질화물 반도체 박막을 얻는 것이 곤란해진다.
(2) 어닐 공정
상술한 바와 같이, 본 발명의 산질화 반도체 박막의 제조 방법에서는, 비정질의 산질화 반도체 박막을 성막한 후에 어닐 처리를 행함으로써, 이 산질화 반도체 박막을 결정화시키는 것이 필요해진다.
어닐 처리 시의 가열 온도는 200℃ 이상, 바람직하게는 250℃ 이상, 보다 바람직하게는 300℃ 이상으로 할 필요가 있다. 가열 온도가 200℃ 미만에서는, 산질화물 반도체 박막을 충분히 결정화할 수 없다. 또한, 가열 온도의 상한은 특별히 제한되어야 하는 것이 아니지만, 생산성을 고려하면 400℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
처리 시간은 1분 내지 120분, 바람직하게는 5분 내지 60분으로 한다. 처리 시간이 1분 미만에서는, 얻어지는 산질화물 반도체 박막을 충분히 결정화시킬 수 없다. 한편, 처리 시간이 120분을 초과해도, 그 이상의 효과는 바랄 수 없고 생산성이 악화되어버린다.
어닐 처리의 분위기에 대해서는 제한되지 않지만, 결정화시키는 것 외에도 캐리어 농도를 저감시키는 것을 목적으로 할 경우, O2를 포함하는 분위기가 바람직하고, O2 농도를 20체적% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 대기 중에서 행하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 조건은 어닐 처리에 사용하는 어닐 로(爐)의 성능에 따라 적절히 조정하는 것이 바람직하고, 예비 시험을 행한 뒤에 적절히 조정하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 일본 특허 공개 제2010-251604호 공보에서는, 상술한 바와 같이 채널층 등을 무가열 스퍼터링법에 의해 성막한 후, 대기 중, 150℃ 내지 300℃에서 10분 내지 120분의 조건에서 어닐 처리를 함으로써, 비정질성을 유지한 채 비정질막 내의 과잉된 결함을 감소시키는 기술이 기재되어 있다. 또한, 그의 실시예에서는 무가열로 성막한 In-W-Zn-O막(W=1wt％ 내지 10wt％)에 대하여, 대기 중, 150℃에서 30분간의 어닐 처리를 행하고 있다. 즉, 일본 특허 공개 제2010-251604호 공보에 기재된 기술은, In2O3상에 고용되어 결정화 온도를 높이는 것이 가능한 원소를 상당량 첨가함으로써, 상기 온도 범위의 어닐 처리에 있어서 산화물 반도체 박막의 비정질성을 유지하는 것을 가능하게 하는 기술이며, 이 점에서 본 발명과는 상이한 것이다.
또한, 일본 특허 공개 제2009-275236호 공보에서는, 스퍼터링법이나 증착법에 의해 얻어진 비정질의 산질화물 반도체 박막을 150℃ 내지 450℃의 온도에서 어닐 처리함으로써, 막 두께와 동일한 정도의 결정립 직경을 갖는 육방정 구조의 결정질 산질화물 반도체 박막으로 전환하고 있다. 이와 같이 일본 특허 공개 제2009-275236호 공보에 기재된 산질화물 반도체 박막은 육방정 구조를 기본으로 하고 있으므로, 결정 구조가 복잡한 박막의 형성 과정에서 산소 결손이 쉽게 생성되어 캐리어 농도의 억제 효과가 작다는 점에서, 본 발명과는 상이한 것이다.
3. TFT 소자
본 발명의 박막 트랜지스터(TFT)는 채널층 재료에 본 발명의 산질화물 반도체 박막을 적용하고 있는 점에 특징이 있다. TFT의 구조는 한정되지 않지만, 예를 들어 도 1에 도시한 구성의 TFT 소자를 예시할 수 있다.
도 1의 TFT 소자는 열 산화에 의해 SiO2막이 표면에 형성된 SiO2/Si 기판 상에, 본 발명의 산질화물 반도체 박막 및 Au/Ti 적층 전극에 의해 구성된다. 이 구성에 있어서, 게이트 전극(1)은 Si 기판, 게이트 절연층(2)은 SiO2막, 채널층(3)은 본 발명의 산질화물 반도체 박막, 소스 전극(4) 및 드레인 전극(5)은 Au/Ti 적층 전극에 의해 구성된다.
도 1의 TFT 소자에서는 SiO2/Si 기판을 사용했지만, 기판은 이것에 한정되지 않고, 종래부터 박막 트랜지스터를 포함하는 전자 디바이스가 기판으로서 사용되고 있는 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, SiO2/Si 기판이나 Si 기판 외에, 무알칼리 유리, 석영 유리 등의 유리 기판을 사용할 수 있다. 또한, 각종 금속 기판이나 플라스틱 기판, 폴리이미드 등의 불투명한 내열성 고분자 필름 기판 등을 사용할 수도 있다.
게이트 전극(1)은 도 1의 TFT 소자에서는 Si 기판에 의해 구성되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, Mo(몰리브덴), Al, Ta(탄탈륨), Ti, Au(금), Pt(백금) 등의 금속 박막, 이들 금속의 도전성 산화물, 질화물 박막 또는 산질화물 박막, 또는 각종 도전성 고분자 재료를 사용할 수 있다. 투명 TFT의 경우에는, 산화인듐주석(ITO) 등의 투명 도전막을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 산질화물 반도체 박막과 동일한 금속 원소 조성을 갖는 산질화물 반도체 박막을 게이트 전극(1)으로서 사용할 수도 있다. 어느 재료를 사용하는 경우에도, 게이트 전극(1)에는 양호한 도전성이 요구된다. 구체적으로는, 게이트 전극(1)의 비저항은 1×10-6Ω·cm 내지 1×10- 1Ω·cm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 1×10- 6Ω·cm 내지 1×10-3Ω·cm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 게이트 절연층(2)은 SiO2, Y2O3, Ta2O5, Hf 산화물 등의 금속 산화물 박막이나 SiNx 등의 금속 질화물 박막, 또는 폴리이미드를 비롯한 절연성의 고분자 재료 등의 공지된 재료를 사용할 수 있다. 게이트 절연층(2)의 비저항은 1×106Ω·cm 내지 1×1015Ω·cm의 범위인 것이 바람직하고, 1×1010Ω·cm 내지 1×1015Ω·cm이라면 보다 바람직하다.
채널층(3)의 비저항은 특별히 제한되지 않지만, 10- 1Ω·cm 내지 106Ω·cm로 제어되는 것이 바람직하고, 1Ω·cm 내지 103Ω·cm로 제어되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명의 산질화물 반도체 박막에서는, 스퍼터링법 또는 이온 플레이팅법에서의 성막 조건이나 결정화의 어닐 처리 조건의 선택에 의해 산소 결손의 생성량이 조정 가능한 점에서, 비교적 용이하게 비저항을 제어할 수 있다.
소스 전극(4) 및 드레인 전극(5)으로서는, 게이트 전극(1)과 마찬가지로 Mo, Al, Ta, Ti, Au, Pt 등의 금속 박막 또는 이들 금속의 합금 박막, 이들 금속의 도전성 산화물, 질화물 박막 또는 산질화물 박막, 또는 각종 도전성 고분자 재료를 사용할 수 있다. 투명 TFT의 경우에는, ITO 등의 투명 도전막을 사용할 수 있다. 또한, 이들 박막을 적층화한 것을 사용해도 된다. 이 소스 전극(4)이나 드레인 전극(5)에는 양호한 도전성이 요구된다. 구체적으로는, 소스 전극(4) 및 드레인 전극(4)의 비저항은 10- 6Ω·cm 내지 10- 1Ω·cm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 10- 6Ω·cm 내지 10- 3Ω·cm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
4. TFT 소자의 제조 방법
본 발명의 TFT 소자의 제조 방법에 대해서, 산질화물 반도체 박막의 형성 시에 저온 성막 후에 어닐 처리를 하는 방법을 예로 들어 설명한다.
처음에, 고도핑의 n형 Si 웨이퍼 기판의 표면에, 열 산화에 의해 SiO2막을 형성하여 SiO2/Si 기판으로 한다. 이 기판을 100℃ 이하로 유지한 채, SiO2막 상에, 직류 마그네트론 스퍼터링법에 의해 소정의 막 두께를 갖는 비정질의 산질화물 반도체 박막을 형성한다. 또한, 이 때의 성막 조건에 대해서는, 「2. 산질화물 반도체 박막의 제조 방법」에서 설명한 조건과 동일하므로, 여기서의 설명은 생략한다. 또한, 이 비정질 박막의 형성 시에 마스킹을 한 뒤에 성막을 행함으로써, 또는 비정질 박막 형성 후에 포토리소그래피 기술 등을 이용하여 에칭함으로써, 원하는 채널 길이 및/또는 채널 폭을 갖는 산질화물 반도체 박막을 형성할 수 있다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 어닐 처리를 행함으로써, 결정질의 산질화물 반도체 박막으로 한다. 이 어닐 처리의 조건에 대해서도, 「2. 산질화물 반도체 박막의 제조 방법」에서 설명한 조건과 동일하므로, 여기서의 설명은 생략한다.
그 후, 얻어진 결정질의 산질화물 반도체 박막(채널층) 상에, 마스킹을 실시한 뒤에 막 두께 5nm의 Ti 박막 및 막 두께 100nm의 Au 박막을 순차 적층하여, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성함으로써 본 발명의 TFT 소자를 얻을 수 있다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극의 형성에 대해서는, 채널층의 형성과 마찬가지로 Ti 박막 및 Au 박막의 형성 후에, 포토리소그래피 기술 등을 이용하여 에칭을 하는 방법을 채용해도 된다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다.
(실시예 1)
In2O3상에 의해서만 구성되는 In2O3를 포함하는 산화물 소결체를 스퍼터링 타깃으로서 사용하여, 산질화물 반도체 박막의 성막을 실시하였다.
처음에, 이 스퍼터링 타깃을 아킹 억제 기능이 없는 직류 마그네트론 스퍼터링 장치(도키 가부시키가이샤제, SPK503)의 비자성체 타깃용 캐소드에 설치하였다. 또한 기판에는, 무알칼리의 유리 기판(코닝사제, EAGLE XG)을 사용하였다. 타깃-기판간 거리를 60mm로 고정하고, 2×10-4Pa 이하까지 진공 배기한 후, Ar, O2 및 N2를 포함하는 혼합 가스를 O2 농도가 1.5체적%, N2 농도가 1.5체적％가 되도록 도입하고, 가스압을 0.6Pa로 조정하였다.
그 후, 직류 전력 300W(1.64W/cm2)를 인가해서 직류 플라즈마를 발생시켜, 성막을 실시하였다. 구체적으로는, 10분간의 프리 스퍼터링 후, 스퍼터링 타깃의 정지 대향 위치에 기판을 배치하고, 기판을 가열하지 않고 스퍼터링을 실시하였다. 이에 의해, 막 두께 50nm의 산질화물 반도체 박막을 성막하였다. 얻어진 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분석 장치(가부시키가이샤 히다치하이테크사이언스사제, SPS3520UV)를 사용해서 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일한 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막의 결정 구조를 X선 회절 장치(파날리티컬제, X´PertPRO MPD)를 사용하여 X선 회절에 의해 측정한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여, 대기 중, 300℃, 30분간의 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 장치(울백-파이 가부시키가이샤제, PHI ADEPT1010)를 사용하여 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정은 In2O3 박막에 N을 이온 주입한 표준 시료를 사용해서 정량하였다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치(케이엘에이 텐콜 가부시키가이샤제, Alpha-Step IQ)를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치(가부시키가이샤 도요테크니카제, ResiTest8400)를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 5×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 29cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 2)
대기 중, 400℃에서 30분간의 어닐 처리를 행한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 30cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 3)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.4체적%, N2 농도를 5.7체적%로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 5×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 8×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 27cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 4)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.4체적%, N2 농도를 5.7체적%로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 5×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 4×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 30cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 5)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 7×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 28cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 6)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 4×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 30cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 7)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.5체적%, N2 농도를 0.5체적%로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 4×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 28cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 8)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 열처리 시간을 120분으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 20cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 9)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 열처리 시간을 60분으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 27cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 10)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 열처리 시간을 5분으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 30cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 11)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 열처리 시간을 1분으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 30cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 12)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.4체적%, N2 농도를 5.7체적%로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 26cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 13)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.4체적%, N2 농도를 5.7체적%로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 28cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 14)
막 두께를 15nm으로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 3×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 15nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 26cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 15)
막 두께를 200nm으로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 200nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 29cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 16)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga+Y) 원자수비로 0.10, 그리고 Y를 Y/(In+Ga+Y) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 4×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 27cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 17)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga+La) 원자수비로 0.10, 그리고 La를 La/(In+Ga+La) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 26cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 18)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 7×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 29cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 19)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.08 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 9×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 5×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 29cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 20)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.12 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 27cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 21)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.15 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 3×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 표면 형상 측정 장치로 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 26cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 22)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.20 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 4×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 25cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 23)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Zn을 Zn/(In+Zn) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 9×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 12cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 24)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ti를 Ti/(In+Ti) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 8cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 25)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 W를 W/(In+W) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 9×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 7×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 10cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 26)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Mg를 Mg/(In+Mg) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 9×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1015m-3이며, 캐리어 이동도는 8cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 27)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Al을 Al/(In+Al) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 3×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 8×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 22cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 28)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Y를 Y/(In+Y) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 3×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 20cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 29)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 La를 La/(In+La) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 18cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 30)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Sc를 Sc/(In+Sc) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 17cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 31)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Si를 Si/(In+Si) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 4×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 8×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 29cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 32)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ge를 Ge/(In+Ge) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 7×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 31cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 33)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Sn을 Sn/(In+Sn) 원자수비로 0.05 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 9×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 35cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 34)
대기 중, 200℃에서 30분간의 어닐 처리를 행한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 9×1016cm-3이며, 캐리어 이동도는 6cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(실시예 35)
대기 중, 200℃에서 30분간의 어닐 처리를 행한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 실시예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1015cm-3이며, 캐리어 이동도는 7cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 1)
스퍼터링 가스로서, Ar과 O2를 포함하는 혼합 가스를 O2 농도가 1.5체적％가 되도록 도입한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 비교예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1019cm-3이며, 캐리어 이동도는 22cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 2)
스퍼터링 가스로서, Ar과 O2를 포함하는 혼합 가스를 O2 농도가 1.5체적％가 되도록 도입한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 비교예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 3×1017cm-3이며, 캐리어 이동도는 14cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 3)
대기 중, 180℃에서 30분간의 어닐 처리를 행한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 비정질인 것이 확인되었다. 그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다.
또한, 비교예 3의 산질화물 반도체 박막은 상술한 바와 같이 결정화되어 있지 않았기 때문에, 2차 이온 질량 분석 측정 및 홀 효과 측정은 실시하지 않았다.
(비교예 4)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.25 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 1×1021atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 비교예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 2×1014cm-3이며, 캐리어 이동도는 4cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 5)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 열처리 시간을 0.5분으로 한 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 행하였다.
어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 비정질인 것이 확인되었다. 그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다.
또한, 비교예 5의 산질화물 반도체 박막은 상술한 바와 같이 결정화되어 있지 않았기 때문에, 2차 이온 질량 분석 측정 및 홀 효과 측정은 실시하지 않았다.
(비교예 6)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.5체적%, N2 농도를 0.3체적%로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 측정한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 빅스바이트형 구조의 In2O3상에 의해서만 구성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 3×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 비교예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 1×1019cm-3이며, 캐리어 이동도는 24cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 7)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Zn을 Zn/(In+Zn) 원자수비로 0.65 함유하는 산화물 소결체를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 조사한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 1과 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 결정화되어 있고, 섬유아연석형 구조의 ZnO상을 갖고 있는 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 8×1020atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다. 이들 결과로부터, 본 비교예의 산질화물 반도체 박막에서는, N은 In2O3상 중에 고용되어 있다고 이해된다.
그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 홀 효과 측정 장치를 사용하여 홀 효과를 측정한 결과, 캐리어 농도는 6×1019cm-3이며, 캐리어 이동도는 26cm2/Vsec인 것이 확인되었다.
(비교예 8)
스퍼터링 가스 중의 O2 농도를 1.5체적%, N2 농도를 6.0체적%로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 산질화물 반도체 박막을 얻었다.
이 산질화물 반도체 박막에 포함되는 금속 성분의 조성을 ICP 발광 분광 분석법에 의해 조사한 결과, 산화물 소결체의 조성과 거의 동일하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 비정질인 것이 확인되었다.
이어서, 이 산질화물 반도체 박막에 대하여 실시예 2와 동일 조건에서 어닐 처리를 실시하였다. 어닐 처리 후의 산질화물 반도체 박막에 대하여 마찬가지로 X선 회절 측정을 행한 결과, 산질화물 반도체 박막은 비정질인 것이 확인되었다. 그 후, 표면 형상 측정 장치를 사용하여, 얻어진 산질화물 반도체 박막의 막 두께를 측정한 결과, 50nm인 것이 확인되었다. 또한, 2차 이온 질량 분석 측정을 행한 결과, 이 산질화물 반도체 박막은 N을 2×1022atom/cm-3 정도 함유하고 있는 것이 확인되었다.
또한, 비교예 8의 산질화물 반도체 박막은 상술한 바와 같이 결정화되어 있지 않았기 때문에, 홀 효과 측정은 실시하지 않았다.
Figure pct00001
[TFT 소자의 특성 평가]
(실시예 36)
스퍼터링 타깃으로서, In2O3에 Ga를 Ga/(In+Ga) 원자수비로 0.10 함유하는 산화물 소결체를 사용하여, 열 산화에 의해 SiO2막이 형성된, 두께 300nm의 Si 웨이퍼 기판의 SiO2막 상에, 막 두께가 50nm가 되도록 비정질의 산질화물 반도체 박막의 성막을 실시하였다.
얻어진 비정질의 산질화물 반도체 박막을 대기 중, 300℃, 30분간의 조건에서 어닐 처리함으로써 결정화시키고, 이에 의해, 상기의 Si 기판, SiO2막 및 결정질의 산질화물 반도체 박막을 각각 게이트 전극, 게이트 절연층 및 채널층으로 하였다.
그 후, 상기 채널층의 표면에 직류 마그네트론 스퍼터링법에 의해, 두께 5nm의 Ti막 및 두께 100nm의 Au막을 순차 성막하여 Au/Ti 적층막을 포함하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 도 1에 도시한 구성의 박막 트랜지스터(TFT 소자)를 얻었다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극의 성막 조건은 스퍼터 가스를 Ar만으로 하고, 직류 전력을 50W로 변경한 것 이외에는, 산질화물 반도체 박막의 성막 조건과 동일하게 하였다.
또한, 소스 전극 및 드레인 전극에 대하여 메탈 마스크를 사용해서 패터닝을 행하여, 채널 길이 100㎛, 채널 폭 450㎛의 TFT 소자를 얻었다.
이 TFT 소자의 동작 특성을 반도체 파라미터 애널라이저(가부시키가이샤 TFT 케이슬리 인스트루먼트사제, 4200SCS)를 사용해서 조사한 결과, TFT 소자로서의 동작 특성을 확인할 수 있었다.
1 : 게이트 전극
2 : 게이트 절연막
3 : 채널층
4 : 소스 전극
5 : 드레인 전극

Claims (11)

  1. In, O 및 N을 함유하는 결정질의 산질화물 반도체를 포함하고,
    캐리어 농도가 1×1017cm-3 이하이며, 캐리어 이동도가 5cm2/Vsec 이상인 산질화물 반도체 박막.
  2. In, O, N 및 첨가 원소 M(M은 Zn, Ga, Ti, Si, Ge, Sn, W, Mg, Al, Y 및 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소)을 함유하는 결정질의 산질화물 반도체를 포함하고,
    캐리어 농도가 1×1017cm-3 이하이며, 캐리어 이동도가 5cm2/Vsec 이상인 산질화물 반도체 박막.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산질화물 반도체에서의 N의 함유량은 3×1020atom/cm-3 이상 1×1022atom/cm-3 미만인 산질화물 반도체 박막.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산질화물 반도체의 결정 구조가 빅스바이트형 구조의 In2O3에 의해 구성되어 있고, 또한 N 원자가 In2O3상에 고용(固溶)되어 있는 산질화물 반도체 박막.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가 원소 M의 함유량이 M/(In+M) 원자수비로 0을 초과하며 0.20 이하인 산질화물 반도체 박막.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 이동도가 15cm2/Vsec 이상인 산질화물 반도체 박막.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어 이동도가 25cm2/Vsec 이상인 산질화물 반도체 박막.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 막 두께가 15nm 내지 200nm인 산질화물 반도체 박막.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 막 두께가 40nm 내지 100nm인 산질화물 반도체 박막.
  10. In, O 및 N을 함유하는 비정질의 산질화물 반도체 박막, 또는 In, O, N 및 첨가 원소 M(M은 Zn, Ga, Ti, Si, Ge, Sn, W, Mg, Al, Y 및 희토류 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소)을 함유하는 비정질의 산질화물 반도체 박막을, 가열 온도를 200℃ 이상, 가열 시간을 1분 내지 120분으로 하여 어닐 처리함으로써, 결정질의 산질화물 반도체 박막을 얻는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 산질화물 반도체 박막의 제조 방법.
  11. 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 채널층 및 게이트 절연막을 구비하는 박막 트랜지스터로서, 상기 채널층이 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 산질화물 반도체 박막에 의해 구성되어 있는, 박막 트랜지스터.
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