[发明专利]半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件

说明书

本发明为下述申请的分案申请。

发明名称：半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和半导体元件

申请日：2008年4月23日

申请号：200880015165.9（PCT/JP2008/057804）

技术领域

本发明涉及半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。详细来说，涉及通过将含有非晶质氧化物的薄膜暴露于氧等离子体而得到的半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法和具有半导体薄膜的半导体元件。

背景技术

目前，作为构成晶体管等的半导体，已知有例如含有铟、镓、锡等的氧化物的半导体薄膜。该半导体薄膜与硅等的半导体相比，可以在低温下成膜，因此有可将不耐热的树脂材料作为基板进行元件设计的优点（例如参考专利文献1至专利文献7）。

在专利文献1至专利文献7中，公开了例如作为半导体薄膜的氧化物膜，在规定浓度的氧氛围下成膜的氧化物膜，所述半导体薄膜是含有铟、锌和镓，并含有微结晶，同时具有小于规定值的电子载流子浓度、使用了非晶质氧化物的半导体薄膜。

另外，专利文献5还公开了在形成非晶质氧化物薄膜后，对于该非晶质氧化物薄膜照射含有氧的等离子体来得到氧化物膜。

【专利文献1】日本专利特开2006-165527号公报

【专利文献2】日本专利特开2006-165528号公报

【专利文献3】日本专利特开2006-165529号公报

【专利文献4】日本专利特开2006-165530号公报

【专利文献5】日本专利特开2006-165531号公报

【专利文献6】日本专利特开2006-165532号公报

【专利文献7】日本专利特开2006-173580号公报

发明内容

但是，由于在专利文献1至专利文献7中记载的氧氛围下成膜得到的氧化物膜是由非晶质的氧化物所形成的，因此有热稳定性低、由长时间的通电导致半导体特性发生变化的担心。

通过加热而将氧进行热固定，可以避免上述问题的发生，但此时需要加热，因此失去了有效发挥非晶质的特性而进行低温成膜的意义。

而且，在非晶质的结构中被热固定的氧易于脱离。例如将半导体薄膜在真空下加热时，氧脱离而产生氧缺失。由此，有载流子增大、损害半导体特性的担心。

另外，专利文献5没有公开含有氧的等离子体的发生条件等。因此，例如当含有氧的等离子体的发生条件不合适时，有下述的担心，即，由于含有氧的等离子体的照射，而损害作为氧化物膜的半导体薄膜的半导体特性。

本发明鉴于上述问题，其目的在于提供在不进行加热的情况下制备的、对于热和长时间通电具有高的半导体特性的非晶质的半导体薄膜和结晶性的半导体薄膜、半导体薄膜的制备方法、使用了半导体薄膜的半导体元件。

本发明的半导体薄膜的特征在于，将含有非晶质氧化物的非晶质氧化物薄膜暴露在氧等离子体中而形成，所述氧等离子体是用高频率激发含有氧的气体而产生的。

根据本发明，利用高频率有效地产生氧等离子体。另外，由于氧等离子体是激发含有氧的气体而产生的，因此可以有效地氧化非晶质氧化物薄膜。

非晶质氧化物薄膜在低温状态下被氧等离子体(低温等离子体)所氧化。这种半导体薄膜由于表面和内部易于被氧化，因此对于热和长时间的通电变得易于稳定。因此，半导体薄膜的半导体特性是稳定的。

由氧等离子体固定的氧与成膜时固定的氧相比，难以脱离，因此对于半导体薄膜，由于氧的脱离而使载流子增大、损害半导体特性的可能性低。

进而，通过使用等离子体，可以将基板温度保持在200℃以下的低温，因此半导体薄膜即使在薄膜等耐热性低的基板上也可以成膜。

在本发明中，上述氧等离子体优选外加频率数、即外加的电压的频率数为1kHz以上300MHz以下。

外加频率数优选为100kHz以上100MHz以下，更优选1MHz以上50MHz以下。13.56MHz的RF等离子体最为优选。另外，输入电功率为100W以上，优选300W以上。

这里，当外加频率数为1kHz以上300MHz以下的范围以外时，有氧等离子体不稳定的情况。另外，有由于高频率的电场而使将半导体成膜的基板、或成膜的薄膜自身被加热的情况，因此不是优选的。

因此，外加频率数为1kHz以上300MHz以下，可以稳定地产生氧等离子体。

在本发明中，上述氧等离子体优选在压力为5Pa以上0.1MPa以下的条件下产生。