專利名稱：ZnO膜和ZnO半導(dǎo)體層的形成方法、半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZnO(氧化鋅)膜的形成方法、ZnO半導(dǎo)體層的形成方法、具有ZnO半導(dǎo)體層的發(fā)光元件、受光元件或薄膜晶體管(TFT)等半導(dǎo)體元件的制造方法以及具有ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
因?yàn)閆nO半導(dǎo)體具有直接遷移、禁帶寬度大(～3.4Ev)的特點(diǎn)，所以人們探討了ZnO半導(dǎo)體在發(fā)出或接受從藍(lán)色至紫外區(qū)的光的發(fā)光/受光元件或TFT等半導(dǎo)體元件中的應(yīng)用。
作為形成ZnO半導(dǎo)體層的方法，已知的有MBE法、濺射法、激光加工(abrasion)法等，近年，為了提高ZnO半導(dǎo)體層的結(jié)晶性，探討了通過緩沖層，形成ZnO半導(dǎo)體層的方法。
在特開2000-244014號公報(bào)中記載，如果通過包含Al、Mg等雜質(zhì)的ZnO緩沖層形成ZnO發(fā)光層，將能夠形成具有良好結(jié)晶性的ZnO發(fā)光層。另外，在特開2001-287998號公報(bào)中記載，如果通過在比形成半導(dǎo)體層時(shí)的溫度低的溫度下形成的ZnO緩沖層，形成ZnO半導(dǎo)體層，則能夠形成具有良好結(jié)晶性的ZnO半導(dǎo)體層。
但是，采用含有上述雜質(zhì)的緩沖層的以往技術(shù)中，需要另準(zhǔn)備Al、Mg等雜質(zhì)源，由此產(chǎn)生制造費(fèi)用增加的問題。另外，通過濺射法形成含有雜質(zhì)的緩沖層時(shí)，將在形成室內(nèi)的壁面等處也形成含雜質(zhì)的ZnO膜。因此，如果在同一個(gè)形成室中形成緩沖層和ZnO發(fā)光層，則Al、Mg等雜質(zhì)將從ZnO發(fā)光層形成時(shí)附著在壁面等的ZnO膜，排放到形成室內(nèi)，并這些不需要的雜質(zhì)有可能進(jìn)入ZnO發(fā)光層中。并且在緩沖層中含有的上述雜質(zhì)向ZnO發(fā)光層擴(kuò)散，這樣雜質(zhì)有可能進(jìn)入到ZnO發(fā)光層中。這些不想需要雜質(zhì)的進(jìn)入，容易使發(fā)光層的發(fā)光特性降低。并且，如果為了抑制上述不想需要雜質(zhì)的進(jìn)入，而分別設(shè)置緩沖層形成用的形成室和發(fā)光層形成用的形成室，則導(dǎo)致裝置費(fèi)用升高，隨之制造費(fèi)用也上升。
另外，使用在低溫下形成的緩沖層的以往技術(shù)，雖然能夠抑制不想需要雜質(zhì)的進(jìn)入，但是緩沖層形成時(shí)的溫度和半導(dǎo)體形成時(shí)的溫度不相同。因此，如果在同一形成室中要形成ZnO緩沖層和ZnO半導(dǎo)體層，則因?yàn)樵诰彌_層形成結(jié)束后至開始形成半導(dǎo)體層期間，需要基板升溫的時(shí)間，所以存在所需時(shí)間長，導(dǎo)致制造費(fèi)用上升的問題。另外，為了提高生產(chǎn)率，可以分別設(shè)置緩沖層形成用的形成室和半導(dǎo)體層形成用的形成室，但是在這種情況下，也同樣使裝置費(fèi)用增大，隨之制造費(fèi)用也上升。
TFT、發(fā)光元件、壓電體等電子設(shè)備是將絕緣膜、半導(dǎo)體膜或?qū)щ娔さ葘?dǎo)電率不同的薄膜層疊而構(gòu)成。ZnO是為了形成絕緣膜、半導(dǎo)體膜或?qū)щ娔さ榷褂玫摹Ｊ褂肸nO構(gòu)成電子設(shè)備時(shí)，上述電子設(shè)備是通過層疊ZnO膜和由導(dǎo)電率不同于ZnO的物質(zhì)構(gòu)成的膜或者是層疊各自導(dǎo)電率不同的多個(gè)ZnO膜而形成。由濺射法形成導(dǎo)電率不同的多個(gè)ZnO膜時(shí)，應(yīng)調(diào)整各ZnO膜中的載流子密度，并使用所摻雜的雜質(zhì)(Al、Ga)含量不同的ZnO靶，形成各ZnO膜。
但是，用以往的形成方法形成導(dǎo)電率不同的薄膜時(shí)，因?yàn)樾枰獪?zhǔn)備多種物質(zhì)(ZnO和導(dǎo)電率不同于ZnO的物質(zhì))，或者需要準(zhǔn)備雜質(zhì)含量不同的多個(gè)ZnO靶，所以出現(xiàn)使材料費(fèi)用上升或者使制造工序數(shù)增加等電子設(shè)備成本上升的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上問題而提出的，其目的在于提供一種能夠廉價(jià)地形成結(jié)晶性良好的ZnO半導(dǎo)體層的方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠以廉價(jià)地制造出具備結(jié)晶性良好的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件的制造方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具備結(jié)晶性良好的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種降低材料成本，并能夠容易地形成導(dǎo)電率不同的多個(gè)ZnO膜的形成方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠容易地制造出具有導(dǎo)電率從基板側(cè)向膜厚方向連續(xù)變化的ZnO膜的半導(dǎo)體元件的制造方法。
本發(fā)明之1的ZnO半導(dǎo)體層的方法是，在基板上形成導(dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層，然后在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層，或者在基板上形成通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有(002)和(004)以外的峰，具體地具有(103)或(112)峰的ZnO緩沖層，然后在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層。
本發(fā)明之1的ZnO半導(dǎo)體層的方法中，因?yàn)樵诨迳闲纬蓪?dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層或者形成具有(002)和(004)以外峰的ZnO緩沖層，然后在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層，所以能夠形成具有良好的結(jié)晶性，且遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層。其理由如下。
在導(dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層中，或者在具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層中，存在大粒徑的晶粒并且每個(gè)大粒徑晶粒，相隔一定距離，分散存在。另外，ZnO半導(dǎo)體層是以ZnO緩沖層中的大直徑晶粒作為晶核，進(jìn)行晶體成長，這時(shí)，在ZnO緩沖層中因?yàn)樯鲜龃笾睆骄ЯＯ喔粢欢ň嚯x分散存在，所以晶體成長時(shí)，很少發(fā)生相鄰的晶粒之間相互碰撞，而阻止相互的晶體生長的現(xiàn)象，所以生長成為晶體粒徑大的ZnO半導(dǎo)體。另外，因?yàn)閆nO緩沖層是不含Al、Mg等不想需要雜質(zhì)的無摻雜物物層，所以不會發(fā)生由于進(jìn)入不想需要的雜質(zhì)而導(dǎo)致ZnO半導(dǎo)體層的特性的降低的問題。另外，因?yàn)榫彌_層的材料和半導(dǎo)體層的材料相同，所以緩沖層和半導(dǎo)體層之間的接合是同性接合，從而得到良好的晶格匹配。其結(jié)果，能夠形成具有良好的結(jié)晶性、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層。
本發(fā)明之2的ZnO半導(dǎo)體層的方法是，在基板上用濺射法形成ZnO半導(dǎo)體層的方法，使用含氧氣的濺射氣體，在基板上形成ZnO緩沖層，然后在濺射氣體中的氧氣流量比小于形成ZnO緩沖層時(shí)的條件下，在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層。
在本發(fā)明之2的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法中，因?yàn)樵跒R射氣體中的氧氣流量比大的條件下，在基板上形成ZnO半導(dǎo)體層，所以在ZnO緩沖層中形成大粒徑晶粒，并且大直徑的晶粒不會相互挨著，而是相隔一定的距離分散存在。另外，因?yàn)樵跒R射氣體中的氧氣流量比小于形成ZnO緩沖層時(shí)的條件下形成，所以能夠形成導(dǎo)電率大于ZnO緩沖層且起到半導(dǎo)體功能的ZnO半導(dǎo)體層。另外，ZnO半導(dǎo)體層是將ZnO緩沖層中的大直徑的晶粒作為晶核而使晶體生長，這時(shí)，因?yàn)檫@些大直徑的晶粒相隔一定的距離分散存在，所以不會發(fā)生晶體生長時(shí)相鄰的晶粒之間相撞而防礙互相的晶體生長的問題，從而生長成為晶粒徑大的ZnO半導(dǎo)體。另外因?yàn)閆nO緩沖層是不含Al，Mg等不想需要雜質(zhì)的無摻雜物層，所以不會由不想需要雜質(zhì)的進(jìn)入而導(dǎo)致ZnO半導(dǎo)體層的特性降低的問題。另外，因?yàn)榫彌_層的材料和半導(dǎo)體層的材料相同，所以緩沖層和半導(dǎo)體層之間的接合是同性接合，從而能夠得到良好的晶格匹配。其結(jié)果，能夠形成具有良好的結(jié)晶性、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層。
在本發(fā)明之2中，理想的是調(diào)整濺射氣體中的氧氣流量比形成ZnO緩沖層，使得導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm或者通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰、具體地具有(103)或(112)峰。由此，因?yàn)槟軌蛐纬删哂兄睆礁蟮木Я?、并且相鄰的晶粒之間相隔充分的距離分散存在的ZnO緩沖層，所以能夠有效地提高ZnO半導(dǎo)體層的結(jié)晶性，遷移率。這時(shí)，理想的是使氧氣流量比大于20％而形成ZnO緩沖層。如上述通過使氧氣流量比大于20％，能夠形成導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層或者是具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層，所以能夠形成具有良好的結(jié)晶性、遷移率高的ZnO半導(dǎo)體層。另外，ZnO緩沖層的膜厚大于500nm是理想的。通過使膜厚大于500nm，因?yàn)槟軌虺浞职l(fā)揮作為緩沖層的功能，所以能夠形成結(jié)晶性良好、遷移率高的ZnO半導(dǎo)體層。并且連續(xù)地形成ZnO緩沖層和ZnO半導(dǎo)體層是理想的。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠縮短形成時(shí)間，所以可以減少制造成本。另外，這時(shí)，邊逐漸減少濺射氣體中的氧氣流量比，邊形成是理想的。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠謀求縮短形成時(shí)間，所以可以減少制造成本。另外，在同一形成室內(nèi)形成ZnO緩沖層和ZnO半導(dǎo)體層是理想的。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟軌驕p少形成室的數(shù)量，所以能夠縮短形成時(shí)間、減少制造費(fèi)用，降低制造成本。
本發(fā)明之3的半導(dǎo)體元件的制造方法，具有在基板上形成導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層的工序和在ZnO層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序，或者具有在基板上形成通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的、具體地具有(103)或(112)的峰的ZnO緩沖層的工序和在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
本發(fā)明之3的半導(dǎo)體元件的制造方法中，因?yàn)樵诨迳闲纬蓪?dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層、或者形成具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層，然后在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層，所以如在本發(fā)明之1中所述，能夠形成結(jié)晶性良好、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層，從而能夠制造出設(shè)有具有以上優(yōu)異特性的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明之4的半導(dǎo)體元件的制造方法是，具有由濺射法形成的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件的方法，具有使用含氧氣的濺射氣體，在基板上形成ZnO緩沖層的工序和在濺射氣體中的氧氣流量比小于形成ZnO緩沖層時(shí)的條件下，在ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
本發(fā)明之4的半導(dǎo)體元件的制造方法中，如在本發(fā)明之2中所述，因?yàn)槟軌蛐纬山Y(jié)晶性良好、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層，所以能夠廉價(jià)地制造出設(shè)有具有以上優(yōu)異特性的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
在本發(fā)明之4中，理想的是調(diào)整濺射氣體中的氧氣流量比，使導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm或者通過X射線衍射法的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰、具體地具有(103)或(112)峰地形成ZnO緩沖層。由此，因?yàn)槟軌蛐纬删哂兄睆礁蟮木Я?，并且相鄰的晶粒之間相隔充分的距離分散存在的ZnO緩沖層，所以能夠有效地制造出具有結(jié)晶性、遷移率更加提高的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。這時(shí)，理想的是在濺射氣體中的氧氣流量比大于20％的條件下形成ZnO緩沖層。如上述通過使氧氣流量比大于20％以上，能夠形成導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層或具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層，所以能夠制造出具有結(jié)晶性良好、遷移率高的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。另外，ZnO緩沖層的膜厚大于500nm是理想的。通過使膜厚大于500nm，因?yàn)槟軌虺浞职l(fā)揮作為緩沖層的功能，所以能夠制造出具有良好的結(jié)晶性、遷移率高的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明之5的半導(dǎo)體元件具備基板、在基板上形成的導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層、在ZnO緩沖層上形成的ZnO半導(dǎo)體層，或者具備基板、形成在基板上，并通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰、具體地具有(103)或(112)峰的ZnO緩沖層、在ZnO緩沖層上形成的ZnO半導(dǎo)體層。
本發(fā)明之5的半導(dǎo)體元件中，因?yàn)榫哂性趯?dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層上或者在具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層上形成的ZnO半導(dǎo)體層，所以如在上述本發(fā)明之1的說明，具有良好的結(jié)晶性，且遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層，從而能夠提供元件特性優(yōu)異的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明之6的ZnO膜形成方法是，通過濺射法形成ZnO膜的方法中，作為靶，使用無摻雜物物的ZnO，作為濺射氣體，使用惰性氣體、氧氣、或惰性氣體和氧氣的混合氣體，并在成膜過程中增加或減少氧氣流量比。
本發(fā)明之6的ZnO膜形成方法中，因?yàn)殡S著形成ZnO膜時(shí)的濺射氣體中的氧氣流量比，形成的ZnO膜的導(dǎo)電率發(fā)生變化，所以作為靶材料僅使用無摻雜物物的ZnO，通過改變氧氣流量比，能夠調(diào)整ZnO膜內(nèi)的導(dǎo)電率。即因?yàn)閮H使用ZnO，所以能夠降低材料成本，并且因?yàn)闆]有必要交換靶，所以能夠減少制造工序數(shù)量，因?yàn)橥ㄟ^改變氧氣流量比而能夠調(diào)整導(dǎo)電率，所以能夠容易地制造出導(dǎo)電率不同的多個(gè)ZnO膜。因此，能夠防止用ZnO膜構(gòu)成的電子設(shè)備的高成本化，并且能夠提高設(shè)計(jì)電子設(shè)備時(shí)的自由度。另外，濺射氣體中的氧氣流量比為100％時(shí)，濺射氣體僅是由氧氣構(gòu)成，而把氧氣流量比作為0％時(shí)，濺射氣體僅是由惰性氣體構(gòu)成。
本發(fā)明之6中，連續(xù)地增加或減少氧氣流量比。當(dāng)連續(xù)地增加形成ZnO膜時(shí)的濺射氣體中的氧氣流量比時(shí)，形成的ZnO膜的導(dǎo)電率連續(xù)地減少，而連續(xù)地減少氧氣流量比時(shí)，因?yàn)樾纬傻腪nO膜的導(dǎo)電率連續(xù)地增加，所以能夠容易地制造出導(dǎo)電率沿膜厚方向連續(xù)變化的ZnO膜。因此，能夠以低成本容易地制造出例如具有LDD(Lightly Doped Drain)/半導(dǎo)體膜(活性層)結(jié)構(gòu)的疊層膜。
在本發(fā)明之6中，交替地增加/減少氧氣流量比。例如，提高濺射氣體中的氧氣流量比而形成第1ZnO膜，接著降低氧氣流量比而在第1ZnO膜上形成第2ZnO膜。這時(shí)，第1ZnO膜的導(dǎo)電率低于第2ZnO膜。由此能夠容易地將導(dǎo)電率高的ZnO膜和導(dǎo)電率低的ZnO膜交替層疊，所以能夠容易地以低成本地形成導(dǎo)電率不同的多個(gè)ZnO膜的疊層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明之7的半導(dǎo)體元件的制造方法是，在基板上通過濺射法層疊ZnO膜，并設(shè)置源極、漏電極以及柵電極，其中作為靶，使用無摻雜物物的ZnO，作為濺射氣體，使用惰性氣體、氧氣或惰性氣體和氧氣的混合氣體。首先作為濺射氣體使用氧氣或混合氣體，通過濺射法，開始形成第1ZnO膜，接著，邊連續(xù)地減少濺射氣體中的氧氣流量比，邊通過濺射法，形成第2ZnO膜，然后形成分割第2ZnO膜的槽部，接著隔著絕緣層在槽部之上設(shè)置柵電極，并夾住槽部，在第2ZnO膜上設(shè)置源極和漏電極。
在本發(fā)明之7的半導(dǎo)體元件的制造方法中，因?yàn)樾纬傻?ZnO膜后，邊連續(xù)地減少氧氣流量邊形成第2ZnO膜，所以第2ZnO膜的導(dǎo)電率將從基板側(cè)向膜厚方向連續(xù)地增大。因此，導(dǎo)電率高的第2ZnO膜的源極和漏電極側(cè)的區(qū)能夠起到源區(qū)和漏區(qū)的作用，能夠使比該區(qū)導(dǎo)電率低的第2ZnO膜的第1ZnO膜側(cè)區(qū)起到LDD區(qū)的作用。
下面，根據(jù)附圖更加詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1是用于說明本發(fā)明的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2是表示ZnO膜(膜厚200nm)的導(dǎo)電率和氧氣流量比之間關(guān)系的特性圖。圖3是表示ZnO膜(膜厚500nm)的導(dǎo)電率和氧氣流量比之間關(guān)系的特性圖。圖4是表示ZnO膜(膜厚1000nm)的導(dǎo)電率和氧氣流量比之間關(guān)系的特性圖。圖5是表示ZnO膜(膜厚200nm)的X射線衍射的評價(jià)結(jié)果的特性圖。圖6是表示ZnO膜(膜厚500nm)的X射線衍射的評價(jià)結(jié)果的特性圖。圖7是表示ZnO膜(膜厚1000nm)的X射線衍射的評價(jià)結(jié)果的特性圖。圖8是表示ZnO膜(氧氣流量比0％)的SEM像的相片圖9是表示ZnO膜(氧氣流量比25％)的SEM像的相片圖10是表示ZnO膜(氧氣流量比100％)的SEM像的相片圖11是ZnO膜表面SEM照片的模式圖。圖12是表示通過X射線衍射，評價(jià)ZnO膜的結(jié)晶性的結(jié)果的特性圖。圖13是表示玻璃/ZnO緩沖層/ZnO半導(dǎo)體層的層疊膜的X射線衍射評價(jià)結(jié)果的特性圖。圖14是表示玻璃/ZnO緩沖層/ZnO半導(dǎo)體層的層疊膜的SEM像的照片。圖15是表示本發(fā)明的晶體生長狀態(tài)的模式圖。圖16是表示比較例的晶體生長狀態(tài)的模式圖。圖17是表示玻璃/ZnO緩沖層/ZnO半導(dǎo)體層的層疊膜的遷移率和ZnO緩沖層膜厚之間關(guān)系的特性圖。圖18是表示玻璃/ZnO緩沖層/ZnO半導(dǎo)體層的層疊膜中的載流子密度和ZnO緩沖層膜厚之間關(guān)系的特性圖。圖19是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件(FET)的制造方法的工序圖。圖20是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件(發(fā)光二極管)的制造方法的工序圖。圖21是用于說明本發(fā)明的ZnO膜制造方法的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖22是本發(fā)明的多層ZnO膜的模式圖。圖23是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件(FET)的制造方法的工序圖。圖24是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件(FET)的制造方法的工序圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)圖1是用于說明本發(fā)明實(shí)施方式1的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法的結(jié)構(gòu)剖視圖。參照圖1，1為基板，可以使用玻璃基板、藍(lán)寶石基板、水晶基板、硅基板、熔融石英基板等，但并不限定在這些。2是ZnO緩沖層，3是ZnO半導(dǎo)體層。在本實(shí)施方式中，ZnO緩沖層2是通過濺射法，在氧氣流量比大的條件下形成，ZnO半導(dǎo)體層3是通過濺射法，在氧氣流量比小的條件下形成。
這里，下面詳述濺射氣體中的氧氣流量比對ZnO膜的結(jié)晶性的影響。
圖2、圖3、圖4是表示各種各樣地改變?yōu)R射氣體中氧氣的流量比，而在玻璃基板上形成的厚度為200nm、500nm、1000nm的ZnO膜的導(dǎo)電率和氧氣流量比之間關(guān)系的特性圖。形成條件如圖表1所示，作為濺射氣體使用了Ar氣體和O2氣體的混合氣體。另外，形成ZnO膜時(shí)使用RF磁控管濺射裝置。
表1


由圖2～4可知，所形成的ZnO膜的導(dǎo)電率受濺射氣體中的氧氣流量比的影響很大，氧氣流量比越大，導(dǎo)電率越小，而成為電阻高的ZnO膜。這是因?yàn)樵赯nO膜中含有大量氧氣時(shí)，由氧氣缺乏產(chǎn)生的施主減少，而導(dǎo)電率下降的緣故。另外，厚度為200nm的ZnO膜中，即使把氧氣流量比加大到何種程度，導(dǎo)電率不會小于1×10-9S/cm(圖2)，而在厚度為500nm的ZnO膜中，當(dāng)氧氣流量比大于20％(圖3)，在厚度為1000nm的ZnO膜中，當(dāng)氧氣流量比大于10％(圖4)時(shí)，能夠使導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm。另外，在本發(fā)明中，ZnO半導(dǎo)體層是指具有n型或p型導(dǎo)電性的ZnO半導(dǎo)體層，例如導(dǎo)電率約大于1×10-9S/cm的ZnO半導(dǎo)體層。這樣的ZnO半導(dǎo)體層可以在濺射氣體中的氧氣流量比極小的條件下形成。另外，由霍爾效果測定結(jié)果可知，在氧氣流量比小的條件下形成的導(dǎo)電率高的膜具有n型的導(dǎo)電性。
圖5、圖6、圖7是對于上述的厚度為200nm、500nm、1000nm的ZnO膜，通過X射線衍射(XRD)，評價(jià)分別在0％、25％、100％氧氣流量比下形成的膜的結(jié)晶性后得到的結(jié)果的特性圖，表示XRD的測定光譜。
對于厚度為500nm和1000nm的ZnO膜，通過提高氧氣流量比(25％、100％)，由XRD評價(jià)的ZnO晶面的衍射峰中，除了(002)和(004)之外，還具有(103)或(112)的峰。
另外，圖8、圖9、圖10是表示ZnO膜的表面和截面的SEM像(2次電子像)的照片。另外，圖11是表示在0％、25％、100％的氧氣流量比下形成的ZnO膜的SEM照片的結(jié)果的模式圖。在圖11中，用A表示的區(qū)表示粒徑大于400nm的大粒徑的結(jié)晶區(qū)，用B表示的區(qū)表示微小粒徑(粒徑小于20nm)的集合區(qū)。當(dāng)氧氣流量比小時(shí)，粒徑小的結(jié)晶相互鄰近，存在許多，當(dāng)氧氣流量比小時(shí)，粒徑大的結(jié)晶相隔一定的距離分散存在。
圖12是表示通過XRD評價(jià)在圖2中表示的膜厚為200nm的ZnO膜的結(jié)晶性的結(jié)果的特性圖，表示XRD的測定譜。另外，圖中在各峰的旁邊所表示的值表示膜形成時(shí)濺射氣體中的氧氣流量比。由圖12可知，在所有的ZnO膜中觀察到由(002)面產(chǎn)生的峰，氧氣流量比越大，其峰高度越高，特別是氧氣流量比大于50％時(shí)，峰高大幅度地增大，結(jié)晶性提高。
在表2中總結(jié)了改變氧氣流量比得到的在圖12中所示的各ZnO膜的結(jié)晶性和晶粒徑大小的評價(jià)結(jié)果。另外，結(jié)晶性的評價(jià)是，將氧氣流量比為100％時(shí)，得到的ZnO膜(002)面的峰高度作為100，用相對值來表示各樣品的(002)面的峰高度。另外，晶粒徑是由SEM相片得到。
表2

如上所述，當(dāng)使用濺射法形成ZnO膜時(shí)，濺射氣體中的氧氣流量比越大，晶粒徑越大，另外，通過使上述氧氣流量比大，能夠得到膜的X射線衍射圖案中，除(002)和(004)以外，在(103)或(112)具有峰的膜，另外，上述氧氣流量比越大，能夠得到(002)面的峰高值越大的膜。
作為緩沖層，理想的是使用晶粒徑大且晶粒分散存在的膜。即通過使用晶粒存在的緩沖層，能夠以緩沖層中的晶粒為核，使半導(dǎo)體層晶體生長。這時(shí)，通過使用晶粒相隔一定距離分散存在的緩沖層，能夠防止晶體生長時(shí)相鄰的結(jié)晶之間碰撞而防礙晶體生長的現(xiàn)象，能夠生長為具有粒徑大的晶粒的半導(dǎo)體層。另外，如果緩沖層中的晶粒大量地密接存在，則晶體生長時(shí)相鄰的結(jié)晶之間碰撞，而阻礙晶體生長，難以長成大粒徑的晶體。另外，作為晶核的晶粒的粒徑越大，將上述作為核而生長的結(jié)晶的粒徑能夠越大。
另外，作為緩沖層，通過使用與半導(dǎo)體層相同材料的ZnO，不會發(fā)生不想需要的雜質(zhì)從緩沖層的擴(kuò)散等的問題，從而能夠形成具有良好特性的ZnO半導(dǎo)體層。
從以上的情況可以認(rèn)為，將加大濺射氣體中的氧氣流量比而形成的、大粒徑的晶粒相隔一定的距離分散存在的ZnO膜作為緩沖層使用，并在其之上形成ZnO半導(dǎo)體層，由此能夠得到大粒徑且結(jié)晶性優(yōu)異的ZnO半導(dǎo)體層。
作為上述大粒徑的晶粒分散存在的ZnO緩沖層，具體地以導(dǎo)電率為1×10-9S/cm以下的ZnO膜，或者在通過X射線衍射法測定的晶面的衍射峰中，具有除(002)和(004)以外的峰[例如(103)或(112)的峰]的ZnO膜為理想。
如圖12所示，導(dǎo)電率為1×10-9S/cm以下的ZnO膜，其結(jié)晶性高，并且如圖11所示，粒徑大的晶粒相隔一定的間隔分散存在。另外，由圖5～圖10的結(jié)果可知，具有除(002)和(004)以外的峰[例如(103)或(112)的峰]的ZnO膜與只具有(002)和(004)峰的ZnO膜相比，膜中存在的殘留應(yīng)力大，粒徑大的晶粒相隔一定的間隔分散存在因此，導(dǎo)電率為1×10-9S/cm以下的ZnO膜或者具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO膜，作為緩沖層是理想的。導(dǎo)電率為1×10-9S/cm以下的ZnO膜，例如可以使用濺射法，在氧氣流量比為20％以上的條件下形成。另外，如上述調(diào)整氧氣流量比而形成的ZnO濺射層的導(dǎo)電率下限是在氧氣流量比為100％時(shí)，為1×10-12S/cm左右。另外，具有除(002)和(004)以外的峰[例如(103)或(112)的峰]的ZnO膜，例如可以使用濺射法，在氧氣流量比為25％以上的條件下形成。但是，具有上述結(jié)構(gòu)的ZnO緩沖層并不限于這些，可以通過控制接通電力、壓力等其它條件，或者通過組合這些條件而形成。(實(shí)施例1)作為實(shí)施例1，在玻璃制的基板上，使用表3中所示的條件，通過濺射法形成ZnO緩沖層2、ZnO半導(dǎo)體層3。
表3

*形成緩沖層時(shí)Ar流量+O2流量＝15sccm在同一濺射室內(nèi)，固定基板溫度為300℃，不停止放電而變換濺射氣體，連續(xù)地形成ZnO緩沖層2和ZnO半導(dǎo)體層3。另外，形成ZnO緩沖層2時(shí)，作為濺射氣體使用Ar氣體和O2氣體的混合氣體，并固定濺射氣體的總流量在15sccm，改變氧氣流量比，分別為25％、50％、100％，同時(shí)改變膜厚，分別為500nm、800nm，而形成多種類的ZnO緩沖層2。另外，在相同的條件下(氧氣流量比0％、膜厚200nm)，在上述多種類型的ZnO緩沖層2上形成ZnO半導(dǎo)體層3。
另外，作為比較例，沒有設(shè)置ZnO緩沖層2，而與表3相同的條件下，在基板1上直接形成ZnO半導(dǎo)體層3。
在圖13和圖14表示了，對于如上述制作的本發(fā)明的樣品1(氧氣流量比25％、膜厚800nm)和樣品2(氧氣流量比100％、膜厚500nm)，進(jìn)行的結(jié)晶性的評價(jià)結(jié)果以及表示表面和截面的SEM像的照片。另外，在圖13中一并表示了上述比較例的結(jié)晶性的評價(jià)結(jié)果。
另外，對于本發(fā)明的樣品3(氧氣流量比25％、膜厚500nm)、樣品4(氧氣流量比50％、膜厚500nm)和樣品5(氧氣流量比100％、膜厚500nm)和上述比較例，測定電子遷移率，并在表4中表示了其結(jié)果。另外，ZnO半導(dǎo)體層3因?yàn)槌蔀閚型，所以測定了電子遷移率。
表4

由表4可看出，根據(jù)本發(fā)明的樣品，能夠得到高于比較例的電子遷移率。另外，特別是根據(jù)使氧氣流量比作為50％以上而形成ZnO緩沖層的樣品4和樣品5，能夠得到72cm2/Vs以上的高的電子遷移率。因此，形成ZnO緩沖層時(shí)更理想的是氧氣流量比大于50％。
如上述本發(fā)明的樣品能夠得到比比較例高的電子遷移率的原因是，本發(fā)明樣品的ZnO半導(dǎo)體層3因?yàn)閷nO緩沖層2中存在的晶粒作為晶核生長，所以與比較例相比晶粒徑大。
圖15是表示本發(fā)明的晶體生長的狀態(tài)的模式圖，圖16是表示比較例的晶體生長的狀態(tài)的模式圖。比較例中，晶體生長為柱狀，其粒徑也小。在本發(fā)明中，將相隔一定距離分散在ZnO緩沖層2中的大晶粒C作為核，大直徑的結(jié)晶D生長，形成ZnO半導(dǎo)體層3。
另外，根據(jù)加大氧氣流量比而形成的ZnO緩沖層2，如上述的圖12中所示，結(jié)晶性良好，ZnO緩沖層2中的晶粒的直徑大，并且各晶粒隔著充分的距離分散存在?；蛘咴谘鯕饬髁勘葹?0％以上的條件下形成時(shí)，能夠得到導(dǎo)電率為1×10-9S/cm的ZnO緩沖層2，而在氧氣流量比為25％以上的條件下形成時(shí)，能夠得到具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層2。這樣的ZnO緩沖層2中的晶粒的直徑大，并且各晶粒隔著充分的距離分散存在。另外，在上述ZnO緩沖層2上形成ZnO半導(dǎo)體層3時(shí)，能夠抑制晶體生長時(shí)相鄰的晶粒之間碰撞，而阻礙相互之間晶體生長的問題，并且因?yàn)榇罅降木w生長，所以能夠得到高的電子遷移率。
另外，作為緩沖層，因?yàn)槭褂昧瞬缓幌胄枰s質(zhì)的、沒有摻雜物的ZnO，所以不會在形成室內(nèi)的壁面等處形成含有不想需要雜質(zhì)的ZnO膜。因此，附著在壁面等的ZnO膜或ZnO緩沖層2的雜質(zhì)不會混入到ZnO半導(dǎo)體層3中，從而能夠得到高質(zhì)量的ZnO半導(dǎo)體層3。
另外，因?yàn)樽鳛榫彌_層，如上述使用了沒有摻雜物的ZnO，所以能夠使用同樣的濺射形成室形成ZnO緩沖層2和ZnO半導(dǎo)體層3。因此，由于沒有必要分別設(shè)置用于形成緩沖層的形成室和用于形成半導(dǎo)體層的形成室，所以能夠降低裝置成本，降低制造成本。并且因?yàn)槟軌蛟诓桓淖兓鍦囟鹊幕A(chǔ)上連續(xù)地形成ZnO緩沖層2和ZnO半導(dǎo)體層3，所以能夠縮短制造時(shí)間，謀求降低制造成本。(實(shí)施例2)下面，作為實(shí)施例2，利用表5中所示的條件，在玻璃基板1上通過濺射法形成ZnO緩沖層2、ZnO半導(dǎo)體層3，并通過霍爾效應(yīng)測定，求出得到的疊層膜的遷移率和載流子密度。
表5

實(shí)施例2和實(shí)施例1相比，不同之處在于，將形成ZnO緩沖層2時(shí)的濺射氣體中的氧氣流量比固定為100％，同時(shí)改變ZnO緩沖層2的膜厚，使其變化范圍在100nm～2000nm。在圖17中表示出，得到的ZnO緩沖層2/ZnO半導(dǎo)體層3的疊層膜的遷移率和ZnO緩沖層2的膜厚之間的關(guān)系，在圖18中表示出，上述疊層膜中的載流子密度和ZnO緩沖層2的膜厚之間的關(guān)系。另外，在本實(shí)施例中，因?yàn)閆nO半導(dǎo)體層3成為n型，所以測定電子遷移率。
如在圖17中所示，ZnO緩沖層2的膜厚大于500nm時(shí)，能夠使疊層膜的電子遷移率為70cm2/Vs以上。另外，ZnO緩沖層2的膜厚大于1000nm時(shí)，能夠使疊層膜的電子遷移率提高為80cm2/Vs以上。
另外，如圖18所示，疊層膜中的載流子密度不依賴于ZnO緩沖層2的膜厚，恒定在約5×1017cm-3左右。
由該結(jié)果，認(rèn)為ZnO緩沖層2的膜厚大于500nm是理想的，更理想的是大于1000nm。原因在于，當(dāng)ZnO緩沖層2的膜厚大于500nm，理想的是大于1000nm時(shí)，ZnO緩沖層2中的晶粒的直徑非常大，其結(jié)果將這些晶粒作為晶核而生長的ZnO半導(dǎo)體層3中的晶粒變大。
另外，如果ZnO緩沖層2的膜厚超過5000nm，則在ZnO緩沖層2的表面上產(chǎn)生凹凸，失去平坦性。如果在具有這樣的表面形狀的ZnO緩沖層2上形成ZnO半導(dǎo)體層3，則同樣在ZnO半導(dǎo)體層3的表面上產(chǎn)生凹凸，其結(jié)果，形成半導(dǎo)體元件時(shí)裝置特性降低。因此，為了控制上述裝置特性的下降，理想的是ZnO緩沖層2的膜厚小于5000nm。(實(shí)施方式2)下面說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法的實(shí)施方式。
圖19是用于說明實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的制造方法的工序圖。另外，在本實(shí)施例中說明作為半導(dǎo)體元件，制造TFT的情況。
首先，在預(yù)先洗凈的玻璃基板11上利用濺射法，在氧氣流量比為20％以上的條件下形成膜厚為500nm以上的ZnO緩沖層12，作為濺射氣體僅使用了Ar氣體，并連續(xù)地形成膜厚為200nm左右的ZnO半導(dǎo)體層13。這時(shí)，ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13的形成是在同一基板溫度下進(jìn)行。這時(shí)可以不停止放電，變換濺射氣體而連續(xù)地形成ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13，或者也可以是形成ZnO緩沖層12后，暫停止放電，變換濺射氣體，形成ZnO半導(dǎo)體層13。另外，在同一濺射形成室內(nèi)形成ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13。然后，通過光刻法，將ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13的疊層膜進(jìn)行圖形蝕刻，加工成為島狀(圖19(a))。
接著，通過RF等離子CVD法，作為柵(極)絕緣膜，形成膜厚約為500nm的SiN膜14(圖19(b))。然后，蝕刻除去SiN膜14的ZnO半導(dǎo)體層13的源極，漏電極區(qū)上的部分。最后，使用蒸鍍法形成由Al構(gòu)成的源極、漏電極以及柵電極15S、15D、以及15G而制造出本實(shí)施方式中的TFT[圖19(d)]。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法，具有在濺射氣體中的氧氣流量比多的條件下，在基板11上形成ZnO緩沖層12，接著，在比形成上述ZnO緩沖層12時(shí)氧氣流量小的條件下，在ZnO緩沖層12上形成ZnO半導(dǎo)體層13的工序。
如上所述，在氧氣流量比大于20％的條件下形成ZnO緩沖層12時(shí)，ZnO緩沖層12中的晶粒的直徑變大，并且相鄰的晶粒不會鄰接，而是相隔一定的距離分散存在。如上述使氧氣流量比大于20％時(shí)，因?yàn)槟軌蛐纬蓪?dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層12，或者能夠形成具有(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層12，所以ZnO緩沖層12中的晶粒的直徑變大，并且相鄰的晶粒不會鄰接而相隔一定的距離分散存在。
另外，上述晶粒起晶核的作用，而使ZnO半導(dǎo)體層13的晶體生長，這時(shí)因?yàn)閆nO緩沖層12中的晶粒相隔一定距離分散存在，所以不會發(fā)生晶體生長時(shí)相鄰的晶粒之間碰撞而阻礙相互的晶體生長的問題，其結(jié)果，生長為晶粒徑大的ZnO半導(dǎo)體層13。另外，因?yàn)橛门cZnO半導(dǎo)體層13相同的材料形成ZnO緩沖層12，所以ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13之間的接合是同性接合，從而得到良好的晶格匹配。其結(jié)果，能夠制造出具有結(jié)晶性良好、并且遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層13的半導(dǎo)體元件(TFT)。
另外，因?yàn)樽鳛閆nO緩沖層12，使用了不含不想需要雜質(zhì)的沒有摻雜物的ZnO，所以不會在形成室內(nèi)的壁面等處形成含有不想需要雜質(zhì)的ZnO膜。因此，不會發(fā)生附著在壁面等的ZnO膜或ZnO緩沖層12的雜質(zhì)混入到ZnO半導(dǎo)體層13中的情況，能夠得到高質(zhì)量的ZnO半導(dǎo)體層13。
另外，因?yàn)樽鳛閆nO緩沖層12，如上述使用了沒有摻雜物的ZnO，所以能夠使用相同的濺射室形成ZnO緩沖層和ZnO半導(dǎo)體層13。因此，由于沒有必要分別設(shè)置ZnO緩沖層和ZnO半導(dǎo)體層，從而能夠降低裝置費(fèi)用，降低制造成本。
并且因?yàn)槟軌蛟诓桓淖兓鍦囟鹊幕A(chǔ)上連續(xù)地形成ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13，所以能夠縮短制造時(shí)間，降低制造成本。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠制造出將結(jié)晶性良好且具有高遷移率的ZnO半導(dǎo)體層13作為通道(channel)的TFT，能夠得到特性良好的TFT。
(實(shí)施例3)作為本實(shí)施方式的實(shí)施例，使用表6中所示的條件，形成ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13，而制得TFT。在本實(shí)施例中，作為形成裝置，使用RF磁控管濺射裝置，在同一形成室內(nèi)，在相同的基板溫度(300℃)下形成ZnO緩沖層12和ZnO半導(dǎo)體層13。另外，作為濺射氣體，使用Ar氣體和O2氣體的混合氣體，形成ZnO緩沖層12時(shí)使氧氣流量比為100％，形成ZnO半導(dǎo)體層13時(shí)，使氧氣流量比0％。另外，作為比較例，除了不具有ZnO緩沖層12以外，在與實(shí)施例相同的條件下制造TFT。
表6

其結(jié)果，根據(jù)實(shí)施例的TFT，能夠得到約2cm2/V·s的場效應(yīng)遷移率，而比較例的TFT，只能夠得到約0.2cm2/V·s的場效應(yīng)遷移率，這是因?yàn)槿缟鲜?，本?shí)施例的ZnO半導(dǎo)體層比比較例的ZnO半導(dǎo)體層，結(jié)晶性良好的緣故。(實(shí)施方式3)下面說明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件制造方法的另一實(shí)施方式。
圖20是用于說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的工序圖。另外，在本實(shí)施例中說明作為半導(dǎo)體元件，制造發(fā)光二極管的情況。
首先，在預(yù)先洗凈的藍(lán)寶石基板21上利用濺射法，在氧氣流量比為20％以上的條件下形成膜厚為1μm的ZnO緩沖層22。接著，作為濺射氣體僅使用了Ar氣體，連續(xù)地形成膜厚為1μm的ZnO半導(dǎo)體層23[圖20(a)]。這時(shí)，ZnO半導(dǎo)體層23成為如上述的n型。
另外，在同一濺射形成室內(nèi)形成ZnO緩沖層22和ZnO半導(dǎo)體層23。這時(shí)，ZnO緩沖層22和ZnO半導(dǎo)體層23的形成，可以是在固定基板溫度的條件下不停止放電，僅轉(zhuǎn)換濺射氣體而連續(xù)地形成，也可以是形成ZnO緩沖層22后，暫停止放電，轉(zhuǎn)換濺射氣體，形成ZnO半導(dǎo)體層13。
然后，在n型的ZnO半導(dǎo)體層23上形成厚度約為0.2μm的ZnO活性層24。形成ZnO活性層24時(shí)，利用MBE法，形成摻雜有Ga的ZnO活性層24。這時(shí)，ZnO活性層24中的Ga的摻雜量在1×1017cm-3～1×1015cm-3的范圍是理想的。另外，可以替代Ga，而摻雜Al等其它13族元素。接著，使用MBE法，在ZnO活性層24上形成摻雜有N的p型ZnO層25[圖20(b)]。
然后蝕刻除去p型ZnO層25和ZnO活性層24的一部分，使n型ZnO層23的一部分露出，而形成n電極形成區(qū)23A[圖20(c)]。最后，在n型ZnO層23的n電極形成區(qū)23A上和p型ZnO層25上，利用蒸鍍法，形成由Al構(gòu)成的電極26，制得發(fā)光二極管。[圖20(d)]。
在本實(shí)施例中，具有在濺射氣體中的氧氣流量比多的條件下，在基板21上形成ZnO緩沖層22，接著在比形成ZnO緩沖層22時(shí)氧氣流量比小的條件下，在ZnO緩沖層22上形成ZnO半導(dǎo)體層23的工序。
如上所述，在氧氣流量比大于20％的條件下形成ZnO緩沖層22時(shí)，ZnO緩沖層22中的晶粒的直徑大，并且相鄰的晶粒不會鄰接，而相隔一定的距離分散存在。如上述，因?yàn)樵谘鯕饬髁勘却笥?0％的條件下，能夠形成導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層22，或者是能夠形成具有(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層22，所以ZnO緩沖層22中的晶粒的直徑變大，并且相鄰的晶粒不會鄰接而相隔一定的距離分散存在。
另外，上述晶粒起晶核的作用，而使ZnO半導(dǎo)體層23的晶體生長，這時(shí)因?yàn)閆nO緩沖層22中的晶粒相隔一定距離分散存在，所以不會發(fā)生晶體生長時(shí)相鄰的晶粒之間碰撞而阻礙相互的晶體生長的問題，其結(jié)果生長為晶粒徑大的ZnO半導(dǎo)體層23。另外，用與ZnO半導(dǎo)體層23相同的材料形成ZnO緩沖層22時(shí)，ZnO緩沖層22和ZnO半導(dǎo)體層23之間的接合是同性接合，從而得到良好的晶格匹配。其結(jié)果，粒徑提高的ZnO半導(dǎo)體層23生長。最終，能夠制造出具有結(jié)晶性良好、且遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層23的半導(dǎo)體元件(發(fā)光二極管)。
另外，因?yàn)樽鳛閆nO緩沖層22，使用了不含不想需要雜質(zhì)的沒有摻雜物的ZnO，所以不會在形成室內(nèi)的壁面等形成含有不想需要雜質(zhì)的ZnO膜。因此，不會出現(xiàn)雜質(zhì)由附著在壁面等的ZnO膜或ZnO緩沖層22，混入到ZnO半導(dǎo)體層23中的情況，從而能夠得到高質(zhì)量的ZnO半導(dǎo)體層23。
如上所述，因?yàn)樵诹酱笄覜]有混進(jìn)不想需要雜質(zhì)的n型的ZnO半導(dǎo)體層23上形成ZnO活性層24、p型ZnO半導(dǎo)體層25，所以這些ZnO活性層24和p型ZnO半導(dǎo)體層25的特性提高。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供元件特性優(yōu)異的發(fā)光二極管。
另外，因?yàn)樽鳛閆nO緩沖層22，如上述使用了沒有摻雜物的ZnO，所以能夠使用相同的濺射室形成ZnO緩沖層22和ZnO半導(dǎo)體層23。因此，因?yàn)闆]有必要分別設(shè)置ZnO緩沖層的形成室和ZnO半導(dǎo)體層的形成室，從而能夠降低裝置費(fèi)用，降低制造成本。并且，因?yàn)椴桓淖兓鍦囟榷B續(xù)地形成ZnO緩沖層22和ZnO半導(dǎo)體層23，所以能夠縮短制造時(shí)間并降低制造成本。
下面說明實(shí)施方式4、5，這兩種方式均利用了使用沒有摻雜物的ZnO靶，改變?yōu)R射氣體中的氧氣流量比時(shí)，能夠容易且廣泛并高精度地改變形成的ZnO膜的導(dǎo)電率(參照圖2～圖4)。在該實(shí)施方式4、5中，使用公知地RF濺射裝置在玻璃基板上形成ZnO膜。作為靶，使用無摻雜物物的ZnO(99.99％)，作為濺射氣體，使用Ar氣體和O2氣體。ZnO膜的形成條件是，在基板溫度300℃、壓力0.5Pa、RF功率密度10W/cm2。(實(shí)施方式4)圖21是使用本發(fā)明實(shí)施方式4的ZnO膜形成方法來形成導(dǎo)電率不同的ZnO膜多層膜時(shí)的說明圖。
使濺射氣體中的氧氣流量比為100％，在玻璃基板31的一面上形成膜厚為100埃的第1ZnO膜32[圖21(a)]。接著，斷開放電，將氧氣流量比減少至0％，然后再開啟放電，在第1ZnO膜32上層疊膜厚為100埃的第2ZnO膜33[圖21(b)]。同樣地，交叉層疊第1ZnO膜32和第2ZnO膜33[圖21(c)]。
通過以上方法形成的多層ZnO膜是由高電阻的第1ZnO膜32和低電阻的第2ZnO膜33構(gòu)成的層疊物。因此，第2ZnO膜33，33…分別是由第1ZnO膜32，32…被絕緣。
圖22是如上述形成的多層ZnO膜的模式圖。圖中30是有助于導(dǎo)電的電子。電子30，在電子30所處的第2ZnO膜33的內(nèi)部移動，不會發(fā)生通過第1ZnO膜32，而向另一第2ZnO膜33移動的情況。即，能夠把電子30，30…封閉在各2ZnO膜33內(nèi)，能夠防止由雜質(zhì)的擴(kuò)散，而使遷移率降低的問題。因此，該多層膜具有高電子遷移率。
即，本實(shí)施方式的ZnO膜的形成方法是，因?yàn)榫邆鋵?dǎo)電率不同的多層膜，所以能夠以低成本、容易地制造出具有高的電子遷移率的電子設(shè)備(例如TFT)。(實(shí)施方式5)圖23和圖24是本發(fā)明的實(shí)施方式5的半導(dǎo)體元件(LDD/具有半導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)的疊層膜的FET)的制造方法的工序圖。
使濺射氣體中的氧氣流量比為3％，在玻璃基板41的一面上，形成膜厚為200nm的ZnO半導(dǎo)體膜42[圖23(a)]。接著，不斷開放電，將氧氣流量比從3％連續(xù)地減少至0％，而在ZnO半導(dǎo)體膜42上形成膜厚為10nm的LDD/源極·漏極膜43[圖23(b)]。然后，使用稀鹽酸，進(jìn)行蝕刻，除去LDD/源極·漏極膜43的一部分，而形成槽部43a[圖23(c)]。
在LDD/源極·漏極膜43上以及槽部43a內(nèi)，通過等離子CVD法，堆積SiN，形成膜厚為500nm的絕緣膜50[圖24(a)]然后通過蝕刻，僅除去LDD/源極·漏極膜43上的絕緣膜50，而形成將槽部43a作為底部的絕緣層44[圖24(b)]。最后，通過在LDD/源極·漏極膜43上和絕緣層44上形成Al膜，從而在LDD/源極·漏極膜43上形成源極45和漏電極46，在絕緣層44上形成柵電極47[圖24(c)]。
根據(jù)以上的成膜方法，在n-型的ZnO半導(dǎo)體膜42上，連續(xù)地將氧氣流量比從3％減少至0％，而形成ZnO半導(dǎo)體膜，所以能夠容易地層疊從n-型連續(xù)地向n+型變化的LDD/源極·漏極膜43。
另外，因?yàn)閷⒀鯕饬髁勘冗B續(xù)地減少而成膜，所以LDD/源極·漏極膜43的導(dǎo)電率將從基板側(cè)向膜厚方向連續(xù)地增大。因此，LDD/源極·漏極膜43的源極45和漏電極46側(cè)的區(qū)，導(dǎo)電率高，而起到源極區(qū)和漏極區(qū)的作用，并且LDD/源極·漏極膜43的ZnO半導(dǎo)體膜側(cè)區(qū)的導(dǎo)電率比源極區(qū)和漏極區(qū)導(dǎo)電率低，作為LDD區(qū)起作用。即，能夠以低成本且容易地制造出具有LDD/半導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)的疊層膜的FET。
在以上形成的FET，通過其LDD/半導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)，能夠緩和漏電極附近的電場，并能夠防止由熱電子引起的FET的性能老化(被加速成高速度的載流子被注入到絕緣層44中，成為固定電荷)。
另外，在上述實(shí)施方式中，使用RF濺射裝置，另外作為濺射氣體，使用O2氣體和Ar氣體，但也可以使用DC濺射裝置、ECR濺射裝置、或螺旋等離子波濺射裝置，而作為濺射氣體，可以使用O2氣體和He氣體、Ne氣體或Kr氣體等惰性氣體。
另外，作為半導(dǎo)體元件的例子，說明了TFT和二極管，但本發(fā)明的半導(dǎo)體元件并不限于這些，也可以適當(dāng)使用于光傳感器等其它半導(dǎo)體元件。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，能夠形成粒徑大、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層，同時(shí)能夠降低制造成本。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法，因?yàn)槟軌蛑圃炀哂辛酱?、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體元件，所以能夠提高元件特性。并且能夠降低其制造成本。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，因?yàn)榫邆淞酱?、遷移率提高的ZnO半導(dǎo)體層，所以能夠提供元件特性提高的半導(dǎo)體元件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的ZnO膜的形成方法，能夠降低材料成本、容易地形成電導(dǎo)率不同的多個(gè)ZnO膜。另外，能夠形成導(dǎo)電率沿膜厚度方向連續(xù)變化的ZnO膜。并且能夠交替層疊導(dǎo)電率低的ZnO膜和高的ZnO膜。
另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法，能夠降低材料成本，容易地制造出具有導(dǎo)電率沿膜厚度方向連續(xù)變化的ZnO膜的半導(dǎo)體元件。
因?yàn)楸景l(fā)明包括多種沒有脫離本發(fā)明必要技術(shù)特性的形態(tài)，所以上述的具體實(shí)施方式
只是作為用于作說明的，而并不限定本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍是由權(quán)利要求來限定的，而不是先前的敘述，所以屬于本發(fā)明權(quán)利要求邊緣和范圍的所有改變均包含在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，包括在基板上形成導(dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層的工序和在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
2.一種ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，包括在基板上形成通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層的工序和在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中，上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。
4.一種ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，是通過濺射法，在基板上形成ZnO半導(dǎo)體層，包括使用含氧氣的濺射氣體，在上述基板上形成ZnO緩沖層，然后在濺射氣體中的氧氣流量比小于形成上述ZnO緩沖層時(shí)的條件下，在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中調(diào)整濺射氣體中的氧氣流量比，形成ZnO緩沖層，以使導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中調(diào)整濺射氣體中的氧氣流量比，形成上述ZnO緩沖層，以使通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中氧氣流量比在20％以上的條件下形成上述ZnO緩沖層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中上述ZnO緩沖層膜的厚度大于500nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中上述ZnO緩沖層膜的厚度大于500nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中上述ZnO緩沖層膜的厚度大于500nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中連續(xù)地形成上述ZnO緩沖層和上述ZnO半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中連續(xù)地形成上述ZnO緩沖層和上述ZnO半導(dǎo)體層。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中連續(xù)地形成上述ZnO緩沖層和上述ZnO半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中邊逐漸減少濺射氣體中的氧氣流量比，邊連續(xù)地形成上述ZnO緩沖層和上述ZnO半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，其中在同一形成室內(nèi)形成上述ZnO緩沖層和上述ZnO半導(dǎo)體層。
17.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包括在基板上形成導(dǎo)電率低于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層的工序和在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
18.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包括在基板上形成通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層的工序和在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中，上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。
20.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，其中半導(dǎo)體元件具有通過濺射法形成的ZnO半導(dǎo)體層，該方法包括利用含氧氣的濺射氣體，在上述基板上形成ZnO緩沖層的工序和在濺射氣體中的氧氣流量比小于形成上述ZnO緩沖層時(shí)的條件下，在上述ZnO緩沖層上形成ZnO半導(dǎo)體層的工序。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中調(diào)整氧氣流量比，形成上述ZnO緩沖層，以使導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中調(diào)整氧氣流量比，形成上述ZnO緩沖層，以使通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中，上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中氧氣流量比在20％以上的條件下形成上述ZnO緩沖層。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中上述ZnO緩沖層膜的厚度大500nm。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中上述ZnO緩沖層膜的厚度大于500nm。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中上述ZnO緩沖膜的厚度大于500nm。
28.一種半導(dǎo)體元件，包括基板、在上述基板上形成的導(dǎo)電率小于1×10-9S/cm的ZnO緩沖層、在上述ZnO緩沖層上形成的ZnO半導(dǎo)體層。
29.一種半導(dǎo)體元件，包括基板、在基板上形成的通過X射線衍射法得到的晶面的衍射峰中具有除(002)和(004)以外的峰的ZnO緩沖層以及在ZnO緩沖層上形成的ZnO半導(dǎo)體層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體元件，其中，上述(002)和(004)以外的峰包括(103)或(112)峰。
31.一種由濺射法形成ZnO膜的方法，其中，作為靶，使用沒有摻雜物的ZnO，作為濺射氣體，使用惰性氣體、氧氣、或惰性氣體和氧氣的混合氣體，成膜過程中增加或減少氧氣流量比。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的ZnO膜的形成方法，連續(xù)地增加或減少氧氣流量比。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的ZnO膜的形成方法，交替地增加或減少氧氣流量比。
34.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，包括作為靶，使用無摻雜物物的ZnO，并使用含氧氣的濺射氣體，通過濺射法在基板上形成第1ZnO膜；接著，邊連續(xù)地減少上述濺射氣體中的氧氣流量比，邊通過濺射法，在上述第1ZnO膜上形成第2ZnO膜；然后形成分割上述第2ZnO膜的槽部，接著通過絕緣層在上述槽部上設(shè)置柵電極，最后夾住槽部，在第2ZnO膜上設(shè)置源極和漏電極。
全文摘要
一種ZnO半導(dǎo)體層的形成方法，在基板上形成導(dǎo)電率低于1×10
文檔編號H01L29/78GK1445821SQ0312045
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者武田勝利, 磯村雅夫 申請人:三洋電機(jī)株式會社