阅读说明：本技术 薄膜晶体管的制造方法 (Method for manufacturing thin film transistor ) 是由 松尾大辅 安东靖典 瀬戸口佳孝 岸田茂明 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：一种薄膜晶体管的制造方法,制造在基板上具有栅极电极、栅极绝缘层、氧化物半导体层、源极电极及漏极电极的薄膜晶体管,且所述薄膜晶体管的制造方法包括通过使用等离子体来溅射靶材而在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层的步骤,所述形成氧化物半导体层的步骤包括：第一成膜步骤,仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射；以及第二成膜步骤,供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体来进行溅射；并且对所述靶材施加的偏电压为-1kV以上的负电压。(A method of manufacturing a thin film transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, an oxide semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, the method comprising a step of forming the oxide semiconductor layer on the gate insulating layer by sputtering a target using plasma, the step of forming the oxide semiconductor layer comprising: a first film formation step of performing sputtering by supplying only argon gas as a sputtering gas; and a second film formation step of supplying a mixed gas of argon and oxygen as a sputtering gas to perform sputtering; and the bias voltage applied to the target is a negative voltage of-1 kV or more.)

薄膜晶体管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有氧化物半导体层的薄膜晶体管的制造方法。尤其，涉及一种使用等离子体来溅射靶材而形成氧化物半导体层的薄膜晶体管的制造方法。

背景技术

近年来，正在积极进行将In-Ga-Zn-O系(IGZO)的氧化物半导体膜用于通道层的薄膜晶体管的开发。在具有此种氧化物半导体膜的薄膜晶体管的制造步骤中，若在氧化物半导体膜中产生氧缺失，则其导电率发生变化，并有使薄膜晶体管的电特性劣化之虞。因此，为了防止氧化物半导体膜中的氧缺失，自之前以来进行了各种尝试。

例如，专利文献1中公开有如下方法：将氧流量相对于溅射气体的总流量的比例设为90％以上、100％以下来溅射作为靶材的金属氧化物，由此形成氧过剩的状态的氧化物半导体层，并设为利用致密的金属氧化物覆盖所述氧化物半导体层的构成，由此再现性良好地获得具有氧过剩的氧化物半导体层的薄膜晶体管。

但是，关于专利文献1中所公开的方法，由于使用高浓度的氧气作为溅射气体，因此靶材的表面附近所生成的等离子体的密度降低。因此，溅射率降低，氧化物半导体层的成膜速度变小。

在如专利文献1中所公开那样的使用高浓度的氧气作为溅射气体的溅射法中，为了提高溅射率，需要增大对靶材施加的偏电压。但是，在所述情况下，与靶材发生碰撞的离子的能量变大，在发生碰撞时，氧自作为靶材的金属氧化物脱离。因此，靶材的材料组成与形成于基板上的膜的组成会变得不同而有膜质恶化之虞。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-119672号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于所述问题而成，主要课题在于提供一种薄膜晶体管的制造方法，其可防止氧化物半导体层的氧缺乏，并且形成膜质优异的氧化物半导体层，进而以大的成膜速度形成氧化物半导体层来提高生产性。

解决问题的技术手段

即，本发明的具有氧化物半导体层的薄膜晶体管的制造方法为制造在基板上具有栅极电极、栅极绝缘层、氧化物半导体层、源极电极及漏极电极的薄膜晶体管的方法，且所述薄膜晶体管的制造方法的特征在于：包括通过使用等离子体来溅射靶材而在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层的步骤，所述形成氧化物半导体层的步骤包括：第一成膜步骤，仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射；以及第二成膜步骤，供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体来进行溅射；并且对所述靶材施加的偏电压为-1kV以上的负电压。

根据此种制造方法，对靶材施加的偏电压小于之前(例如-1kV～-2kV)，因此可抑制氧发生脱离的溅射粒子的生成。其结果，在基板上形成维持与靶材材料相同的氧化物状态的膜，可形成高品质的膜。

另外，由于对靶材施加的偏电压小，因此氧未发生脱离的溅射粒子到达至基板。其结果，可仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射，因此与除氩气以外，也供给氧气的情况相比，可加快成膜速度。

进而，通过包括供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体的第二成膜步骤，可形成膜中氧量大的氧化物半导体层。其结果，可防止氧化物半导体层的氧缺乏，且可制造电特性优异的薄膜晶体管。

再者，在本说明书中，所谓“仅供给氩气作为溅射气体”，是指所供给的溅射气体中的氩气的浓度为99.9999％以上。

在第二成膜步骤中，混合气体中的氧气的浓度优选为5％以下。

若为此种构成，则第二成膜步骤中的溅射气体中的氧气浓度变小，可进一步增大靶材的表面附近所生成的等离子体的密度，且可进一步提高成膜速度。

通过第一成膜步骤而形成的第一半导体层的膜厚优选为大于通过第二成膜步骤而形成的第二半导体层的膜厚。

若为此种构成，在形成氧化物半导体层的步骤中，可提高实施成膜速度大的第一成膜步骤的比例，且可增大氧化物半导体层整体的平均成膜速度，并可进一步提高生产性。

溅射时对靶材施加的偏电压优选为-600V以上的负电压。

若为此种构成，由于对靶材施加的偏电压更小，因此与靶材发生碰撞的离子的能量变得更小。其结果，在离子碰撞时，可进一步减低氧自作为靶材的金属氧化物的脱离量，且可形成膜质更优异的氧化物半导体层。

形成氧化物半导体层的步骤中，可在进行第一成膜步骤后，进行第二成膜步骤。

若为此种构成，则可在第一半导体层上设置膜中氧量大的第二半导体层。因此，在作为后步骤的热处理步骤等中，可抑制氧自第一半导体层的脱离。其结果，可抑制第一半导体层的氧缺乏，且可制造电特性更优异的薄膜晶体管。

另外，形成氧化物半导体层的步骤中，可首先进行第二成膜步骤，其后进行第一成膜步骤，其后，进而进行第二成膜步骤。

若为此种构成，则可在膜中氧量大的第二半导体层之间配置第一半导体层。因此，在作为后步骤的热处理步骤等中，可抑制氧自第一半导体层的脱离。进而，第二半导体层可自第一半导体层的上表面侧及下表面侧这两者向第一半导体层供给氧。其结果，其结果，可抑制第一半导体层的氧缺乏，且可制造电特性更优异的薄膜晶体管。

第一成膜步骤及第二成膜步骤中的溅射优选为在0.5Pa以上、3.1Pa以下的压力下进行。

若为此种构成，则可进一步提高成膜速度。通过进一步降低溅射时的压力，平均自由步骤变长，因此溅射粒子在传输中不扩散地附着于基板，并可进一步提高成膜速度。因此，溅射优选为在3.1Pa以下的压力下进行。另一方面，若压力未满0.5Pa，则有无法生成维持等离子体之虞。因此，所述范围适当。

第一成膜步骤及第二成膜步骤中的溅射优选为使用如下溅射装置来进行，所述溅射装置包括：真空容器，进行真空排气且导入气体；基板保持部，在真空容器内对基板进行保持；靶材保持部，在真空容器内与基板相向且对靶材进行保持；以及多个天线，沿由基板保持部保持的基板的表面排列，并产生等离子体。

通过使用此种溅射装置，可独立地进行对天线供给的高频电压与靶材的偏电压的设定，因此可将偏电压设定为如下程度的低电压：与等离子体的生成独立地，将等离子体中的离子引入至靶材并加以溅射的程度。因此，可将溅射时对靶材施加的负的偏电压设定为-1kV以上的小值。

发明的效果

根据如上所述那样构成的本发明的薄膜晶体管的制造方法，可防止氧化物半导体层的氧缺乏，并且形成膜质优异的氧化物半导体层，进而以大的成膜速度形成氧化物半导体层来提高生产性。

附图说明

图1是示意性表示本实施方式的薄膜晶体管的构成的纵剖面图。

图2是示意性表示本实施方式的薄膜晶体管的制造步骤的剖面图。

图3是示意性表示本实施方式的溅射装置的构成的与天线的长边方向正交的纵剖面图。

图4是示意性表示本实施方式的溅射装置的构成的沿天线的长边方向的纵剖面图。

图5是表示本实施方式的天线中的电容器部分的部分放大剖面图。

图6是表示靶材偏电压与成膜速度的关系的图表。

图7是表示氧气的浓度与成膜速度的关系的图表。

图8是表示本发明的IGZO膜及现有例的IGZO膜中的Ga2p_3/2的X射线光电子光谱学(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)光谱的图表。

图9是表示本发明的IGZO膜及现有例的IGZO膜中的各成分的比例的图表。

图10是表示由负偏压应力试验所得的应力时间与阈值电压的偏移量的关系的图表。

图11是对负偏压应力试验中所制成的样品2～样品4的薄膜晶体管的带结构进行示意性说明的图。

图12是示意性表示变形实施方式的薄膜晶体管的构成的纵剖面图。

图13是表示变形实施方式的天线中的电容器部分的部分放大剖面图。

图14是表示变形实施方式的天线中的电容器部分的部分放大剖面图。

符号的说明

1：薄膜晶体管

2：基板

3：栅极电极

4：栅极绝缘层

5：氧化物半导体层

5a：第一半导体层

5b：第二半导体层

6：源极电极

7：漏极电极

8：保护膜

100：溅射装置

W：基板

P：等离子体

T：靶材

20：真空容器

30：基板保持部

40：靶材保持部

50：天线

51：导体单元

52：绝缘单元

53：电容元件

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式的薄膜晶体管及其制造方法进行说明。

＜薄膜晶体管＞

首先，对通过本发明的实施方式的制造方法而获得的薄膜晶体管1的构成进行说明。

本实施方式的薄膜晶体管1为所谓的底部栅极结构的薄膜晶体管，如图1所示，具有基板2、栅极电极3、栅极绝缘层4、氧化物半导体层5、源极电极6及漏极电极7以及保护膜8，且自基板2侧依序设置。

基板2包含可透光的材料，例如可包含聚对苯二甲酸乙二酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)、聚醚砜(Polyether Sulfone，PES)、丙烯酸、聚酰亚胺等的塑料(合成树脂)或玻璃等。

在基板2上设置有栅极电极3。栅极电极3包含具有高导电性的材料，例如可使用Si、Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Pt、Au、Ag等金属或Al-Nd、Ag合金、氧化锡、氧化锌、氧化铟、氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)、In-Ga-Zn-O(IGZO)等金属氧化物的导电膜来形成。栅极电极3也可为将这些导电膜设为单层结构或两层以上的层叠结构而成。

在栅极电极3上设置有栅极绝缘层4。栅极绝缘层4包含具有高绝缘性的材料，例如可为SiO₂、SiN_x、SiON、Al₂O₃、Y₂O₃、Ta₂O₅、Hf₂等的绝缘膜或包含至少两种以上的这些化合物的绝缘膜。栅极绝缘层4也可为将这些导电膜设为单层结构或两层以上的层叠结构而成。

在栅极绝缘层4上设置有氧化物半导体层5。氧化物半导体层5包含含有In及O的氧化物半导体层，例如，优选为包含In-Ga-Zn-O、In-Al-Mg-O、In-Al-Zn-O、In-Hf-Zn-O等。

本实施方式的氧化物半导体层5包含第一半导体层5a与第二半导体层5b，所述第一半导体层5a是通过仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射而成膜，所述第二半导体层5b是通过供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体来进行溅射而成膜。成为自基板2侧依序层叠有第一半导体层5a、第二半导体层5b的结构。第一半导体层5a为InGaZnO等非晶氧化物半导体(a-IGZO)，第二半导体层5b为InGaZnO等结晶性氧化物半导体(nc-IGZO)。

本实施方式中，构成为第一半导体层5a的膜厚相对于氧化物半导体层5整体的膜厚成为50％以上。即，构成为第一半导体层5a的膜厚大于第二半导体层5b的膜厚。

在氧化物半导体层5上设置有源极电极6及漏极电极7。源极电极6及漏极电极7分别包含具有高导电性的材料以便作为电极发挥功能，也可包含与栅极电极2相同的材料。

在氧化物半导体5、源极电极6及漏极电极7上设置有保护膜8。保护膜8可包含氧化硅膜(SiO₂)或在氮化硅膜中含有氟的氟化氮化硅膜(SiN：F)。

＜薄膜晶体管的制造方法＞

继而，使用图2对图1的薄膜晶体管1的制造方法进行说明。

(栅极电极3的形成)

首先，如图2(a)所示，例如准备包含玻璃基板的基板2，并在所述基板2的表面上形成栅极电极3。栅极电极3的形成例如可通过直流(Direct Current，DC)溅射等通常的溅射法来进行。

(栅极绝缘层4的形成)

继而，如图2(b)所示，以覆盖基板2的表面及栅极电极3的方式形成栅极绝缘层4。此种栅极绝缘层3例如可通过等离子体化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法等蒸镀法来形成。

(氧化物半导体层5的形成)

继而，如图2(c)及(d)所示，在栅极绝缘层4上形成作为通道层的氧化物半导体层5。本实施方式的氧化物半导体层5可使用如图3所示那样的溅射装置100来形成，所述溅射装置100包括：真空容器20，进行真空排气且导入气体；基板保持部30，在真空容器20内对基板进行保持；靶材保持部40，在真空容器20内与基板相向且对靶材进行保持；以及多个天线50，沿由基板保持部30保持的基板的表面排列，并产生等离子体。

本实施方式的形成氧化物半导体层5的步骤的特征在于包括：第一成膜步骤，仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射；以及第二成膜步骤，供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体来进行溅射。第一成膜步骤与第二成膜步骤中，共通地将成为氧化物半导体5的原料的InGaZnO等导电性氧化物烧结体设为靶材，将所准备的靶材配置于靶材保持部40，并将基板2配置于基板保持部30。

(第一成膜步骤)

首先，在栅极绝缘层4上形成第一半导体层5a。

具体而言，将真空容器20真空排气至3×10^-6Torr以下后，一边将50sccm～200sccm的氩气以溅射气体的形式导入，一边将真空容器2内的压力调整为0.5Pa～3.1Pa。然后，对多个天线50供给1kW～10kW的高频功率来生成/维持感应耦合型的等离子体。对靶材施加直流电压脉冲来进行靶材的溅射。对靶材施加的电压设为-1kV以上的负电压，优选为设为-600V以上的负电压。

由此，如图2(c)所示，在栅极绝缘层4上形成第一半导体层5a。

(第二成膜步骤)

形成第一半导体层5a后，如图2(d)所示，在第一半导体层5a上形成第二半导体层5b。

具体而言，完成第一半导体层的成膜后，一边将50sccm～200sccm的氩气与氧气的混合气体以溅射气体的形式导入，一边将真空容器2内的压力调整为0.5Pa～3.1Pa。然后，对多个天线50供给1kW～10kW的高频功率来生成/维持感应耦合型的等离子体。对靶材施加直流电压脉冲来进行靶材的溅射。对靶材施加的电压设为-1kV以上的负电压，优选为设为-600V以上的负电压。

在第二成膜步骤中，混合气体中的氧气的浓度优选为5％以下。若氧气浓度为此种范围，则可进一步提高成膜速度。

本实施方式的制造方法中，优选为以通过第一成膜步骤而形成的第一半导体层5a的膜厚大于通过第二成膜步骤而形成的第二半导体层5b的膜厚的方式进行第一成膜步骤及第二成膜步骤。例如，通过变更成膜时间、天线的高频功率量、靶材的直流电压，可使第一半导体层5a的膜厚大于第二半导体层5b的膜厚。

(源极电极及漏极电极的形成)

继而，如图2(e)所示，在氧化物半导体层5上形成源极电极6及漏极电极7。源极电极6及漏极电极7的形成例如可通过DC溅射来形成。具体而言，首先，在氧化物半导体层5上涂布抗蚀剂，并加以曝光、显影，然后，通过DC溅射法而在未形成抗蚀剂的氧化物半导体层5上形成包含金属层的源极电极5及漏极电极6。然后，如图2(e)所示，通过将氧化物半导体层5上的抗蚀剂剥离而形成源极电极6及漏极电极7。

(保护膜的形成)

继而，如图2(f)所示，视需要，例如使用等离子体CVD法来形成保护膜，以便覆盖所形成的氧化物半导体层5、源极电极6及漏极电极7的上表面。

(热处理)

最后，在包含氧的大气压下的环境中进行热处理。热处理中的炉内温度优选为150℃～300℃。另外，热处理时间优选为1小时～3小时。

通过以上所述，可获得本实施方式的薄膜晶体管1。

＜溅射装置＞

继而，对所述制造方法中的“氧化物半导体层5的形成”中所使用的溅射装置100进行说明。

所述“氧化物半导体层5的形成”的步骤中，通过使用溅射装置100，可独立地进行对天线供给的高频电压与靶材的偏电压的设定。因此，可将偏电压设定为如下程度的低电压：与等离子体的生成独立地，将等离子体中的离子引入至靶材并加以溅射的程度，因此，可将溅射时对靶材施加的负的偏电压设定为-1kV以上的小值。

以下，对溅射装置100的构成进行说明。

本实施方式的溅射装置100是使用感应耦合型的等离子体P来溅射靶材T而在基板W上进行成膜。此处，基板W例如为液晶显示器或有机电致发光(Electroluminescence，EL)显示器等的平面显示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板、可挠性显示器用的可挠性基板等。

具体而言，如图3及图4所示，溅射装置100包括：真空容器20，进行真空排气且导入气体；基板保持部30，在真空容器20内对基板W进行保持；靶材保持部40，在真空容器20内对靶材T进行保持；多个天线50，配置于真空容器20内并呈直线状；以及高频电源60，对多个天线50施加用以在真空容器20内生成感应耦合型的等离子体P的高频。再者，由高频电源60对多个天线50施加高频，由此高频电流IR流经多个天线50，在真空容器20内产生感应电场而生成感应耦合型的等离子体P。

真空容器20例如为金属制的容器，其内部通过真空排气装置70而进行真空排气。所述例中，真空容器20电性接地。

例如，经由具有流量调整器(省略图示)等的溅射用气体供给机构80及气体导入口21，而将溅射用气体90导入至真空容器20内。溅射用气体90例如为氩气(Ar)等惰性气体或氩气等惰性气体与氧气的混合气体。本实施方式的溅射用气体供给机构80将氩气、氩气与氧气的混合气体选择性供给至真空容器20内。

基板保持部30为在真空容器20内例如将呈平板状的基板W保持为水平状态的固定器。所述例中，所述固定器电性接地。

靶材保持部40与由基板保持部30保持的基板W相向且对靶材T进行保持。本实施方式的靶材T在俯视时为呈矩形状的平板状的靶材，例如为InGaZnO等氧化物半导体材料。所述靶材保持部40设置于形成真空容器20的侧壁20a(例如上侧壁)。另外，在靶材保持部40与真空容器20的上侧壁20a之间设置有具有真空密封功能的绝缘部10。所述例中，对靶材T施加靶材偏电压的靶材偏压电源11经由靶材保持部40而连接于靶材T。靶材偏电压为将等离子体P中的离子(Ar⁺)引入至靶材T并加以溅射的电压。本实施方式的靶材偏电压为-1kV以上的负电压，优选为-200V～-600V。

本实施方式中，设置有多个靶材保持部40。多个靶材保持部40在真空容器20内的基板W的表面侧，以沿基板W的表面的方式(例如，与基板W的背面实质上平行地)并列配置于同一平面上。多个靶材保持部40以其长边方向相互平行的方式等间隔地配置。由此，如图3所示，配置于真空容器20内的多个靶材T以与基板W的表面实质上平行，且以长边方向相互平行的方式等间隔地配置。再者，各靶材保持部40为同一构成。

多个天线50在真空容器20内的基板W的表面侧，以沿基板W的表面的方式(例如，与基板W的表面实质上平行地)并列配置于同一平面上。多个天线50以其长边方向相互平行的方式等间隔地配置。再者，各天线50在俯视时为直线状且为同一构成，其长度为几十cm以上。

如图3所示，本实施方式的天线50分别配置于由各靶材保持部40保持的靶材T的两侧。即，成为如下构成：天线50与靶材T交替地配置，一个靶材T由两根天线50夹持。此处，各天线50的长边方向与由各靶材保持部40保持的靶材T的长边方向为同一方向。

另外，各天线50的材质例如为铜、铝、这些的合金、不锈钢等，但并不限于此。再者，也可将天线50设为中空，使冷却水等冷却剂在其中流动来冷却天线50。

再者，如图4所示，天线50的两端部附近分别贯通真空容器20的相向的侧壁20b、侧壁20c。在使天线50的两端部贯通至真空容器20外的部分分别设置有绝缘构件12。天线50的两端部贯通所述各绝缘构件12，且其贯通部例如通过衬垫而真空密封。在各绝缘构件12与真空容器20之间，也例如通过衬垫而真空密封。再者，绝缘构件12的材质例如为氧化铝等陶瓷；石英；或聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，PPS)、聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)等工程塑料等。

进而，在各天线50中，位于真空容器20内的部分由绝缘物制的直管状的绝缘罩13覆盖。所述绝缘罩13的两端部与真空容器20之间也可不密封。原因在于：即便气体90进入绝缘罩13内的空间，由于所述空间小而电子的移动距离短，因此通常在所述空间内也不产生等离子体P。再者，绝缘罩13的材质例如为石英、氧化铝、氟树脂、氮化硅、碳化硅、硅等，但并不限于这些。

在作为天线50的一端部的供电端部50a经由匹配电路61而连接高频电源60，作为另一端部的终端部50b直接接地。再者，也可构成为在供电端部50a或终端部50b设置可变电容器或可变电抗器等阻抗调整电路来调整各天线50的阻抗。通过如上所述那样调整各天线50的阻抗，可使天线50的长边方向上的等离子体P的密度分布均匀化，且可使天线50的长边方向上的膜厚均匀化。

通过所述构成，可使高频电流IR自高频电源60经由匹配电路61而流动至天线50。高频的频率例如通常为13.56MHz，但并不限于此。

然后，本实施方式的天线50为在内部具有供冷却液CL流通的流路的中空结构的天线。具体而言，如图5所示，天线50包括：至少两个呈管状的金属制的导体单元51(以下，称为“金属管51”；)；设置于相互邻接的金属管51之间而将这些金属管51绝缘的管状的绝缘单元52(以下，称为“绝缘管52”；)；以及与相互邻接的金属管51电性串联连接的作为电容元件的电容器53。

本实施方式中，金属管51的数量为两个，绝缘管52及电容器53的数量为各一个。在以下的说明中，也将一金属管51称为“第一金属管51A”，将另一金属管称为“第二金属管51B”。再者，天线50也可为具有三个以上的金属管51的构成，在所述情况下，绝缘管52及电容器53的数量均比金属管51的数量少一个。

再者，冷却液CL通过设置于真空容器20的外部的循环流路14而流通于天线50中，在所述循环流路14设置有用以将冷却液CL调整为一定温度的热交换器等温度调整机构141与用以使冷却液CL在循环流路14中循环的泵等循环机构142。作为冷却液CL，就电绝缘的观点而言，优选为电阻高的水，例如优选为纯水或接近于其的水。此外，例如也可使用氟系惰性液体等水以外的液冷却剂。

金属管51为在内部形成有供冷却液CL流动的直线状的流路51x且呈直管状的金属管。并且，在金属管51的至少长边方向一端部的外周部形成有外螺纹部51a。关于本实施方式的金属管51，通过其他零件来形成形成有外螺纹部51a的端部与其以外的构件并将这些接合，但也可由单一的构件形成。再者，为了实现与连接多个金属管51的构成的零件的共通化，理想的是事先在金属管51的长边方向两端部形成外螺纹部51a来持有互换性。金属管51的材质例如为铜、铝、这些的合金、不锈钢等。

绝缘管52为在内部形成有供冷却液CL流动的直线状的流路52x且呈直管状的绝缘管。并且，在绝缘管52的轴方向两端部的侧周壁形成有与金属管51的外螺纹部51a旋合并连接的内螺纹部52a。另外，在绝缘管52的轴方向两端部的侧周壁且在较内螺纹部52a更靠轴方向中央侧，遍及周方向整体形成有用以嵌合电容器53的各电极53A、电极53B的凹部52b。本实施方式的绝缘管52由单一的构件形成，但并不限于此。再者，绝缘管52的材质例如为氧化铝、氟树脂、聚乙烯(Polyethylene，PE)、工程塑料(例如，聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等)等。

电容器53设置于绝缘管52的内部，具体而言，设置于绝缘管52的供冷却液CL流动的流路52x。

具体而言，电容器53包括与相互邻接的金属管51的一者(第一金属管51A)电性连接的第一电极53A及与相互邻接的金属管51的另一者(第二金属管51B)电性连接并且与第一电极53A相向配置的第二电极53B，且构成为冷却液CL充满第一电极53A及第二电极53B之间的空间。即，流动于所述第一电极53A及第二电极53B之间的空间的冷却液CL成为构成电容器53的介电体。

各电极53A、电极53B呈大致旋转体形状，并且沿其中心轴而在中央部形成有主流路53x。具体而言，各电极53A、电极53B具有与金属管51中的绝缘管52侧的端部电性接触的凸缘部531及自所述凸缘部531延伸至绝缘管52侧的延伸部532。关于本实施方式的各电极53A、电极53B，可由单一的构件形成凸缘部531及延伸部532，也可通过其他零件而形成并将这些接合。电极53A、电极53B的材质例如为铝、铜、这些的合金等。

凸缘部531遍及周方向整体而与金属管51中的绝缘管52侧的端部接触。具体而言，凸缘部531的轴方向端面遍及周方向整体而与形成于金属管51的端部的圆筒状的接触部511的前端面接触，并且经由设置于金属管51的接触部511的外周的环状多面触头15而与金属管51的端面电性接触。再者，凸缘部531也可通过这些的任一者而与金属管51电性接触。

另外，在凸缘部531在厚度方向上形成有多个贯通孔531h。通过在所述凸缘部531设置贯通孔531h，可减小由凸缘部531所引起的冷却液CL的流路阻力，并且防止绝缘管52内的冷却液CL的滞留及气泡积存于绝缘管52内。

延伸部532呈圆筒形状，且在其内部形成有主流路53x。第一电极53A的延伸部532及第二电极53B的延伸部532相互配置于同轴上。即，以将第二电极53B的延伸部532***至第一电极53A的延伸部532的内部的状态设置。由此，在第一电极53A的延伸部532与第二电极53B的延伸部532之间形成沿流路方向的圆筒状的空间。

如上所述那样构成的各电极53A、电极53B嵌合于形成于绝缘管52的侧周壁的凹部52b。具体而言，第一电极53A嵌合于形成于绝缘管52的轴方向一端侧的凹部52b，第二电极53B嵌合于形成于绝缘管52的轴方向另一端侧的凹部52b。通过如上所述那样使各电极53A、电极53B嵌合于各凹部52b，第一电极53A的延伸部532及第二电极53B的延伸部532相互配置于同轴上。另外，通过使各电极53A、电极53B的凸缘部531的端面与各凹部52b的朝向轴方向外侧的面接触来规定第二电极53B的延伸部532相对于第一电极53A的延伸部532的***尺寸。

另外，使各电极53A、电极53B嵌合于绝缘管52的各凹部52b，并且使金属管51的外螺纹部51a与所述绝缘管52的内螺纹部52a旋合，由此金属管51的接触部511的前端面与电极53A、电极53B的凸缘部531接触，从而各电极53A、电极53B被夹持固定于绝缘管52与金属管51之间。如上所述，本实施方式的天线50成为金属管51、绝缘管52、第一电极53A及第二电极53B配置于同轴上的结构。再者，金属管51及绝缘管52的连接部具有相对于真空及冷却液CL的密封结构。本实施方式的密封结构是通过设置于外螺纹部51a的基端部的衬垫等密封构件16来实现。再者，也可使用锥管螺纹结构。

如上所述，金属管51及绝缘管52之间的密封及金属管51与各电极53A、电极53B的电性接触可与外螺纹部51a及内螺纹部52a的紧固一同进行，因此组装作业变得非常简便。

在所述构成中，冷却液CL自第一金属管51A流出后，冷却液CL通过第一电极53A的主流路53x及贯通孔531h而流动至第二电极53B侧。流动至第二电极53B侧的冷却液CL通过第二电极53B的主流路53x及贯通孔531h而流动至第二金属管51B。此时，第一电极53A的延伸部532与第二电极53B的延伸部532之间的圆筒状的空间由冷却液CL充满，所述冷却液CL成为介电体而构成电容器53。

根据如上所述那样构成的本实施方式的溅射装置100，经由绝缘管52而将电容器53电性串联连接于相互邻接的金属管51，因此简单来说，天线50的合成电抗成为自感应性电抗减去电容性电抗的形式，可减低天线50的阻抗。其结果，即便在延长天线50的情况下，也可抑制其阻抗的增大，且高频电流容易在天线50中流动，可高效地产生等离子体P。由此，可提高等离子体P的密度，且也可提高成膜速度。

尤其，根据本实施方式，利用冷却液CL充满第一电极53A及第二电极53B之间的空间而形成介电体，因此可消除在构成电容器53的电极53A、电极53B及介电体之间产生的间隙。其结果，可提高等离子体P的均匀性，且可提高成膜的均匀性。另外，通过将冷却液CL用作介电体，无需准备与冷却液CL不同的液体的介电体，而且，可冷却第一电极53A及第二电极53B。冷却液CL通过温度调整机构而调整为一定温度，通过将所述冷却液CL用作介电体，可抑制由温度变化所引起的介电常数的变化而抑制电容值的变化，由此，也可提高等离子体P的均匀性。进而，在使用水作为冷却液CL的情况下，由于水的介电常数为约80(20℃)且大于树脂制的介电体片，因此可构成可耐高电压的电容器53。

而且，根据本实施方式，可独立地进行对天线50供给的高频电压与靶材T的偏电压的设定，因此可将偏电压设定为如下程度的低电压：与等离子体P的生成独立地，将等离子体P中的离子引入至靶材T并加以溅射的程度。其结果，可在低电压下进行靶材T的溅射，因此可减小靶材T的材料组成与形成于基板W上的膜的组成的变化。另外，由于使用天线50来生成溅射用的等离子体P，因此与磁控溅射装置相比，可同样地消耗靶材T，且可提高靶材T的使用效率。并且，本实施方式中，为在靶材表面附近不具有直流磁场的构成，容易应用于磁性材料。

此外，可消除可在电极53A、电极53B及介电体之间的间隙产生的电弧放电，并可消除由电弧放电所引起的电容器53的破损。另外，可在不考虑间隙的情况下，精度良好地设定第一电极53A及第二电极53B的距离、相向面积及根据冷却液CL的介电常数来精度良好地设定电容值。进而，也可不需要对用以填埋间隙的电极53A、电极53B及介电体进行按压的结构，且可防止由所述按压结构所引起的天线周边的结构的复杂化及由此而产生的等离子体P的均匀性的恶化。

＜靶材偏电压与成膜速度的关系性评价＞

在本实施方式的溅射装置100中，对靶材偏电压(V)与成膜速度(nm/min)的关系进行评价。再者，所使用的靶材T为IGZO1114，尺寸为150mm×1000mm。天线间距离(间距宽度)为200mm。靶材-基板间距离为125mm。基板W的尺寸为320mm×400mm。

将真空容器20真空排气至3×10^-6Torr以下后，一边导入100sccm的溅射用气体(Ar气体)，一边将真空容器20内的压力调整为1.3Pa。对多个天线50供给5kW、7kW或8kW的高频功率来生成/维持感应耦合型的等离子体P。对靶材T施加直流电压脉冲(50kHz，占空97％)来进行靶材T的溅射，并测定成膜速度。

将各高频功率下的各靶材偏电压的成膜速度示于图6中。例如，在欲将成膜速度设为25nm/min的情况下，当高频功率为5kW时，只要将靶材偏电压设为-665V即可，当高频功率为7kW时，只要将靶材偏电压设为-440V即可，当高频功率为8kW时，只要将靶材偏电压设为-344V即可。

＜由氧气的浓度所引起的成膜速度评价＞

使用本实施方式的溅射装置100来对将氧气与氩气一同供给至真空容器内时的成膜速度进行评价。再者，所使用的靶材T为IGZO1114，尺寸为150mm×1000mm。天线间距离(间距宽度)为200mm。靶材-基板间距离为125mm。基板W的尺寸为320mm×400mm。

将真空容器20真空排气至3×10^-6Torr以下后，一边导入100sccm的混合气体(氩气+氧气)，一边将真空容器20内的压力调整为0.9Pa。对多个天线50供给7kW或8kW的高频功率来生成/维持感应耦合型的等离子体P。对靶材T施加-400V的直流电压脉冲(50kHz，占空97％)来进行靶材T的溅射，并测定成膜速度。

将在各高频功率下使氧气的浓度变化时的成膜速度示于图7中。根据所述图7可知，随着氧气的浓度变大而成膜速度变慢，且得知：在仅供给氩气来进行成膜的情况下，成膜速度最快。

＜IGZO膜的氧结合状态的评价＞

使用X射线光电子分光分析装置(XPS分析装置(岛津制作所股份有限公司克雷多斯艾克塞斯-阿尔绰(KRATOS AXIS-ULTRA)))来分析使用本实施方式的溅射装置100而形成的IGZO膜(本发明的IGZO膜)的氧结合状态。另外，作为比较例，使用所述XPS分析装置来分析使用现有方式的射频(Radio Frequency，RF)磁控溅射装置(艾依科(EIKO)股份有限公司ESS-300)而形成的IGZO膜(现有例的IGZO膜)的氧结合状态。

本发明的IGZO膜：

将真空容器20真空排气至3×10^-6Torr以下后，一边导入100sccm的溅射用气体(仅Ar气体)，一边将真空容器20内的压力调整为1.3Pa。对多个天线50供给7kW的高频功率来生成/维持感应耦合型的等离子体P。对靶材T施加-400V的直流电压脉冲(50kHz，占空97％)来溅射靶材T(IGZO1114)而进行成膜。

现有例的IGZO膜：

将真空容器真空排气至3×10^-6Torr以下后，一边导入19.1sccm的溅射用气体(Ar气体)及0.9sccm的氧气(氧浓度4.5％的混合气体)，一边将真空容器内的压力调整为0.6Pa。对阴极供给100W的高频功率来溅射靶材T(IGZO1114)而进行成膜。

图8中示出通过XPS分析装置而获得的Ga2p_3/2的XPS光谱。另外，图9是表示将Ga2p_3/2的XPS光谱、In3d_5/2的XPS光谱、Zn2p_3/2的XPS光谱加以波峰分离而获得的各成分的比例的图。

根据这些图8及图9可知：通过使用本实施方式的溅射装置100，即便不添加反应性气体(氧气)，也可形成金属元素的60％以上与氧结合的膜。

＜薄膜晶体管的耐应力性的评价＞

为了确认通过本实施方式的制造方法而制作的薄膜晶体管的电特性，利用以下的纲要进行负偏压应力试验。

(样品制成)

准备四个将低电阻硅基板用作栅极电极的底部栅极结构的薄膜晶体管(样品1～样品4)。任一样品中，均在低电阻硅基板的栅极电极上设置包含SiO₂的膜厚100nm的栅极绝缘层，在所述栅极绝缘层上设置包含IGZO膜(IGZO1114)的氧化物半导体层，在所述氧化物半导体层上设置源极电极、漏极电极(Pt：20nm，Mo：80nm)及保护膜(SiO₂)。

样品1中，使用之前的高频磁控溅射装置，以单层形成膜厚50nm的氧化物半导体层，最终在氧气环境下且在300℃下进行2小时热处理。

样品2～样品4中，使用所述溅射装置100来形成氧化物半导体层。

关于样品2，对靶材施加-350V的直流脉冲电压，使用高频天线进行等离子体生成，仅供给氩气作为溅射气体而在室温下进行溅射，以单层形成厚度50nm的氧化物半导体层，最终在氧气环境下且在300℃下进行2小时热处理。

关于样品3，通过与样品2相同的条件而以单层形成氧化物半导体层，最终在氧气环境下且在250℃下进行2小时热处理。

关于样品4，首先，对靶材施加-350V的直流脉冲电压，使用高频天线进行等离子体生成，仅供给氩气作为溅射气体而在室温下进行溅射，从而形成厚度45nm的第一半导体层。其后，供给氩气与氧气(浓度：5％)的混合气体作为溅射气体而在室温下进行溅射，从而在第一半导体层上形成厚度5nm的第二半导体层。其后，最终在氧气环境下且在250℃下进行2小时热处理。

(负偏压应力试验)

针对所制作的样品1～样品4，通过以下的条件来进行负偏压应力试验，并测定相对于应力时间(秒)的阈值电压的偏移量(ΔV_th(V))。将试验结果示于图10中。

·栅极施加电压：-20V

·应力时间：1s～10000s

·漏极-源极间电压：5.0V

根据图10所示的结果可知：通过本实施方式的制造方法而制作的、氧化物半导体层为两层结构的样品4的阈值电压的偏移量ΔV_th非常小，相对于电性应力而更稳定。可知：与通过之前的磁控溅射装置而形成氧化物半导体层的样品1或通过本实施方式的溅射装置100而以单层形成氧化物半导体层的样品2及样品3相比，所述情况为更良好的结果。

再者，以单层形成氧化物半导体层的样品2及样品3的薄膜晶体管中，认为如图11(a)所示，容易在氧化物半导体层(a-IGZO)与保护膜(SiO₂)的界面产生缺陷。因此，认为：即便在栅极电压V_gs为零的状态下，在通道层也产生载流子而产生电流流动，若不施加抵消由界面中所产生的缺陷所引起的固定电荷的负电压作为栅极电压V_gs，则无法将薄膜晶体管设为遮断状态。

另一方面，以两层结构形成氧化物半导体层的样品4的薄膜晶体管中，使用氩气与氧气的混合气体作为溅射气体来溅射成膜而成的第二半导体层为结晶性氧化物半导体(nc-IGZO)。因此，认为如图11(b)所示，即便在上表面形成保护膜(SiO₂)，在其界面也难以产生缺陷，且也难以产生固定电荷。因此，认为：在栅极电压V_gs为零的状态下，在通道层不产生载流子，因而，即便不施加大的负电压作为栅极电极V_gs，也可将薄膜晶体管设为遮断状态。

另外，可知：通过改变溅射气体中的氧浓度，第二半导体层中的氧量发生变化，由此可改变第二半导体层的结晶度。也可知：由此，于在第二半导体层的上表面形成保护膜时，可控制界面中的缺陷的产生，且可改变阈值电压V_th的位置。再者，由于第一半导体层与第二半导体层是以大致相同的元素比率构成，因此这些的界面成为所谓的同质接合状态，并非如产生缺陷或固定电荷那样的不连续的结构，因此认为难以产生对于薄膜晶体管的开关运行的影响。

＜本实施方式的效果＞

根据如上所述那样构成的本实施方式的薄膜晶体管的制造方法，对靶材施加的偏电压小于之前(例如-1kV～-2kV)，因此可抑制氧发生脱离的溅射粒子的生成。其结果，在基板上形成维持与靶材材料相同的氧化物状态的膜，可形成高品质的膜。

另外，由于对靶材施加的偏电压小，因此氧未发生脱离的溅射粒子到达至基板。其结果，可仅供给氩气作为溅射气体来进行溅射，因此与除氩气以外，也供给氧气的情况相比，可加快成膜速度。

进而，通过包括供给氩气与氧气的混合气体作为溅射气体的第二成膜步骤，可形成膜中氧量大的氧化物半导体层。其结果，可防止氧化物半导体层的氧缺乏，且可制造电特性优异的薄膜晶体管。

＜其他变形实施方式＞

再者，本发明并不限于所述实施方式。

例如，所述实施方式的薄膜晶体管1为底部栅极结构，但并不限于此，也可为顶部栅极结构。

所述实施方式的薄膜晶体管1为在第一半导体层5a上设置有第二半导体层5b的薄膜晶体管，但也可在第二半导体层5b上设置第一半导体层5a。在所述情况下，在制造方法的“形成氧化物半导体层的步骤”中，可首先进行第二成膜步骤，其后进行第一成膜步骤。

所述实施方式的薄膜晶体管1的氧化物半导体层5为在第一半导体层5a上设置有第二半导体层5b的两层结构，但也可如图12所示，为在两个第二半导体层5b之间设置有第一半导体层5a的三层结构。在所述情况下，在制造方法的“形成氧化物半导体层的步骤”中，可首先进行第二成膜步骤，其后进行第一成膜步骤，进而，其后进行第二成膜步骤。

所述实施方式的溅射装置100中，天线呈直线状，但也可为经弯曲或折曲的形状。在所述情况下，金属管可为经弯曲或折曲的形状，绝缘管可为经弯曲或折曲的形状。

所述实施方式的溅射装置100中，电极的延伸部为圆筒状，也可为其他的角筒状，也可为平板状或者经弯曲或折曲的板状。

所述实施方式的溅射装置100中，电容器53为包含两个圆筒状的延伸部的两筒结构，但也可如图13所示，将三个以上的圆筒状的延伸部532配置于同轴上。在所述情况下，以第一电极53A的延伸部532与第二电极53B的延伸部532交替配置的方式构成。图13中，三个延伸部532中，内侧及外侧的两个为第一电极53A的延伸部532，中间的一个为第二电极53B的延伸部532。若为所述构成，则可在不增大电容器53的轴方向尺寸的情况下，增加相向面积。

进而，在溅射装置100中，电极53A、电极53B与金属管51的接触除这些端面彼此的接触以外，也可如图14所示，构成为在电极53A、电极53B设置接触端子533，并使所述接触端子533与金属管51接触。图14的构成中，设置自电极53A、电极53B的凸缘部531向轴方向外侧突出的接触端子533并使所述接触端子533按压接触于金属管51的接触部511的外侧周面。在所述构成中，各电极53A、电极53B的相对位置由绝缘管52的凹部52b的朝向轴方向外侧的面规定。

进而，也可将绝缘单元52的一侧的金属单元51的一部分设为第一电极53A。在所述情况下，认为设为如下构成：与绝缘单元52的另一侧的金属单元51电性连接的第二电极53B通过绝缘单元52的内部而延伸至绝缘单元52的一侧的金属单元51的内部。

并且，导体单元及绝缘单元具有一个内部流路且呈管状，但也可为具有两个以上的内部流路或具有经分支的内部流路。

所述实施方式的溅射装置100为具有多个靶材保持部的构成，但也可为具有一个靶材保持部的构成。在所述情况下，也理想的是具有多个天线的构成，也可为具有一个天线的构成。

此外，本发明并不限于所述实施方式，当然也可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

产业上的可利用性

根据本发明的薄膜晶体管的制造方法，可防止氧化物半导体层的氧缺乏，并且形成膜质优异的氧化物半导体层，进而以大的成膜速度形成氧化物半导体层来提高生产性。