專利名稱：薄膜晶體管的半導體層用氧化物及濺射靶材，以及薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的半導體層用氧化物及用于使上述氧化物成膜的濺射靶材，以及薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管用于液晶顯示器、有機EL顯示器等顯示裝置中。
背景技術(shù)：
相比通用的無定形硅(a-Si)，因無定形(非晶質(zhì))氧化物半導體具有高載流子遷移率，光學帶隙大，可在低溫下成膜，故期待著其在要求大型.高分辨率.高速驅(qū)動的下一代顯示器、耐熱性低的樹脂基板等中的應(yīng)用。在氧化物半導體之中，尤其是包含銦、鎵、鋅及氧的無定形氧化物半導體(In-Ga-Zn-Ο，以下有稱之為“IGZ0”的情況。)由于具有非常高的載流子遷移率，故被優(yōu)選使用。例如在非專利文獻I及2中，公開了將In: Ga: Zn = 1.1: 1.1: 0.9(原子％比)的氧化物半導體薄膜用于薄膜晶體管(TFT)的半導體層(活性層)。此外，在專利文獻I中，公開了含有In、Zn、Sn、Ga等元素和Mo，相對于無定形氧化物中的全部金屬原子數(shù)，Mo的原子組成比率為0.1 5原子％的無定形氧化物，在實施例中，公開了使用了活性層的TFT，所述活性層是在IGZO中添加Mo而成的?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2009-164393號公報非專利文獻 非專利文獻1:固體物理，V0L44, P621 (2009)非專利文獻2:Nature, V0L432, P488 (2004)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題將氧化物半導體用作薄膜晶體管的半導體層時，不僅要求載流子濃度高，而且要求TFT的開關(guān)特性(晶體管特性)優(yōu)異。具體地，要求:(1)通態(tài)電流(對柵電極和漏電極施加正電壓時的最大漏電流)高，⑵斷態(tài)電流(對柵電極施加負電壓、對漏電極施加正電壓時的漏電流)低，(3) SS (Subthreshold Swing,亞閾值擺幅,使漏電流進I位所必須的柵電壓)值低，(4)閾值(對漏電極施加正電壓，對柵電壓施加正或負的任意一種電壓時漏電流開始流動的電壓，也稱之為閾值電壓)不隨時間變化，保持穩(wěn)定(其意味著在基板面內(nèi)是均勻的)，(5)遷移率高，(6)光照射時上述特性的波動小等。關(guān)于含有上述專利文獻I中記載的Mo的ZTO半導體，本發(fā)明者們研究了上述特性，結(jié)果知道了相比ΖΤ0，發(fā)現(xiàn)其通態(tài)電流降低、SS值升高。進一步，要求使用了 IGZO、ZTO等的氧化物半導體層的TFT對施加電壓、光照射等的應(yīng)力的耐性(抗應(yīng)力性)優(yōu)異。例如，指出了對柵電極持續(xù)施加正電壓或負電壓時、或者持續(xù)照射開始光吸收的藍色帶時，閾值電壓大幅變化(漂移)，由此TFT的開關(guān)特性發(fā)生變化。此外，液晶面板驅(qū)動時，或?qū)烹姌O施加負偏壓然后照亮像素時等，雖然從液晶單元透出的光照射至TFT，但此光給TFT帶來應(yīng)力，引起斷態(tài)電流升高、閾值電壓的漂移、SS值增大等特性劣化。特別是因閾值電壓的漂移導致配備有TFT的液晶顯示器、有機EL顯示器等顯示裝置本身的可靠性降低，故殷切期望抗應(yīng)力性的提高(應(yīng)力施加前后的變化量少)。本發(fā)明鑒于上述情況而實施的，其目的在于，提供能夠?qū)崿F(xiàn)高遷移率，并且抗應(yīng)力性(應(yīng)力施加前后的閾值電壓漂移量少)也優(yōu)異的薄膜晶體管用氧化物、具備所述氧化物的薄膜晶體管及用于所述氧化物的形成的濺射靶材。解決問題的手段得以解決上述問題的本發(fā)明涉及的薄膜晶體管的半導體層用氧化物是用于薄膜晶體管的半導體層的氧化物，所述氧化物的要點在于，含有Zn、Sn及In ;將所述氧化物中包含的金屬元素的含量(原子％ )分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(I) (3)。[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ^ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01— (2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)優(yōu)選上述氧化物滿足下述式(6)。[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 0.05…(6)在本發(fā)明中，還包括具備上述氧化物作為薄膜晶體管的半導體層的薄膜晶體管。優(yōu)選上述半導體層的密度為5.8g/cm3以上。此外，本發(fā)明的濺射靶材是用于形成上述氧化物的濺射靶材，其要點在于，將所述濺射靶材中包含的金屬元素的含量(原子％)分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(I) ⑶。[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ^ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01— (2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)優(yōu)選上述濺射靶材滿足下述式(6)。[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 0.05…(6)發(fā)明效果若使用本發(fā)明的氧化物，則可提供遷移率高，并且抗應(yīng)力性(應(yīng)力施加前后的閾值電壓漂移量少)優(yōu)異的薄膜晶體管。其結(jié)果是，配備有上述薄膜晶體管的顯示裝置對光照射的可靠性大幅提高。


圖1是用于說明具備本發(fā)明的氧化物半導體的薄膜晶體管的截面示意圖。圖2是顯示滿足本發(fā)明所規(guī)定的式(I) (3)的范圍的區(qū)域的圖。圖3是關(guān)于實施例的一部分的數(shù)據(jù)，顯示應(yīng)力施加前后的TFT特性的圖。
具體實施方式
為了使將含有Zn、Sn及In的氧化物(以下，有用“ ΙΖΤ0”來表示的情況。)用于TFT的活性層(半導體層)時的TFT特性及抗應(yīng)力性提高，本發(fā)明者們反復(fù)進行了各種研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)若將適當?shù)乜刂屏藰?gòu)成IZTO的金屬元素的組成比的氧化物用于TFT的半導體層，則可實現(xiàn)預(yù)期目的，完成了本發(fā)明。若使用本發(fā)明的氧化物，則可獲得TFT特性優(yōu)異[具體地，遷移率高、通態(tài)電流高、SS值低及OV附近的閾值電壓(Vth)的絕對值小]，且應(yīng)力施加前后的晶體管特性的變動小[具體地，施以光照射+負偏壓的應(yīng)力后的Vth的變化率(AVth)小]的TFT。詳細地，關(guān)于In、Zn、Sn對TFT特性及抗應(yīng)力性所帶來的影響，本發(fā)明者們基于許多基礎(chǔ)實驗進行研究，結(jié)果明確了(a)雖然In是有助于遷移率的提高的元素，但若大量添力口，則對光應(yīng)力的穩(wěn)定性(耐性)降低，或者TFT變得易導體化，(b)另一方面，雖然Zn是使對光應(yīng)力的穩(wěn)定性提高的元素，但若大量添加，則遷移率急劇降低，或者TFT特性、抗應(yīng)力性降低，(C)Sn也與Zn同樣，是對光應(yīng)力的穩(wěn)定性提高有效的元素，雖然通過Sn的添加有著抑制IZTO的導體化的作用，但若大量添加Sn，則遷移率降低，TFT特性、抗應(yīng)力性降低。基于這些見解，本發(fā)明者們進一步反復(fù)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將氧化物中包含的金屬元素的含量(原子％)分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，由[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn])表示的[In]的比值(以下，有簡單略記為“In比”的情況。)與用[Zn]/([Zn]+ [Sn])表示的[Zn]的比值(以下，有簡單略記為“Zn比”的情況。)的關(guān)系滿足全部的下述式⑴ (3)的產(chǎn)品，可獲得良好的特 性，完成了本發(fā)明。[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ^ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01— (2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)圖2顯示了上述式(I) (3)的區(qū)域，圖2中的斜線部分是全部滿足上述式(I)
(3)的關(guān)系的區(qū)域。在圖2中，也繪制了后述實施例的特性結(jié)果，并且可知在圖2的斜線部分的范圍內(nèi)的物質(zhì)，其飽和遷移率、TFT特性及抗應(yīng)力性的所有特性良好(在圖2中，〇)，與此相對，在圖2的斜線外的物質(zhì)(即，不滿足上述式(I) (3)的關(guān)系的任意一者的物質(zhì))，上述特性的任意一者均降低(在圖2中，X)。在上述式(I) (3)之中式(I)及式(2)是主要與遷移率相關(guān)聯(lián)的式子，其是基于許多基礎(chǔ)實驗，將用于實現(xiàn)高遷移率的In比用與Zn比的關(guān)系進行規(guī)定的式子。此外，式(3)是主要與抗應(yīng)力性及TFT特性(TFT的穩(wěn)定性)的提高相關(guān)聯(lián)的式子，其是基于許多基礎(chǔ)實驗，將用于實現(xiàn)高抗應(yīng)力性用的In比，用與Zn比的關(guān)系進行規(guī)定的式子。詳細地，明確了不滿足式⑴ 式(3)的范圍的物質(zhì)大致有著以下缺點。首先，雖然滿足式(2)，但超出式(I)及式(3)的范圍，其Sn比變大(因此，Zn比變小)，因此雖然遷移率變高，但有S值、Vth值增加而TFT特性降低，且抗應(yīng)力性降低的傾向，不能獲得所希望的特性(例如，參照后述實施例N0.13)。此外，雖然滿足式(I)及式(3)，但超出式⑵的范圍，其Zn比變大(因此，Sn比變小)，故有遷移率急劇降低，或者有S值、Vth值大幅增加而TFT特性降低，且抗應(yīng)力性降低的傾向，仍然不能獲得所希望的特性(例如，參照后述實施例N0.14)。另一方面，雖然滿足式(I)及式(2)，但超出式(3)的范圍內(nèi)，在In比大的區(qū)域內(nèi)，雖然遷移率變高，但有抗應(yīng)力性降低的傾向，仍然不能獲得所希望的特性(例如，參照后述實施例N0.9,10) ο本發(fā)明涉及的TFT的半導體層用氧化物是滿足上述要件的氧化物，但進一步優(yōu)選[In]相對于([Zn]+ [Sn]+ [In])的比值為0.05以上。即，優(yōu)選上述[In]的比值滿足下述式
(6)。[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn])≥ 0.05...(6)如上所述，In是提高遷移率的元素，若上述式(6)所表示的[In]的比值不足0.05，則不能有效發(fā)揮上述效果。更優(yōu)選的In的比值為0.1以上。另一方面，若In的比值過高，則抗應(yīng)力性降低，或者導體化變?nèi)菀?，故?yōu)選其大致為0.5以下。以上，對本發(fā)明的氧化物進行了說明。優(yōu)選上述氧化物通過濺射法使用濺射靶(以下有稱之為“靶材”的情況。)來成膜。雖然還可利用涂布法等化學成膜法來形成氧化物，但若利用濺射法，則可容易地形成成分、膜厚的膜面內(nèi)均勻性優(yōu)異的薄膜。作為用于濺射法的靶材，優(yōu)選使用含有上述元素，且與所希望的氧化物相同組成的濺射靶材，由此，沒有組成偏差的擔心，可形成所希望的成分組成的薄膜。具體地，將濺射靶材中包含的金屬元素的含量(原子％ )分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(I) ⑶。[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ≥ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ≥ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01— (2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn])≤ 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)上述濺射靶材優(yōu)選滿足下述式(6)。[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ≥ 0.05...(6)或者,可采用將組成相異的兩種祀同時放電的共派法(Co-Sputter method)來成膜，也可通過使ln203、ZnO2 SnO2等的祀或它們的混合物的祀同時放電來得到所希望的組成的膜。上述靶材可以通過例如粉末燒結(jié)法方法來制造。使用上述靶進行濺射時，優(yōu)選將基板溫度設(shè)為室溫，適當?shù)乜刂蒲鯕馓砑恿縼磉M行。氧氣添加量只要根據(jù)濺射裝置的構(gòu)成、靶材組成等進行適當?shù)乜刂萍纯桑珒?yōu)選以氧化物半導體的載流子濃度大致變至IO15 IO16CnT3的方式來添加氧氣量。以添加流量比計，將本實施例中的氧氣添加量設(shè)為O2/(Ar+02) =2%。此外，將上述氧化物制成TFT的半導體層時，雖然氧化物半導體層的優(yōu)選的密度為5.8g/cm3以上(后述。)，但為了使這樣的氧化物成膜，優(yōu)選適當?shù)乜刂茷R射成膜時的氣壓、對濺射靶材的輸入功率、基板溫度等。例如因認為若降低成膜時的氣壓，則濺射原子之間的散射消失，可使致密(高密度)的膜成膜，故成膜時的總氣壓在濺射放電穩(wěn)定的程度內(nèi)越小越好，優(yōu)選控制在大致0.5 5mTorr的范圍內(nèi)，更優(yōu)選控制在I 3mTorr的范圍內(nèi)。此外，輸入功率越高越好，推薦通過DC或RF大致設(shè)定為2.0ff/cm2以上。成膜時的基板溫度也越高越好，推薦大致控制在室溫 200°C的范圍內(nèi)。如上所述，成膜的氧化物的優(yōu)選的膜厚為30nm以上且200nm以下，更優(yōu)選為35nm以上且80nm以下。
在本發(fā)明中，還包括具備上述氧化物作為TFT的半導體層的TFT。只要TFT在基板上至少具有柵電極、柵極絕緣膜、上述氧化物的半導體層、源電極、漏電極即可，其構(gòu)成只要是通常使用的構(gòu)成就沒有特別限制。此處，優(yōu)選上述氧化物半導體層的密度為5.8g/cm3以上。若氧化物半導體層的密度變高，則膜中的缺陷減少從而膜質(zhì)提高，此外因原子間距變小，故TFT元件的場效應(yīng)遷移率大幅增加，導電性也變高，對光照射的應(yīng)力的穩(wěn)定性提高。上述氧化物半導體層的密度越高越好，更優(yōu)選為5.9g/cm3以上，進一步優(yōu)選為6.0g/cm3以上。而且，氧化物半導體層的密度通過后述實施例中記載的方法測定。如后述實施例所示，氧化物半導體層的密度變得越高，應(yīng)力試驗(施加光照射+負偏壓)后的閾值電壓的變化量(AVth)越有變小的傾向，并且應(yīng)力穩(wěn)定性提高從而顯示裝置的可靠性提高。即，隨著氧化物半導體層的密度的升高，應(yīng)力穩(wěn)定性良好的區(qū)域增大。由此，對應(yīng)于氧化物半導體層的密度，用于獲得優(yōu)選的AVth的氧化物半導體層的優(yōu)選的組成也可變化。具體地，關(guān)于基于后述實施例中記載的方法測定出的上述應(yīng)力試驗后的Λ VthJfΔ Vth的絕對值為15V以下記為良好(〇)，詳細地將10.0V以下記為更良好(◎)，進一步詳細地將6V以下記為進一步良好(☆)時，對應(yīng)于氧化物半導體層的密度的，獲得AVth的上述區(qū)域(〇、◎、☆)用的氧化物半導體層的優(yōu)選的組成范圍(以下公式(3) (5))也可如下調(diào)整。在上述圖2中，還一并記載著后述式(4)及(5)的區(qū)域。如從圖2所明確的那樣，上述式⑶ (5)的線的斜率皆相同，僅截距不同。隨著向上述式⑶一⑷一(5)移動，可接受的[In]的比值也被嚴格地限制。(a)氧化物半導體層的密度=5.8g/cm3以上,不到5.9g/cm3時

Δ Vth的絕對值滿足15V以下(〇)的氧化物半導體層的組成優(yōu)選滿足下述式(3)的范圍；若AVth的絕對值滿足10.0V以下(◎)的氧化物半導體層的組成僅滿足式(3)的范圍則不充分，優(yōu)選滿足下述式(4)的范圍；若AVth的絕對值滿足6V以下(☆)的氧化物半導體層的組成僅滿足式(4)的范圍則不充分，優(yōu)選滿足下述式(5)的范圍。[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3) [In] / ([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn] / ([Zn] + [Sn] )-0.52...(4)[In]/([In] + [Zn] + [Sn])彡 1.1 X [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.68— (5)例如后述表2的N0.6及9的氧化物半導體層的密度皆=5.8g/cm3,因滿足式(3)的范圍，故AVth的絕對值13.4V(N0.6),10.3V(N0.9)滿足〇的合格基準。與此相對，表2的N0.3的氧化物半導體層的密度=5.8g/cm3，式(3)的范圍自不必說，因還滿足式(4)的范圍，故AVth的絕對值7.4V滿足◎的合格基準。(b)氧化物半導體層的密度=5.9g/cm3以上,不到6.0g/cm3時氧化物半導體層的密度在上述(b)的范圍內(nèi)時，AVth的絕對值滿足15V以下(O )、10V以下(◎)的氧化物半導體層的組成皆優(yōu)選滿足上述式(3)的范圍；Λ Vth的絕對值滿足6V以下(☆)的氧化物半導體層的組成優(yōu)選滿足上述式(4)的范圍。S卩，若相比上述(a)，氧化物半導體層的密度變高，則獲得相同的評價基準的AVth用的氧化物半導體層的優(yōu)選的組成范圍(接受范圍)更廣，即使不滿足(5)式的范圍而僅滿足(4)式的范圍，也可獲得AVth的絕對值為6V以下(☆)的水平。
例如后述表2的N0.5的氧化物半導體層的密度=5.9g/cm3,因滿足式(3)的范圍，故AVth的絕對值滿足10.7V、和〇的合格基準。同樣地，表2的N0.8的氧化物半導體層的密度=5.9g/cm3，式(3)的范圍自不必說，因滿足式(4)的范圍，故AVth的絕對值滿足6.9V和◎的合格基準。(c)氧化物半導體層的密度=6.0g/cm3以上時Δ Vth的絕對值滿足15V以下(〇)、IOV以下(◎ )、6V以下(☆)的氧化物半導體層的組成皆優(yōu)選滿足上述式(3)的范圍。S卩，相比上述(b)，若氧化物半導體層的密度進一步變高，則用于獲得相同的評價基準的AVth的氧化物半導體層的優(yōu)選的組成范圍(接受范圍)更進一步變廣，即使不滿足(4)式的范圍而僅滿足(3)式的范圍，也可獲得AVth的絕對值為6V以下(☆)的水平。例如后述表2的N0.1、4及7的氧化物半導體層的密度皆=6.2g/cm3,因滿足式
(3)的范圍，故AVth的絕對值滿足1.3V(N0.1)、6.0V(N0.4)、4.2V(N0.7)、和☆的合格基
準。 以下，邊參照圖1邊說明上述TFT的制造方法的實施方式。圖1及以下制造方法顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的一個例子，但沒有限定于此的意思。例如在圖1中，雖然顯示了底柵型結(jié)構(gòu)的TFT，但不限于此，也可以是在氧化物半導體層之上依次具備柵極絕緣膜和柵電極的頂柵型TFT。如圖1所示，在基板I上形成柵電極2及柵極絕緣膜3，在其上形成有氧化物半導體層4。在氧化物半導體層4上形成源.漏電極5，在其上形成保護膜(絕緣膜)6，介由接觸孔7透明導電膜8與漏電極5電連接。在基板I上形成柵電極2及柵極絕緣膜3的方法沒有特別限定，可采用通常使用的方法。此外，柵電極及柵極絕緣膜3的種類也沒有特別限定，可使用通用的柵電極及柵極絕緣膜3。例如作為柵電極，可優(yōu)選使用電阻率低的Al、Cu金屬，它們的合金。此外，作為柵極絕緣膜，可代表性地例示出硅氧化膜、硅氮化膜、硅氮氧化膜等。除此之外，還可使用TiO2, A1203、Y2O3等金屬氧化物或?qū)⑺鼈儗盈B而成的膜。隨后形成氧化物半導體層4。就氧化物半導體層4而言，如上所述，優(yōu)選通過使用了與薄膜相同組成的濺射靶材的DC濺射法或RF濺射法來成膜?；蛘?，也可通過共濺法成膜。對氧化物半導體層4進行濕式蝕刻后，進行圖案化。為了改善氧化物半導體層4的膜質(zhì)，優(yōu)選形成圖案后，立即進行熱處理(預(yù)退火)，由此，晶體管特性的通態(tài)電流及場效應(yīng)遷移率升高，晶體管性能提高。優(yōu)選的預(yù)退火的條件為例如溫度:約250 350°C、時間:約15 120分鐘。預(yù)退火之后，形成源.漏電極5。源.漏電極的種類沒有特別限定，可使用通用的源 漏電極。例如可與柵電極同樣使用Al、Cu等金屬或合金，也可如后述實施例使用純Ti。還可進一步使用金屬的層疊結(jié)構(gòu)等。作為源.漏電極5的形成方法，例如可通過磁控濺射法使金屬薄膜成膜后，通過剝離(lift-off)法來形成?；蛘?，還有不是如上所述那樣通過剝離法形成電極，而是通過濺射法預(yù)先形成規(guī)定的金屬薄膜后，通過圖案化來形成電極的方法，但在該方法中，因電極蝕刻時在氧化物半導體層中產(chǎn)生損壞，故晶體管特性降低。因此，為了避免這樣的問題，還采用在氧化物半導體層之上預(yù)先形成保護膜后，形成電極，并圖案化的方法，在后述實施例中,采用此方法。接著,在氧化物半導體層4之上通過CVD (Chemical Vapor Deposition (化學氣相沉積))法使保護膜(絕緣膜)6成膜。通過CVD所致的等離子體損壞，氧化物半導體膜的表面容易導通化(推測大概是在氧化物半導體表面上產(chǎn)生的氧缺損成為電子供體的緣故。)，故為了避免上述問題，在后述實施例中，在保護膜成膜前進行N2O等離子體照射。N2O等離子體照射條件采用下述文獻中記載的條件。J.Park 等，Appl.Phys.Lett.，93,053505 (2008)。接著，基于常用方法，介由接觸孔7將透明導電膜8與漏電極5電連接。透明導電膜及漏電極的種類沒有特別限定，可使用通常使用的透明導電膜及漏電極。作為漏電極，可使用例如在上述源.漏電極中舉例示出的漏電極。實施例 以下，列舉出實施例對本發(fā)明更具體地加以說明，但本發(fā)明不受下述實施例的限制，也可在可符合前述、后述的宗旨的范圍內(nèi)加以變更實施，它們皆包含在本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。實施例1基于上述方法，制作圖1中顯示的薄膜晶體管(TFT)，評價TFT特性及抗應(yīng)力性。首先，在玻璃基板(Corning社制EAGLE2000，直徑IOOmmX厚度0.7mm)上，依次使作為柵電極的Ti薄膜lOOnm，以及柵極絕緣膜Si02(200nm)成膜。柵電極使用純Ti濺射靶材，通過DC濺射法，在成膜溫度:室溫、成膜功率:300W、載氣:Ar、氣壓:2mTorr的條件下成膜。此外，柵極絕緣膜采用等離子體CVD法，在載氣:SiH4與N2O的混合氣體、成膜功率:100W、成膜溫度:300°C的條件下成膜。接著，使用濺射靶材(如后所述。)通過濺射法使表I中記載的各種組成的氧化物(IZTO)薄膜成膜。為了比較，使不含In的ΖΤ0(以往的例子)成膜。在濺射中使用的裝置是(株)ULVAC制“CS-200”，濺射條件如下。基板溫度:室溫氣壓:5mTorr氧氣分壓:02/(Ar+02)= 2%膜厚:50nm使用祀材尺寸:Φ4英寸X5mm輸入功率(DC):2.55W/cm2在組成相異的IZTO成膜時，使用組成相異的兩種濺射靶材(In2O3的濺射靶材和ZnO及Zn/Sn的比值不同的濺射靶材)，采用RF濺射法來成膜；或是使用包含與所希望的氧化物相同組成的一種IZTO濺射靶材，采用RF濺射法成膜。此外，ZTO(以往的例子)成膜時，采用將Zn: Sn的比值(原子％比)為6: 4的氧化物靶材(Zn-Sn-O)和ZnO的氧化物靶材同時放電的共濺法來成膜。像這樣得到的氧化物薄膜中的各金屬元素的含量根據(jù)XPS(X_ray PhotoelectronSpectroscopy (X射線光電子能譜))法來分析。如上所述，使氧化物薄膜成膜后，通過光刻及濕式蝕刻來進行圖案化。作為蝕刻齊U，使用關(guān)東化學制“IT0-07N”。在本實施例中，對進行了實驗的氧化物薄膜通過光學顯微鏡觀察來評價濕式蝕刻性。根據(jù)評價結(jié)果，確認了在進行了實驗的所有組成中沒有由濕式蝕刻帶來的殘渣，從而能夠進行適當?shù)匚g刻。使氧化物半導體膜圖案化后，為了使膜質(zhì)提高而進行了預(yù)退火處理。預(yù)退火在大氣中、350°C下進行I小時。接著，使用純Ti，通過剝離法形成源.漏電極。具體地，使用光致抗蝕劑來進行圖案化后，通過DC濺射法使Ti薄膜成膜(膜厚為lOOnm)。源 漏電極用Ti薄膜的成膜方法與上述柵電極的情況相同。隨后，浸潰在丙酮中，置于超聲波清洗器中除去不需要的光致抗蝕劑，將TFT的溝道長度設(shè)置為10 μ m,將溝道寬度設(shè)置為200 μ m。像這樣形成源 漏電極后，形成用于保護氧化物半導體層的保護膜。作為保護膜，使用SiO2 (膜厚200nm)與SiN (膜厚200nm)的層疊膜(總膜厚400nm)。上述SiO2及SiN的形成使用Samco( ^ ^ ^ )制“ro-220NL”，采用等離子體CVD法進行。在本實施例中，利用N2O氣體進行等離子體處理后，依次形成SiO2及SiN膜。在SiO2膜的形成中使用N2O以及N2稀釋的SiH4的混合氣體，在SiN膜的形成中使用N2稀釋的SiH4、N2, NH3的混合氣體。無論哪種情況下皆將成膜功率設(shè)為100W，將成膜溫度設(shè)為150°C。接著，通過光刻及干式蝕刻，在保護膜中形成用于晶體管特性評價用探測用接觸孔。接著，采用DC濺射法，在載氣:氬氣及氧氣的混合氣體、成膜功率:200W、氣壓:5mTorr的條件下使ITO膜(膜厚80nm)成膜，制作圖1的TFT。對于像這樣得到的各TFT，評價以下特性。(I)晶體管特性的測定晶體管特性(漏電流-柵電壓特性，Id-Vg特性)的測定使用AgilentTechnologies株式會 社制“4156C”的半導體參數(shù)分析儀。詳細的測定條件如下。在本實施例中，算出Vg = 20V時的通態(tài)電流(1n)，將1n彡1X10_5A視作合格。源電壓:0V漏電壓:10V柵電壓:-30 30V (測定間隔:0.25V)(2)閾值電壓(Vth)粗略地說，閾值電壓是指，晶體管從關(guān)斷狀態(tài)(漏電流低的狀態(tài))過渡到導通狀態(tài)(漏電流高的狀態(tài))時柵電壓的值。在本實施例中，將漏電流在通態(tài)電流與斷態(tài)電流之間超過InA時的電壓定義為閾值電壓，測定每個TFT的閾值電壓。在本實施例中，將Vth (絕對值)為5V以下的的視作合格。(3)S 值S值(SS值)是使漏電流進一位所必須的柵電壓的最小值。在本實施例中，將S值為lV/dec以下視作合格。(4)載流子遷移率(場效應(yīng)遷移率)就載流子遷移率(場效應(yīng)遷移率)而言，使用以下公式在飽和區(qū)域內(nèi)算出遷移率。在本實施例中，將像這樣得到的飽和遷移率為5cm2/Vs以上視作合格。[數(shù)I]
/, '''' 1 //,tC: * !' — Ι +., Cox:絕緣膜的電容W:溝道寬度L:溝道長度Vth:閾值電壓(5)抗應(yīng)力性的評價(施加光照射+負偏壓作為應(yīng)力)在本實施例中，模擬實際的面板驅(qū)動時的環(huán)境(應(yīng)力)，進行了邊對柵電極施加負偏壓邊照射光應(yīng)力施加試驗。應(yīng)力施加條件如下。作為光的波長，選擇與氧化物半導體的帶隙接近、且晶體管特性易波動的400nm左右。柵電壓:-20V基板溫度:60°C光應(yīng)力波長:400nm照度(照射TFT的光的強度):0.I μ ff/cm2光源:0PT0SUPPLY社制LED (通過ND濾光器調(diào)整光量)應(yīng)力施加時間:3小時`詳細地，基于上述方法，測定應(yīng)力施加前后的閾值電壓(Vth)，并測定其差(AVth)。在本實施例中，將閾值漂移量(AVth的絕對值)為15V以下視作合格。它們的結(jié)果顯示在表I中。此外，關(guān)于一部分的例子，將其應(yīng)力施加前后的漏電流-柵電壓特性(Id-Vg特性)的結(jié)果顯示在圖3(表I的N0.2、N0.6、N0.8皆是本發(fā)明的例子)中。在這些圖中，應(yīng)力施加前的結(jié)果用虛線表示，應(yīng)力施加后(3小時后)的結(jié)果用實線表示。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種用于薄膜晶體管的半導體層的氧化物，其特征在于， 所述氧化物含有Zn、Sn及In, 將所述氧化物中包含的金屬元素以原子％計的含量分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式⑴ ⑶，[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ^ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01...(2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^LlX [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物，其中，將所述氧化物中包含的金屬元素以原子％計的含量分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(6)，[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn])彡 0.05...(6)。
3.一種薄膜晶體管，其具備權(quán)利要求1所述的氧化物作為薄膜晶體管的半導體層。
4.一種薄膜晶體管，其具備權(quán)利要求2所述的氧化物作為薄膜晶體管的半導體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的薄膜晶體管，其中，所述半導體層的密度為5.8g/cm3以上。
6.一種濺射靶材，其特征在于，其是用于形成權(quán)利要求1所述的氧化物的濺射靶材， 將所述濺射靶材中包 含的金屬元素以原子％計的含量分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式⑴ ⑶，[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^ -0.53X [Zn]/([Zn] + [Sn])+0.36— (I)[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn]) ^ 2.28X [Zn]/([Zn]+ [Sn])-2.01...(2)[In]/([In] + [Zn] + [Sn]) ^LlX [Zn]/([Zn] + [Sn])-0.32...(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濺射靶材，其是用于形成權(quán)利要求2所述的氧化物的濺射靶材， 將所述氧化物中包含的金屬元素以原子％計的含量分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(6)，[In]/([In]+ [Zn]+ [Sn])彡 0.05...(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的薄膜晶體管的半導體層用氧化物含有Zn、Sn及In，將氧化物中包含的金屬元素的含量(原子％)分別設(shè)為[Zn]、[Sn]及[In]時，滿足下述式(1)～(3)。[In]/([In]+[Zn]+[Sn])≥-0.53×[Zn]/([Zn]+[Sn])+0.36…(1)；[In]/([In]+[Zn]+[Sn])≥2.28×[Zn]/([Zn]+[Sn])-2.01…(2)；[In]/([In]+[Zn]+[Sn])≤1.1×[Zn]/([Zn]+[Sn])-0.32…(3)。根據(jù)本發(fā)明，可提供能夠?qū)崿F(xiàn)高遷移率，并且抗應(yīng)力性(應(yīng)力施加前后的閾值電壓漂移量少)也優(yōu)異的薄膜晶體管用氧化物。
文檔編號C23C14/34GK103229302SQ20118005693
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者三木綾, 森田晉也, 釘宮敏洋, 安野聰, 樸在佑, 李制勛, 安秉斗, 金建熙 申請人:株式會社神戶制鋼所, 三星顯示有限公司