[發(fā)明專利]非晶氧化物半導體和使用其的薄膜晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910167482.9
• 申請日: 2009-08-25
• 公開（公告）號: CN101661952A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設計）人: 林享;大村秀之;云見日出也;重里有三
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01L29/12
• 分類號: H01L29/12;H01L29/786;H01L27/02;H01L21/34;G02F1/1368
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王 健

技術領域

本發(fā)明涉及非晶氧化物半導體、使用該非晶氧化物半導體膜的 薄膜晶體管以及制造該薄膜晶體管的方法。

背景技術

近年來，使用金屬氧化物半導體薄膜的半導體器件引人矚目。 這些薄膜的特征在于能在低溫下形成，并且具有大的光學帶隙以致對 于可見光透明。因此，可以在塑料基板、膜基板等上形成柔性透明薄 膜晶體管(TFT)等(美國專利No.6727522)。

以往，為了控制膜的電特性，用作TFT活性層的氧化物半導體 膜一般在其中引入了氧氣的氣氛中形成。例如，美國專利申請公開 No.2007/0194379公開了形成薄膜晶體管(TFT)的方法，其中使用含 有銦鎵鋅氧化物(In-Ga-Zn-O)的n-型氧化物半導體作為溝道層并且 使用銦錫氧化物(ITO)作為源電極和漏電極。在美國專利申請公開 No.2007/0194379中記載的成膜方法中，通過控制其中形成 In-Ga-Zn-O膜的氣氛中的氧分壓來控制載流子密度，由此得到高載流 子遷移率。

此外，日本專利申請公開No.2007-073697公開了作為使用上述 氧化物半導體膜作為溝道層的制造高性能薄膜晶體管方法，在濺射中 的氛圍氣中包括水蒸汽的技術。另外，美國專利申請公開 No.2009/0045397和日本專利申請公開No.2007-194594公開了通過將 氫引入用作薄膜晶體管的溝道層的氧化物半導體中來控制載流子密度 的技術。

但是，在常規(guī)的氧化物半導體膜中，即使如美國專利申請公開 No.2009/0045397和日本專利申請公開No.2007-194594中公開那樣通 過引入氫來控制載流子密度時，氧化物半導體中氫的量以數(shù)量級大于 載流子密度。換句話說，存在不可能僅通過膜中氫的量來控制載流子 密度的問題。另外，本發(fā)明的發(fā)明人研究了通過濺射形成包括非晶 In-Ga-Zn-O基半導體的非晶氧化物半導體，發(fā)現(xiàn)非晶氧化物半導體非 常易于吸收氫。例如，發(fā)現(xiàn)了即使將氧化物半導體濺射裝置的背壓設 定在小于等于2×10^-4Pa時，也存在含有大于等于1×10²⁰cm^-3的氫的情 形。這些研究已經(jīng)表明不經(jīng)預處理例如熱處理難以在室溫下低成本地 形成含有大于等于1×10²⁰cm^-3的氫的非晶氧化物半導體并且難以使其 電阻率適合非晶氧化物薄膜晶體管。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題而完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)異 的晶體管特性的非晶氧化物薄膜晶體管。

根據(jù)本發(fā)明，提供非晶氧化物半導體，其含有銦(In)和鋅(Zn) 中的至少一種元素與氫，其中：該非晶氧化物半導體含有1×10²⁰cm^-3～ 1×10²²cm^-3的氫原子和氘原子中的一種；并且在該非晶氧化物半導體 中除了過剩氧(O_EX)(此處，過剩氧意指組成非晶氧化物半導體的一 部分的幾個原子的大小時微區(qū)中過剩的氧)和氫之間的鍵(O_EX-H鍵和 H-O_EX-H鍵)之外的氧和氫之間的鍵的密度小于等于1×10¹⁸cm^-3。

根據(jù)本發(fā)明，還提供顯示裝置，其包括顯示器件和薄膜晶體管， 該顯示器件包括在基板上與薄膜晶體管的源電極和漏電極中的一者連 接的電極，其中該薄膜晶體管是上述的薄膜晶體管。

根據(jù)本發(fā)明，還提供薄膜晶體管的制造方法，該薄膜晶體管至 少包括基板、溝道層、柵極絕緣層、源電極、漏電極和柵電極，該溝 道層包括含有銦(In)和鋅(Zn)中至少一種元素與氫的非晶氧化物 半導體，該方法包括：通過使用含水蒸汽的成膜氣體的濺射而形成溝 道層；以及在形成該溝道層后在150℃～500℃下進行熱處理。

根據(jù)本發(fā)明，還提供薄膜晶體管的制造方法，該薄膜晶體管至 少包括基板、溝道層、柵極絕緣層、源電極、漏電極和柵電極，該溝 道層包括含有銦(In)和鋅(Zn)中至少一種元素與氫的非晶氧化物 半導體，該方法包括：通過施涂溶液而形成溝道層；以及在形成該溝 道層后在低于等于500℃下進行熱處理。