[發明專利]IGZO基氧化物材料和制備IGZO基氧化物材料的方法

有效

• 申請號: 201010209336.0
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101930805A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 梅田賢一;鈴木真之;田中淳
• 申請（專利權）人: 富士膠片株式會社
• 主分類號: H01B1/08
• 分類號: H01B1/08;H01B13/00;H01L29/786
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳平

技術領域

本發明涉及IGZO基氧化物材料和制備IGZO基氧化物材料的方法。

背景技術

近年來，由組成式In_2-xGa_xO₃(ZnO)_m(0＜x＜2并且m為自然數)表示的非晶In-Ga-Zn-O基同系氧化物材料(以下，稱為“IGZO基氧化物材料”或有時簡稱為“IGZO”)在其結晶狀態已經引起了關注。

來自東京技術研究所(Tokyo?Institute?of?Technology)的Hosono等報道了：非晶IGZO基氧化物材料表現出與半導體的電阻率值類似的電阻率值，并且可以在室溫形成為膜，并且報道了這些材料可以獲得等于或高于非晶硅的遷移率的遷移率(Hosono等，非專利文獻1，自然(Nature)，432(2004)，第488-492頁)。

特別地，由其中m＝1的以上組成式表示的非晶IGZO基氧化物材料是高度有希望的材料體系，這是由于它們在In-In之間的電子軌道的大的重疊比率，其被認為有助于電子的傳導。

針對非晶IGZO基氧化物材料作為例如用于薄膜晶體管(以下有時稱為“TFT”)的活性層的有效材料的用途，正在對這些材料認真地進行著研究和開發。

另一方面，例如在下列文獻中描述了具有結晶結構的IGZO基氧化物材料。

非專利文獻2(美國陶瓷學會雜志(Journal?of?the?American?CeramicSociety)，82(1999)，第2705-2710頁)描述了一種制備其中m＝1的結晶IGZO基氧化物材料的方法，其中將包括In、Ga和Zn的原料的混合物在1350℃以上退火，然后從此極高的退火溫度快速冷卻。此文獻還公開Ga的固溶體范圍(x的范圍)為0.66至1.06。

此外，日本專利3947575公開了一種在氫氣或氬氣氣氛中、在某個溫度，對通過在一定條件退火得到的其中m＝1的結晶IGZO基氧化物材料進行還原熱處理的方法。

在這點上，在包括IGZO的許多電子傳導氧化物材料性質中，這些材料所特有的性質顯著地受氧空位量(oxygen?vacancy?amount)δ的值影響。當δ值大時，產生大量的載流子(電子)，并且形成在導帶內具有費米能級的“簡并半導體”。換言之，處于此狀態中的氧化物材料是表現出金屬導電性的導體。另一方面，當δ值小時，可以抑制載流子的產生并且氧化物材料可以作為半導體存在。以上事實表明：取決于氧空位量δ的值，氧化物材料的屬性可以從導體至半導體極大地改變。

在非專利文獻2中所述的方法中，從高溫范圍快速冷卻(淬火)的目的是得到在室溫也保持其在高溫得到的狀態的氧化物材料。通常，從化學平衡的觀點，結合到氧化物材料上的氧在越高的溫度越容易逸出，從而增加δ的值。因此，具有較大δ值的IGZO基氧化物材料可以作為進行淬火的結果得到，并且具有較大δ值的IGZO基氧化物材料不能抑制載流子的產生并且表現為簡并半導體，即金屬(導體)。

另一方面，在日本專利3947575中所述的方法中，進行還原熱處理以將氧空位(oxygen?vacancy)引入到氧化物材料中。因此，通過此方法得到的IGZO基氧化物材料具有大的δ值，從而增大了其載流子濃度。結果，通過此方法得到的IGZO基氧化物材料表現為簡并半導體，即金屬(導體)。

如上所述，非專利文獻2和日本專利3947575都表明：其中m＝1的結晶IGZO基氧化物材料是導體而非半導體。因此，如果其中m＝1的IGZO基氧化物材料可以作為半導體獲得，則此材料可以廣泛地用于電子器件，例如用作TFT的活性層。

此外，如果其中m＝1的IGZO基氧化物材料中的Ga的量不適當，則此材料不形成IGZO的單相，而是在其中包含多種晶相。因此，從微觀觀點，傾向于在晶粒間界等處發生電子散射。因此，為了將其中m＝1的結晶IGZO基氧化物材料應用于電子器件，考慮到保持載流子(電子)的遷移率，如非專利文獻2中所述的其中Ga的量處于固溶體范圍并且形成IGZO的單相的IGZO基氧化物材料是適宜的。

本發明旨在提供一種單相半導體IGZO基氧化物材料和制備所述IGZO基氧化物材料的方法。特別地，本發明集中于一種由組成式In_2-xGa_xO₃(ZnO)_m表示的結晶IGZO基氧化物材料，其中m＝1。

發明內容

本發明是考慮到以上情形而進行的，并且提供一種IGZO基氧化物材料和制備IGZO基氧化物材料的方法。