[發明專利]具有氧化物半導體薄膜層的層疊結構以及薄膜晶體管

有效

• 申請號: 201310336580.7
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN103474469A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 江端一晃;笘井重和;霍間勇輝;松崎滋夫;矢野公規
• 申請（專利權）人: 出光興產株式會社
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/06;H01L29/22;H01L21/363
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

本發明是申請號為201180037647.6的發明專利的分案申請，母案的申請日為2011年12月27日，母案的發明名稱為“具有氧化物半導體薄膜層的層疊結構以及薄膜晶體管”。

技術領域

本發明涉及具有氧化物半導體薄膜層的層疊結構以及使其用于溝道層的薄膜晶體管。

背景技術

電場效應型晶體管被廣泛用作半導體存儲器集成電路的單元電子元件、高頻信號放大元件、液晶驅動用元件等，是目前被最多實用化的電子設備。

尤其，伴隨近年來的顯示裝置的顯著發展，不僅液晶顯示裝置(LCD)，甚至在電致發光顯示裝置(EL)、場發射顯示器(FED)等各種顯示裝置中，作為對顯示元件施加驅動電壓而驅動顯示裝置的轉換元件，也大多使用薄膜晶體管(TFT)。

近年來，作為比硅系半導體薄膜的穩定性更優異的物質，包含金屬氧化物的透明半導體薄膜、特別是包含氧化鋅晶體的透明半導體薄膜受到矚目。

例如，在專利文獻1、專利文獻2等中公開了在高溫下使氧化鋅晶體化并構成薄膜晶體管的方法。另外，在獲得薄膜晶體管的工序中，記載了如下實例：在使非晶質氧化物膜圖案化后進行晶體化，從而實現高遷移率(專利文獻3)。

另外，專利文獻4中記載了如下內容：在使用In₂O₃的TFT中，期望的是，施加熱處理的工序前的氧化銦為非晶質，在施加熱處理的工序后為晶體。然而，專利文獻4中記載的將In₂O₃晶體用于溝道層的薄膜晶體管為常導通狀態，由于進行晶體化的工序而有可能導致載流子濃度的上升、遷移率的下降。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2003-86808號公報

專利文獻2：日本特開2004-273614號公報

專利文獻3：國際公開第2008/096768號小冊子

專利文獻4：日本特開2008-130814號公報

發明內容

本發明的目的在于提供氧化物薄膜的晶體配置的方向和粒徑得到控制的、良好的氧化物薄膜。另外，本發明的目的在于，通過將上述氧化物薄膜用于TFT的溝道層，從而大幅改善TFT特性。

本發明人等發現：通過制作均勻的非晶質的氧化物薄膜，然后對非晶質薄膜進行加熱處理(退火)而制得的晶體薄膜成為晶體配置的方向、晶體粒徑均勻的晶體質半導體薄膜。還發現：若將這樣的晶體質氧化物半導體薄膜用于薄膜晶體管的溝道層，則高電場效應遷移率、S值等的TFT特性得到大幅改善，從而完成本發明。

根據本發明，提供以下層疊結構、其制造方法、薄膜晶體管以及顯示裝置。

1、一種層疊結構，其特征在于，其為包含氧化物層和絕緣層的層疊結構，其中，

所述氧化物層的載流子濃度為10¹⁸/cm³以下，平均晶體粒徑為1μm以上，

所述氧化物層的晶體以柱狀配置在所述絕緣層的表面。

2、根據1所述的層疊結構，其特征在于，

構成所述氧化物層的材料為選自氧化銦、摻雜有Ga的氧化銦、摻雜有Al的氧化銦、摻雜有Zn的氧化銦、以及摻雜有Sn的氧化銦所組成的組中的材料。

3、根據2所述的層疊結構，其特征在于，

所述摻雜有Ga的氧化銦的原子比Ga/(Ga+In)為0.01～0.09。

4、根據2所述的層疊結構，其特征在于，

所述摻雜有Al的氧化銦的原子比Al/(Al+In)為0.01～0.05。

5、一種層疊結構的制造方法，其特征在于，是包含氧化物層和絕緣層的層疊結構的制造方法，所述層疊結構的制造方法具有如下工序：

(1)設置絕緣層的工序；

(2)在所述絕緣層上，按照在20×20μm²下的Rrms即均方根粗糙度＝1.0～5.3的范圍的方式成膜氧化物薄膜的工序；以及

(3)在150～500℃下對所得的薄膜進行加熱處理的工序。

6、根據5所述的層疊結構的制造方法，其特征在于，

在含有稀有氣體、和選自水、氧氣以及一氧化二氮中的一個以上的混合氣體的氣氛下進行所述氧化物層的成膜。

7、根據6所述的層疊結構的制造方法，其特征在于，

在至少含有水和稀有氣體的混合氣體的氣氛下進行所述氧化物層的成膜。

8、根據7所述的層疊結構的制造方法，其特征在于，