[发明专利]氧化物半导体材料和其制造方法、电子装置和场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及发挥半导体活性层功能的氧化物半导体材料和其制造方法、以及使用该材料的场效应晶体管等电子装置。

背景技术

氧化物半导体材料被用作场效应晶体管等电子装置的材料。场效应晶体管可以列举薄膜晶体管(TFT)等，这些电子装置被用作液晶显示器或EL的驱动元件。现有的TFT中，在玻璃衬底上形成非晶质(无定形)或多晶Si层，在该Si层的两端设置源电极和漏电极，在Si层的中央或者背面侧设置门电极。作为可适用于这种电子装置的材料，尝试了数种材料。

在日本特开2003-298062号公报中，公开了在衬底上依次形成底膜、由ZnO形成的氧化物半导体膜、门绝缘膜和门电极而成的TFT。以ZnO作为材料的氧化物半导体膜可以降低晶体的形成温度。并且，在ZnO中，易于发生氧缺陷，产生大量载流子电子。

在日本特开2000-044236号公报中，公开了由Zn_xM_yIn_zO_{(x+3y/2+3z/2)}(M为Al或者Ga，x、y、z为适当的系数)形成的非晶质氧化物膜的电极材料，该非晶质氧化物膜的电子载流子浓度为1×10¹⁸/cm³以上，优选用作透明电极。即，可知在这种含有In的氧化物中，易于产生大量载流子电子，利用这点来形成导电性高的膜。

在日本特开2006-165532号公报中，公开了将电子载流子浓度小于1×10¹⁸/cm³的非晶质氧化物膜用于通道(半导体活性层)的TFT。具体来说，使用InGaO₃(ZnO)_m(m为适当的系数)作为非晶质氧化物膜。即，记载了下述要点：对于InGaO₃(ZnO)_m的情况，通过控制成膜时氧氛围的条件，可使电子载流子浓度小于1×10¹⁸/cm³。进一步地，公开了优选不有意识地添加杂质离子、在含有氧气的氛围中成膜这样的知识，更具体来说，公开了可以在氧分压小于6.5Pa的氛围中制作透明无定形氧化物薄膜，构成常闭型(normally-off)的晶体管。

在日本特表2006-528843号公报中，公开了具有由包含锌、锡和氧的三元化合物形成的通道层的半导体装置。

即，现有的电子装置中，作为例如TFT中的通道的氧化物半导体材料，已知有ZnO(日本特开2003-298062号公报)、InGaO₃(ZnO)_m(日本特开2006-165532号公报)、Zn_xSn_yO_z(日本特表2006-528843号公报)。另外，例如作为透明电极材料等的氧化物半导体材料，已知典型的材料有ITO(Indium Tin Oxide)，其他还有Zn_xM_yIn_zO_{(x+3y/2+3z/2)}(日本特开2000-044236号公报)、InGaO₃(ZnO)_m(日本特开2006-165532号公报)等含有In的氧化物半导体材料。

发明内容

但是，上述这些提案的氧化物半导体材料中，电子载流子浓度难以控制在低水平，与其说是半导体，不如说表现为导电体的特性，换句话说，现有的上述氧化物半导体材料中，难以降低导电率，因此偏压条件使其难以发挥具有导体和绝缘体这两种功能的半导体功能，从这一点来看，不能说是充分的，当将这种氧化物半导体材料用于例如场效应晶体管的通道(半导体活性层)时，难以得到其充分发挥通道功能的常闭型场效应晶体管。另外，在氧化物半导体材料中含有、使用过的In为稀有金属资源，因此要求开发一种不含有In的氧化物半导体材料。

本发明是鉴于这种问题而作出的发明，其目的在于提供能耐实用的氧化物半导体材料、使用该材料的场效应晶体管等电子装置、和氧化物半导体材料的制造方法。

本发明人为了解决上述课题，对氧化物半导体材料进行了研究，结果完成了本发明。

本发明提供以下(1)～(7)。

(1)氧化物半导体材料，其含有Zn、Sn和O，不含有In，并且电子载流子浓度大于1×10¹⁵/cm³且小于1×10¹⁸/cm³。