[发明专利]具有氧化物半导体薄膜层的层叠结构以及薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及具有氧化物半导体薄膜层的层叠结构以及使其用于沟道层的薄膜晶体管。

背景技术

电场效应型晶体管被广泛用作半导体存储器集成电路的单元电子元件、高频信号放大元件、液晶驱动用元件等，是目前被最多实用化的电子设备。

尤其，伴随近年来的显示装置的显著发展，不仅液晶显示装置(LCD)，甚至在电致发光显示装置(EL)、场发射显示器(FED)等各种显示装置中，作为对显示元件施加驱动电压而驱动显示装置的转换元件，也大多使用薄膜晶体管(TFT)。

近年来，作为比硅系半导体薄膜的稳定性更优异的物质，包含金属氧化物的透明半导体薄膜、特别是包含氧化锌晶体的透明半导体薄膜受到瞩目。

例如，在专利文献1、专利文献2等中公开了在高温下使氧化锌晶体化并构成薄膜晶体管的方法。另外，在获得薄膜晶体管的工序中，记载了如下实例：在使非晶质氧化物膜图案化后进行晶体化，从而实现高迁移率(专利文献3)。

另外，专利文献4中记载了如下内容：在使用In₂O₃的TFT中，期望的是，施加热处理的工序前的氧化铟为非晶质，在施加热处理的工序后为晶体。然而，专利文献4中记载的将In₂O₃晶体用于沟道层的薄膜晶体管为常导通状态，由于进行晶体化的工序而有可能导致载流子浓度的上升、迁移率的下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-86808号公报

专利文献2：日本特开2004-273614号公报

专利文献3：国际公开第2008/096768号小册子

专利文献4：日本特开2008-130814号公报

发明内容

本发明的目的在于提供氧化物薄膜的晶体配置的方向和粒径得到控制的、良好的氧化物薄膜。另外，本发明的目的在于，通过将上述氧化物薄膜用于TFT的沟道层，从而大幅改善TFT特性。

本发明人等发现：通过制作均匀的非晶质的氧化物薄膜，然后对非晶质薄膜进行加热处理(退火)而制得的晶体薄膜成为晶体配置的方向、晶体粒径均匀的晶体质半导体薄膜。还发现：若将这样的晶体质氧化物半导体薄膜用于薄膜晶体管的沟道层，则高电场效应迁移率、S值等的TFT特性得到大幅改善，从而完成本发明。

根据本发明，提供以下层叠结构、其制造方法、薄膜晶体管以及显示装置。

1、一种层叠结构，其特征在于，其为包含氧化物层和绝缘层的层叠结构，其中，

所述氧化物层的载流子浓度为10¹⁸/cm³以下，平均晶体粒径为1μm以上，

所述氧化物层的晶体以柱状配置在所述绝缘层的表面。

2、根据1所述的层叠结构，其特征在于，

构成所述氧化物层的材料为选自氧化铟、掺杂有Ga的氧化铟、掺杂有Al的氧化铟、掺杂有Zn的氧化铟、以及掺杂有Sn的氧化铟所组成的组中的材料。

3、根据2所述的层叠结构，其特征在于，

所述掺杂有Ga的氧化铟的原子比Ga/(Ga+In)为0.01～0.09。

4、根据2所述的层叠结构，其特征在于，

所述掺杂有Al的氧化铟的原子比Al/(Al+In)为0.01～0.05。

5、一种层叠结构的制造方法，其特征在于，是包含氧化物层和绝缘层的层叠结构的制造方法，所述层叠结构的制造方法具有如下工序：

(1)设置绝缘层的工序；

(2)在所述绝缘层上，的范围的方式成膜氧化物薄膜的工序；以及

(3)在150～500℃下对所得的薄膜进行加热处理的工序。

6、根据5所述的层叠结构的制造方法，其特征在于，

在含有稀有气体、和选自水、氧气以及一氧化二氮中的一个以上的混合气体的气氛下进行所述氧化物层的成膜。

7、根据6所述的层叠结构的制造方法，其特征在于，

在至少含有水和稀有气体的的混合气体的气氛下进行所述氧化物层的成膜。

8、根据7所述的层叠结构的制造方法，其特征在于，

所述气氛中所含的水的比例以分压比计为0.1％～25％。

9、根据5～8中任一项所述的层叠结构的制造方法，其特征在于，