[发明专利]薄膜晶体管的半导体层用氧化物及溅射靶材，以及薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管的半导体层用氧化物及用于使上述氧化物成膜的溅射靶材，以及具备上述氧化物的薄膜晶体管，其中，所述薄膜晶体管用于液晶显示器、有机EL显示器等显示装置中。

背景技术

相比通用的无定形硅(a-Si)，因无定形(非晶质)氧化物半导体具有高载流子迁移率(也称之为场效应迁移率。以下，有简单称之为“迁移率”的情况。)，光学带隙大，可在低温下成膜，故期待着其在要求大型、高分辨率、高速驱动的下一代显示器、耐热性低的树脂基板等中的应用。

因在氧化物半导体之中也尤其是包含铟、镓、锌及氧的无定形氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，以下有称之为“IGZO”的情况。)具有非常高的载流子迁移率，故其被优选使用。例如在非专利文献1及2中，公开了将In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半导体薄膜用于薄膜晶体管(TFT)的半导体层(活性层)。此外，在专利文献1中，公开了含有In、Zn、Sn、Ga等元素和Mo，相对于无定形氧化物中的全部金属原子数，Mo的原子组成比率为0.1～5原子％的无定形氧化物，在实施例中，公开了使用在IGZO中添加了Mo活性层的TFT。

将氧化物半导体用作薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子浓度(迁移率)高，而且要求TFT的开关特性(晶体管特性，TFT特性)优异。具体地，要求：(1)通态电流(对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流)高，(2)断态电流(分别对栅电极施加负电压、对漏电极施加正电压时的漏电流)低，(3)S值(Subthreshold Swing，亚阈值摆幅，使漏电流进1位所必须的栅电压)低，(4)阈值(对漏电极施加正电压，对栅电极施加正或负的任意一种电压时漏电流开始流动的电压，也称之为阈值电压)不随时间变化，保持稳定(其意味着在基板面内均匀)，并且(5)迁移率(载流子迁移率，场效应迁移率)高等。

进而，要求使用了IGZO等的氧化物半导体层的TFT对施加电压、光照射等的应力的耐性(耐应力性)优异。例如，指出了对栅电极持续施加正电压或负电压时，或者持续照射开始光吸收的蓝色带时，阈值电压大幅变化(漂移)，由此，TFT的开关特性发生变化。特别是因阈值电压的漂移导致配备有TFT的液晶显示器、有机EL显示器等显示装置本身的可靠性降低，故殷切期望耐应力性的提高(应力施加前后的变化量少)。

例如将TFT用于有机EL显示器用途时，因发光元件为电流驱动方式，故要求栅电极耐受长时间施加正电压的正偏压的应力。若对栅电极长时间施加正偏压，则在TFT中的栅极绝缘膜与半导体层的界面上积蓄电子，发生成为上述可靠性降低的要因的阈值电压的漂移。

作为抑制由这样的正偏压的应力引起的阈值电压漂移的方法，在专利文献2中，公开了下述技术：将具有与绝缘体层相同性质的含氧化物的界面稳定化层设置在易产生缺陷的氧化物半导体与栅极绝缘膜的界面，而使绝缘体层层叠化。根据该方法，虽然对正偏压的耐应力性提高，但必须用2种材料使绝缘体层成膜，并且需要追加溅射靶材、成膜室等，导致成本的升高、产率的降低。

此外，作为通过周边工艺的协调使TFT的稳定性提高的方法，提出了使用不含氢的Al₂O₃等的膜作为栅极绝缘膜的方法。但是，即使是此方法，为了使Al₂O₃成膜，也仍需重新准备成膜室，无法避免成本的升高。

另一方面，在构成IGZO的金属(In、Ga、Zn)之中，就Ga而言，其带隙的增加作用优异，与氧的结合也强，但有使迁移率降低的作用。因此，相比IGZO，虽然不含Ga的In-Zn-O的氧化物半导体(IZO)可获得高迁移率，但易发生氧缺损，有着TFT特性易变得不稳定这样的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-164393号公报

专利文献2：日本特开2010-016347号公报

非专利文献

非专利文献1：固体物理，VOL44，P621(2009)

非专利文献2：Nature，VOL432，P488(2004)

发明内容

发明要解决的问题