[发明专利]氧化物半导体薄膜和薄膜晶体管

说明书

本发明提供一种结晶质氧化物半导体薄膜，在非晶质状态中蚀刻性优良，在结晶质状态中具有低载流子浓度和高载流子迁移率，适宜用作薄膜晶体管的沟道层材料，仅由方铁锰矿型结构的In₂O₃相构成。通过将氧化物烧结体作为靶来形成非晶质氧化物薄膜，对该非晶质氧化物薄膜通过利用光刻法技术进行蚀刻来进行微细加工，进行退火处理，所述氧化物烧结体由铟、镓、氧和不可避免的杂质构成，所述镓含量以Ga/(In+Ga)原子数比计处于0.09～0.45的范围，以方铁锰矿型结构的In₂O₃相作为主结晶相，在该主结晶相中微细地分散有β‑Ga₂O₃型结构的GaInO₃相或者β‑Ga₂O₃型结构的GaInO₃相和(Ga,In)₂O₃相。

本申请是申请日为2014年7月16日、申请号为201480040462.4、发明名称为“氧化物半导体薄膜和薄膜晶体管”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体薄膜和使用了该半导体薄膜的薄膜晶体管。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)是场效应晶体管(Field EffectTransistor：FET)的一种。TFT，是作为基本构成具有栅极端子、源极端子、以及漏极端子的三端子元件，是具有如下功能的有源元件：将基板上成膜的半导体薄膜作为电子或空穴迁移的沟道层使用，在栅极端子施加上电压而控制流动于沟道层的电流，从而开关源极端子和漏极端子之间的电流。目前，作为TFT的沟道层，广泛使用了多晶硅薄膜或非晶硅薄膜。

其中，非晶硅薄膜因为能在大面积的第十代玻璃基板上均匀地成膜，因此其可作为液晶面板用TFT的沟道层广泛得到使用。但是，作为载流子的电子的迁移率(载流子迁移率)低达1cm²V^-1sec^-1以下，难以适用于高精细面板用TFT。即，随着液晶的高清化，要求薄膜晶体管的高速驱动，为了实现这样的薄膜晶体管的高速驱动，需要在沟道层中使用显示比非晶硅薄膜的载流子迁移率1cm²V^-1sec^-1更高的载流子迁移率的半导体薄膜。

相对于此，多晶硅薄膜显示出100cm²V^-1sec^-1左右的高载流子迁移率，因此，可以说其具有可用于高精细面板用薄膜晶体管的沟道层材料的充分的特性。但是，多晶硅薄膜在晶界中载流子迁移率降低，因此缺乏基板的面内均匀性，从而存在薄膜晶体管的特性上产生偏差的问题。另外，多晶硅薄膜是通过在300℃以下的基板温度下形成非晶硅膜之后再对其进行退火处理使其结晶化而获得的，但此时需要以准分子激光退火等特殊的方法进行退火处理，存在不得已高成本化的问题。而且，可对应适用的玻璃基板的大小也停留于第五代程度，因此在成本降低方面有局限性，在产品拓展方面也受到了限制。因此，作为薄膜晶体管的沟道层的材料，目前需求一种兼备非晶硅薄膜和多晶硅薄膜的优良特性且能够以低成本获得的材料。

例如，在专利文献1中，有人提出一种采用气相成膜法成膜且由In、Ga、Zn和O的元素构成的透明非晶态氧化物半导体薄膜。该透明非晶态氧化物半导体薄膜，在结晶化时的组成是InGaO₃(ZnO)_m(m为低于6的自然数)，在不添加杂质离子的情况下可达到超过1cm²V^-1sec^-1的载流子迁移率以及1×10¹⁶cm^-3以下的载流子浓度。