[发明专利]晶体氧化物薄膜、层叠体以及薄膜晶体管

说明书

本发明涉及一种晶体氧化物薄膜，其包含In元素、Ga元素以及Ln元素，In元素为主成分，Ln元素是从La、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu构成的组中选择的一种以上的元素，平均晶体粒径D₁为0.05μm以上、0.5μm以下。

技术领域

本发明涉及晶体氧化物薄膜、层叠体以及薄膜晶体管。

背景技术

无定形氧化物半导体的技术问题在于氧缺陷导致的电子载体不稳定。

对此，在专利文献1以及专利文献2中，主要使用包含In(铟)以及Ga(镓)的组成，将水(H₂O)加入溅射气体中进行成膜，由此可将晶体氧化物半导体材料用于沟道，制作了高迁移率且稳定的TFT。

在将水加入溅射气体中而进行成膜的情况下，与工艺装置相关的技术问题在于管道的腐蚀，与TFT特性相关的课题在于氢原子的影响所引起的阈值电压Vth的面内偏差以及可靠性变差。

对于这些技术问题，在专利文献3、专利文献4以及专利文献5中记载有如下内容：应用在In-Ga-O中加入了Ln(镧系元素)的组成，即便是在含氧(O₂)的成膜中，也可制作高迁移率且稳定的TFT。

在专利文献6中记载有TFT的特性。专利文献6所记载的TFT具有一种氧化物薄膜，该氧化物薄膜是使用包含含有铟、镓以及钐的氧化物烧结体的溅射靶成膜而得的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5373212号公报

专利文献2：日本特开2018-107316号公报

专利文献3：日本专利第6097458号公报

专利文献4：日本专利第6334598号公报

专利文献5：日本专利第6289693号公报

专利文献6：国际公开第2018/043323号

发明内容

发明要解决的技术问题

近年来，TFT元件存在逐渐小型化的倾向，小型TFT中的特性变得较为重要。这里的小型TFT是指沟道长度L为50μm以下的TFT。

若将专利文献1～3以及专利文献5所记载的氧化物薄膜、及专利文献4所记载的一部分氧化物薄膜应用于小型TFT，则存在陷阱限制传导区域特性恶化的技术问题。陷阱限制传导区域特性定义为栅极施加电压Vg在低电压区域中作为氧化物半导体的主要的传导特性的、陷阱限制传导所贡献的迁移率。若TFT的尺寸变小，则存在陷阱限制传导区域特性降低的倾向。

在专利文献6中，记载有通过金属掩模将电极图案化而得的沟道长度L超过50μm的TFT。在专利文献6所记载的TFT中，虽然可得到良好的TFT特性，但未能得到小型TFT中的陷阱限制传导区域特性。

本发明的目的在于提供一种即使在小型TFT中也示出良好的迁移率的晶体氧化物薄膜、具有该晶体氧化物薄膜的层叠体、以及具有该晶体氧化物薄膜的薄膜晶体管。

用于解决上述技术问题的方案

[1]一种晶体氧化物薄膜，其包含In元素、Ga元素以及Ln元素，In元素为主成分，Ln元素是从La、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb以及Lu构成的组中选择的一种以上的元素，平均晶体粒径D₁为0.05μm以上、0.5μm以下。

[2]如[1]所述的晶体氧化物薄膜，所述晶体氧化物薄膜的薄膜表面与薄膜中的晶体晶界所成的平均晶界角度θ为70°以上、110°以下。