用于薄膜晶体管的半导体层的氧化物、薄膜晶体管以及显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于薄膜晶体管（Thin Film Transistor，下文称为TFT)的半导体层 的氧化物、薄膜晶体管以及显示装置。详细地，本发明涉及优选在显示装置（例如液晶显示 器或有机电致发光（EL)显示器）中使用的用于薄膜晶体管的半导体层的氧化物、包含所述 用于半导体层的氧化物的TFT以及包含所述TFT的显示装置。
【背景技术】
[0002] 非晶氧化物半导体比普通的非晶硅（a-Si)具有更高的电子迀移率，和较大的光 学能带隙，从而可在低温下实现成膜。因此，期待使用大尺寸、高分辨率和高速驱动所需的 新一代显示器，或者具有低耐热特性的树脂基板。
[0003] 在氧化物半导体中，由铟、锌、锡和氧构成的非晶氧化物（In - Zn - Sn - 0,下文称 为「ΙΖΤ0」）具有高载流子迀移率，因此可优选用于TFT的半导体层中。
[0004] 当使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅载流子浓度（迀移率） 高，而且降低半导体层的缺陷密度也很重要。
[0005] 例如，专利文献1公开了一种方法：为了降低由于氧化物半导体的不均匀组成所 造成的缺陷，并且改善氧化物半导体的传递特性，将由氧化物半导体制成的半导体暴露于 氢等离子体或氢自由基，然后将半导体气体暴露于水蒸气气氛中。
[0006] 【现有技术】
[0007] 【专利文献】
[0008] 日本专利特开公开号2011-171516
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的问题
[0010] 本发明提供了一种迀移率高且缺陷密度降低的用于薄膜晶体管的半导体层的氧 化物。本发明提供了一种包含用于该半导体层的氧化物的薄膜晶体管以及包含该薄膜晶体 管的显示装置。
[0011] 解决问题的技术手段
[0012] 根据本发明的用于薄膜晶体管的半导体的氧化物用作薄膜晶体管的半导体层的 氧化物，其中构成该氧化物的金属元素为In、Zn和Sn，当在薄膜晶体管的半导体层中沉积 氧化物时，氧分压不大于15体积％，并且氧化物的缺陷密度满足7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且 迀移率满足15cm2/Vs或更低。
[0013] 除了氧以外，当在氧化物中的全部金属元素中的各金属元素的含量（原子％ )分 别表示为[In]、[Zn]和[Sn]时，满足关系：1彡[In]，50彡[Zn]彡95,1彡[Sn]彡30。
[0014] 氧分压为40体积％或更低。
[0015] 还包括一种薄膜晶体管，其中在薄膜晶体管的半导体层中具有权利要求3的用于 半导体层的氧化物。
[0016] 此外，还包括一种显示装置，其中具有权利要求4的薄膜晶体管。
[0017] 发明效果
[0018] 根据本发明，提供了一种迀移率高且缺陷密度降低的用于薄膜晶体管的半导体层 的氧化物。通过使用本发明的包含用于半导体层的氧化物的薄膜晶体管，可获得具有高可 靠性的显示装置。
【附图说明】
[0019] 图1为说明本发明的薄膜晶体管的示意性截面图。
[0020] 图2为说明一个示例性实施方式中的用来通过ICTS法测量缺陷密度的金属绝缘 体半导体（Metal Insulator Semiconductor，MIS)结构元件的不意性截面图。
[0021] 图3为在一个示例性实施方式中，在ICTS测量中的当氧分压各自为4体积％、20 体积％和30体积％时测定反向电压和脉冲电压的电容（C) 一电压（V)曲线。
[0022] 图4为显示在一个示例性实施方式中，在成膜时将氧分压在4体积％至30体积％ 的范围内改变时的漏极电流-栅极电流特性（Id-Vg特性）的结果的图。
[0023] 图5为显示在一个示例性实施方式中的成膜时的氧分压与缺陷密度或迀移率之 间的关系的图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明提供了一种具有高迀移率和降低的缺陷密度的用于薄膜晶体管的半导体 层的氧化物，特别对构成该氧化物的金属元素 In、Zn和Sn的In - Zn - Sn - O(IZTO)进行 讨论。缺陷密度的测量使用等温电容瞬态谱（ICTS)法。
[0025] 如现有技术中，结果，仅测量TFT的漏极电流-栅极电流特性（Id-Vg特性）来计 算迀移率并不足够。详细地，乍看之下即使在TFT中Id-Vg特性相同，但如果通过ICTS法 测定的缺陷密度，则其大小可能会不同，并因此发现迀移率也会改变。即，除了控制迀移率 以外，还发现精确地掌握缺陷密度也是必不可少的。
[0026] 因此，广泛研究的结果发现，只要适当控制沉积ICTO时的氧分压，便可同时获得 高迀移率和低缺陷密度，并且完成本发明。
[0027] 这里，将简单描述用来测量缺陷密度的ICTS法。
[0028] ICTS法是一种电容瞬态谱法，并被认为是一种精确地测量半导体层中包含的杂 质原子或引起缺陷（例如界面陷阱、体陷阱）的定位电位的方法。电容瞬态谱法通过测量 C(t)的过量电容来获得定位电位的信息，因为耗尽层宽度对应于结电容（C)的时间变化 c(t)的倒数。过量电容的测量方法以及ICTS法包括深能级瞬态谱（Deep Level Transient Spectroscopy，DLTS)法。两者的测量原理相同，但是测量方法不同。DLTS法中，是使样品 温度变化的同时获得DLTS信号，与之相比，ICTS法则是在预定温度下调整施加脉冲来改变 释放时间常数，从而获得与DLTS信号相同的信息。迄今为止，还没有提出通过ICTS法来具 体测量用于半导体层的氧化物（例如ΙΖΤ0)的缺陷密度并且在降低缺陷密度的同时获得高 迀移率的技术。
[0029] 下文将详细描述本发明。
[0030] 如上所述，关于根据本发明的用于薄膜晶体管的半导体层的氧化物，构成所述氧 化物的金属元素由In、Zn和Sn组成，并且在薄膜晶体管的半导体层中沉积氧化物时的氧分 压为15% (体积）或更大。此外，本发明还具有以下特征：所述氧化物（IZTO)的缺陷密度 低至7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且迀移率满足非常高的水平，为15cm 2/Vs或更高。本发明中 以IZTO作为对象的情形下，对于该氧化物的特性，IZTO原本就具有很高的迀移率，然而，如 本发明中那样通过适当控制沉积IZTO时的氧分压而降低缺陷密度，可将该迀移率提高至 更高的水平。
[0031] 在氧化物中，除了氧以外，当全部金属元素中的各金属元素的含量（原子％ )分别 表示为[In]、[Zn]和[Sn]时，优选地满足：1彡[In]，50彡[Zn]彡95,1彡[Sn]彡30。
[0032] 将粗略地描述金属元素的作用。
[0033] 首先，In具有增加载流子从而提高迀移率的作用。[In]优选为1或更高，更优选 为5或更高，甚至更优选为10或更高。然而，如果In的含量增加，则载流子会变得过大，除 了导电以外，应力的稳定性也会劣化。[In]优选为30或更低，并且更优选为20或更低。
[0034] Sn具有改善氧化物半导体层的液体耐性（如湿蚀刻）的作用。从改善液体耐性的 观点看来，需要更多含量的Sn。优选为1或更高，更优选为10或更高，甚至更优选为至少 20。然而，当Sn的含量增加时，由于蚀刻加工性劣化，因此上限优选为30或更低，更优选为 27或更低，甚至更优选为25或更低。
[0035] Zn被认为有助于非晶结构的稳定化。此外，由于Zn有助于改善应力的稳定性，因 此优选更多含量的Zn。优选为50或更高，更优选为53或更高，甚至更优选为至少55。然 而，如果Zn的含量增加，由于氧化物半导体薄膜结晶化，或蚀刻时产生残渣，因此Zn的含量 优选为95或更低，更优选为80或更低，甚至更优选为不大于60。
[0036] 本发明的氧化物满足：缺陷密度为7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且迀移率为15cm 2/Vs 或更高。优选更低的缺陷密度，优选7. 0 X 1015cm 3或更低，更优选6. 5 X 10 15cm 3或更低。另 一方面，高迀移率是合