包括含铟和锌的氧化物半导体材料的沟道的场效应晶体管的制作方法
【专利说明】
[0001] 本专利申请是国际申请日为2006年9月5日、申请号为200680033996.X、发明名 称为"包括含铟和锌的氧化物半导体材料的沟道的场效应晶体管"的发明专利申请的分案 申请，其在此全部引入作为参考。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种使用氧化物半导体的场效应晶体管。另外，本发明涉及一种使用 有机电致发光器件、无机电致发光器件或液晶器件并利用所述晶体管的显示设备。
【背景技术】
[0003] 在 "Nature"，Vol. 432, 25,November2004 (pp. 488-492)中描述了这样一种技术， 该技术涉及一种将包括In、Zn和Ga的氧化物半导体用于沟道的TFT(薄膜晶体管）。
[0004] "Nature"，Vol. 432, 25，November2004 (pp. 488-492)的文章描述了这样一种技 术，该技术将具有原子组成比率In:Ga:Zn=l.l: 1.1 : 0.9(原子比率）的非结晶 氧化物半导体用于TFT的沟道层。
[0005] 本发明的发明者通过溅射法形成在In、Ga和Zn之间具有基本相等的原子组成比 率的氧化物半导体膜，并确定该氧化物半导体膜可供TFT的沟道层使用。
[0006] 然后，为了实现优等的TFT器件，本发明的发明者详细地研宄了In-Ga-Zn-0半导 体的成分依赖性。
[0007] 结果，提出了本发明，在本发明中，可通过使Ga与In和Zn的组成比率小于传统的 原子组成比率来改进S值和场效应迀移率，S值和场效应迀移率中的每个为晶体管特性的 评估项之一。另外，在技术上公开了在时间稳定性和操作稳定性方面显示优良的TFT特性 的In-Ga-Zn原子组成比率。
【发明内容】
[0008] 根据本发明的第一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体材料构成 的沟道的场效应晶体管，在该晶体管中，通过InAln+Zn)表达的原子组成比率不少于35原 子％并且不多于55原子％，并且Ga不包括在所述氧化物半导体材料中，或者当Ga包括在 其中时，通过GaAln+Zn+Ga)表达的原子组成比率为30原子％或更低。
[0009] 此外，在所述场效应晶体管中，通过GaAln+Zn+Ga)表达的组成比率为15原子％ 或更低。
[0010] 此外，在所述场效应晶体管中，通过GaAln+Zn+Ga)表达的原子组成比率等于或 小于5原子％。
[0011] 此外，在所述场效应晶体管中，通过GaAln+Zn+Ga)表达的原子组成比率不少于5 原子％并且不多于15原子％。
[0012] 对于所述组成比率，优选地，通过InAln+Zn)表达的原子组成比率为40原子％或 更高，或者所述组成比率为50原子％或更低。
[0013] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的被a、f、i和k包围 的区中的成分。
[0014] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的被S、n、k和V包围 的区中的成分。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的被R、e、q和S包围 的区中的成分。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的线R-e上的成分。
[0017] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的被n、g、U和T包围 的区中的成分。
[0018] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的被Y、h、i和k包围 的区中的成分。
[0019] 根据本发明的另一方面，提供一种包括由包括In和Zn的氧化物半导体构成的沟 道的场效应晶体管，在该晶体管中，所述氧化物半导体具有图1中所示的关于In、Zn和Ga 的相图的被a、f、i和k包围的区中的成分，并且还包括添加到其的Sn。
[0020] 具体地讲，优选地，Sn与包括在所述氧化物半导体中的In、Zn、Ga和Sn之和的比 率为〇. 1原子％至20原子％。
[0021] 根据本发明的另一方面，提供一种将包括In和Zn的氧化物半导体用于沟道的晶 体管。所述氧化物半导体的通过InAln+Zn)表达的原子组成比率为大于或等于35原子％ 且小于或等于45原子％。
[0022] 根据本发明的另一方面，提供一种将包括In和Zn的氧化物半导体用于沟道的晶 体管。所述沟道层具有电阻率大于或等于lDcm且小于或等于lkDcm。
[0023] 根据本发明，可提供这样一种场效应晶体管，其包括场效应迀移率和S值的晶体 管特性优良，并且其可靠性高。
[0024] 从以下示例性实施例的描述（参考附图），本发明的进一步的特征将变得清楚。
【附图说明】
[0025] 图1是显示根据本发明的氧化物的解释性相图；
[0026] 图2显示根据本发明的晶体管的结构的示例；
[0027] 图3是显示在示例1中获得的结果的总结的相图；
[0028] 图4是显示在示例2中获得的结果的总结的相图；
[0029] 图5是显示基于在示例1至示例4中获得的结果的TFT的载体迀移率的总结的相 图；
[0030] 图6是显示在示例3中生成的In-Zn-0膜的In-Zn组成比率和电阻率之间的关系 的曲线图；
[0031] 图7A是显示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜的组成比率和载体迀移率 之间的关系的曲线图，图7B是显示所述组成比率和电流导通/截止比率之间的关系的曲线 图；
[0032] 图8A是显示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜的组成比率和阈值电压之 间的关系的曲线图，图8B是显示所述组成比率和亚阈值摆幅值（S值）之间的关系的曲线 图；
[0033] 图9是显示在示例3中生成的TFT器件的传输特性的曲线图；
[0034] 图10是显示根据本发明的氧化物的解释性相图；
[0035] 图11A和图11B显示根据本发明的薄膜晶体管的结构示例（即，截面图）；
[0036] 图12A和图12B显示根据本发明的薄膜晶体管的TFT特性的曲线图；
[0037] 图13A和图13B显示根据本发明的薄膜晶体管的滞后特性的曲线图；
[0038] 图14是显示In-Ga-Zn-0的非结晶氧化物膜的电子载体浓度和膜形成期间的氧分 压之间的关系的曲线图；
[0039] 图15A、图15B、图15C和图1?显示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜上 的膜形成期间的气氛中的氧流速及其TFT特性中的每个特性之间的关系的曲线图；
[0040] 图16是显示在示例3中获得的结果的总结的相图；
[0041] 图17是显示在示例4中获得的结果的总结的相图；
[0042] 图18是显示在示例1至示例4中获得的结果的总结的相图；
[0043] 图19是显示在示例3中生成的In-Zn-0膜的电阻率的时间变化的曲线图；