包括含銦和鋅的氧化物半導體材料的溝道的場效應晶體管的制作方法
【專利說明】
[0001] 本專利申請是國際申請日為2006年9月5日、申請號為200680033996.X、發明名 稱為"包括含銦和鋅的氧化物半導體材料的溝道的場效應晶體管"的發明專利申請的分案 申請，其在此全部引入作為參考。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種使用氧化物半導體的場效應晶體管。另外，本發明涉及一種使用 有機電致發光器件、無機電致發光器件或液晶器件并利用所述晶體管的顯示設備。
【背景技術】
[0003] 在 "Nature"，Vol. 432, 25,November2004 (pp. 488-492)中描述了這樣一種技術， 該技術涉及一種將包括In、Zn和Ga的氧化物半導體用于溝道的TFT(薄膜晶體管）。
[0004] "Nature"，Vol. 432, 25，November2004 (pp. 488-492)的文章描述了這樣一種技 術，該技術將具有原子組成比率In:Ga:Zn=l.l: 1.1 : 0.9(原子比率）的非結晶 氧化物半導體用于TFT的溝道層。
[0005] 本發明的發明者通過濺射法形成在In、Ga和Zn之間具有基本相等的原子組成比 率的氧化物半導體膜，并確定該氧化物半導體膜可供TFT的溝道層使用。
[0006] 然后，為了實現優等的TFT器件，本發明的發明者詳細地研宄了In-Ga-Zn-0半導 體的成分依賴性。
[0007] 結果，提出了本發明，在本發明中，可通過使Ga與In和Zn的組成比率小于傳統的 原子組成比率來改進S值和場效應迀移率，S值和場效應迀移率中的每個為晶體管特性的 評估項之一。另外，在技術上公開了在時間穩定性和操作穩定性方面顯示優良的TFT特性 的In-Ga-Zn原子組成比率。
【發明內容】
[0008] 根據本發明的第一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體材料構成 的溝道的場效應晶體管，在該晶體管中，通過InAln+Zn)表達的原子組成比率不少于35原 子％并且不多于55原子％，并且Ga不包括在所述氧化物半導體材料中，或者當Ga包括在 其中時，通過GaAln+Zn+Ga)表達的原子組成比率為30原子％或更低。
[0009] 此外，在所述場效應晶體管中，通過GaAln+Zn+Ga)表達的組成比率為15原子％ 或更低。
[0010] 此外，在所述場效應晶體管中，通過GaAln+Zn+Ga)表達的原子組成比率等于或 小于5原子％。
[0011] 此外，在所述場效應晶體管中，通過GaAln+Zn+Ga)表達的原子組成比率不少于5 原子％并且不多于15原子％。
[0012] 對于所述組成比率，優選地，通過InAln+Zn)表達的原子組成比率為40原子％或 更高，或者所述組成比率為50原子％或更低。
[0013] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的被a、f、i和k包圍 的區中的成分。
[0014] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的被S、n、k和V包圍 的區中的成分。
[0015] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的被R、e、q和S包圍 的區中的成分。
[0016] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的線R-e上的成分。
[0017] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的被n、g、U和T包圍 的區中的成分。
[0018] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的被Y、h、i和k包圍 的區中的成分。
[0019] 根據本發明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導體構成的溝 道的場效應晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導體具有圖1中所示的關于In、Zn和Ga 的相圖的被a、f、i和k包圍的區中的成分，并且還包括添加到其的Sn。
[0020] 具體地講，優選地，Sn與包括在所述氧化物半導體中的In、Zn、Ga和Sn之和的比 率為〇. 1原子％至20原子％。
[0021] 根據本發明的另一方面，提供一種將包括In和Zn的氧化物半導體用于溝道的晶 體管。所述氧化物半導體的通過InAln+Zn)表達的原子組成比率為大于或等于35原子％ 且小于或等于45原子％。
[0022] 根據本發明的另一方面，提供一種將包括In和Zn的氧化物半導體用于溝道的晶 體管。所述溝道層具有電阻率大于或等于lDcm且小于或等于lkDcm。
[0023] 根據本發明，可提供這樣一種場效應晶體管，其包括場效應迀移率和S值的晶體 管特性優良，并且其可靠性高。
[0024] 從以下示例性實施例的描述（參考附圖），本發明的進一步的特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0025] 圖1是顯示根據本發明的氧化物的解釋性相圖；
[0026] 圖2顯示根據本發明的晶體管的結構的示例；
[0027] 圖3是顯示在示例1中獲得的結果的總結的相圖；
[0028] 圖4是顯示在示例2中獲得的結果的總結的相圖；
[0029] 圖5是顯示基于在示例1至示例4中獲得的結果的TFT的載體迀移率的總結的相 圖；
[0030] 圖6是顯示在示例3中生成的In-Zn-0膜的In-Zn組成比率和電阻率之間的關系 的曲線圖；
[0031] 圖7A是顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜的組成比率和載體迀移率 之間的關系的曲線圖，圖7B是顯示所述組成比率和電流導通/截止比率之間的關系的曲線 圖；
[0032] 圖8A是顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜的組成比率和閾值電壓之 間的關系的曲線圖，圖8B是顯示所述組成比率和亞閾值擺幅值（S值）之間的關系的曲線 圖；
[0033] 圖9是顯示在示例3中生成的TFT器件的傳輸特性的曲線圖；
[0034] 圖10是顯示根據本發明的氧化物的解釋性相圖；
[0035] 圖11A和圖11B顯示根據本發明的薄膜晶體管的結構示例（即，截面圖）；
[0036] 圖12A和圖12B顯示根據本發明的薄膜晶體管的TFT特性的曲線圖；
[0037] 圖13A和圖13B顯示根據本發明的薄膜晶體管的滯后特性的曲線圖；
[0038] 圖14是顯示In-Ga-Zn-0的非結晶氧化物膜的電子載體濃度和膜形成期間的氧分 壓之間的關系的曲線圖；
[0039] 圖15A、圖15B、圖15C和圖1?顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-0膜上 的膜形成期間的氣氛中的氧流速及其TFT特性中的每個特性之間的關系的曲線圖；
[0040] 圖16是顯示在示例3中獲得的結果的總結的相圖；
[0041] 圖17是顯示在示例4中獲得的結果的總結的相圖；
[0042] 圖18是顯示在示例1至示例4中獲得的結果的總結的相圖；
[0043] 圖19是顯示在示例3中生成的In-Zn-0膜的電阻率的時間變化的曲線圖；