專利名稱：：包括含銦和鋅的氧化物半導(dǎo)體材料的溝道的場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種使用氧化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管。另外，本發(fā)明涉及一種使用有機(jī)電致發(fā)光器件、無機(jī)電致發(fā)光器件或液晶器件并利用所述晶體管的顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
：在"Nature"，Vol.432，25，November2004(pp.488-492)中描述了這樣一種技術(shù)，該技術(shù)涉及一種將包括In、Zn和Ga的氧化物半導(dǎo)體用于溝道的TFT(薄膜晶體管)。"Nature",Vol.432，25，November2004(pp.488-492)的文章描述了這樣一種技術(shù)，該技術(shù)將具有原子組成比率In:Ga:Zn-l.l:l.1:0.9(原子比率)的非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體用于TFT的溝道層。本發(fā)明的發(fā)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(dǎo)體膜，并確定該氧化物半導(dǎo)體膜可供TFT的溝道層使用。然后，為了實現(xiàn)優(yōu)等的TFT器件，本發(fā)明的發(fā)明者詳細(xì)地研究了In-Ga-Zn-O半導(dǎo)體的成分依賴性。結(jié)果，提出了本發(fā)明，在本發(fā)明中，可通過使Ga與In和Zn的組成比率小于傳統(tǒng)的原子組成比率來改進(jìn)S值和場效應(yīng)遷移率，S值和場效應(yīng)遷移率中的每個為晶體管特性的評估項之一。另外，在技術(shù)上公開了在時間穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性方面顯示優(yōu)良的TFT特性的In-Ga-Zn原子組成比率。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，通過In/(In+Zn)表達(dá)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(dǎo)體材料中，或者當(dāng)Ga包括在其中時，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率為30原子％或更低。此外，在所述場效應(yīng)晶體管中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的組成比率為15原子％或更低。此外，在所述場效應(yīng)晶體管中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率等于或小于5原子％。此外，在所述場效應(yīng)晶體管中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率不少于5原子％并且不多于15原子％。對于所述組成比率，優(yōu)選地，通過In/(In+Zn)表達(dá)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。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表1中所示的被a、f、i和k包圍的區(qū)中的成分。^f艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表l中所示的被S、n、k和V包圍的區(qū)中的成分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表l中所示的被R、e、q和S包圍的區(qū)中的成分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表l中所示的線R-e上的成分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表1中所示的^皮n、g、U和T包圍的區(qū)中的成分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表l中所示的被Y、h、i和k包圍的區(qū)中的成分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，在該晶體管中，所述氧化物半導(dǎo)體具有下面表l中所示的關(guān)于In、Zn和Ga的相圖的^皮a、f、i和k包圍的區(qū)中的成分，并且還包括添加到其的Sn。具體地講，優(yōu)選地，Sn與包括在所述氧化物半導(dǎo)體中的In、Zn、Ga和Sn之和的比率為0.1原子％至20原子％。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種將包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體用于溝道的晶體管。所述氧化物半導(dǎo)體的通過In/(In+Zn)表達(dá)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％。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種將包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體用于溝道的晶體管。所述溝道層具有電阻率大于或等于lQcm且小于或等于lkncm。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根據(jù)本發(fā)明，可提供這樣一種場效應(yīng)晶體管，其包括場效應(yīng)遷移率和s值的晶體管特性優(yōu)良，并且其可靠性高。從以下示例性實施例的描述(參考附圖)，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清楚。圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明的氧化物的解釋性相圖；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的晶體管的結(jié)構(gòu)的示例；圖3是顯示在示例1中獲得的結(jié)果的總結(jié)的相圖；圖4是顯示在示例2中獲得的結(jié)果的總結(jié)的相圖；圖5是顯示基于在示例1至示例4中獲得的結(jié)果的TFT的載體遷移率的總結(jié)的相圖；圖6是顯示在示例3中生成的In-Zn-O膜的In-Zn組成比率和電阻率之間的關(guān)系的曲線圖；圖7A是顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-O膜的組成比率和載體遷移率之間的關(guān)系的曲線圖，圖7B是顯示所述組成比率和電流導(dǎo)通/截止比率之間的關(guān)系的曲線圖；圖8A是顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-O膜的組成比率和閾值電壓之間的關(guān)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(guān)系的曲線圖；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；圖IO是顯示根據(jù)本發(fā)明的氧化物的解釋性相圖；圖IIA和圖IIB顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示例(即，截面圖)；圖12A和圖12B顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的TFT特性的曲線圖；圖13A和圖13B顯示根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的滯后特性的曲線圖；圖14是顯示In-Ga-Zn-O的非結(jié)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(guān)系的曲線圖；圖15A、圖15B、圖15C和圖15D顯示在示例3中生成的TFT器件的In-Zn-O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(guān)系的曲線圖；圖16是顯示在示例3中獲得的結(jié)果的總結(jié)的相圖；圖17是顯示在示例4中獲得的結(jié)果的總結(jié)的相圖；圖18是顯示在示例1至示例4中獲得的結(jié)果的總結(jié)的相圖；圖19是顯示在示例3中生成的In-Zn-O膜的電阻率的時間變化的曲線圖；圖20是顯示在示例3中生成的薄膜晶體管的TFT特性的時間變化的曲線圖；圖21是顯示在示例4中生成的In-Ga-Zn-O膜的電阻率的時間變化的曲線圖；圖22是顯示在示例4中生成的薄膜晶體管的TFT特性的時間變化的曲線圖；圖23是顯示在示例4中生成的In-Ga-Zn-O膜的電阻率的時間變化的曲線圖；圖24A、圖24B和圖24C顯示在示例1中生成的薄膜晶體管在施加DC偏壓應(yīng)力(stress)之前獲得的TFT特性和在施加DC偏壓應(yīng)力之后獲得的TFT特性的曲線圖；和圖25顯示在示例3中生成的薄膜晶體管在施加DC偏壓應(yīng)力之前獲得的TFT特性和在施加DC偏壓應(yīng)力之后獲得的TFT特性的曲線圖。具體實施方式(第一實施例)首先，將描述作為晶體管操作特性的評估項之一的S值。圖12A和圖12B顯示根據(jù)本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管的典型特性。當(dāng)在源極和漏極之間施加大約5V-20V的電壓Vd時，在OV和5V-20V之間切換將施加的柵電壓Vg可控制在源極和漏極之間流動的電流Id(即，導(dǎo)通/截止操作)。圖12A顯示改變Vg時Id-Vd特性的示例，圖12B顯示在Vd-6V時Id-Vg特性(即，傳輸特性)的示例。存在晶體管特性的各評估項。例如，存在場效應(yīng)遷移率H、閾值電壓(Vth)、導(dǎo)通/截止比率、s值等。可從線性區(qū)中的特性或飽和區(qū)中的特性獲得場效應(yīng)遷移率。例如，存在這樣一種方法，該方法基于傳輸特性的結(jié)果創(chuàng)建Vid-vg曲線圖，并從該曲線圖的梯度推出場效應(yīng)遷移率。在本說明書中，除非以其它的方式說明，否則通過使用這種方法對場效應(yīng)遷移率進(jìn)行評估。幾種方法用于獲得閾值。例如，存在從々Id-Vg曲線圖的x截距推出閾值電壓Vth的方法。可基于傳輸特性中的最大Id值和最小Id值之間的比率獲得導(dǎo)通/截止比率。可從基于傳輸特性的結(jié)果創(chuàng)建的Log(Id)-Vd曲線圖的梯度的倒數(shù)推出S值。S值的單位為V/decade，S值為小值是優(yōu)選的。(溝道層的模式1:In-Ga-Zn-O系統(tǒng))首先，將描述在In-Ga-Zn-O材料用于有源層的情況下的優(yōu)選成分范圍。稍后將在示例1至示例4中詳細(xì)描述制造和評估方法。通過使用組合技術(shù)，在單個基底上形成大量包括其成分彼此不同的有源層的器件。然后，對形成的器件進(jìn)行評估。根據(jù)這樣的方法，可確定晶體管特性對有源層的成分的依賴性。每個場效應(yīng)晶體管(FET)的結(jié)構(gòu)為如圖2所示的底柵頂部接觸的類型，在該類型中，分別地，n+-Si和Si02用于柵極和柵絕緣層，Au/Ti用于源極和漏極。溝道寬度和溝道長度分別為150nm和10jim。用于FET評估的源漏電壓為6V。在TFT特性評估中，基于々Id(Id:漏電流)相對于柵電壓(Vg)的梯度獲得電子遷移率，基于最大Id值和最小Id值之間的比率獲得電流導(dǎo)通/截止比率。將在々Id與Vg的繪圖中Vg軸上的截距取作閾值電壓。將dVg/d(logld)的最小值取作S值(即，使電流增加一個量級的幅值所需的電壓值)。為了對操作穩(wěn)定性進(jìn)行評估，對TFT進(jìn)行應(yīng)力測試。在400秒內(nèi)，將12V的DC電壓應(yīng)力施加到柵極，將12V的DC電壓應(yīng)力施加在源極和漏極之間。對TFT特性的變化進(jìn)行評估以對DC偏壓應(yīng)力抵抗性(即，操作穩(wěn)定性)進(jìn)行評估。對DC偏壓應(yīng)力之前和之后之間的閾值電壓的差(即，閾值漂移)進(jìn)行評估。作為參考器件，包括由In:Ga:Zn=l:l:l的氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的有源層的薄膜晶體管被生成，對其晶體管特性進(jìn)行評估。結(jié)果，S值大約為1.2(V/decade)。另外，場效應(yīng)遷移率大約為5cm2/Vs,由DC偏壓應(yīng)力引起的閾值漂移大約為2.7V。接下來，生成包括具有各種Ga組成比率的有源層的薄膜晶體管，并將它們進(jìn)行相互比較。使用通過Ga/(In+Ga+Zn)表達(dá)的Ga原子組成比率為30原子％的氧化物半導(dǎo)體材料，并對晶體管特性進(jìn)行評估。結(jié)果，場效應(yīng)遷移率超過7cmVVs。當(dāng)使用Ga組成比率為15原子％的氧化物材料時，場效應(yīng)遷移率超過12cm"/Vs。也就是說，當(dāng)Ga組成比率減少時，可實現(xiàn)具有大的場效應(yīng)遷移率的薄膜晶體管。當(dāng)通過Ga/(In+Ga+Zn)表達(dá)的Ga原子組成比率為30原子％時，S值顯示大約為1.2(V/decade)。當(dāng)Ga組成比率為15原子％時，S值顯示1(V/decade)。也就是說，當(dāng)Ga組成比率減少時，可實現(xiàn)具有小的S值的薄膜晶體管。當(dāng)通過Ga/(In+Ga+Zn)表達(dá)的Ga原子組成比率為30原子％時，由DC偏壓應(yīng)力引起的閾值漂移大約為2.6V。當(dāng)Ga組成比率為15原子％時，閾值漂移等于或小于1V。也就是說，當(dāng)Ga組成比率減少時，可實現(xiàn)在DC偏壓應(yīng)力下具有小的閾值漂移的薄膜晶體管。接下來，將描述In和Zn的優(yōu)選組成比率。在圖1中所示的相圖中，在不包括Ga的情況下b點(diǎn)到e點(diǎn)范圍內(nèi)的S值的變化如下。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>In/(In+Zn)=20原子％的事實是指In原子組成比率為0.2，也就是說，In:Zn-0.2:0.8。雖然顯示W(wǎng)點(diǎn)處的S值大約為0.2，但是如稍后在示例中所描述的，實際值為0.16。由于不執(zhí)行晶體管操作，所以不能對b點(diǎn)和e點(diǎn)處的S值進(jìn)行評估。從上述結(jié)果明顯看出，當(dāng)將組成比率控制在W點(diǎn)附近和c點(diǎn)附近之間時，可實現(xiàn)極低的S值。還可從此看出，當(dāng)通過In/(In+Zn)表達(dá)的In組成比率變?yōu)?5%或更高時，S值明顯降低。除此之外，當(dāng)所述組成比率變?yōu)?5原子％或更低時，S值明顯降低。也就是說，當(dāng)將通過In/(In+Zn)表達(dá)的In原子組成比率設(shè)置為不少于35原子％并且不多于55原子％時，可獲得具有極小的S值的氧化物半導(dǎo)體。更優(yōu)選地，上述范圍為40原子％至50原子％的范圍。在包括10原子。/。Ga的氧化物半導(dǎo)體的情況下，以相同的方式獲得m點(diǎn)、S點(diǎn)、n點(diǎn)和p點(diǎn)處的S值。在m點(diǎn)的情況下，不執(zhí)行TFT操作。S點(diǎn)和n點(diǎn)中的每個點(diǎn)處的S值為0.7，p點(diǎn)處的S值為0.8。因此，為了獲得具有小的S值的薄膜晶體管，優(yōu)選地，包括在氧化物半導(dǎo)體中的Ga的量小。具體地講，理想情況是，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的Ga原子組成比率為0.30或更低(即，30原子%或更低)，優(yōu)選地，為0，15或更低(即，15原子％或更低)，更優(yōu)選地，為0.05或更低(即，5原子％或更低)。W點(diǎn)和c點(diǎn)處的場效應(yīng)遷移率超過15(cmVVs)。由DC偏壓應(yīng)力引起的閾值漂移大約為0.7V。因此，發(fā)現(xiàn)獲得優(yōu)選的應(yīng)力抵抗性。以上描述了由于Ga的量的減少而引起的好的影響。還存在由于Ga的量的增加而引起的好的影響。以下將對這些進(jìn)行描述。如上所述，當(dāng)Ga為0原子％時，顯現(xiàn)晶體管操作的通過In/(In+Zn)表達(dá)的比率的范圍在30原子％至60原子％內(nèi)。當(dāng)Ga的量增加以使通過Ga/(In+Ga+Zn)表達(dá)的Ga原子組成比率為15原子％時，在通過In/(In+Ga+Zn)表達(dá)的In原子組成比率的成分范圍22.5原子％或更高且57.5原子％或更低中顯現(xiàn)晶體管操作。當(dāng)Ga的量增加以使通過Ga/(In+Ga+Zn)表達(dá)的Ga原子組成比率為30原子％時，在通過In/(In+Ga+Zn)表達(dá)的In原子組成比率的成分范圍10原子％或更高且60原子％或更低中顯現(xiàn)晶體管操作(開關(guān)操作)。當(dāng)通過In/(In+Ga+Zn)表達(dá)的In原子組成比率的范圍為10原子％或更低時，不能通過正的柵偏壓來提高電流(Id)。另外，當(dāng)In組成比率的范圍為60原子％或更高時，相對大的電流流過，即使通過負(fù)的柵偏壓，也不能使該電流降低。在這些In組成比率下，不能獲得105或更高的電流導(dǎo)通/截止比率。因此，隨著Ga組成比率增加，存在這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，組成比率In:Zn的成分設(shè)計范圍(即，可用于晶體管的成分范圍)變寬。從環(huán)境穩(wěn)定性的角度來講，Ga的量大是優(yōu)選的。在Ga為0原子％的W點(diǎn)和c點(diǎn)中的每個點(diǎn)處，對留在所述氣氛中的氧化物半導(dǎo)體的電阻率的時間穩(wěn)定性進(jìn)行評估。結(jié)果，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體的初始電阻率低(即，少于100ftcm)時，很難觀察到電阻率的變化。與此相反，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體的初始電阻率高時，觀察到電阻率的時間減小的趨勢。初始電阻率表示在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后立即測量的電阻率的值。可基于包括膜形成期間的氧分壓的膜形成條件對氧化物半導(dǎo)體的初始電阻率進(jìn)行控制。接下來，以相同的方式在S點(diǎn)和n點(diǎn)中的每個點(diǎn)處對包括10原子。/。Ga的氧化物半導(dǎo)體的電阻率的時間穩(wěn)定性進(jìn)行評估。結(jié)果，即使當(dāng)氧化物半導(dǎo)體的初始電阻率高時，電阻率在時間上也是穩(wěn)定的。此外，當(dāng)將以上氧化物半導(dǎo)體應(yīng)用于TFT時，幾乎沒有晶體管特性的時間變化，所述晶體管特性諸如閾值電壓和截止電流。作為本發(fā)明的發(fā)明者的集中研究的結(jié)果，顯現(xiàn)這樣的趨勢，即，當(dāng)將具有高電阻率的氧化物半導(dǎo)體應(yīng)用于溝道層時，實現(xiàn)所謂的"正常截止特性"。"正常截止特性，，是指當(dāng)沒有施加?xùn)烹妷簳r，閾值電壓為正，并且沒有電流流過(晶體管為截止?fàn)顟B(tài))。從這個觀點(diǎn)來看，由于可實現(xiàn)這樣的薄膜晶體管，在該晶體管中，閾值電壓的時間變化和截止電流小，所以優(yōu)選使用其電阻率的時間變化小的氧化物半導(dǎo)體。因而，為了獲得具有相對高的閾值并且在時間穩(wěn)定性方面優(yōu)良的氧化物半導(dǎo)體，需要將一定量的Ga包括在氧化物半導(dǎo)體中。具體地講，理想情況是，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的Ga原子組成比率為5原子％或更高。以下，將使用圖18對上述優(yōu)選的成分范圍進(jìn)行總結(jié)。指出，圖18的三元相圖顯示包括在In-Ga-Zn-O氧化物半導(dǎo)體中的In、Ga和Zn之間的比率(即，原子百分比)。不考慮氧的量。在該圖中，沒有描述氧的量。例如，當(dāng)假設(shè)In為三價、Ga為三價、Zn為二價時，其附近的化學(xué)計量和成分被提及。如稍后所述，可基于，例如，膜形成期間的氧壓力對源于化學(xué)計量的偏差數(shù)(即，氧缺陷的數(shù)量)進(jìn)行控制。在三元相圖中，例如，點(diǎn)(1)指示Zn與包括在氧化物半導(dǎo)體中的Zn和In之和的比率為65原子％,In與Zn和In之和的比率為35原子％。以下顯示每個點(diǎn)處的組成比率(原子％)。點(diǎn)(l)In:Ga:Zn=35:0:65點(diǎn)(2)In:Ga:Zn=55:0:45點(diǎn)(3)工n:Ga:Zn=30.8:5:64.2點(diǎn)(4)InZn=55.8:5::39.2點(diǎn)(5)In::Zn=22*5:15:62.5點(diǎn)(6)In:G3:Zn=57,515:27.5點(diǎn)(7)工n:G3:Zn=10:30:60點(diǎn)(8)In:Gs:Zn=60:30:10當(dāng)如下In-Ga-Zn-O薄膜被用作溝道層時，可提供具有比傳統(tǒng)的晶體管(In:Ga:Zn=l:l:l)的場效應(yīng)遷移率高的場效應(yīng)遷移率的晶體管，所述In-Ga-Zn-O薄膜具有圖18中所示的相圖上的由用于連接點(diǎn)(1)、(2)、(8)和(7)的線包圍的成分區(qū)中的成分。此外，當(dāng)如下In-Ga-Zn-O薄膜被特別用作溝道層時，與傳統(tǒng)的晶體管相比，可提供具有優(yōu)良的晶體管特性和優(yōu)選的DC偏壓應(yīng)力阻抗的晶體管，所述In-Ga-Zn-O薄膜具有圖18中所示的相圖上的如下成分區(qū)中的成分，該成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)，并被用于連接點(diǎn)(1)、(2)、(6)和(5)的線包圍。此外，當(dāng)如下In-Ga-Zn-O薄膜被特別用作溝道層時，與傳統(tǒng)的晶體管相比，可提供具有優(yōu)良的晶體管特性和極小的S值的晶體管，所述In-Ga-Zn-O薄膜具有圖18中所示的相圖上的如下成分區(qū)中的成分，該成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)，并被用于連接點(diǎn)(1)、(2)、(4)和(3)的線包圍。此外，當(dāng)如下In-Ga-Zn-O薄膜被特別用作溝道層時，可提供具有優(yōu)于傳統(tǒng)的晶體管的優(yōu)良的晶體管特性和時間穩(wěn)定性的晶體管，所述In-Ga-Zn-O薄膜具有圖18中所示的相圖上的這樣的成分區(qū)中的成分，該成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)，并被用于連接點(diǎn)(3)、(4)、(6)和(5)的線包圍。(場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu))將描述可用于本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)。指出，以上描述的S值等為在使用圖2所示的結(jié)構(gòu)的情況下通過測量而獲得的結(jié)果，并且分別將溝道長度L和溝道寬度Wi殳置為10nm和150nm。圖2顯示底柵類型的晶體管的示例。在圖2中，標(biāo)號21表示基底(還用作柵極的11+"^基底)，"22，，表示柵絕緣層(Si02)，"25"表示溝道(氧化物半導(dǎo)體)。標(biāo)號24和27表示第一電極(由例如Ti構(gòu)成)，23和26表示第二電極(由Au構(gòu)成)。指出，Ni可代替Ti用于第一電極。上述實施例中的氧化物半導(dǎo)體(溝道)的厚度的范圍為10nm-200nm,優(yōu)選地為20nm-100nm。更優(yōu)選地，所述厚度的范圍為30畫-70謂。優(yōu)選地，使用諸如濺射法(SP法)的汽相淀積法、脈沖激光淀積法(PLD法)、電子束淀積法、原子層淀積法作為形成膜的方法。在汽相淀積法中，從高生成率的角度來講，SP法是合適的。然而，膜形成方法不限于這些方法?？墒鼓ば纬善陂g的基底的溫度基本保持在室溫，而無需特意加熱基底。為了在將非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體用于其溝道層的薄膜晶體管中獲得優(yōu)選的TFT特性，執(zhí)行以下步驟。也就是說，優(yōu)選地，將具有導(dǎo)電率10S/cm或更低且0.0001S/cm或更高的半絕緣非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜應(yīng)用于溝道層。雖然載體濃度取決于溝道層的材料成分，但是這些非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜具有約為10"/cm3-1018/cm3的電子載體濃度。當(dāng)導(dǎo)電率為10S/cm或更高時，不能生成正常截止的晶體管，并且不能獲得大的導(dǎo)通/截止比率。在極端的情況下，即使當(dāng)施加?xùn)烹妷簳r，在源極和漏極之間流動的電流不切換導(dǎo)通/截止，因此沒有顯現(xiàn)晶體管操作。另一方面，在絕緣體的情況下，也就是說，在導(dǎo)電率為0.0001S/cm或更低的情況下，不能獲得大的導(dǎo)通電流。在極端的情況下，即使當(dāng)施加?xùn)烹妷簳r，在源極和漏極之間流動的電流也不切換導(dǎo)通/截止，因此沒有顯現(xiàn)晶體管操作。膜形成期間的氧分壓控制氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電率及其電子載體濃度。也就是說，主要通過控制氧分壓來控制氧化物半導(dǎo)體膜中的氧缺陷的數(shù)量，從而控制電子栽體濃度。圖14是顯示在通過濺射法形成In-Ga-Zn-O氧化物半導(dǎo)體薄膜的情況下載體濃度對氧分壓的依賴性的示例的曲線圖。當(dāng)以高精度控制氧分壓時，可獲得半絕緣膜，該膜是具有約為10"/cm3-1018/cm3的電子載體濃度的半絕緣非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜。然后，當(dāng)將這樣的薄膜應(yīng)用于溝道層時，可生成優(yōu)選的TFT。如圖14所示，典型地，在氧分壓大約為0.005Pa時執(zhí)行膜形成，并且可獲得半絕緣薄膜。當(dāng)氧分壓為0.001Pa或更低時，導(dǎo)電率太高。另一方面，當(dāng)氧分壓為0.01Pa或更高時，膜變?yōu)榻^緣體。因此，存在這樣的膜不適合作為晶體管的溝道層的情況。優(yōu)選的氧分壓取決于溝道層的材料成分。圖1中所示的相圖顯示包括在氧化物半導(dǎo)體中的In、Ga和Zn之間的比率(原子比率)。不考慮氧的量。例如，相圖上的點(diǎn)"a"指示Zn與包括在氧化物半導(dǎo)體中的Zn和In之和的比率為90原子％，In與Zn和In之和的比率為10原子％。雖然圖1中用虛線指示的區(qū)根據(jù)包括在氧化物半導(dǎo)體中的氧的量而稍微改變，但是位于虛線左側(cè)的區(qū)為結(jié)晶區(qū)或顯示高結(jié)晶度的區(qū)，位于虛線右側(cè)的區(qū)為非結(jié)晶區(qū)。關(guān)于源極、漏極和柵極的材料，可使用由In203:Sn、ZnO等構(gòu)成的透明導(dǎo)電膜或由Au、Pt、Al、Ni等構(gòu)成的金屬膜。柵絕緣層的厚度為，例如，約50nm-300nm。圖IIA和圖IIB顯示場效應(yīng)晶體管的其它結(jié)構(gòu)示例。圖11A和圖11B為截面圖。在圖中，標(biāo)號IO表示基底，"11"表示溝道層，"12"表示柵絕緣層，"13"表示源極，"14"表示漏極，"15"表示柵極。場效應(yīng)晶體管具有包括柵極15、源極13和漏極14的三端子器件。這個器件為具有以下功能的電子有源器件，所述功能用于基于施加到柵極的電壓Vg控制流進(jìn)溝道層的電流Id以對在源極和漏極之間流動的電流Id進(jìn)行導(dǎo)通和截止。圖IIA顯示頂柵結(jié)構(gòu)的示例，在頂柵結(jié)構(gòu)中，柵絕緣膜12和柵極15按這個順序形成在半導(dǎo)體溝道層11上。圖IIB顯示底柵結(jié)構(gòu)的示例，在底柵結(jié)構(gòu)中，柵絕緣膜12和半導(dǎo)體溝道層11按這個順序形成在柵極15上。從電極和溝道層-絕緣層界面之間的構(gòu)造關(guān)系的角度來講，圖11A中所示的結(jié)構(gòu)稱為參差結(jié)構(gòu)(stagger),圖11B中的結(jié)構(gòu)稱為反參差結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的TFT結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)。因此，可任意使用頂柵結(jié)構(gòu)、底柵結(jié)構(gòu)、參差結(jié)構(gòu)或反參差結(jié)構(gòu)。玻璃基底、塑料基底、塑料膜等可用作基底io。關(guān)于柵絕緣層12的材料，可應(yīng)用任何絕緣材料。例如，一種選自A1203、Y203、SiCh和Hf02的化合物或者包括這些化合物中的至少兩種的混合化合物可用于柵絕緣層12。關(guān)于源極13、漏極14和柵極15中的每個的材料，可應(yīng)用任何傳導(dǎo)材料。例如，可使用由In203:Sn、ZnO等構(gòu)成的透明導(dǎo)電膜或由Au、Pt、Al、Ni等構(gòu)成的金屬膜。當(dāng)透明材料用于溝道層、柵絕緣層、電極和基底時，可生成透明薄膜晶體管。晶體管特性的評估項包括滯后評估。將參考圖13A和圖13B描述滯后。滯后是指，當(dāng)在TFT傳輸特性的評估中如在圖13A和圖13B中的每個所示在Vd保持恒定的同時Vg擺動(即，增大和減小)時，在電壓的上升時和下降時，Id顯現(xiàn)不同的值。當(dāng)滯后大時，對應(yīng)于Vg獲得的Id的值改變。因此，具有小的滯后的器件是優(yōu)選的。圖13A顯示滯后大的示例，圖UB顯示滯后小的示例。(溝道層的優(yōu)選成分示例)前面描述了有源層的優(yōu)選材料成分。以下的組合范圍也可以是優(yōu)選的成分范圍。接下來，將參考圖1和圖10所示的相圖描述在In-Ga-Zn氧化物半導(dǎo)體用于TFT的溝道層的情況下的優(yōu)選組成比率。圖1和圖10所示的三元相圖中的每個顯示包括在In-Ga-Zn-O氧化物半導(dǎo)體中的In、Ga和Zn之間的比率(原子％)。不考慮氧的量。例如，當(dāng)假設(shè)In為三價、Ga為三價、Zn為二價時，其附近的化學(xué)計量和成分被再次應(yīng)用。如稍后所描述的，例如可基于膜形成期間的氧壓力對源于化學(xué)計量的偏差數(shù)(即，氧缺陷的數(shù)量)進(jìn)行控制。在三元相圖中，例如，點(diǎn)"a"指示Zn與包括在氧化物半導(dǎo)體中的Zn和In之和的比率為90原子％，In與Zn和In之和的比率為10原子％。以下顯示作為每個點(diǎn)處的組成比率的原子百分比。點(diǎn)In:Gs:Zn=10:0z90點(diǎn)，b"In:Gs:Zn=20:0:80點(diǎn)'c'，In::Zn=500:50點(diǎn)，d"In:Gs:Zn=60:0:40點(diǎn)In:G3:Zn=70r0:30點(diǎn)'f，'In:Gs:Zn=90:0:10點(diǎn)'g"In:Gs:Zn=80:10:10點(diǎn)"h"工n:Gs:Zn=50:40:10點(diǎn)'i"工n:Gs:Zn=40:50r10點(diǎn)"j"工n:Gs:Zn=10:80:10點(diǎn),k,,In:G3:Zn=10:50:40點(diǎn)'T'工n:G3Zn=10:1080點(diǎn)工n:Gs:Zn=20:10:70點(diǎn)'n"In:Gs:Zn=50:10:40<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>雖然圖1中用虛線指示的區(qū)根據(jù)包括在氧化物半導(dǎo)體中的氧的量而稍微改變，但是位于虛線左側(cè)的區(qū)為結(jié)晶區(qū)或者顯示高結(jié)晶度的區(qū)，位于虛線右側(cè)的區(qū)為非結(jié)晶區(qū)。結(jié)晶相位和非結(jié)晶相位之間的界線可根據(jù)包括膜厚度等的膜形成條件而移動，因此用兩條虛線(1050和1060)指示可移動的范圍。也就是說，根據(jù)膜形成條件，在這兩條虛線之間的任意成分，結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)彼此分離。例如，在濺射膜形成法的情況下，所述界線的位置可根據(jù)靶和材料之間的距離以及氣壓而移動。首先，在圖1所示的相圖上，存在被用于連接點(diǎn)"a"、'T，、"i"和"k"的線包圍的成分區(qū)。當(dāng)具有這個成分區(qū)中的成分的In-Ga-Zn-O薄膜被用作溝道層時，它可具有薄膜晶體管功能。因此，當(dāng)在該區(qū)內(nèi)選擇任意的成分時，可提供具有期望的特性的晶體管。這樣的成分區(qū)中的成分是特別優(yōu)選的，該成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)，并且在圖1中所示的相圖上被用于連接點(diǎn)"S"、"n"、"k"和"V"的線包圍。當(dāng)具有這個成分區(qū)中的成分的非結(jié)晶材料用于溝道層時，19可實現(xiàn)具有相對高的遷移率和接近ov的閾值電壓的器件。具體地講，存在能夠以高重復(fù)性生成具有優(yōu)選特性的晶體管的優(yōu)點(diǎn)。雖然可以能夠以高重復(fù)性生成所述晶體管的原因未知，但是可預(yù)期，所述晶體管對真空氣氛、膜形成期間的溫度以及膜形成之后的環(huán)境的穩(wěn)定性優(yōu)良。也就是說，所述成分的區(qū)為在器件要求穩(wěn)定性和相對大的遷移率的情況下有用的區(qū)。另夕卜，在圖1中所示的相圖上存在"R"-"e"范圍，即，如下范圍，在該范圍中，Ga不存在，并且通過In/(In+Zn)表達(dá)的原子組成比率為30原子％至70原子％。當(dāng)將這個范圍中的In-Zn-O的非結(jié)晶膜應(yīng)用于溝道層時，可實現(xiàn)這樣的薄膜晶體管，該晶體管的場效應(yīng)遷移率大，S值小，并且導(dǎo)通/截止比率大。存在另一優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜形成期間的氧壓力改變時，TFT特性的變化改變小。這意味著膜制備條件中的加工余量寬。在這個范圍中，特別優(yōu)選點(diǎn)"W，，的附近，即，通過Zn/(Zn+In)表達(dá)的比率為60±5原子％的范圍，因此可實現(xiàn)其S值小而且導(dǎo)通/截止比率大的晶體管。從在晶體管特性中將閾值電壓控制成接近0V的值的角度來講，這個成分是優(yōu)選的。作為本發(fā)明的發(fā)明者的集中研究的結(jié)果，當(dāng)通過Zn/(Zn+In)表達(dá)的原子組成比率為70原子％或更高時，獲得結(jié)晶的薄膜。結(jié)晶的膜使TFT特性惡化。另一方面，當(dāng)通過Zn/(Zn+In)表達(dá)的原子組成比率為30原子％或更低時，僅形成具有小的電阻率的膜，雖然這樣的膜為非結(jié)晶狀態(tài)，但是對于具有高導(dǎo)通/截止比率的TFT的溝道而言，這樣的膜不是優(yōu)選的。另外，在圖1中所示的相圖上被用于連接點(diǎn)"R"、"e"、"q，，和"S"的線包圍的成分區(qū)中的成分是優(yōu)選的。這個成分區(qū)具有如前所述的第二方面的特征和第三方面的特征。也就是說，能夠以高的重復(fù)性生成這樣的晶體管，其遷移率相對大，導(dǎo)通/截止比率大，S值小，并且特性優(yōu)良。在上述成分區(qū)中，被用于連接點(diǎn)"R"、"c"、"n"和"S"的線包圍的區(qū)是特別優(yōu)選的，這是因為導(dǎo)通/截止比率大。在這個成分區(qū)中，各種晶體管特性(諸如，遷移率、導(dǎo)通/截止比率、s值、滯后和穩(wěn)定性)通常是優(yōu)選的(即，被平衡的)，所以可在寬范圍中應(yīng)用。另外，在圖1中所示的相圖上存在被用于連接點(diǎn)"n"、"g"、"U"和"T"的線包圍的成分區(qū)。這個區(qū)為這樣的區(qū)，在該區(qū)中，易于生成具有負(fù)閾值的晶體管。此外，導(dǎo)通電流相對大，滯后小。也就是說，在將使用具有負(fù)閾值(即，正常導(dǎo)通類型)的晶體管的情況下，所述區(qū)中的成分有用。另外，在圖1中所示的相圖上存在被用于連接點(diǎn)"Y"、"h"、"i"和"k"的線包圍的成分區(qū)。這個成分區(qū)為這樣的區(qū)，在該區(qū)中，易于生成具有正閾值的晶體管?？色@得截止電流相對小的特性?？色@得這個特性的原因未知。然而，可預(yù)期在這個成分區(qū)中有這樣的條件，即，可穩(wěn)定地生成具有小的栽體濃度的膜，同時氧化物半導(dǎo)體的遷移率相對小。由于Ga成分相對大，所以還存在這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，光學(xué)吸收邊緣移到更短的波長，從而在大約400nm的波長，光學(xué)透明度高。反射率變小。也就是說，在器件不要求大的導(dǎo)通電流而要求小的截止電流或高透明度的情況下，這個成分區(qū)有用。另外，這樣的條件被提及，即，通過In/(Zn+In)表達(dá)的原子組成比率為35原子％或更高和45原子％或更低。在In和Zn之間的組成比率中，顯現(xiàn)不取決于Ga在Ga濃度中的濃度的優(yōu)選的晶體管特性。具體地講，這個區(qū)為這樣的區(qū)，在該區(qū)中，可獲得高的遷移率和小的S值。另外，這樣的晶體管被提及，在該晶體管中，包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體用于溝道，溝道層的電阻率為1Qcin或更高且1kncm或更低。(溝道層的才莫式2:In-Ga-Zn-Sn-O系統(tǒng))接下來，將描述本發(fā)明的另一模式中的有源層的材料。這樣是合適的，即，有源層具有圖10中所示的相圖上的被用于連接點(diǎn)"a"、"f，、"i"和"k"的線包圍的成分區(qū)中的成分，并包括添加到其的Sn。當(dāng)包括Sn時，優(yōu)選使用以下結(jié)構(gòu)。Sn比率(即，Sn與In、Ga、Zn和Sn之和的比率)為0.1原子%至30原子％。所述比率優(yōu)選為1原子％至10原子％，更優(yōu)選為2原子。/。至7原子％。包括In、Ga和Zn的氧化物半導(dǎo)體(具體地講，能夠?qū)崿F(xiàn)正常導(dǎo)通TFT的氧化物半導(dǎo)體)的電特性對氧的量的變化非常敏感。然而，當(dāng)添加Sn時，可使得所述特性對氧分壓的變化(或者包括在氧化物半導(dǎo)體中的氧的量)不敏感。有源層具有圖1中所示的相圖上的被用于連接點(diǎn)"a"、"f"和"j"的線包圍的成分區(qū)中的成分，該有源層包括具有以下比率的Sn。Sn比率(即，Sn與In、Ga、Zn和Sn之和的比率)為0.1原子％至20原子％。所述比率優(yōu)選為1原子％至10原子％，更優(yōu)選為2原子％至7原子％。本發(fā)明中的氧化物半導(dǎo)體(溝道)的厚度的范圍為10nm-200nm，優(yōu)選為20nm-100nm。更優(yōu)選地，所述厚度的范圍為30nm-70nm。[示例l(示例1)在該示例中，為了研究溝道層的化學(xué)成分依賴性，使用組合方法。同時在基底上制造大量具有各種成分的In-Ga-Zn-O溝道層的TFT。使用成分分級的膜以在基底上形成溝道層的庫。順序地對多個位置上的TFT進(jìn)行評估，并將它們進(jìn)行相互比較以對TFT的成分依賴性進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查。指出，不是必須使用這種方法。通過使用三元素傾斜入射濺射設(shè)備來形成成分級的In-Ga-Zn-O膜。三個靶位于相對于基底的傾斜方向，所以基底上的膜的成分根據(jù)距這些靶的距離之間的差而改變。因此，可在基底的表面上獲得具有寬的三元成分分布的薄膜。表3顯示In-Ga-Zn-O膜的膜形成條件?？蔀槟ば纬蓽?zhǔn)備預(yù)定的成分材料源(即，靶)。可控制施加于多個靶中的每個靶的功率以形成具有預(yù)定成分的薄膜。通過x射線熒光分析、光譜橢圓偏光法、x射線衍射和四點(diǎn)探針測量對形成的膜的物理屬性進(jìn)行評估。如圖2中的截面圖所示，TFT的器件結(jié)構(gòu)為底柵和頂部接觸類型。在Ar和02氣體的混合物中將溝道層(平均大約50nm厚)濺射淀積在未加熱的基底上。通過氣體流速對02的分壓進(jìn)行控制。所述器件具有TFT溝道的溝道寬度和長度的幾何結(jié)構(gòu)，其中，分別是，溝道寬度W-150um，溝道長度L-10um?；妆桓叨葥诫s涂覆有熱氧化硅膜(100nm厚)的n類型硅晶片，其中n類型硅和氧化硅膜分別作為柵極和柵絕緣體工作。通過電子束蒸發(fā)在溝道層上形成Au(40nm)/Ti(5nm)的源極和漏極。通過使用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)對膜進(jìn)行構(gòu)圖。對于光致抗蝕劑的后烘培和光刻工藝，整個器件加工中最大加工溫度為120攝氏度，并且不執(zhí)行后退火處理。表3In-Ga-Zn-O膜的膜形成條件<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>基底溫度室溫通過光鐠橢圓偏光法測量成分梯度膜的膜厚度，結(jié)果是平面內(nèi)的膜厚度分布在士io原子％內(nèi)。將在0.2sccm的氧流速下形成的In-Ga-Zn-O成分梯度膜劃分為16個部分。用1B、1C、1D、2A、2B、2C、2D、2E、3A、3B、3C、3D、3E、4B、4C和4D表達(dá)膜上的各地址。通過X射線突光分析獲得In:Ga:Zn的對應(yīng)組成比率。這個結(jié)果作為關(guān)于InOi.s、GaOi.s和ZnO的三元相圖顯示在圖3中。圖IO顯示通過X射線衍射(XRD)測量獲得的In-Ga-Zn-O膜的非結(jié)晶成分區(qū)和結(jié)晶成分區(qū)。雖然形成的膜的大部分為非結(jié)晶狀態(tài)，但是其部分具有在富Zn的區(qū)上觀察到的結(jié)晶衍射峰。具體地講，在地址編號2D和3D以及2E和3E中觀察到峰。證實觀察到的峰為來自InGa03(ZnO)2和InGa03(ZnO)5的衍射峰。上述結(jié)果表明隨著ZnO組成比率增加，In-Ga-Zn-O膜的結(jié)晶變得更容易。根據(jù)光鐠橢圓偏光法，例如，在富Ga的地址3C、3B和3A中，證實光學(xué)吸收邊緣移到更短的波長，并且可見區(qū)中的反射率小。因此，當(dāng)包括大量的Ga時，透明基底上的薄膜和器件顯示良好的透明度。分別通過四點(diǎn)探針法和光鐠橢圓偏光法測量在0.2sccm的氧流速形成的In-Ga-Zn-O成分梯度膜的片材阻抗和厚度，以獲得膜的電阻率。證實才艮據(jù)In-Ga-Zn組成比率引起的電阻率的變化。發(fā)現(xiàn)富In的區(qū)中的阻抗變低，富Ga的區(qū)的阻抗變高。具體地講，膜的阻抗受In組成比率的極大影響。這可能是由于以下事實引起在富In的區(qū)中由氧缺陷引起的栽體密度高，并且在In"的情況下變?yōu)檩d體傳輸路徑的正離子的未占用軌道特別寬，從而引入的電子載體顯現(xiàn)高的傳導(dǎo)率，等等。另一方面，在富Ga的區(qū)中，Ga-O的結(jié)合能大于Zn-O或In-O的結(jié)合能。因此，假設(shè)包括在膜中的氧空位的數(shù)量減少。在In-Ga-Zn-O膜的情況下，發(fā)現(xiàn)顯現(xiàn)適合于TFT有源層的阻抗值(1Qcm-lkQcm)的成分范圍相對窄。接下來，在膜形成氣氛中的氧流速改變時，測量In-Ga-Zn-O成分梯度膜的電阻率。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)In-Ga-Zn-O膜隨著氧流速增加而增加。這可能是由于氧缺陷的數(shù)量的減少和由此而引起的電子載體密度的減少而引起的。顯現(xiàn)適合于TFT有源層的阻抗值的成分范圍根據(jù)氧流速而敏感地改變。接下來，對將In-Ga-Zn-O膜用作n類型溝道層的場效應(yīng)晶體管(FET)的特性及其對成分的依賴性進(jìn)行檢查。如上所述，在單個基底上形成大量包括其成分彼此不同的有源層的器件。將在3英寸晶片上形成的FET劃分5x5個區(qū)域。將地址分配給這些區(qū)域。對每個FET的特性進(jìn)行評估。用于FET評估的源漏電壓為6V。在圖2中顯示所述結(jié)構(gòu)。在TFT特性評估中，基于A/ld(Id:漏電流)與柵電壓(Vg)的梯度獲得電子遷移率，基于最大Id值和最小Id值之間的比率獲得電流導(dǎo)通/截止比率。將々Id與Vg的繪圖中的Vg軸上的截距取作閾值電壓。將dVg/d(logld)的最小值取作S值(將電流增加一個量級的幅值所需的電壓值)。對基底上各個位置處的TFT特性進(jìn)行評估以檢查根據(jù)In-Ga-Zn組成比率而引起的TFT特性的變化。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)TFT特性根據(jù)基底上的位置，即，In-Ga-Zn組成比率而變化。將描述在0.2sccm的氧流速生成的組合FET的傳輸特性的示例。在富In的區(qū)(即，圖1中所示的被用于連接點(diǎn)"T"、"n"、"g"和"U"的線包圍的區(qū))中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通電流大，電子遷移率顯現(xiàn)7cm^V'S)-1或更高的大值，導(dǎo)通/截止比率降為106或更低的值。具體地講，在In的濃度高(In的濃度為70原子％或更高)的情況下，即使當(dāng)施加負(fù)的柵偏壓時，可與正偏壓施加時引起的電流相比較的電流(Id)也流過。因此，晶體管(開關(guān))操作不被證實。當(dāng)基于圖1中所示的被用于連接點(diǎn)"T"、"n"、"g"和"U"的線包圍的富In的區(qū)來形成溝道層時，可實現(xiàn)其導(dǎo)通電流大并且閾值為負(fù)的晶體管。另一方面，在富Ga的區(qū)中(在Ga的濃度為40原子％或更高和50原子％或更低的范圍中)，電流導(dǎo)通/截止比率為106或更高，所以相對優(yōu)選的晶體管操作被證實。閾值電壓為正值，結(jié)果獲得"正常截止特性"，在"正常截止特性，，中，在不施加?xùn)烹妷簳r，電流不流過。然而，在該示例中，雖然取決于氧的量，但是導(dǎo)通狀態(tài)情況下的漏電流小，并且僅獲得約為1至2cm、V.S)"的電子遷移率。也就是說，當(dāng)基于圖1中所示的被用于連接點(diǎn)"Y"、"h"、"i"和"k"的線包圍的富Ga的區(qū)來形成溝道層時，可實現(xiàn)其截止電流小并且閾值為正的晶體管。在其中獲得具有最大遷移率的FET的區(qū)為富Zn的區(qū)(In-Ga-Zn組成比率大約為25原子％、30原子％和45原子％)。電子遷移率、電流導(dǎo)通/截止比率、閾值和S值分別為7.9cm2(V.S)"、3x107、2.5V和1.12V/decade。從與通過In-Ga-Zn-O膜的X射線衍射獲得的結(jié)果的比較，證實顯現(xiàn)優(yōu)選的TFT特性的區(qū)為非結(jié)晶區(qū)。發(fā)現(xiàn)在所有的FET特性上顯現(xiàn)優(yōu)良特性的成分范圍相對窄，所述FET特性包括遷移率、導(dǎo)通/截止比率和正常截止特性。證實在電阻率值為幾Qcm至幾千ncm的情況下執(zhí)行TFT操作，并且發(fā)現(xiàn)FET特性和電阻率之間的相關(guān)性大。接下來，在氧流速為0.4sccm時生成組合FET，并對In-Ga-Zn-O膜的膜形成期間的氧分壓依賴性進(jìn)行檢查。電流導(dǎo)通/截止比率和閾值電壓隨著氧流速增加而增加。與氧流速為0.2sccm的情況相比，In-Ga-Zn-O膜的阻抗變高，所以FET操作區(qū)移到富In的區(qū)。結(jié)果，可在富In的成分獲得具有大的遷移率的TFT器件。在氧流速為0.4sccm的情況下，在其中獲得具有最大遷移率的FET特性的區(qū)為富Zn的區(qū)。In-Ga-Zn組成比率為28原子％、27原子％和45原子％。In的組成比率大于氧流速為0.2sccm的情況下的In的組成比率。從而獲得12.2cn^(V.S)"的高電子遷移率。此時，電流導(dǎo)通/截止比率、閾值和S值分別為1xl(T7、3V和1.1V/decade。這些值與氧流速為0.2sccm情況下的值幾乎相同。本發(fā)明的發(fā)明者對上述研究結(jié)果進(jìn)行了集中分析。結(jié)果，當(dāng)將In-Ga-Zn-O膜應(yīng)用于TFT有源層時，發(fā)現(xiàn)在特別將薄膜的電阻率設(shè)置為幾ftcm-kftcm的情況下顯現(xiàn)優(yōu)選的特性。具體地講，為了生成具有小的截止電流的晶體管，理想情況是將電阻率設(shè)置為10Qcm-kftcm。在In-Ga-Zn-O膜的情況下，發(fā)現(xiàn)顯現(xiàn)適合于TFT有源層的電阻率(幾Qcm至幾千Qcm)的成分范圍相對窄。顯現(xiàn)適合于TFT有源層的阻抗值成分范圍根據(jù)氧速率而敏感地變化。因此，發(fā)現(xiàn)氧的量對阻抗值的影響大。圖3顯示基于上述結(jié)果在In、Ga和Zn的三元相圖上總結(jié)的TFT操作區(qū)。TFT操作區(qū)為這樣的成分區(qū)，在該成分區(qū)中，晶體管成功地顯示開關(guān)操作。接下來，進(jìn)一步增加氧流速，在氧流速為0.6sccm和0.8sccm時生成組合TFT。此時，在富Ga的區(qū)中In-Ga-Zn-O膜的電阻率變得太高。因此，即使在施加正的柵偏壓的情況下，也只有與施加負(fù)的偏壓的情況下的電流相同的電流流過，所以晶體管操作不能被證實。另一方面，在Ga少的區(qū)中，由于實現(xiàn)高的阻抗，所以In-Ga-Zn-O膜顯現(xiàn)適合于TFT有源層的電阻率。因而，與氧速率為0.4sccm的情況相比，發(fā)現(xiàn)TFT操作區(qū)移到Ga少的區(qū)。此時，與氧速率為0.4sccm的情況相比，可獲得其場效應(yīng)遷移率大和S值小的TFT器件。具體地講，在Ga的組成比率為15原子％或更低的成分區(qū)中，場效應(yīng)遷移率為12cm2/Vs或更高，S值為1V/decade或更低。以下簡要地對該示例中通過TFT評估獲得的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)?？蓪Τ煞忠蕾囆赃M(jìn)行以下說明。在富In的區(qū)(圖1中所示的被用于連接點(diǎn)"n"、"g"、"U"和"T"的線包圍的區(qū))中，場效應(yīng)遷移率大，滯后小。在富Ga的區(qū)(被用于連接點(diǎn)"Y"、"h"、"i"和"k"的線包圍的區(qū))中，截止電流小，電流導(dǎo)通/截止比率大，閾值大。光學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)透明度是優(yōu)選的。在富Zn的區(qū)(被用于連接點(diǎn)"S"、"n"、"k，，和"V，，的線包圍的區(qū))中，遷移率和電流導(dǎo)通/截止比率中的每個大，S值相對小?？蓪ρ醴謮阂蕾囆赃M(jìn)行以下說明。當(dāng)氧分壓增加時，TFT操作區(qū)移到富In的區(qū)，所以有利于實現(xiàn)遷移率大的器件。接下來，對在該示例中生成的TFT執(zhí)行DC偏壓應(yīng)力測試。具體地講，在400秒內(nèi)，將12V的DC電壓應(yīng)力施加到柵極，將12V的DC電壓應(yīng)力施加在源極和漏極之間。對TFT特性的變化進(jìn)行評估。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在富Ga的區(qū)中由DC應(yīng)力引起的特性的變化大，特別是，閾值移到脈沖側(cè)大約3V。另一方面，在場效應(yīng)遷移率高的富In的區(qū)中難以觀察到特性的變化。因此，發(fā)現(xiàn)TFT對DC應(yīng)力不敏感。圖24A、圖24B和圖24C顯示在典型的成分中在施加DC應(yīng)力之前和之后獲得的傳輸特性。在圖24A、圖24B和圖24C中，In-Ga-Zn組成比率分別為27:46:27、1:1:1和35:10:55。從這些結(jié)果，當(dāng)使Ga與金屬元素之和的組成比率小于傳統(tǒng)的組成比率In:Ga:Zn=l:l:l時，可實現(xiàn)具有大的場效應(yīng)遷移率和良好的操作穩(wěn)定性的晶體管。表4顯示由DC應(yīng)力引起的場效應(yīng)遷移率、S值和閾值漂移的總結(jié)，所述場效應(yīng)遷移率、S值和閾值漂移與在該示例中獲得的TFT中的各金屬組成比率相關(guān)聯(lián)。在表4中，顯示在指示遷移率等的部分上的"-，，表明由于電流導(dǎo)通/截止比率小，所以在對應(yīng)的組成比率沒有獲得優(yōu)選的TFT操作。表4In:Ga:Zn[原子數(shù)量比率場效應(yīng)遷移率[em2/Vss值[V/decade閾值漂移vi27:46:271,81.24.51:1:11.22.65:30:65——2.510..30-.6071.152.425r30:45"7.91.122.135:30:3581.151.960:30:108.21.21.165:30:5-一一28:27:4512.21*11.520:15:65—-22.5:15:62，5120.850.934:15:5112.50.80，842.5.-15.-42.5130.90，857.5:27.5:151310.660:15:25-一—20:10:70—--30:10:6013.50.70.835:10:5513.60.60.750:10:4013.50.80.560:10:30一一由于物理屬性才艮據(jù)成分而被顯著地調(diào)整，所以由In-Ga-Zn-O系統(tǒng)的三元材料構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體具有材料設(shè)計的自由度。因此，為了任何目的，對成分進(jìn)行調(diào)整。如上所述，可根據(jù)任何目的設(shè)置In-Ga-Zn組成比率。(示例2)如在示例1中所述，發(fā)現(xiàn)在In-Ga-Zn-O膜的電阻率和TFT特性之間存在相關(guān)性。在電阻率值為幾Hem至幾kQcm的條件下執(zhí)行TFT操作。然而，顯現(xiàn)上迷阻抗值的In-Ga-Zn組成比率范圍窄。具體地講，顯現(xiàn)優(yōu)選的TFT特性的組成比率范圍窄。在In-Ga-Zn-O膜的膜形成氣氛中，顯現(xiàn)優(yōu)選阻抗的In-Ga-Zn組成比率根據(jù)氧流速而明顯地改變。示例2顯示Sn被添加到In-Ga-Zn-O的非結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體中29的示例。因此，可對阻抗值進(jìn)行控制，并可使得用于TFT操作的組成比率余量變寬。與示例1中一樣，通過使用三元素傾斜入射濺射設(shè)備形成In-Ga-Zn-O:Sn的成分梯度膜。表5顯示In-Ga-Zn-O:Sn膜的膜形成條件。通過將由ln203和Sn02的燒結(jié)材料構(gòu)成的ITO靶(Sn02:4.6原子％)用作In靶來執(zhí)行Sn到膜的添加。通過X射線熒光分析、光鐠橢圓偏光法、X射線衍射和四點(diǎn)探針測量對形成的膜的物理屬性進(jìn)行評估。生成將In-Ga-Zn-O:Sn成分梯度膜用作n類型溝道層的底柵頂部接觸TFT的原型，并在室溫下對其操作特性進(jìn)行評估。表5In-Ga-Zn-O:Sn膜的膜形成條件<table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table>根據(jù)光謙橢圓偏光測量，證實膜的平面內(nèi)膜厚度分布在±10原子%內(nèi)。將形成In-Ga-Zn-O:Sn的基底劃分為16個部分。通過X射線熒光分析獲得與各地址相關(guān)聯(lián)的In:Ga:Zn的組成比率。In、Ga和Zn之間的組成比率與示例1中的組成比率相等。雖然由于低濃度而導(dǎo)致不能測量Sn的組成比率，但是它可與In的濃度成比例。此時，氧流速為0.2sccm。分別通過四點(diǎn)探針法和光鐠橢圓偏光法測量在氧流速為0.4sccm時形成的In-Ga-Zn-O:Sn成分梯度膜的片材電阻和厚度，以獲得該膜的電阻率。與在示例1中沒有添加Sn的情況一樣，根據(jù)In-Ga-Zn組成比率引起的電阻率的變化被證實。發(fā)現(xiàn)富In的區(qū)的電阻變低，富Ga的區(qū)的電阻變高。如在示例l中所描述的，證實在In-Ga-Zn-O膜的電阻率為幾Qcm至幾kQcm的情況下，在將In-Ga-Zn-O膜用作n類型溝道層TFT中，顯現(xiàn)TFT成功地顯示開關(guān)操作。在沒有添加Sn的In-Ga-Zn-O膜的情況下，僅在InOu-GaOu-ZnO的相當(dāng)窄的三元成分區(qū)中顯現(xiàn)上述阻抗值。然而，當(dāng)添加Sn時，發(fā)現(xiàn)存在^(吏顯現(xiàn)對生成TFT為優(yōu)選的電阻率的成分范圍變寬的趨勢。接下來，在膜形成氣氛中的氧流速改變時，對In-Ga-Zn-O:Sn成分梯度膜的電阻率進(jìn)行測量。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)In-Ga-Zn-O膜的阻抗隨著氧流速增加而增加。這可能是由于氧缺陷的數(shù)量的減少和由此引起的電子載體密度的減少而引起的。證實，顯現(xiàn)適合于TFT有源層的阻抗值的成分范圍根據(jù)氧流速而變化。發(fā)現(xiàn)所述變化比沒有添加Sn的情況下的變化小。如從上述結(jié)果顯而易見的是，發(fā)現(xiàn)Sn到In-Ga-Zn-O膜的添加帶來以下效果(1)使顯現(xiàn)適合于TFT有源層的阻抗值的In-Ga-Zn組成比率范圍變寬；(2)使相對于膜形成氣氛中的氧流速的條件范圍變寬。接下來，為了檢查將In-Ga-Zn-O:Sn膜用作n類型溝道層的場效應(yīng)晶體管(FET)的特性和成分依賴性，生成FET的原型。FET的結(jié)構(gòu)及其評估方法與示例l相同。與在第一實施例的情況下一樣，觀察FET特性根據(jù)In-Ga-Zn組成比率的變化。證實，在兩種情況下，都顯現(xiàn)相同的趨勢。發(fā)現(xiàn)在添加Sn的In-Ga-Zn-O膜的情況下，顯現(xiàn)TFT操作的In-Ga-Zn成分區(qū)變寬。具體地講，在富In的區(qū)中FET操作范圍變寬，結(jié)果是與不添加Sn的情況相比，獲得具有更大的遷移率的TFT。在示例1中，在富In的區(qū)中獲得高的載體遷移率。另一方面，由于難以降低剩余的載體密度，所以截止電流大。在一些情況下，不顯現(xiàn)晶體管操作。然而，在該示例中，通過添加Sn來抑制由氧缺陷而引起的載體的量。因此，可預(yù)期可在寬的成分范圍中實現(xiàn)TFT操作。在其中獲得具有最大遷移率的FET特性的區(qū)為富Zn的區(qū)，在該區(qū)中，In-Ga-Zn組成比率為28原子％、27原子％和45原子％(添加Sn的In-Ga-Zn-O:該示例)。在示例1中，在組成比率為25原子％、30原子％和45原子％(沒有添加Sn的In-Ga-Zn-O:示例1)時，獲得具有大的遷移率的特性。與這相比，在其中In的組成比率通過Sn的添加而增加的成分中獲得更大的遷移率10.1cm^V.S)^此時，電流導(dǎo)通/截止比率、閾值和S值分別為3x107、0.5V和0.83V/decade，從而獲得與沒有添加Sn的情況下的值相同的值。圖4顯示基于上述結(jié)果在In、Ga和Zn的三元相圖上總結(jié)的TFT操作區(qū)。在該圖中，標(biāo)號1400表示在不包括Sn的情況下適合于TFT操作的成分區(qū)，1450表示在添加Sn的情況下適合于TFT操作的成分區(qū)。因而，存在這樣的效果，即，Sn到In-Ga-Zn-O膜的添加使適合于TFT有源層的In:Ga:Zn組成比率范圍變寬。發(fā)現(xiàn)存在這樣的效果，即，Sn的添加使相對于膜形成氣氛中的氧流速的條件范圍變寬。實際生成將In-Ga-Zn-O膜用作有源層的TFT的原型。然后，在添加Sn的In-Ga-Zn-O膜的情況下，發(fā)現(xiàn)顯現(xiàn)TFT操作的成分范圍變寬。具體地講，在富In的區(qū)中TFT操作范圍變寬。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)與沒有添加Sn的情況相比，獲得具有大的遷移率的TFT器件。如上所述，在該示例中，將添加Sn的In-Ga-Zn-O膜應(yīng)用于TFT的有源層。這種材料使得能夠減少根據(jù)In-Ga-Zn組成比率的變化和氧的量而引起的TFT特性的變化。因此，減少器件之間的差異和批量之間的差異。也就是"^兌，當(dāng)將添加Sn的In-Ga-Zn-O膜應(yīng)用于TFT的有源層時，可實現(xiàn)統(tǒng)一性和重復(fù)性優(yōu)良的TFT陣列。(示例3)在示例3中，與在示例1中一樣，對由In-Zn-O氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的有源層的In-Zn組成比率依賴性進(jìn)行研究。在In為40原子％并且Zn為60原子％的組成比率及其附近的比率獲得大的遷移率15cm、V.S)"。S值和導(dǎo)通/截止比率也是優(yōu)選的。當(dāng)在這個組成比率執(zhí)行X射線衍射時，沒有觀察到顯現(xiàn)晶體存在的衍射峰，通過使用剖面透射電子顯微鏡(TEM)對TFT器件進(jìn)行分析。結(jié)果，證實，具有上述組成比率的In-Zn-O氧化物半導(dǎo)體為非結(jié)晶的。圖5顯示通過將示例3的結(jié)果和示例1的結(jié)果組合獲得相對優(yōu)選的TFT特性的成分區(qū)。示例3顯示包括作為主要的金屬組分的In和Zn的氧化物半導(dǎo)體用于TFT有源層的示例?？色@得具有優(yōu)良特性的TFT器件。與在示例1中一樣，通過使用三元素傾斜入射濺射設(shè)備形成In-Zn-O膜。在該示例中，通過使用兩個把111203和ZnO來執(zhí)行二元膜形成。也在與成分梯度正交的方向上形成膜厚度梯度。因此，可通過使用單個基底對膜厚度依賴性和成分依賴性進(jìn)行評估。下表顯示In-Zn-O膜的膜形成條件。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>基底單個膜具有熱氧化物半導(dǎo)體膜的4英寸硅TFT:具有熱氧化物半導(dǎo)體膜的3英寸硅通過x射線熒光分析、光鐠橢圃偏光法、x射線衍射和四點(diǎn)探針測量對形成的膜的物理屬性進(jìn)行評估。生成將In-Zn-O成分梯度膜用作n類型溝道層的底柵頂部接觸TFT的原型，并在室溫下對其TFT特性進(jìn)行評估。圖6顯示與不同的In-Zn組成比率相關(guān)聯(lián)的In-Zn-O膜的電阻率。與在示例1的情況下一樣，證實電阻率根據(jù)成分的變化。當(dāng)關(guān)注In與金屬之和的比率為40原子％或更高的成分區(qū)時，發(fā)現(xiàn)富In的區(qū)的電阻變得較低，富In的區(qū)的電阻變得較高。這可能是由以下事實引起，即，在富in的區(qū)中，例如，由氧缺陷而引起的載體密度高，在1!13+的情況下，變?yōu)檩d體傳輸路徑的正離子的未占用軌道特別寬，并且所引入的電子載體顯現(xiàn)高的傳導(dǎo)率。另一方面，在In與金屬之和的比率為40原子％或更低的成分區(qū)中，發(fā)現(xiàn)在In的比率為幾原子％的成分中電阻率變成最小。這可能是由于以下事實引起，即，在結(jié)晶IZO膜的Zn"位置中In"進(jìn)行替代以產(chǎn)生載體。實際上通過XRD測量確定，In的比率為35%或更低的In-Zn-O膜結(jié)晶。發(fā)現(xiàn)，就In比率而言，顯現(xiàn)適合于TFT有源層的電阻率(1Qcm-lkQcm)的成分范圍為20原子％至80原子％。接下來，生成將In-Zn-O膜用作n類型溝道層的TFT，對其TFT特性和成分依賴性進(jìn)行檢查。TFT的結(jié)構(gòu)及其評估方法與示例1中的TFT的結(jié)構(gòu)及其評估方法相同。當(dāng)調(diào)整In-Zn-O膜的膜形成期間的氧分壓時，TFT操作在寬的In-Zn成分范圍中是可能的。具體地講，證實在30原子％至60原子。/。的In比率范圍中，TFT操作的重復(fù)性是優(yōu)選的。圖7和圖8是基于不同的In-Zn組成比率的TFT特性的繪圖。此時，TFT操作被證實的In比率范圍為30原子％至60原子％。在In比率為30原子％或更高的成分范圍中，遷移率恒定地顯現(xiàn)15cmVVs或更高的高值。另一方面，證實電流導(dǎo)通/截止比率、閾值電壓和S值對應(yīng)于成分而改變，從而發(fā)現(xiàn)就In比率而言，電流導(dǎo)通/截止比率、閾值電壓和S值中的每個在40原子％的區(qū)具有峰。圖9顯示In比率為40原子％時TFT的傳輸特性。遷移率、電流導(dǎo)通/截止比率、S值和閾值電壓分別為16.5cmVVs、109、0.16V/decade和2V。因此，可獲得In-Ga-Zn-OTFT中的具有非常優(yōu)良特性的TFT器件。接下來，對在In-Zn-O膜形成氣氛中的氧流速改變時引起的TFT特性的變化進(jìn)行檢查。結(jié)果顯示在圖15A、圖15B、圖15C和圖15D中，在圖15A、圖15B、圖15C和圖15D中，繪制了30原子％、50原子％和60原子％的In比率的數(shù)據(jù)。證實遷移率、導(dǎo)通/截止比率、S值和閾值電壓的TFT特性極其依賴于氧流速。具體地講，在In比率不少于35原子％并且不多于55原子％的范圍中，S值是優(yōu)選的，在40原子°/。至50原子％的In比率范圍中，S值更優(yōu)選。如上所述，當(dāng)在氧流速為0.8sccm的條件下形成溝道層時，在In比率為40原子％的組成比率中獲得最優(yōu)良的特性。即使當(dāng)氧流速改變時，也在相同的組成比率中顯現(xiàn)優(yōu)良的特性。因此，發(fā)現(xiàn)在圖15中包括場遷移率的參數(shù)基本取恒定值。如在示例1中所描述的，In-Ga-Zn-O氧化物半導(dǎo)體TFT具有這樣的問題，即，顯現(xiàn)優(yōu)選特性的In-Ga-Zn組成比率根據(jù)膜形成氣氛中的氧流速的改變而稍微改變。這個示例顯示，將In-Zn-O膜用作具有上迷組成比率的TFT有源層，以使加工余量變寬并減少器件之間的差異和批量之間的差異。顯現(xiàn)最優(yōu)良的特性的In比率為40原子％的成分與存在In-Zn-O膜的電阻率的峰的成分相同。因此，發(fā)現(xiàn)即使在In-Zn-O系統(tǒng)的情況下，TFT特性和有源層的電阻率之間的相關(guān)性也是大的。接下來，清楚的是，在僅將膜留置在空氣中的條件下，In-Zn-O膜的電阻率的值改變。當(dāng)將In-Zn-O膜留置在空氣中例如半年時，在一些情況下，電阻率一直下降到大約三個量級的幅值。然而，發(fā)現(xiàn)電阻率的時間變化的程度根據(jù)In-Zn成分而改變，清楚的是，在一些成分難以引起時間變化。圖19顯示In-Zn-O膜在不同的In-Zn成分的電阻率的時間變化。這里，特別指出的是，雖然在將顯現(xiàn)優(yōu)良的TFT特性的具有40原子％的In比率的In-Zn-O膜留置在空氣中24小時時該In-Zn-O膜的電阻率稍微降低，但是在此之后穩(wěn)定地獲得幾10n-cm的值。此外，通過使用具有所述成分的In-Zn-O膜來生成TFT，對在生成該TFT之后立即獲得的TFT特性和將該TFT在空氣中留置半年之后獲得的TFT特性進(jìn)行評估以用于比較。這個結(jié)果顯示在圖20中。結(jié)果，難以觀察到這兩個TFT的特性之間的任何差別。因此，當(dāng)將具有In比率為40原子％的成分的In-Zn-O膜應(yīng)用于TFT的有源層時，發(fā)現(xiàn)可實現(xiàn)相對穩(wěn)定的TFT。如上所述，在該示例中，In-Zn-O膜用作有源層。因此，可獲得具有優(yōu)良特性的TFT，所述優(yōu)良特性包括遷移率、電流導(dǎo)通/截止比率、S值和閾值電壓。具體地講，當(dāng)In:Zn的原子數(shù)量比率為40:60時，可實現(xiàn)具有寬的加工余量和小的時間變化的TFT。圖16顯示獲得優(yōu)選的TFT特性的成分區(qū)，基于在該示例中獲得的結(jié)果在In、Ga和Zn的三元相圖上對這些成分區(qū)進(jìn)行總結(jié)。如上所述，更優(yōu)選地，從S值的角度來講，Ga的比率應(yīng)該在5原子o/。內(nèi)。接下來，對在空氣中留置半年的TFT進(jìn)行DC偏壓應(yīng)力測試。具體地講，在400秒內(nèi)，將12V的DC電壓應(yīng)力施加到柵極，將12V的DC電壓應(yīng)力施加在源極和漏極之間。從而，對TFT特性的變化進(jìn)行評估。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由DC應(yīng)力引起的特性的差異比傳統(tǒng)的In-Ga-Zn-O膜的差異小得多。另外，即使在顯現(xiàn)優(yōu)良的TFT特性的In:Zn的原子數(shù)量比率為40:60的成分的情況下，閾值漂移也約為0.7V。因此，發(fā)現(xiàn)獲得優(yōu)選的DC應(yīng)力抵抗性。圖25顯示在上述成分在DC應(yīng)力之前和之后獲得的傳輸特性。表7顯示與在該示例中獲得的TFT中的各金屬組成比率相關(guān)聯(lián)的由DC應(yīng)力引起的場效應(yīng)遷移率、S值和閾值漂移的總結(jié)。在表7中，顯示在指示遷移率和S值的部分上的"-"表明由于小的電流導(dǎo)通/截止比率，所以在對應(yīng)組成比率沒有獲得優(yōu)選的開關(guān)操作。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>(示例4)如在示例3中所描述的，在僅將TFT留置在空氣中的條件下，將氧化物半導(dǎo)體用于有源層的TFT的特性根據(jù)其成分而改變。所以，預(yù)期改進(jìn)時間穩(wěn)定性。即使在具有原子數(shù)量比率In:Zn為40:60的成分的In-Zn-O的情況下，也存在電阻率的微小的時間差異。因此，理想情況是進(jìn)一步改進(jìn)時間穩(wěn)定性。示例4顯示這樣的示例，在該示例中，將具有Ga與金屬之和的比率為1原子％至10原子％的成分的In-Ga-Zn-O氧化物半導(dǎo)體用于TFT有源層。因此，可獲得具有優(yōu)良的時間穩(wěn)定性和優(yōu)選的特性的TFT。當(dāng)半導(dǎo)體用于TFT有源層時，器件之間的差異和批量之間的差異減少，結(jié)果是可實現(xiàn)重復(fù)性優(yōu)良的TFT陣列。與在示例1中一樣，通過使用三元素傾斜入射濺射設(shè)備形成In-Ga-Zn-O膜。下表顯示膜形成條件。表8<table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table>在該示例中，通過使用三個靶111203、ZnO和InGaZn04來形成氧化物膜。因此，可獲得具有高度的膜厚度均勻性的In-Ga-Zn-O薄膜，該膜在單個基底上具有Ga比率為1原子％至10原子％的成分分布。此時，在與In-Zn成分梯度正交的方向上形成Ga濃度分布。通過X射線熒光分析、光譜橢圓偏光法、X射線衍射和四點(diǎn)探針測量對形成的膜的物理屬性進(jìn)行評估。生成將In-Ga-Zn-O成分梯度膜用作n類型溝道層的底柵頂部接觸TFT的原型，并在室溫下對其TFT特性進(jìn)行評估。測量In-Ga-Zn-O膜的電阻率。在固定Ga比率時進(jìn)行比較。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)根據(jù)In-Zn組成比率引起的電阻率的行為趨勢與In-Zn-O膜(Ga較少的膜)的情況下的行為趨勢相同。在In原子數(shù)量比率為40原子％或更高的成分區(qū)中，電阻值比In-Zn-O膜的情況下的電阻值稍高。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)顯現(xiàn)適合于TFT有源層的電阻率(lQcm-lkQcm)的成分范圍變寬。接下來，生成將具有Ga比率為1原子％-10原子％的成分分布的In-Ga-Zn-O膜用作n類型溝道層的TFT，并且對其TFT特性和成分依賴性進(jìn)行檢查。其TFT結(jié)構(gòu)和評估方法與示例1中的TFT結(jié)構(gòu)和評估方法相同。觀察根據(jù)In-Ga-Zn組成比率引起的TFT特性的變化。當(dāng)使Ga比率保持為預(yù)定值以用于比較時，證實顯現(xiàn)與使用In-Zn-O膜的TFT中的趨勢相同的趨勢。具體地講，在In:Zn的原子比率為20:80至70:30的區(qū)中以高重復(fù)性執(zhí)行TFT操作。在In比率為30原子％或更高的成分范圍中，遷移率總是顯現(xiàn)13cm"Vs或更高的高值。另一方面，證實電流導(dǎo)通/截止比率、閾值電壓和S值對應(yīng)于成分而改變，從而發(fā)現(xiàn)電流導(dǎo)通/截止比率、閾值電壓和S值中的每個在40:60的In-Zn原子比率處(In:Ga:Zn-38:5:57)具有峰。此時，TFT的遷移率、其電流導(dǎo)通/截止比率、其S值及其閾值電壓分別為15cmVVs、109、0.2V/decade和3V。因此，可獲得具有優(yōu)良特性的TFT器件。接下來，為了檢查In-Ga-Zn-O膜的時間穩(wěn)定性，將薄膜留置在空氣中，并對電阻率的時間變化進(jìn)行測量。結(jié)果，觀察到根據(jù)Ga的量引起的電阻率的時間變化。因此，發(fā)現(xiàn)在不同的In-Zn比率中，其Ga組成比率為5原子％或更高的氧化物半導(dǎo)體的電阻率在形成膜之后緊接著的狀態(tài)和在將膜留置在空氣中半年之后的狀態(tài)之間幾乎沒有變化。這表明通過將足夠量的Ga添加到膜來改進(jìn)時間穩(wěn)定性。圖21顯示在40:60的In-Zn原子重量比率處的電阻率的時間變化。實際上，通過使用其原子比率In:Ga:Zn為38:5:57的In-Ga-Zn-O膜生成TFT,對在生成TFT之后立即獲得的TFT特性和在將TFT留置在空氣中半年之后獲得TFT特性進(jìn)行評估以用于比較。結(jié)果，幾乎沒有觀察到這兩個TFT的特性之間的差別。因此，證實總是穩(wěn)定地顯現(xiàn)優(yōu)良的特性。圖22顯示通過上述TFT特性的評估而獲得的結(jié)果。然后，生成具有顯現(xiàn)所謂的"正常截止特性"的高電阻率的In-Ga-Zn-O膜以對其時間穩(wěn)定性進(jìn)行評估，在所述"正常截止特性，，中，在不施加?xùn)烹妷簳r沒有電流流過。這個結(jié)果顯示在圖23中。與上述情況中一樣，觀察到根據(jù)Ga的量引起的電阻率的時間變化。然而，發(fā)現(xiàn)在將其Ga組成比率為5原子％或更高的氧化物半導(dǎo)體膜留置在空氣中24小時之后，該膜的電阻率下降到約為其初始值的1/3。另一方面，幾乎沒有觀察到其Ga組成比率為10原子％的膜的電阻率的變化。如上所述，在該示例中，將具有Ga比率為1原子％-IO原子％的成分的In-Ga-Zn-O膜應(yīng)用于TFT有源層。因此，可獲得這樣的TFT器件，在這些TFT器件中，器件之間的差異和批量之間的差異小，并且特性為優(yōu)選。具體地講，當(dāng)將具有In:Ga:Zn的原子數(shù)量比率為38:5:57的成分的In-Ga-Zn-O膜應(yīng)用于TFT有源層時，可實現(xiàn)時間穩(wěn)定性和特性優(yōu)良的TFT。圖17顯示基于該示例的獲得優(yōu)選的TFT特性的成分區(qū)，在In、Ga和Zn的三元相圖上對這些成分區(qū)進(jìn)行總結(jié)。接下來，對留置在空氣中半年的TFT進(jìn)行DC偏壓應(yīng)力測試。具體地講，在400秒內(nèi)，將12V的DC電壓應(yīng)力施加到柵極，將12V的DC電壓應(yīng)力施加在源極和漏極之間。從而對TFT特性的變化進(jìn)行評估。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由DC應(yīng)力引起的特性的差異比傳統(tǒng)的In-Ga-Zn-O膜的情況下的差異小得多。表9顯示由DC應(yīng)力引起的場效應(yīng)遷移率、S值和閾值漂移的總結(jié)，所述場效應(yīng)遷移率、S值和闞值漂移與在該示例中獲得的TFT中的各金屬組成比率相關(guān)聯(lián)。在表9中，顯示在指示遷移率和S值的部分上的"-，，表明由于小的電流導(dǎo)通/截止比率，所以在對應(yīng)的組成比率沒有獲得優(yōu)選的TFT操作。表9<table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>以下，將通過使用圖18對在示例1至示例4中獲得的TFT評估結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。當(dāng)將具有圖18中所示的相圖上的被用于連接點(diǎn)(1)、(2)、(8)和(7)的線包圍的成分區(qū)中的成分的In-Ga-Zn-O薄膜用作溝道層時，可提供具有比傳統(tǒng)晶體管的場效應(yīng)遷移率高的場效應(yīng)遷移率的晶體管。具體地講，可提供其場效應(yīng)遷移率為7cmVVs或更高的晶體管。此外，當(dāng)特別將具有如下成分區(qū)中的成分的In-Ga-Zn-O膜用作溝道層時，與傳統(tǒng)的膜相比，可提供具有優(yōu)良的晶體管特性和優(yōu)選的DC偏壓應(yīng)力抵抗力的晶體管，所述成分區(qū)在上迷成分區(qū)內(nèi)并且在圖18中所示的相圖上被用于連接點(diǎn)(1)、(2)、(6)和(5)的線包圍。具體地講，可提供這樣的晶體管，其場效應(yīng)遷移率為12cm2/Vs或更高，S值為1V/decade或更低，由DC偏壓應(yīng)力引起的閾值漂移為1V或更低。此外，當(dāng)特別將具有如下成分區(qū)中的成分的In-Ga-Zn-O膜用作溝道層時，可提供其場效應(yīng)遷移率大并且S值極小的晶體管，所述成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)并且在圖18中所示的相圖上被用于連接點(diǎn)(l)、(2)、(4)和(3)的線包圍。具體地講，可提供這樣的晶體管，其場效應(yīng)遷移率為15cm2/Vs或更高，S值為0.5V/decade或更低。此外，當(dāng)特別將具有如下成分區(qū)中的成分的In-Ga-Zn-O膜用作溝道層時，與傳統(tǒng)的膜相比，可提供這樣的晶體管，該晶體管的時間穩(wěn)定性優(yōu)良并具有優(yōu)于傳統(tǒng)晶體管的晶體管特性和比傳統(tǒng)情況下的DC偏壓應(yīng)力抵抗力高的DC偏壓應(yīng)力抵抗力，所述成分區(qū)在上述成分區(qū)內(nèi)并且在圖18中所示的相圖上被用于連接點(diǎn)(3)、(4)、(6)和(5)的線包圍。盡管已參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。給予權(quán)利要求的范圍最寬的解釋以包括所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求于2005年9月16日提交的第2005-r71118號、于2005年3月17日提交的第2006-075054號和于2006年8月21日提交的第2006-224309號日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，在此將所述日本專利申請的全部公開內(nèi)容作為整體引入以便作為參考。權(quán)利要求1、一種場效應(yīng)晶體管，包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的溝道，其中，通過In/(In+Zn)表達(dá)的原子組成比率不少于35原子％并且不多于55原子％；并且其中，Ga不包括在所述氧化物半導(dǎo)體材料中，或者當(dāng)Ga包括在其中時，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率為30原子％或更低。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率為n15原子％或更低。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率為5原子％或更低。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率不少于5原子％并且不多于15原子％。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過In/(In+Zn)表達(dá)的原子組成比率為40原子％或更高。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過In/(In+Zn)表達(dá)的原子組成比率為50原子％或更低。7、一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，其中，所述氧化物半導(dǎo)體具有表1中所示的被Y、h、i和k包圍的區(qū)中的成分表l:Zn102030405060708090In8、一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管，其中，所述氧化物半導(dǎo)體具有關(guān)于In、Zn和Ga在表l中所示的被a、f、i和k包圍的區(qū)中的成分，它還包括添加到其中的Sn:表1:Zn102030405060708090In9、一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的場效應(yīng)晶體管，其中，通過Sn/(Sn+In+Zn)表達(dá)的原子組成比率為0.1原子％或更高且20原子％或更低。全文摘要這里公開了一種包括由包括In和Zn的氧化物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的溝道的場效應(yīng)晶體管。通過In/(In+Zn)表達(dá)的原子組成比率不少于35原子％并且不多于55原子％。Ga不包括在氧化物半導(dǎo)體材料中，或者當(dāng)Ga包括在其中時，將通過Ga/(In+Zn+Ga)表達(dá)的原子組成比率設(shè)置為30原子％或更低。所述晶體管具有改進(jìn)的S值和場效應(yīng)遷移率。文檔編號H01L29/786GK101263605SQ20068003399公開日2008年9月10日申請日期2006年9月5日優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日發(fā)明者巖崎達(dá)哉,板垣奈穗,透田申請人:佳能株式會社