薄膜晶體管的半導(dǎo)體層用氧化物、薄膜晶體管、顯示裝置及濺射靶的制作方法
【專利摘要】在具備氧化物半導(dǎo)體層薄膜的薄膜晶體管中，提供一種半導(dǎo)體層用氧化物，其在維持高場效應(yīng)遷移率的同時(shí)，對光、偏壓應(yīng)力等而言，閾值電壓的變化量小，應(yīng)力耐性優(yōu)異，并且對于使源/漏電極圖案化時(shí)所使用的濕式蝕刻液具有優(yōu)異的耐性。該半導(dǎo)體層用氧化物為在薄膜晶體管的半導(dǎo)體層中所使用的氧化物，其由In、Zn、Ga、Sn及O構(gòu)成，在上述氧化物中，將各金屬元素相對于除氧以外的全部金屬元素的含量(原子％)分別設(shè)為[In]、[Zn]、[Ga]及[Sn]時(shí)，滿足下式(1)～(4)。1.67×[Zn]+1.67×[Ga]≥100···(1)([Zn]/0.95)+([Sn]/0.40)+([In]/0.4)≥100···(2)[In]≤40···(3)[Sn]≥5···(4)。
【專利說明】薄膜晶體管的半導(dǎo)體層用氧化物、薄膜晶體管、顯示裝置及 濺射靶

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在液晶顯示器、有機(jī)EL顯示器等顯示裝置中所使用的薄膜晶體管 (TFT)的半導(dǎo)體層用氧化物、具備上述氧化物的薄膜晶體管、具備上述薄膜晶體管的顯示裝 置、以及用于形成上述氧化物的濺射靶。

【背景技術(shù)】
[0002] 非晶（非晶質(zhì)）氧化物半導(dǎo)體具有比通用的非晶硅（a-Si)更高的載流子遷移率 (也稱作場效應(yīng)遷移率。以下，有時(shí)僅稱作"遷移率"。），并且光學(xué)帶隙大，能夠在低溫下進(jìn) 行成膜，因此被期待應(yīng)用于要求大型、高分辨率、高速驅(qū)動(dòng)的下一代顯示器或者耐熱性低的 樹脂基板等中。
[0003] 在氧化物半導(dǎo)體中，特別是包含銦、鎵、鋅及氧的非晶氧化物半導(dǎo)體（In-Ga-Zn-0， 以下有時(shí)稱作"IGZ0"。）具有非常高的載流子遷移率，因特別優(yōu)選使用該非晶氧化物半導(dǎo) 體。例如在非專利文獻(xiàn)1及2中公開了將In : Ga : Zn = l. 1 : 1. 1 : 0. 9(原子％比） 的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于薄膜晶體管（TFT)的半導(dǎo)體層（活性層）的情況。
[0004] 在使用氧化物半導(dǎo)體作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體層時(shí)，不僅要求載流子濃度（遷移 率）高，而且還要求TFT的開關(guān)特性（晶體管特性、TFT特性）優(yōu)異。具體而言，要求：（1) 通態(tài)電流（對柵電極和漏電極施加正電壓時(shí)的最大漏電流）高；（2)斷態(tài)電流（對柵電極施 加負(fù)電壓、且對漏電極施加正電壓時(shí)的漏電流）低；（3)S值（Subthreshold Swing、亞閾值 擺幅，使漏電流提高1個(gè)數(shù)量級所需要的柵電壓）低；(4)閾值（向漏電極施加正電壓、且 向柵電壓施加正負(fù)中任意一種電壓時(shí)，漏電流開始流通的電壓，也稱為閾值電壓）在時(shí)間 上不發(fā)生變化而保持穩(wěn)定（此處，穩(wěn)定是指閾值在基板面內(nèi)均勻）；以及（5)遷移率高等。 [0005]進(jìn)而，要求使用了 IGZ0等氧化物半導(dǎo)體層的TFT對施加電壓或光照射等應(yīng)力的耐 性（應(yīng)力耐性）優(yōu)異。例如指出：在對柵電極持續(xù)施加電壓、或持續(xù)照射會(huì)被半導(dǎo)體層吸收 發(fā)生的藍(lán)色帶的光時(shí)，電荷在薄膜晶體管的柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層的界面被捕獲，基于半 導(dǎo)體層內(nèi)部的電荷的變化，閾值電壓向負(fù)側(cè)大幅變化（漂移），由此使TFT的開關(guān)特性發(fā)生 變化。此外，在驅(qū)動(dòng)液晶面板時(shí)、或?qū)烹姌O施加負(fù)偏壓而使像素點(diǎn)亮?xí)r等情況下，從液晶 元件泄漏的光會(huì)照射到TFT上，而該光對TFT施加應(yīng)力而成為圖形不均或特性劣化的原因。 實(shí)際上，使用薄膜晶體管時(shí)，若由于光照射或電壓施加造成的應(yīng)力導(dǎo)致開關(guān)特性發(fā)生變化， 則會(huì)招致顯示裝置自身的可靠性降低。
[0006] 此外，在有機(jī)EL顯示器中也同樣，從發(fā)光層泄露的光會(huì)照射到半導(dǎo)體層，而產(chǎn)生 閾值電壓等的值不一致的問題。
[0007] 這樣，特別是閾值電壓的漂移會(huì)招致具備TFT的液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器等顯 示裝置本身的可靠性降低，因此迫切期望提高應(yīng)力耐性（即施加應(yīng)力前后的變化量?。?。
[0008] 進(jìn)而，在制作具備氧化物半導(dǎo)體薄膜和位于其上的源/漏電極的薄膜晶體管基板 時(shí)，還要求上述氧化物半導(dǎo)體薄膜對濕式蝕刻液等藥液具有較高的特性（濕式蝕刻耐性）。 具體而言，在TFT制作時(shí)的各工序中，所使用的濕式蝕刻液的種類也不同，因此對于上述氧 化物半導(dǎo)體薄膜要求以下兩個(gè)特性。
[0009] (i)氧化物半導(dǎo)體薄膜對氧化物半導(dǎo)體加工用濕式蝕刻液具有優(yōu)異的可溶性
[0010] 即，要求：利用對氧化物半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行加工時(shí)所使用的草酸等有機(jī)酸系濕式蝕 刻液，以適當(dāng)?shù)乃俣葘ι鲜鲅趸锇雽?dǎo)體薄膜進(jìn)行蝕刻，并且能夠無殘?jiān)剡M(jìn)行圖案化。
[0011] (ii)氧化物半導(dǎo)體薄膜對源/漏電極用濕式蝕刻液為不溶性
[0012] 即，要求：利用對成膜于氧化物半導(dǎo)體薄膜上的源/漏電極用布線膜進(jìn)行加工時(shí) 所使用的濕式蝕刻液（例如包含磷酸、硝酸、醋酸等的無機(jī)酸），以適當(dāng)?shù)乃俣葘υ?漏電極 進(jìn)行蝕刻，但不會(huì)因上述濕式蝕刻液使上述氧化物半導(dǎo)體薄膜的表面（背通道）側(cè)被削減 或者產(chǎn)生損傷而使TFT特性或應(yīng)力耐性降低。
[0013] 濕式蝕刻液的蝕刻程度（蝕刻速度）還會(huì)因濕式蝕刻液的種類而有所不同。上述 的IGZ0對草酸等濕式蝕刻液具有優(yōu)異的可溶性（S卩，上述（i)的氧化物半導(dǎo)體薄膜加工時(shí) 的濕式蝕刻耐性優(yōu)異），但對無機(jī)酸系濕式蝕刻液的可溶性也高，極容易被無機(jī)酸系濕式蝕 刻液蝕刻。因此，在利用源/漏電極的濕式蝕刻液進(jìn)行加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生IGZ0膜消失而難以 制作TFT的制作、或TFT特性等降低的問題（S卩，上述（ii)的源/漏電極加工時(shí)的濕式蝕 刻耐性差）。為了解決這樣的問題，還探討使用不會(huì)蝕刻IGZ0的藥液（NH 4F與H202的混合 液）作為源/漏電極加工用蝕刻液，但上述藥液的壽命短且不穩(wěn)定，因此批量生產(chǎn)性差。
[0014] 伴隨上述（ii)的源/漏電極的濕式蝕刻的TFT特性等的降低在背通道蝕刻（BCE) 結(jié)構(gòu)的TFT中尤為常見。
[0015]即，使用了氧化物半導(dǎo)體的底柵薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)大致分為圖1A所示的具有蝕 刻阻擋層9的蝕刻阻擋型（ESL型）和圖1B所示的不具有蝕刻阻擋層的背通道蝕刻型（BCE 型）兩類。在這些圖中，對通用的構(gòu)成標(biāo)記同一編號，圖中，1為基板，2為柵電極，3為柵極 絕緣膜，4為氧化物半導(dǎo)體層，5為源/漏電極，6為保護(hù)膜（絕緣膜），7為接觸孔，8為透明 導(dǎo)電膜。
[0016] 圖1A中的蝕刻阻擋層9是出于以下目的而形成的，S卩，防止在對源/漏電極5施 加蝕刻時(shí)使氧化物半導(dǎo)體層4收到損傷而造成晶體管特性降低。根據(jù)圖1A，在源/漏電極 加工時(shí)對半導(dǎo)體層表面的損傷小，因此容易得到良好的TFT特性。作為上述蝕刻阻擋層，通 常使用Si0 2等的絕緣膜。
[0017] 與此相對，在圖1B中，由于不具有蝕刻阻擋層，因此可以簡化工序數(shù)，使生產(chǎn)率優(yōu) 異。即，根據(jù)制造方法的不同，有時(shí)即使在蝕刻時(shí)不設(shè)置蝕刻阻擋層，也不會(huì)對氧化物半導(dǎo) 體層4造成損傷，例如在利用提離法對源/漏電極5進(jìn)行加工時(shí)，不會(huì)對氧化物半導(dǎo)體層4 造成損傷，因此不需要蝕刻阻擋層。在該情況下，使用圖1B的BCE結(jié)構(gòu)?；蛘撸谑褂眯麻_ 發(fā)的特殊的濕式蝕刻液而使得不需要蝕刻阻擋層也能發(fā)揮良好的TFT特性的情況下，可以 使用圖1B的BCE結(jié)構(gòu)。
[0018] 如上所述，從降低薄膜晶體管的制作成本或簡化工序的觀點(diǎn)出發(fā)，推薦使用不具 有蝕刻阻擋層的圖1B的BCE結(jié)構(gòu)，但是上述的濕式蝕刻時(shí)的問題十分令人擔(dān)憂。當(dāng)然，即 使是圖1A的ESL結(jié)構(gòu)，根據(jù)濕式蝕刻液的種類的不同，仍有產(chǎn)生上述問題的風(fēng)險(xiǎn)。
[0019] 鑒于這樣的問題，在專利文獻(xiàn)1中公開了如下技術(shù)：在IGZ0中添加規(guī)定量的Sn， 提高對源電極?漏電極進(jìn)行濕式蝕刻時(shí)所使用的無機(jī)酸系濕式蝕刻液（例如磷酸/硝酸/ 醋酸的混酸濕式蝕刻液）的耐性，抑制半導(dǎo)體層的侵蝕。具體而言，上述專利文獻(xiàn)1的實(shí)施 例的表2中記載了如下內(nèi)容：在具有將Sn相對于In、Ga、Zn、Sn的總量的原子比率控制在 0. 015?0. 070(1. 5?7% )的范圍的半導(dǎo)體膜的BCE型薄膜晶體管中，TFT特性的不一致 變小。但是，在上述專利文獻(xiàn)1中并未完全留意到對應(yīng)力耐性的提升。
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0021] 專利文獻(xiàn)
[0022] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2011-108873號公報(bào)
[0023] 非專利文獻(xiàn)
[0024] 非專利文獻(xiàn)1 :固體物理、V0L44、P621 (2009)
[0025]非專利文獻(xiàn) 2 :Nature、V0L432、P488 (2〇04)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)明要解決的課題
[0027] 本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，其目的在于：在具備氧化物半導(dǎo)體層薄膜的薄 膜晶體管中，提供一種半導(dǎo)體層用氧化物、在上述半導(dǎo)體層用氧化物的成膜中使用的濺射 靶、具備上述半導(dǎo)體層用氧化物的薄膜晶體管、以及具備上述薄膜晶體管的顯示裝置，其 中，所述半導(dǎo)體層用氧化物在維持高場效應(yīng)遷移率的同時(shí)，對光、偏壓應(yīng)力等而言，閾值電 壓的變化量小，應(yīng)力耐性優(yōu)異，并且對于使源/漏電極圖案化時(shí)所使用的濕式蝕刻液具有 優(yōu)異的耐性。
[0028] 用于解決課題的手段
[0029] 能夠解決上述課題的本發(fā)明的半導(dǎo)體層用氧化物是在基板上具備源電極、漏電 極、柵電極、柵極絕緣膜、半導(dǎo)體層及保護(hù)膜且在薄膜晶體管的半導(dǎo)體層中所使用的氧化 物，其主旨在于，上述氧化物由In、Zn、Ga、Sn及0構(gòu)成，并且，在上述氧化物中，將各金屬元 素相對于除氧以外的全部金屬元素（In、Zn、Ga及Sn)的含量（原子％)分別設(shè)為[In]、 [Zn]、[Ga]及[Sn]時(shí)，滿足下式⑴?（4)。

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體層用氧化物，其特征在于，其是用于在基板上具備源電極、漏電極、柵電 極、柵極絕緣膜、半導(dǎo)體層及保護(hù)膜的薄膜晶體管的半導(dǎo)體層中的氧化物， 所述氧化物由111、211、63、511及0構(gòu)成，并且 在所述氧化物中，將各金屬元素相對于除氧以外的全部金屬元素的原子百分比含量分 別設(shè)為[In]、[Zn]、[Ga]及[Sn]時(shí)，滿足下式⑴?（4)，即 1. 67X [Zn]+1. 67X [Ga]彡 100 ? ? ? (1); ([Zn]/0. 95) + ( [Sn]/0. 40) + ( [In]/0. 4) ^100* ? ? (2)； [In] < 40 ? ? ? (3); [Sn] > 5 ? ? ? (4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體層用氧化物，其還滿足下式（5)?（8)，即 12 彡[In]彡 20 ? ? ? (5); 17 ^ [Sn] ^ 25 ? ? ? (6)； 15 彡[Ga]彡 20 ? ? ? (7); 40 彡[Zn]彡 50 ? ? ? (8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體層用氧化物，其載流子密度為1 X 1015?1 X 1017/cm3。
4. 一種薄膜晶體管，其特征在于，其具備權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體層用氧 化物作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其中，所述半導(dǎo)體層的密度為6. Og/cm3以上。
6. -種濺射靶，其特征在于，其為用于形成權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體層用 氧化物的濺射靶， 該溉射祀包含In、Zn、Ga及Sn，將各金屬兀素相對于全部金屬兀素的原子百分比含量 分別設(shè)為[In]、[Zn]、[Ga]及[Sn]時(shí)，滿足下式（1)?（4)，即 1. 67X [Zn]+1. 67X [Ga]彡 100 ? ? ? (1); ([Zn]/0. 95) + ( [Sn]/0. 40) + ( [In]/0. 4) ^100* ? ? (2)； [In] < 40 ? ? ? (3); [Sn] > 5 ? ? ? (4)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的濺射靶，其還滿足下式（5)?（8)，即 12 彡[In]彡 20 ? ? ? (5); 17 彡[Sn]彡 25 ? ? ? (6); 15 彡[Ga]彡 20 ? ? ? (7); 40 彡[Zn]彡 50 ? ? ? (8)。
8. -種顯示裝置，其特征在于，其具備權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管。
9. 一種顯示裝置，其特征在于，其具備權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管。
【文檔編號】H01L29/786GK104335354SQ201380027070
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】森田晉也, 廣瀨研太, 三木綾, 釘宮敏洋 申請人:株式會(huì)社神戶制鋼所