專利名稱：包含薄膜晶體管的lcd或有機el顯示器的轉(zhuǎn)換組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)包含薄膜晶體管的IXD或有機EL顯示器的轉(zhuǎn)換組件。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT)是具有柵極極引出線、源極引出線和漏極引出線的三個引出線組件，采用已于基板上形成薄膜的半導(dǎo)體薄膜作為電子或空穴移動的溝道層，施加電壓至柵極極引出線，控制流動于溝道層的電流，具有切換源極引出線和漏極引出線間的電流的機能的有源組件。目前最被廣泛使用作TFT者，是以多晶硅膜或非晶形娃膜為溝道層材料的 MIS-FET (Metal Insulator Semiconductor Field EffectTransistor)組件。 另外，最近將已采用ZnO的透明導(dǎo)電性氧化物多晶薄膜用于溝道層的TFT，正予蓬勃的開發(fā)著(專利文獻(xiàn)I)。上述薄膜可于低溫形成薄膜，且對可見光是透明的，故于塑料板或薄膜等的基板上可形成可撓性透明TFT。然而，公知的ZnO未能形成室溫穩(wěn)定的非晶形相，幾乎所有的ZnO均呈現(xiàn)多晶相，由于多晶晶粒界面的亂射，以致未能增加電子移動度。再者，ZnO是容易有氧缺陷現(xiàn)象，會大量發(fā)生載流子電子，欲降低導(dǎo)電率是較困難的。因此，欲增加晶體管的連通.斷開比也是困難的。另外,于專利文獻(xiàn)2內(nèi)記載著以ZnxMyInz0(x+3y/2+3z/2)(式內(nèi)M是Al和Ga中至少一種元素，比率x/y在0. 2 12的范圍，比率z/y在0. 4 I. 4的范圍)表示的非晶形氧化物作為非晶形氧化物。然而，在此所得的非晶形氧化物膜的電子載流子濃度是IO1Vcm3以上，雖然單單用作透明電極即已足夠，但卻較難適用于TFT的溝道層。何以如此，于以上述非晶形氧化物膜為溝道層的TFT，未能充分取得連通.斷開比，顯而可知并不適用于正常斷開型(normally off)的 TFT。專利文獻(xiàn)I :日本特開2003-298062號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2000-044236號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供電子載流子濃度低的非晶形氧化物，再者提供以采用各該非晶形氧化物于溝道層的薄膜晶體管。本發(fā)明是⑴以電子載流子濃度未滿IO1Vcm3為特征的非晶形氧化物。另外，本發(fā)明是優(yōu)選以電子載流子濃度IO1Vcm3以下或IOlfVcm3以下的非晶形氧化物。另外，本發(fā)明是(2)以使電子載流子濃度增加，同時使電子移動度增加為特征的非晶形氧化物。
另外，本發(fā)明是(3)以電子移動度超過O. Icm2/(V·秒)為特征的上述(I)或(2)所述的非晶形氧化物。另外，本發(fā)明是(4)表示導(dǎo)電衰退的上述(2)或(3)所述的非晶形氧化物。在此所謂的導(dǎo)電衰退是指電阻于溫度相依性的熱活化能量于30meV以下的狀態(tài)。另外，本發(fā)明的其它形態(tài)是(5)以Zn、In和Sn的中至少一種的元素為構(gòu)成成分，以(Sn1JMx) 02]a · [(IrvyI^y)2O3]b ·[ (Zn1J^z) O]c[O 彡 x 彡 1、0 彡 y 彡 1、0 彡 z 彡 1，且 X、y> z并不同時為1>0 ^ b ^ 1>0 ^ c ^ I,且a+b+c = I、M4為較Sn原子序號小的IV族(4族)元素(Si、Ge、Zr)，M3為較In原子序號小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu, M2為較Zn原子序號小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]表示的上述的⑴至
(4)的任一項記載的非晶形氧化物。另外，本發(fā)明是于上述(5)的發(fā)明內(nèi)也可含有V族(5族)元素M5(V、Nb、Ta)或W的中至少一種元素。本發(fā)明的其它形態(tài)是(6)采用結(jié)晶狀態(tài)的組成為(IrvyIOy) 203 (Ζηι_χΜ2χ0)m
的化合物單體或m值不同的化合物的混合體的上述(I)為(4)的任一項記載的非晶形氧化物的薄膜晶體管。至于M3,例如可為Ga,至于M2,例如可為Mg。 另外，本發(fā)明是已設(shè)于玻璃基板、金屬基板、塑料基板或塑料薄膜上的(I)至(6)中任一項所述的非晶形氧化物。另外，本發(fā)明是已使用上述非晶形氧化物于溝道層的電場效應(yīng)型晶體管。另外，與本發(fā)明有關(guān)的電場效應(yīng)型晶體管是以A1203、Y203或HfO2的一種，或以含有至少二種該些化合物的混晶化合物為柵極絶緣層為特征。另外，本發(fā)明的其它形態(tài)，是(7)以由In-Ga-Zn-O構(gòu)成，結(jié)晶狀態(tài)的組成為InGaO3 (ZnO) m(m是未滿6的自然數(shù))表示，電子移動度超過Icm2/(V ·秒)且電子載流子濃度未滿IO1Vcm3為特征的透明半絶緣性非晶形氧化物膜。另外，本發(fā)明的其它形態(tài)，是⑶以由In-Ga-Zn-Mg-O構(gòu)成，結(jié)晶狀態(tài)的組成為InGaO3(ZrvxMgxO)m(m是未滿6的自然數(shù)，以O(shè) < x彡I表示，電子移動度超過Icm2/(V 秒)且電子載流子濃度未滿IO1Vcm3為特征的透明半絶緣性非晶形氧化物膜。再者另外，本發(fā)明是刻意的不添加供提高電阻而用的雜質(zhì)離子，使于含氧氣的氣氛中進(jìn)行成膜為特征的上述的透明半絶緣性非晶形氧化物膜的制造方法。再者另外，與本發(fā)明有關(guān)的薄膜晶體管是具有源極電極、漏極電極、柵極電極、柵極絶緣膜和溝道層，于前述溝道層內(nèi)采用電子載流子濃度未滿IO1Vcm3的非晶形氧化物為特征。前述非晶形氧化物的電子載流子濃度以于IO1Vcm3以下或IOlfVcm3以下為宜。在此，前述非晶形氧化物是含有In、Ga、Zn的氧化物,原子數(shù)比是In Ga Zn = I I m(m< 6)?；蚯笆龇蔷窝趸锸呛蠭n、Ga、Zn和Mg的氧化物，原子數(shù)比是In Ga ZrvxMgx=I : I : m(m<6),0<x^lo 另外，前述非晶形氧化物是由InxGah氧化物(O彡x彡I)、InxZn1^x氧化物(O. 2 ^ X ^ I)、InxSrih 氧化物(O. 8 ^ x ^ I)或 Inx(Zn、Sn) 氧化物(O. 15 < x < I)選出的非晶形氧化物。另外，于與薄膜晶體管有關(guān)的本發(fā)明內(nèi)，是可采用隨著電子載流子濃度的增加，電子移動度同時增加的材料作為前述記非晶形氧化物。若依本發(fā)明時，則可提供電子載流子濃度低的非晶形氧化物，同時可提供采用該非晶形氧化物于溝道層的薄膜晶體管。


圖I是表示以脈沖蒸鍍法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的電子載流子濃度與成膜中的氧分壓力的關(guān)系圖。圖2是表示以脈沖蒸鍍法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的電子載流子濃度與電子移動度的關(guān)系圖。圖3是表示以高頻濺鍍法成膜的In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物的電子載流子濃度與成膜中的氧分壓的關(guān)系圖。 圖4是表示對以脈沖蒸鍍法成膜的InGaO3 (Zn1^xMgxO) 4的x值的導(dǎo)電率、電子載流子濃度與電子移動度的的變化圖。圖5是表示頂層?xùn)艠O型TFT組件構(gòu)造的模式圖。圖6是表示頂層?xùn)艠O型TFT組件的電流-電壓特性圖。圖7是表示脈沖激光蒸鍍裝置的模式圖。圖8是表示濺鍍制膜裝置的模式圖。附圖中標(biāo)號說明I-玻璃基板或PET薄膜；2-溝道層；3-柵極絕緣膜；4-柵極引出線；5-漏極引出線；6-源極引出線701、715-RP (旋轉(zhuǎn)型唧筒)；702、714_TMP(渦輪分子唧筒)；703-準(zhǔn)備室；704-RHEED 用電子槍；705-基板支持設(shè)備；706-激光入射窗；707-基板；708-靶材；709-游離基源；710-氣體導(dǎo)入口 ；711-靶材支持設(shè)備；712-旁通管線；713-主管線；716-鈦除氣唧筒；717-快門；
718-IG (離子真空計)；719_PG(皮拉尼真空計)；720-BG(巴拉特龍真空計)；721-成長室；805-附冷卻機構(gòu)的基板支持裝置；807-被成膜基板；808-靶材；814-渦輪分子唧筒；
815-旋轉(zhuǎn)唧筒；817-快門;818-離子真空計；819-皮拉尼真空計；821-成長室；830-閘閥。
具體實施例方式與本發(fā)明有關(guān)的非晶形氧化物是以電子載流子濃度未滿IO1Vcm3為特征。另外，與本發(fā)明有關(guān)的薄膜晶體管(TFT)是以采用電子載流子濃度未滿IO1Vcm3的非晶形氧化物于其溝道層為特征。TFT是如圖5所示，是由于基板上設(shè)置溝道層2，于各該溝道層2上設(shè)有柵極絶緣膜3、柵極電極4、源極電極6、漏極電極5所構(gòu)成的。于本發(fā)明，是采用電子載流子濃度未滿IO1Vcm3的非晶形氧化物作為此溝道層?？蛇m用于本發(fā)明的TFT的構(gòu)成，是如圖5所示，并不限于半導(dǎo)體溝道層的上依序形成柵極絶緣膜和柵極引出線(電極)的交錯型(頂層?xùn)艠O型)構(gòu)造，例如于柵極引出線的上依序具有柵極絶緣膜和半導(dǎo)體溝道層的逆交錯型(底層?xùn)艠O型)構(gòu)造也可。前述電子載流子濃度是于室溫測量時的數(shù)值。室溫例如是25°C，具體來說是由約0°C至40°C的范圍適當(dāng)選出的溫度。且，與本發(fā)明有關(guān)的非晶形氧化物的電子載流子濃度是于0°C至40°C的全部范圍，并無滿足未滿IO1Vcm3的必要。例如于25°C，以載流子電子密度未滿IO1Vcm3若可實現(xiàn)即可。另外，再降低電子載流子濃度，若設(shè)成IO1Vcm3以下，較宜為IOlfVcm3以下時，則可以良品率較佳的制得正常斷開的TFT。電子載流子濃度的測定是可由空穴效應(yīng)求得。且于本發(fā)明，非晶形氧化物是指于X射線繞射圖譜所觀測的電暈圖形(halopattern)中未表示出特定的繞射線的氧化物。于本發(fā)明的非晶形氧化物的電子載流子濃度的下限值若可適用作TFT的溝道層時即可，并未予特別限制。下限值例如為1012/cm3。因此，于本發(fā)明，如后述的各實施例般，控制非晶形氧化物的材料、組成比、制造條件等，例如將電子載流子濃度控制成IO1Vcm3以上至未滿1018/cm3。較優(yōu)選為1013/cm3以上至IO1Vcm3以下，更優(yōu)選為IO1Vcm3以上至1016/cm3以下的范圍。且，至于電子移動度，于室溫測量時，是O. Icm2/(V·秒)以上，優(yōu)選為Icm2/(V ·秒)，較優(yōu)選為5cm2/(V ·秒)以上。且，上述的非晶形氧化物，是隨著電子載流子濃度增加，同時使電子移動度增加。另外，其導(dǎo)電性有顯現(xiàn)出導(dǎo)電衰退的傾向。導(dǎo)電衰退是指電阻于溫度相依性的熱活化能量于30meV以下的狀態(tài)。(非晶形氧化物的材料)至于與本發(fā)明有關(guān)的非晶形氧化物，以Zn、In和Sn的中至少一種的元素為構(gòu)成成分，以(SrvxM4x) O2] a · [(Ini_yM3y)203]b[ (Zn1^z) 0]c · [O 彡 x 彡 1、0 彡 y 彡 1、0 彡 z 彡 1，且 X、y、z 并不同時為1>0 ^ b ^ 1>0 ^ c ^ I,且 a+b+c = I、M4 為較 Sn 原子序號小的IV族(4族)元素(Si、Ge、Zr)，M3為較In原子序號小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2為較Zn原子序號小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]表示的材料。于此氧化物內(nèi)也可加入5族元素M5 (V、Nb、Ta)或W的中至少一種元素。且于本詳細(xì)說明書內(nèi)，于周期表的II族、III族、IV族、V族元素雖也有記載成2族、3族、4族、5族元素的情形，但指相同意義。由于上述的非晶形膜內(nèi)添加構(gòu)成較Zn原子序號小的2族元素M2 (M2是Mg、Ca)、較In原子序號小的3族元素M3 (M3是B、Al、Ga、Y)和Lu、較Sn原子序號小的4族元素M4 (M4 是Si、Ge、Zr)、5族元素(M5是V、Nb、Ta)或W的中至少一種復(fù)合氧化物的元素，可使電子載流子濃度較減少。各自較Zn、In、Sn原子序號小的M2、M3、M4元素，是離子性較Zn、In、Sn強，因此較少發(fā)生缺氧，可降低電子載流子濃度。另外，Lu的原子序號雖較Ga大，但離子半徑小，離子性強，與M3達(dá)成同樣的機能。M5因是正五價離子化，故與氧間的鍵結(jié)較強，較難生成缺氧。W因是六價離子化，故與氧間的鍵結(jié)較強，較難生成缺氧。另夕卜，至于可適用于本發(fā)明的非晶形氧化物，結(jié)晶狀態(tài)的組成為(IrvyMSy)2O3(ZrvxICxO)m[O彡X彡1，m為O或未滿6的數(shù)或自然數(shù)，M3是較In原子序號小的III族(3族)元素(B、Al、Ga、Y)或Lu，M2是較Zn原子序號小的II族(2族)元素(Mg、Ca)]的化合物單體或m值不同的化合物的混合體。至于M3，例如可為Ga，至于M2，例如可為Mg。如此，至于可適用于本發(fā)明的非晶形氧化物，是位于以SnO2Un2O3和ZnO為頂點的三角形內(nèi)部的一元系、二元系或三元系組成的化合物。上述三種化合物的中，In2O3是于非晶形形成能力較大的氣相法內(nèi)，由于形成薄膜的大氣內(nèi)添加水分約O. IPa等的手段進(jìn)行成膜的狀態(tài)可形成完全的非晶形相。另一方面，ZnO和SnO2雖是較難單獨的形成非晶形相的情形，但由將In2O3設(shè)成主氧化物，可形成非晶形相。具體來說，上述三種化合物的中含有二個的二元系組成(位于上述三角形的周邊上的組成)之中，于In-Zn-O系以In含有約20原子％以上的組成、于Sn-In-O系以In含有約80原子％以上的組成，可制作非晶形膜。為以氣相法制得In-Zn-O系非晶形膜，例如，若于氣氛中引入水蒸汽約O. IPa，又為制得In-Sn-O系非晶形膜，于氣氛中引入氮氣約O. IPa即可。上述化合物的中含有三個的三元系組成的Sn-In-Zn系，于In約15原子％以上的組成范圍，由氣相法可制得非晶形膜。且在此的原子％是表示對僅除氧離子外的金屬離子內(nèi)的原子％。也即，例如，「于In-Zn-O系的In約20原子％以上」是InxZrvxU > O. 2)。另外，于含有Sn、In、Zn的非晶形氧化物膜的組成，如下述般，也可添加各自的元素。具體來說，可添加較Zn原子序號小的2族元素M2(M2是Mg、Ca)、較In原子序號小的3族元素M3 (M3是B、Al、Ga、Y)和Lu、較Sn原子序號小的4族元素M4 (M4是Si、Ge、Zr)的中構(gòu)成至少一種復(fù)合氧化物的元素。再者，本發(fā)明的非晶形氧化物膜，是可于上述組成內(nèi)添加5族元素M5 (M5是V、Nb、Ta)或W的中構(gòu)成至少一種的復(fù)合氧化物的元素。由添加上述元素，可使室溫的非晶形膜較穩(wěn)定化，再者可拓展所得的非晶形膜的組成范圍。尤其，共有鍵結(jié)性較強的B、Si、Ge的添加是于非晶形相穩(wěn)定化方面有效，由離子半徑的差較大的離子所構(gòu)成的復(fù)合氧化物是非晶形相呈現(xiàn)穩(wěn)定化。例如，于In-Zn-O系若In超過約20原子％的組成范圍時，則雖較難制得室溫穩(wěn)定的非晶形膜，但由當(dāng)量添加In和Mg，可于In超過約15原子％以上的組成范圍制得穩(wěn)定的非晶形膜。其次，說明可適用于與本發(fā)明有關(guān)的薄膜晶體管的溝道層的非晶形氧化物材料的例子。至于溝道層所用的非晶形氧化物，例如為含有In、Ga、Zn且原子數(shù)比滿足In Ga Zn=I I m的氧化物。在此，m是未滿6的數(shù)。且m的值也可為自然數(shù)，但
不一定需為自然數(shù)。且于本詳細(xì)說明書的其它處所的m也是同樣的。且，原子數(shù)比也可視作克分子比。結(jié)晶狀態(tài)的組成以InGaO3(ZnO)niGii是未滿6的數(shù))表示的透明非晶形氧化物薄膜，是于m未滿6時，至800°C以上的高溫為止，隨著m的值變大，也即ZnO對InGaO3的比增大，隨著接近ZnO組成，變成容易結(jié)晶化。因此，至于非晶形TFT的溝道層，以m的值未滿6為宜。由將濺鍍法或脈沖激光蒸鍍法進(jìn)行成膜之際的靶材(例如，多晶體)的組成比設(shè)成滿足上述m < 6時，即可得所期望的非晶形氧化物。另外，至于上述非晶形氧化物，于上述InGaZn的構(gòu)成比內(nèi)，也可將Zn取代成Zni_xMgx。Mg的取代量是可于O < X彡I的范圍內(nèi)。且，若取代成Mg時，則氧化物膜的電子移動度與未添加Mg膜相較雖會降低，但其程度較少，另一方面再與未取代電子載流子濃度的情況相比因可降低，故作為TFT的溝道層是較合適的。Mg的取代量宜為超過20%，未滿85%, (X 是于 O. 2 < X < O. 85 的范圍內(nèi))，較宜為 O. 5 < x < O. 85。再者另外，前述非晶形氧化物，也可由In氧化物、InxZrvx氧化物(O. 2彡x彡I)、InxSrvx 氧化物(O. 8 < X < I)或 Inx (Zn、Sn) 氧化物(O. 15 ^ x ^ I)合適的選擇。且 Zn和Sn于Inx(Zn、Sn) h氧化物的組成比是可合適選擇。也即Inx(Zn、Sn) h氧化物是可記載成Inx (ZnySrvy) ι-χ氧化物，Y的范圍是由I至O。且，不含Zn和Sn的In氧化物的情況，也可將部份In取代成Ga，也即成為InxGah氧化物(O彡x彡I)。(非晶形氧化物的制造方法)本發(fā)明所用的非晶形氧化物是于以下的各實施例所示的條件利用氣相成膜法可予形成。例如，為得InGaZn非晶形氧化物，以具有InGaO3(ZnO)ni組成的多晶燒結(jié)體為靶材，由濺鍍法(SP法)、脈沖激光蒸鍍法(PLD法)和電子射束蒸鍍法等氣相法進(jìn)行成膜。且由大量生產(chǎn)的觀點，以濺鍍法是最合適的。且，于ln203、In-Zn-O系非晶形氧化物膜等，于成膜時的大氣內(nèi)加入氧游離基也可，此氧游離基的添加是采用發(fā)生氧游離基裝置即可。且于成膜后，有使電子載流子濃度增加的必要情況下，于還原氣氛中，由熱處理該膜可使電子載流子濃度增加。至于如此而得的電子載流子濃度不同的非晶形氧化物膜，若調(diào)查電子移動度與電子載流子濃度的相依性時，電子移動度是隨著電子載流子濃度的增加而同時增加。(基板)
至于形成與本發(fā)明有關(guān)的薄膜晶體管的際的基板，可采用玻璃基板、塑料基板、塑料薄膜等。且如后述實施例所說明般，與本發(fā)明有關(guān)的非晶形氧化物，因可于室溫進(jìn)行成膜，于以PET為首的可撓性材料上可設(shè)置薄膜晶體管。另外，合適的選擇上述非晶形氧化物，采用對波長400nm以上的可見光或紅外光透明的材料制作TFT。(柵極絶緣膜)至于與本發(fā)明有關(guān)的薄膜晶體管的柵極絶緣膜，以含有A1203、Y203、HfO2或該些化合物至少兩種以上的混晶化合物為柵極絶緣膜為宜。于柵極絶緣薄膜和溝道層薄膜的界面上若存在缺陷時，則會降低電子移動度和造成晶體管特性的遲滯現(xiàn)象。另外，因柵極絶緣膜的種類不同，漏泄電流 也大不相同。因此，有選定適于溝道層的柵極絶緣膜的必要。若采用Al2O3膜時，即可減低漏泄電流。另外，若采用Y2O3膜時，則可降低遲滯現(xiàn)象。再者，若采用高介電常數(shù)的HfO2膜時，則可增加電場效應(yīng)移動度。另外，采用由此等化合物的混晶而成的膜，可形成漏泄電流、遲滯小，電場效應(yīng)移動度大的TFT。另外，柵極絶緣膜形成工藝和溝道層形成工藝因可于室溫進(jìn)行，無論TFT構(gòu)造，即或交錯構(gòu)造和逆交錯構(gòu)造均可予形成。(晶體管)若采用電子載流子濃度未滿IO1Vcm3的非晶形氧化物膜于溝道層，介經(jīng)源極引出線、漏極引出線和柵極絶緣膜構(gòu)成已配有柵極引出線的電場效應(yīng)型晶體管時，則施加約5V的電壓至源極引出線.漏極引出線間時，可將未施加?xùn)艠O電壓時的源極引出線.漏極引出線間的電流設(shè)為約10_7安培。電子載流子濃度的理論下界限若予假設(shè)成可使價電子帶域的電子受熱激勵時，則為IOVcm3以下，但實際的可能性則為1012/cm3。另外，若采用Al2O3J2O3、或HfO2的一種或含有該些化合物至少二種以上的混晶化合物作為柵極絶緣層時，可將源極.柵極引出線間和漏極.柵極引出線間的漏泄電流設(shè)成約10_7安培，可實現(xiàn)正常斷開晶體管。氧化物結(jié)晶的電子移動度，是金屬離子的s軌道重迭愈大則愈大，原子序號較大的Zn、In、Sn的氧化物結(jié)晶是具有O. I至200cm2/(V ·秒)的較大的電子移動度。再者，于氧化物方面，因氧與金屬離子形成離子鍵結(jié)，無化學(xué)鍵結(jié)的方向性，呈無規(guī)構(gòu)造，即使鍵結(jié)的方向為不均勻的非晶形狀態(tài)，與結(jié)晶狀態(tài)的電子移動度相較，成為可具有相同程度大小。另一方面，由以原子序號較小的兀素取代Zn、In、Sn,則電子移動度變小。因此,藉由米用上述的非晶形氧化物，可將電子移動度控制于約O. Olcm2/(V·秒)至20cm2/(V·秒)的范圍。另外，于通常的化合物方面，隨著載流子濃度增加，由于載流子間的亂射等等，電子移動度雖然減少，但相對于此，于本發(fā)明的非晶形氧化物方面，隨著電子載流子濃度的增力口，電子移動度雖會增加，但其物理機構(gòu)并不清楚。若施加電壓至柵極引出線時，因可注入電子至上述的非晶形氧化物溝道層內(nèi)，故電流于漏極.源極引出線間流動，兩引出線間成為連通狀態(tài)。依本發(fā)明而得的非晶形氧化膜，是隨著電子載流子濃度增加而使電子移動度變大，故晶體管可使于連通狀態(tài)的電流變大。也即可較增加飽和電流和連通 斷開比。若采用電子移動度較大的非晶形氧化物膜作為TFT的溝道層時，則可增大飽和電流，又可增大TFT的轉(zhuǎn)換(switching)速度，使高速動作成為可能的。例如，電子移動度若為O. Olcm2/(V ·秒)程度時，則可用作驅(qū)動液晶顯示組件的TFT的溝道層。另外，若采用約O. Icm2/(V·秒)的非晶形氧化物膜時，則具有與采用非晶形硅膜的TFT同等以上的性能，可制作驅(qū)動動畫影像用顯示組件的TFT。再者，使以電流驅(qū)動的有機發(fā)光二極管動作的情況等，為實現(xiàn)需要較大的電流的TFT，以電子移動度超過Icm2/(V ·秒)為較宜。若采用表示依本發(fā)明而得的導(dǎo)電衰退的非晶形氧化物于溝道層時，則在電子載流子濃度較多的狀態(tài)的電流，也即晶體管的飽和電流的溫度相依性變小，可實現(xiàn)溫度特性優(yōu)越的TFT。
實施例實施例I :依PLD法制作的非晶形In-Ga-Zn-O薄膜采用圖7所示的PLD成膜裝置，進(jìn)行成膜。于同圖，701是RP (旋轉(zhuǎn)型唧筒)，702是TMP (渦輪分子唧筒)，703是準(zhǔn)備室，704是RHEED用電子槍，705是供旋轉(zhuǎn)、垂直移動基板而用的基板支持設(shè)備，706是激光入射窗，707是基板，708是靶材，709是游離基源，710是氣體導(dǎo)入口，711是供旋轉(zhuǎn)、垂直移動靶材而用的靶材支持設(shè)備，712是旁通管線，713是主 管線，714是TMP (渦輪分子唧筒)，715是RP (旋轉(zhuǎn)型唧筒)，716是鈦除氣唧筒(titaniumgetter pump)，717是快門。另外，圖中718是IG(離子真空計)，719是PG(皮拉尼真空計)，720是BG(巴拉特龍真空計)721是成長室(chamber)。由已采用KrF激發(fā)子(eximer)激光的脈沖激光蒸鍍法，使In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物半導(dǎo)體膜淀積于SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)上。至于淀積前的處理，采用丙酮、乙醇、超純水各對基板進(jìn)行超音波脫脂清洗5分鐘后，使于100°C空氣中干燥。于前述多晶祀材方面，是采用InGaO3(ZnO)4系燒結(jié)體(尺度20mm直徑,5mm厚度)。這是以已濕式混合起始原料的In2O3 Ga2O3 ZnO (各4N試劑)后(溶劑乙醇)，經(jīng)暫時燒結(jié)(1000°C :2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550°C:2h)而得。如此制作的靶材的導(dǎo)電率為 90S/cm。使成長室的到達(dá)真空設(shè)成2X10_6Pa，將成長中的氧分壓控制于6. 5Pa并進(jìn)行成膜。成長室721內(nèi)氧分壓是6. 5Pa、基板溫度是25°C。且，靶材708和被成膜基板707間的距離是30mm，由入射窗716經(jīng)予入射的KrF激發(fā)子的功率是I. 5-3mJ/cm2/pulse的范圍。另夕卜，脈沖寬度是20nsec，反復(fù)頻率是10Hz，因此，照射點直徑為1父1111111(方形)。如此以成膜率7nm/min進(jìn)行成膜。關(guān)于制得的薄膜，于幾乎貼近薄膜處進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法，入射角O. 5度)時，由未被發(fā)現(xiàn)有明顯的繞射波峰，可說已制作的In-Ga-Zn-O系薄膜是非晶形的。再者，測定X射線反射率，進(jìn)行繞射圖形的解析的結(jié)果，得知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)是約0.5nm，膜厚約120nm。螢光X射線(XRF)分析的結(jié)果，薄膜的金屬組成比為In Ga Zn=0.98 1.02 4。導(dǎo)電率是未滿約10_2S/cm。電子載流子濃度可被推定為約1016/cm3以下，電子移動度為約5cm2/(V.秒)。由光吸收光譜的解析，求出已制作的非晶形薄膜的禁止帶能量寬度為約3eV。由以上的事實，已制作的In-Ga-Zn-O系薄膜是呈現(xiàn)出與結(jié)晶InGaO3(ZnO)4系的組成相近的非晶形相，可知是缺氧較少，導(dǎo)電率較小的透明平坦薄膜。采用圖I具體的說明。該圖是由In-Ga-Zn-O所構(gòu)成，以與本實施例相同條件下制作已假設(shè)結(jié)晶狀態(tài)時的組成以InGaO3(ZnO)m(m是未滿6的數(shù))表示的透明非晶形氧化物薄膜時，使改變氧分壓的情況，表示出經(jīng)與成膜的氧化物的電子載流子濃度的變化。由于與本實施例相同條件下超過氧分壓4. 5Pa的較高的氣氛中進(jìn)行成膜，如圖I所示，可使電子載流子濃度降低至未滿1018/cm3。此時，基板的溫度是于不刻意加溫的狀態(tài)，可予保持于約略室溫。于使用可撓性塑料薄膜作為基板時，基板溫度以保持未滿10(TC為且。若更提高氧分壓時，可更使電子載流子濃度降低。例如，如圖I所示般，于以基板溫度25°C、氧分壓5Pa進(jìn)行成膜的InGaO3 (ZnO) 4薄膜，可再使電子載流子數(shù)降低至1016/cm3。所得的薄膜如圖2所示般，電子移動度是超過Icm2/(V 秒)。然而，于本實施 例的脈沖激光蒸鍍法，若使氧分壓設(shè)成6. 5Pa以上時，則已淀積的膜的表面即成凹凸，欲用作TFT的溝道層即成困難。因此，于氧分壓超過4. 5Pa，較佳為超過5Pa至未滿6. 5Pa的氣氛中，若采用由以脈沖激光蒸鍍法制作的In-Ga-Zn-O所構(gòu)成，于結(jié)晶狀態(tài)的組成以InGaO3(ZnO)mOii是未滿6的數(shù))表示的透明非晶形氧化物薄膜時，則可構(gòu)成正常斷開的晶體管。另外，該薄膜是可得電子移動度超過IcmVV ·秒，增大連通.斷開比至成超過103。如前述般，以本實施例所示的條件下由PLD法進(jìn)行InGaZn氧化物的成膜時，以控制氧分壓成4. 5Pa以上至未滿6. 5Pa為較佳。且為實現(xiàn)電子載流子濃度成未滿1018/cm3，使氧分壓的條件、成膜裝置的構(gòu)成或成膜的材料或組成等等相依。實施例2 :依PLD法制作的非晶形InGaO3 (ZnO)和InGaO3 (ZnO)4氧化物膜的成膜依采用KrF激發(fā)子激光的PLD法，以具有InGaO3(ZnO)和InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體各為靶材，于玻璃基板(康寧公司制造的1737)使淀積In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜。PLD成膜裝置是采用實施例I所示，成膜條件與上述相同。于基板溫度25°C進(jìn)行成膜。關(guān)于所得的薄膜，對貼近膜面而進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角O. 5度)時，則清晰可見的繞射波峰未被檢測出，由二種靶材制作的In-Zn-Ga-O系膜，不論何者均顯示出非晶形膜。再者，對玻璃基板的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜進(jìn)行X射線反射率測量，已進(jìn)行圖形的解析的結(jié)果，可知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)為約O. 5nm,膜厚約120nm。螢光X射線(XRF)分析的結(jié)果，以具有InGaO3(ZnO)組成的多結(jié)晶燒結(jié)體為靶材而得的膜的金屬原子組成比是In Ga Zn = I. I I. I 0.9。又以具有InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體為靶材而得的膜的金屬原子組成比是In : Ga : Zn = O. 98 : 1.02 4。使成膜時的氣氛的氧分壓變化，測定以具有InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體為靶材而得的非晶形氧化物膜的電子載體濃度。其結(jié)果示于圖I。由在氧分壓超過4. 5Pa的氣氛中成膜，可使電子載體濃度降低至未滿1018/cm3。此時，于基板溫度刻意不予加溫的狀態(tài)下是予以保持于約略常溫。又，氧分壓未滿6. 5Pa時，所得的非晶形氧化物膜的表面是平坦的。氧分壓為5Pa時，以具有InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體為靶材而得的非晶形氧化物膜的電子載體濃度為IOlfVcm3，導(dǎo)電率為10_2S/cm。又，電子移動度則予推測成約5cm2/V·秒。由光吸收光譜的解析，求出已制作的非晶形氧化物膜的禁帶能量寬幅是約3eV。若氧分壓由5Pa再增大時，則可使電子載體濃度再降低。
如圖I所示，于基板溫度25°C、氧分壓6Pa進(jìn)行成膜的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜，是可將電子載流子濃度降低至8X1015/cm3(導(dǎo)電率約8X10_3S/cm)。所得的膜是可予推測電子移動度超過Icm2/(V 秒)。然而，于PLD法，若將氧分壓設(shè)成6. 5Pa以上時，則已淀積的膜的表面即成凹凸?fàn)?，欲用作TFT的溝道層即成較困難。關(guān)于以具有InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體為靶材，不同的氧分壓進(jìn)行成膜的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜，探討電子載流子濃度與電子移動度的關(guān)是。其結(jié)果示于圖
2。電子載流子濃度若由IOlfVcm3增加至102°/cm3時，則電子移動度是予以表示出由約3cm2/(V ·秒)增加至約Ilcm2/(V ·秒)。另外，關(guān)于以具有InGaO3(ZnO)組成的多晶燒結(jié)體為靶材而得的非晶形氧化物膜，也被發(fā)現(xiàn)有同樣的傾向。采用厚度200μπι的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板時，所得的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜也顯示出同樣的特性。

實施例3 :依SP法制作的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜說明依采用氬氣作為氣氛的高頻SP法而進(jìn)行成膜的情形。SP法是采用圖8所示的裝置予以進(jìn)行。于同一圖上，807是被成膜基板，808是靶材，805是附冷卻機構(gòu)的基板保持裝置，814是渦輪分子唧筒，815是旋轉(zhuǎn)唧筒，817是快門，818是離子真空計，819是皮拉尼真空計，821是成長室，830是閘閥。至于被成膜基板807是準(zhǔn)備SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)。至于成膜前處理，是采用丙酮、乙醇、超純水各進(jìn)行此基板的超音波脫脂清洗每種5分鐘后，使于100°C空氣中干燥。至于祀材材料,是采用具有InGa3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體燒(尺度20mm直徑，5mm厚度)。這一燒結(jié)體是將起始原料的In2O3 Ga2O3 ZnO (各為4N試劑)濕式混合(溶劑乙醇)，經(jīng)臨時燒結(jié)(1000°C:2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550°C:2h)予以制作。此靶材808的導(dǎo)電率為90 (S/cm)，屬半絶緣體狀態(tài)。成長室821內(nèi)的到達(dá)真空為lX10_4Pa，成長中的氧氣和氬氣的總壓力為4 O. I X KT1Pa的范圍內(nèi)的固定值，改變氬氣和氧的分壓比，使氧分壓于10_3 2X KT1Pa的范圍內(nèi)變化。又，基板溫度設(shè)為常溫，靶材80和被成膜基板807間的距離為30mm。投入電功為RF180W，成膜速率為10nm/min。關(guān)于所取得的膜，對貼近膜面進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角=O. 5度)時，清晰可見的繞射波峰未被檢測出，已制作的In-Zn-Ga-O系膜是予顯示出非晶形膜。進(jìn)一步，進(jìn)行X射線反射率測定，進(jìn)行圖形的解析的結(jié)果，可知薄膜的均方根粗糙度(Rrms)為約
0.5nm，膜厚為約120nm。螢光X射線(XRF)分析的結(jié)果，薄膜的金屬組成比為In Ga Zn=O. 98 I. 02 4。測定使成膜時的氣氛的氧分壓變化而得的非晶形氧化物膜的導(dǎo)電率。其結(jié)果示于圖3。如圖3所示，于氧分壓力超過3X10_2Pa的氣氛中進(jìn)行成膜，可使導(dǎo)電率降低至IOS/cm。由進(jìn)一步增大氧分壓，可使電子載流子數(shù)量降低。例如，如圖3所示，于基板溫度25°C、氧分壓KT1Pa進(jìn)行成膜的InGaO3 (ZnO)4薄膜,可進(jìn)一走使導(dǎo)電率降低至lO.S/cm。另夕卜，于氧分壓超過KT1Pa進(jìn)行成膜的InGaO3(ZnO)4薄膜，電阻過高而未能測定導(dǎo)電率。此時雖未能測定電子移動度，但電子載流子濃度是由較大的膜的值外插，電子移動度則可予推斷為約Icm2A ·秒。
也即，于氧分壓超過3 X 10 ,宜為超過5 X KT1Pa的氬氣氛，采用由濺鍍蒸鍍法制作的In-Ga-Zn-Ο，于結(jié)晶狀態(tài)上的組成InGaO3(ZnO)mOii是未滿6的自然數(shù))表示的透明非晶形氧化物薄膜，可構(gòu)成正常斷開對正常連通比超過IO3的晶體管。于采用本實施例所示的裝置材料的情況下，至于由濺鍍器進(jìn)行成膜的氧分壓，例如3X 10_2Pa以上，5X KT1Pa以下的范圍。且于以脈沖激光蒸鍍法和蒸鍍法制作的薄膜，如圖2所示，隨著導(dǎo)電電子數(shù)的增加，同時使電子移動度增加。正如上述般，由控制氧分壓，可降低氧缺陷，結(jié)果可減少電子載流子濃度。另外，于非晶形狀態(tài)是與多晶狀態(tài)不同，因本質(zhì)上晶粒界面并不存在，可得高電子移動度的非晶形薄膜。且于采用厚度200μπι的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板時，所得的InGaO3(ZnO)4非晶形氧化物膜也顯示出同樣的特性。實施例4 :依PLD法制作的In-Zn-Ga-Mg-O系非晶形氧化物膜的成膜接著，說明依PLD法對玻璃基板進(jìn)行成膜InGaO3 (ZrvxMgxO) 4 (O < χ < I)薄膜。至 于成膜裝置，是采用圖7記載的成膜裝置。至于被成膜基板，準(zhǔn)備SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超純水各進(jìn)行該基板的超音波脫脂清洗每種5分鐘后，使于100°C空氣中干燥作為成膜的前處理。至于革巴材,使用InGa (Zn1JVIgxO) 4 (χ = 1-0)燒結(jié)體(尺度20mm直徑、5mm厚度)。此靶材是將起始原料的In2O3 Ga2O3 ZnO MgO(各為4N試劑)濕式混合(溶劑乙醇)，經(jīng)臨時燒結(jié)(IOOO0C :2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550。。2h)予以制作。成長室內(nèi)的到達(dá)真空為2 X IO-6Pa,成長中的氧分壓為O. 8Pa。又，基板溫度是于常溫(25°C )進(jìn)行，靶材和被成膜基板間的距離為30 (mm)。且，KrF激發(fā)子激光的功率為I. 5mJ/cm2/pulSe、脈沖寬幅為20nseC、反復(fù)頻率為10Hz、照射點直徑為I X Imm (方形)。成膜速率為7nm/min。關(guān)于如此而得的薄膜，對貼近膜面進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角O. 5度)時，清晰可見的繞射波峰未被檢測出，已制作的In-Zn-Ga-Mg-O系膜是予顯示出非晶形膜。所得的薄膜的表面是平坦的。采用不同數(shù)值的靶材，檢測于氧分壓力O. SPa的氣氛中進(jìn)行成膜的In-Zn-Ga-Mg-O系非晶形氧化物膜的導(dǎo)電率、電子載流子濃度和電子移動度的χ值相依性。且，至于靶材，若采用多晶InGaO3 (ZrvxMgxO)m(m是未滿6的自然數(shù)，O < x ^ I)時，即使于未滿IPa的氧分壓下,也可得高電阻非晶形InGaO3(ZrvxMgxO)m薄膜。其結(jié)果示于圖4。χ值超過O. 4時，于氧分壓O. SPa的氣氛中，依PLD法而成膜的非晶形氧化物膜，電子載流子濃度是可以未滿IO1Vcm3表示。又，于χ值超過O. 4的非晶形氧化物膜，電子移動度是超過lcm2/V.秒。如圖4所示，于使用以80原子％的Mg取代Zn的靶材時，于氧分壓O. SPa的氣氛，可將以脈沖激光淀積法而得的薄膜的電子載流子濃度設(shè)為未滿1016/cm3。如此而得的薄膜的電子移動度較未添加Mg的薄膜者降低，但未達(dá)該程度，于室溫的電子移動度為約5cm2/(V ·秒)，與非晶形硅相較則顯示出大一個位數(shù)的值。于相同條件進(jìn)行成膜時，隨著含Mg量的增加，導(dǎo)電率和電子移動度由于均降低，故含Mg量宜為超過20原子％至未滿85原子％ (設(shè)為χ時，O. 2 < χ < O. 85)，較宜為O. 5 < χ < O. 85。且，于采用厚度200 μ m的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜取代玻璃基板時，所得的InGaO3 (Zn1JVIgxO) 4 (O < χ彡I)非晶形氧化物薄膜也顯示出同樣的特性。實施例5 :依PLD法制作的In2O3非晶形氧化物膜的成膜接著說明進(jìn)行成膜In氧化物膜的情況。成膜裝置是采用圖7所述的裝置。至于被成膜基板，準(zhǔn)備SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超純水各進(jìn)行該基板的超音波脫脂清洗每種5分鐘后，使于100°C空氣中干燥作為此基板的前處理。至于祀材,使用In2O3燒結(jié)體(尺度20mm直徑、5mm厚度)。此祀材是將起始原料的In203(4N試劑)經(jīng)臨時燒結(jié)(IOOO0C :2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550°C 2h)予以制作。成長室內(nèi)的到達(dá)真空為2X10_6Pa，成長中的氧分壓為5Pa，水蒸氣分壓為O. IPa, 再對發(fā)生氧游離基裝置施加200W，使產(chǎn)生氧游離基?；鍦囟仁浅?25°C)。靶材和被成膜基板間的距離為40mm。KrF激發(fā)子激光的功率為O. 5mJ/cm2/pulse、脈沖寬幅為20nsec、反復(fù)頻率為IOHz、照射點直徑為I X Imm (方形)。成膜速率為3nm/min)關(guān)于如此而得的薄膜，對貼近膜面進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角O. 5度)時，清晰可見的繞射波峰未被檢測出，已制作的In-O系膜是予顯示出非晶形膜。膜厚是80nm。所得的In-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的電子載流子濃度是5xl017/cm3，電子移動度是約7cm2/V ·秒。實施例6 :依PLD法制作的In-Sn-O系非晶形氧化物膜的成膜說明依PLD法進(jìn)行In-Sn-O系非晶形氧化物膜的成膜的情況。至于被成膜基板，是準(zhǔn)備SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超純水各進(jìn)行超音波脫脂清洗每種5分鐘后，使于100°C空氣中干燥作為此基板的前處理。至于祀材,使用In2O3-SnO2燒結(jié)體(尺度20mm直徑、5mm厚度)。此祀材是將起始原料的In2O3-SnO2 (4N試劑)濕式混合(溶劑乙醇)，經(jīng)臨時燒結(jié)(1000°C 2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550°C 2h)予以制作。靶材的組成是(Ina9Snai)Ou多晶體。成長室內(nèi)的到達(dá)真空為2X10_6Pa，成長中的氧分壓為5Pa，氮分壓為O. IPa，再對發(fā)生氧游離基裝置施加200W，使產(chǎn)生氧游離基?；鍦囟仁怯诔?25°C)進(jìn)行成膜，靶材和被成膜基板間的距離為30mm。KrF激發(fā)子激光的功率為I. 5mJ/cm2/pulse、脈沖寬幅為20nseC、反復(fù)頻率為10Hz、照射點直徑為IX Imm(方形)。成膜速率為6nm/min。關(guān)于如此而得的薄膜，對貼近膜面進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角O. 5度)時，清晰可見的繞射波峰未被檢測出，已制作的In-Sn-O系膜是予顯示出非晶形膜。所得的In-Sn-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的電子載流子濃度是8xl017/cm3，電子移動度是約5cm2/V.秒。膜厚為lOOnm。實施例7 :依PLD法制作的In-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜接著，說明進(jìn)行In-Ga-O系非晶形氧化物膜的成膜的情況。至于被成膜基板，是準(zhǔn)備SiO2玻璃基板(康寧公司制造的1737)。以丙酮、乙醇、超純水各進(jìn)行超音波脫脂清洗每種5分鐘后，使于100°C空氣中干燥作為此基板的前處理。至于IE材，準(zhǔn)備(In2O3)卜廠(Ga203)x(x = 0-1)燒結(jié)體(尺度:20mm直徑、5mm厚度)。且，例如χ = O. I時，則靶材即成為(Ina9Gaai)2O3多晶燒結(jié)體。此靶材是將起始原料的In2O3-Ga2O3 (4N試劑)濕式混合(溶劑乙醇)，經(jīng)臨時燒結(jié)(100(TC 2h)、干式粉碎、真正燒結(jié)(1550。。2h)予以制作。成長室內(nèi)的到達(dá)真空為2X10_6Pa，成長中的氧分壓為IPa?；鍦囟仁怯诔?25°C )進(jìn)行成膜，靶材和被成膜基板間的距離為30 (mm)。KrF激發(fā)子激光的功率為I. 5mJ/cm2/pulse、脈沖寬幅為20nsec、反復(fù)頻率為10Hz、照射點直徑為IXlmm(SB)tj成膜速率為 6nm/min。關(guān)于如此而得的薄膜，對貼近膜面進(jìn)行入射X射線繞射(薄膜法、入射角O. 5度)時，清晰可見的繞射波峰未被檢測出，已制作的In-Ga-O系膜是予顯示出非晶形膜。膜厚為120nm。所得的In-Ga-O系非晶形氧化物膜的非晶形氧化物膜的電子載流子濃度是8xl016/cm3,電子移動度是約lcm2/V ·秒。 實施例8 :采用In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT組件(玻璃基板)制作出如圖5所示的頂層?xùn)艠O型TFT組件。先于玻璃基板(I)上，以具有InGaO3(ZnO)4組成的多晶燒結(jié)體為靶材，于氧分壓5Pa的條件下，由實施例I的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜的制作法，形成出用作溝道層(2)的厚度120nm的In-Zn-Ga-O系非晶形
膜。再于其上，使成長室內(nèi)的氧分壓設(shè)成未滿IPa,并藉由PLD法各層合導(dǎo)電率較大的In-Zn-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，由微影術(shù)和剝落法形成漏極引出線(5)和源極引出線
(6)。最后，由電子射束蒸鍍法形成用作柵極絕緣膜(3)的Y2O3膜(厚度90nm、比介電常數(shù)約15、漏泄電流密度施加O. 5MV/cm時，10_3A/cm2)，于其上形成金膜，由微影術(shù)和剝落法形成柵極引出線(4)。溝道長度為50 μ m,溝道寬幅為200 μ m。(TFT組件的特性評估)圖6是表示室溫下測定的TFT組件的電流-電壓特性。隨著漏極電壓Vds的增加，漏極電流Ids會增加，可知溝道為η型傳導(dǎo)。此與非晶形In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物膜是η型導(dǎo)體的事實并不矛盾。Ids是表示以Vds = 6V程度飽和的典型半導(dǎo)體晶體管的行為。調(diào)查增益特性時，施加Vds = 4V時的柵極電壓Ves的閾值約為-O. 5V。另外，于施加Vgs = 6V時，于Vds = IOV時流動著Ids = I. OX 10_5Α的電流。此是對應(yīng)于由于柵極偏壓會于絶緣體的In-Zn-Ga-O系非晶形半導(dǎo)體薄膜內(nèi)感應(yīng)載流子。晶體管的連通.斷開比是超過103。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得大約7cm2 (Vs) ―1的電場效應(yīng)移動度。雖然對已制作的組件照射可見光進(jìn)行同樣的測量，但未發(fā)現(xiàn)有晶體管特性的變化。且，以將非晶形氧化物的電子載流子濃度設(shè)成未滿1018/cm3，即可適用作TFT的溝道層。至于此電子載流子濃度較優(yōu)選為IO1Vcm3以下，更優(yōu)選為IOlfVcm3以下。如依本實施例時，則可予實現(xiàn)。實施例9 :采用In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT組件制作圖5所示的頂層?xùn)艠O型TFT組件。具體來說，于聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(I)上，藉由實施例2所示的成膜法，以具有InGaO3(ZnO)組成的多晶燒結(jié)體為靶材，于氧分壓5Pa的條件下，形成出用作溝道層(2)的厚度120nm的In-Zn-Ga-O系非晶形氧化物膜。再于其上,使成長室內(nèi)的氧分壓設(shè)成未滿IPa,并由PLD法各層合導(dǎo)電率較大的In-Zn-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，由微影術(shù)和剝落法形成漏極引出線(5)和源極引出線
(6)。
最后，由電子射束蒸鍍法形成柵極絕緣膜(3)，于其上形成金膜，由微影術(shù)和剝落法形成柵極引出線(4)。溝道長度為50 μ m，溝道寬幅為200 μ m。至于柵極絕緣膜，制作出采用Y2O3 (厚度140nm)、Al203 (厚度130nm)和HfO2 (厚度140nm)的三種具有上述構(gòu)造的TFT。(TFT組件的特性評估)于PET薄膜上所形成的TFT的于室溫下測定的電流-電壓特性，是與圖6相同。也即隨著漏極電壓Vds的增加，漏極電流Ids會增加，可知溝道為η型傳導(dǎo)此與非晶形In-Ga-Zn-O系非晶形氧化物膜是η型導(dǎo)體的事實并不矛盾。Ids是表示以Vds = 6V程度飽和的典型半導(dǎo)體晶體管的行為。又，在檢查增益特性時，施加Vds = 4V時的柵極電壓Ves的閾值約為-O. 5V。另外，于施加Ves = 6V時，Vds = IOV時，流動著Ids = I. OX 10_5Α的電流這是對應(yīng)于由于柵極偏壓會于絶緣體的In-Zn-Ga-O系非晶形半導(dǎo)體薄膜內(nèi)感應(yīng)電子載流子。晶體管的連通.斷開比是超過103。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得大約Ycm2(Vs)-1的電場效應(yīng)移動度。
對已于PET薄膜上形成的組件使以曲率半徑30nm折曲，雖可進(jìn)行相同的晶體管特性的測定，然而并未發(fā)現(xiàn)晶體管特性有大幅度變化。又雖然照射可見光并進(jìn)行相同的測定，但并未發(fā)現(xiàn)晶體管特性有變化。即使已采用Al2O3膜的PET作為柵極絶緣膜，雖顯示出與圖6所示者類似的晶體管特性，但施加 Vgs = 6V 時，Vds = OV 時，Ids = 10_8A，于 Vds = IOV 時，流動著 Ids = LOX 10_6A的電流。晶體管的連通.斷開比是超過102。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得約2cm2 (Vs) ―1電場效應(yīng)移動度。即使已采用HfO2膜的PET作為柵極絶緣膜，雖顯示出與圖6所示者類似的晶體管特性，但于施加 Vgs = 6V 時，Vds = OV 時，Ids = IO-8A，于 Vds = IOV 時，流動著 Ids = 5. OX 10_6A的電流。晶體管的連通.斷開比是超過102。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得約IOcm2 (Vs) ―1電場效應(yīng)移動度。實施例10 :采用依PLD法制作的In2O3非晶形氧化物膜制作TFT組件制作圖5所示的頂層?xùn)艠O型TFT組件。首先，于聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(I)上，由實施例5所示的成膜法，形成出用作溝道層(2)的厚度SOnm的In2O3系非晶形氧化物膜。再于其上，使成長室內(nèi)的氧分壓設(shè)成未滿IPa，再將施加至發(fā)生氧游離基裝置的電壓設(shè)成零，并藉由PLD法各層合導(dǎo)電率較大的In2O3系非晶形膜和金膜30nm，由微影術(shù)和剝落法形成漏極引出線(5)和源極引出線(6)。最后，由電子射束蒸鍍法形成柵極絕緣膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，藉由微影術(shù)和剝落法形成柵極引出線(4)。(TFT組件的特性評估)測定于PET薄膜上所形成的TFT的于室溫下測定的電流_電壓特性。隨著漏極電壓Vds的增加，漏極電流Ids會增加，可知溝道為η型傳導(dǎo)。此與非晶形In-O系非晶形氧化物膜是η型導(dǎo)體的事實并不矛盾。Ids是表示以Vds = 5V程度飽和的典型晶體管的行為。另夕卜，但于施加 Vgs = 6V 時，Vds = OV 時，Ids = IO-8A，于 Vds = IOV 時，流動著 Ids = 2· OX 1(Γ5Α的電流。此是對應(yīng)于由于柵極偏壓會于絶緣體的In-O系非晶形半導(dǎo)體薄膜內(nèi)感應(yīng)電子載流子。晶體管的連通.斷開比是約102。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得大約IOcm2(Vs)-1的電場效應(yīng)移動度。已制作于玻璃基板上的TFT組件也顯示出相同的特性。對已于PET薄膜上形成的組件使以曲率半徑30nm折曲，雖可進(jìn)行相同的晶體管特性的測定，然而并未發(fā)現(xiàn)晶體管特性有大幅度變化。實施例11 :采用依PLD法制作的In-Sn-O系非晶形氧化物膜制作TFT組件制作如圖5所示的頂層?xùn)艠O型TFT組件。首先，于聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜(I)上，藉由實施例6所示的成膜法，形成出用作溝道層(2)的厚度IOOnm的In-Sn-O系非晶形氧化物膜。再于其上，使成長室內(nèi)的氧分壓設(shè)成未滿IPa，再將施加至發(fā)生氧游離基裝置的電壓設(shè)成零，并由PLD法各層合導(dǎo)電率較大的In-Sn-O系非晶形膜和金膜30nm，由微影術(shù)和剝 落法形成漏極引出線(5)和源極引出線(6)。最后，由電子射束蒸鍍法形成柵極絕緣膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，由微影術(shù)和剝落法形成柵極引出線(4)。(TFT組件的特性評估)測定于PET薄膜上所形成的TFT的于室溫下測定的電流-電壓特性。隨著漏極電壓Vds的增加，漏極電流Ids會增加，可知溝道為η型半導(dǎo)體。此與非晶形In-Sn-O系非晶形氧化物膜是η型導(dǎo)體的事實并不矛盾。Ids是表示以Vds = 6V程度飽和的典型晶體管的行為O另外，于施加Ves = 6V時，于Vds = OV時,Ids = IxKT8A, Vds = IOV時,流動著Ids =
5.OXlO-5A的電流。此是對應(yīng)于由于柵極偏壓會于絶緣體的In-Sn-O系非晶形氧化物膜內(nèi)感應(yīng)電子載流子。晶體管的連通.斷開比是約103。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得大約Scm2(Vs)-1的電場效應(yīng)移動度。已制作于玻璃基板上的TFT組件也顯示出相同的特性。對已于PET薄膜上形成的組件使以曲率半徑30nm折曲，雖可進(jìn)行相同的晶體管特性的測定，然而并未發(fā)現(xiàn)晶體管特性有大幅度變化。實施例12 :采用依PLD法制作的In-Ga-O系非晶形氧化物膜制作TFT組件制作如圖5所示的頂層?xùn)艠O型TFT組件。先于聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜
(I)上，由實施例7所示的成膜法，形成出用作溝道層(2)的厚度120nm的In-Ga-O系非晶形氧化物膜。再于其上，使成長室內(nèi)的氧分壓設(shè)成未滿IPa，再將施加至發(fā)生氧游離基裝置的電壓設(shè)成零，并由PLD法各層合導(dǎo)電率較大的In-Ga-O系非晶形膜和金膜30nm，由微影術(shù)和剝落法形成漏極引出線(5)和源極引出線(6)。最后，由電子射束蒸鍍法形成柵極絕緣膜(3)的Y2O3膜，于其上形成金膜，由微影術(shù)和剝落法形成柵極引出線(4)。(TFT組件的特性評估)測定于PET薄膜上所形成的TFT的于室溫下測定的電流_電壓特性。隨著漏極電壓Vds的增加，漏極電流Ids會增加，可知溝道為η型半導(dǎo)體。此與非晶形In-Ga-O系非晶形氧化物膜是η型導(dǎo)體的事實并不矛盾。Ids是表示以Vds = 6V程度飽和的典型晶體管的行為O另外，于施加Vgs = 6V時,于Vds = OV時，Ids = IxKT8A, Vds = OV時,流動著Ids =I.OXlO^6A的電流。此是對應(yīng)于由于柵極偏壓會于絶緣體的In-Ga-O系非晶形氧化物膜內(nèi)感應(yīng)電子載流子。晶體管的連通.斷開比是約102。另外，由輸出特性計算電場效應(yīng)移動度時，于飽和領(lǐng)域可得大約O. Scm2(Vs)-1的電場效應(yīng)移動度。已制作于玻璃基板上的TFT組件也顯示出相同的特性。對已于PET薄膜上形成的組件使以曲率半徑30nm折曲，雖可進(jìn)行相同的晶體管特性的測定，然而并未發(fā)現(xiàn)晶體管特性有大幅度變化。且，如上述實施例所示，以將非晶形氧化物的電子載流子濃度設(shè)成未滿1018/cm3，即可適用作TFT的溝道層。至于此電子載流子濃度較宜為IO1Vcm3以下，更宜為IOlfVcm3以下。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性與本發(fā)明有關(guān)的非晶形氧化物，是可利用于薄膜晶體管等的半導(dǎo)體裝置。因此，此薄膜晶體管例如可應(yīng)用作IXD或有機EL顯示器的轉(zhuǎn)換組件，以可撓性顯示器為首，可廣泛的應(yīng)用于透明(see-through)型顯示器，IC晶卡或ID卷標(biāo)等方面。
權(quán)利要求
1.ー種包含薄膜晶體管的LCD或有機EL顯示器的轉(zhuǎn)換組件，所述薄膜晶體管是具有溝道層、閘極絕緣膜、閘極電極、源極電極和汲極電極的薄膜晶體管，其特征在干， 前述溝道層是利用氣相成膜法在玻璃基板、塑料基板或塑料膜上成膜且含有In、Ga、Zn及O元素的透明非晶形氧化物薄膜，所述氧化物的組成以結(jié)晶化時的組成表示為InGaO3(ZnO)m其中m為小于6的自然數(shù)， 所述薄膜晶體管具有在不添加雜質(zhì)離子的情況下，電子移動度是lcm2/V 秒以上、電子載流子濃度為IO1Vcm3以下的半絕緣性，且連通 斷開比超過IO3的晶體管特性。
2.如權(quán)利要求I所述的包含薄膜晶體管的LCD或有機EL顯示器的轉(zhuǎn)換組件，其中， 采用A1203、Y2O3或HfO2的ー種，或含有至少ニ種該等化合物的混晶化合物為閘極絕緣層。
全文摘要
一種包含薄膜晶體管的LCD或有機EL顯示器的轉(zhuǎn)換組件。本發(fā)明是有關(guān)非晶形氧化物和采用該氧化物的薄膜晶體管。具體來說，提供電子載流子濃度未滿1018/cm3的非晶形氧化物和采用該氧化物的薄膜晶體管。于具有源極電極6、汲極電極5、柵極電極4、柵極絕緣膜3和溝道層2的薄膜晶體管上，采用電子載流子濃度未滿1018/cm3的非晶形氧化物作為前述溝道層。
文檔編號H01L21/363GK102856390SQ201210312998
公開日2013年1月2日 申請日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者細(xì)野秀雄, 平野正浩, 太田裕道, 神谷利夫, 野村研二 申請人:獨立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)