專利名稱：具有結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有以氧化銦為主成分、且含有含正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦的半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。
背景技術(shù)：
近年，顯示裝置的發(fā)展備受矚目，液晶顯示裝置、EL顯示裝置等各種顯示裝置被積極地應(yīng)用于個(gè)人電腦、文字處理機(jī)等OA機(jī)器中。這些顯示裝置都具有利用透明導(dǎo)電膜夾持顯示元件的夾層結(jié)構(gòu)。·用于驅(qū)動上述顯示裝置的開關(guān)元件中，目前硅系的半導(dǎo)體膜占主流地位。這是因?yàn)?，硅系薄膜的穩(wěn)定性、加工性優(yōu)異，而且開關(guān)速度快等良好的性質(zhì)。該硅系薄膜一般通過化學(xué)蒸氣析出法(CVD法)來制作。然而，硅系薄膜為非晶質(zhì)的情況下，開關(guān)速度較慢，顯示高速運(yùn)動圖像等時(shí)，存在不能顯示圖像的難點(diǎn)。另外，在為結(jié)晶質(zhì)的硅系薄膜的情況下，開關(guān)速度較快，但是為了進(jìn)行結(jié)晶化，需要800°C以上的高溫或利用激光的加熱等，制造時(shí)需要巨大的能量和工序。另夕卜，硅系的薄膜雖然作為電壓元件的性能優(yōu)異，但是在流過電流時(shí)，其特性的經(jīng)時(shí)變化會成為問題。作為用于得到比硅系薄膜穩(wěn)定性更優(yōu)異且與ITO膜具有同等的光透射率的透明半導(dǎo)體膜的材料等，提出了包含氧化銦、氧化鎵和氧化鋅的濺射靶或包含氧化鋅和氧化鎂的透明半導(dǎo)體薄膜(例如，專利文獻(xiàn)I)。包含氧化銦、氧化鎵和氧化鋅或包含氧化鋅和氧化鎂的透明半導(dǎo)體膜，具有基于弱酸的蝕刻性非?？焖俚奶卣?。然而，在利用金屬薄膜的蝕刻液進(jìn)行蝕刻，對透明半導(dǎo)體膜上的金屬薄膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，有時(shí)透明半導(dǎo)體膜也會同時(shí)被蝕亥IJ，不適用于選擇性地僅對透明半導(dǎo)體膜上的金屬薄膜進(jìn)行蝕刻的情況。另一方面，含有氧化銦的結(jié)晶質(zhì)的膜，特別是多晶膜容易產(chǎn)生氧缺失、即使在成膜時(shí)提高氧分壓或進(jìn)行氧化處理等，也難以將載流子密度設(shè)為2X 10+17cm_3。因此，幾乎沒有將其作為半導(dǎo)體膜或TFT的嘗試。另外，專利文獻(xiàn)2中記載了在氧化銦中含有正2價(jià)的金屬氧化物而成的具有紅綠柱石(Bixbite)結(jié)構(gòu)的氧化銦半導(dǎo)體膜。正在嘗試通過含有正2價(jià)的金屬氧化物來降低載流子濃度。然而，在為正2價(jià)的金屬氧化物的情況下，有時(shí)在紅綠柱石結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)的能帶隙內(nèi)形成雜質(zhì)能級，有時(shí)這會降低遷移率。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2004-119525號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2國際公開第TO2007/058248

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有能夠僅對半導(dǎo)體膜上的金屬薄膜進(jìn)行選擇性地蝕刻的氧化銦系的半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人等不斷深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使用在氧化銦中含有正3價(jià)的金屬氧化物而形成的半導(dǎo)體膜，可以選擇性地僅對半導(dǎo)體膜上的金屬薄膜進(jìn)行蝕刻，還可以得到高性能的薄膜晶體管，從而完成了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，可以提供以下的薄膜晶體管等。I、一種薄膜晶體管，其具有以氧化銦作為主成分，且含有正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜?！?br> 2、根據(jù)上述I所述的薄膜晶體管，其中，所述正3價(jià)的金屬氧化物為選自氧化硼、氧化鋁、氧化鎵、氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化欽、氧化鉺、氧化銩、氧化
鐿和氧化镥中的I種或2種以上的氧化物。3、根據(jù)上述I或2所述的薄膜晶體管，其中，所述正3價(jià)的金屬氧化物的金屬元素M相對于所述氧化銦的銦元素In與所述金屬元素M的合計(jì)量的比率M/(M+In)為O. 0001 0.1，其中M/(M+In)以原子比計(jì)。4、一種上述I 3中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的制造方法，包括將含有氧化銦和正3價(jià)的金屬氧化物的半導(dǎo)體膜進(jìn)行成膜的成膜工序；對所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理的工序；和/或?qū)⑺霭雽?dǎo)體膜結(jié)晶化的工序。5、根據(jù)上述4所述的薄膜晶體管的制造方法，其中，在氧的存在下，將所述半導(dǎo)體膜在150 450°C熱處理O. 5 1200分鐘。6、根據(jù)上述4或5所述的薄膜晶體管的制造方法，其是溝道蝕刻型薄膜晶體管的制造方法。7、根據(jù)上述4或5所述的薄膜晶體管的制造方法，其是蝕刻阻擋型薄膜晶體管的制造方法。根據(jù)本發(fā)明，通過使用在氧化銦中含有正3價(jià)的金屬氧化物而形成的半導(dǎo)體膜，可以選擇性地僅對半導(dǎo)體膜上的金屬薄膜進(jìn)行蝕刻。另外，可以得到高性能的薄膜晶體管。


圖I是表示本發(fā)明的薄膜晶體管的實(shí)施方式的簡截面圖。圖2是表示本發(fā)明的薄膜晶體管其他實(shí)施方式的簡截面圖。圖3是表示在實(shí)施例I中制作的薄膜晶體管的簡截面圖。圖4是表示在實(shí)施例3中制作的薄膜晶體管的簡截面圖。圖5是表示在實(shí)施例3中制作的薄膜晶體管的輸出曲線的圖。圖6是表示在實(shí)施例3中制作的薄膜晶體管的傳輸曲線的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的薄膜晶體管(TFT)的特征在于，具有以氧化銦作為主成分、且含有正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜。圖I是表示本發(fā)明的薄膜晶體管的實(shí)施方式的簡截面圖。薄膜晶體管I中，在基板10和絕緣膜30之間夾持柵電極20，在柵極絕緣膜30上層疊半導(dǎo)體膜40作為活性層。進(jìn)而，以將半導(dǎo)體膜40的端部附近被覆的方式分別設(shè)置源電極50和漏電極52。在半導(dǎo)體膜40、源電極50和漏電極52所包圍的部分內(nèi)形成溝道部60。需要說明的是，圖I的薄膜晶體管I是所謂的溝道蝕刻型薄膜晶體管。本發(fā)明的薄膜晶體管不限于溝道蝕刻型薄膜晶體管，可以采用本技術(shù)領(lǐng)域公知的元件構(gòu)成。例如，可以是蝕刻阻擋型(etch stopper)薄膜晶體管。 圖2是表示本發(fā)明的薄膜晶體管的其他實(shí)施方式的簡截面圖。需要說明的是，對與上述薄膜晶體管I相同的構(gòu)成部件標(biāo)記相同的符號，省略其說明。薄膜晶體管2是蝕刻阻擋型薄膜晶體管。薄膜晶體管2中，以被覆溝道部60的方式形成有蝕刻阻擋層70，除此之外，與上述的薄膜晶體管I的構(gòu)成相同。以被覆半導(dǎo)體膜40的端部附近和蝕刻阻擋層70的端部附近的方式分別設(shè)置有源電極50和漏電極52。本發(fā)明中，在半導(dǎo)體膜40中使用以氧化銦作為主成分、且含有正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜。由此，在源電極50和漏電極52的蝕刻時(shí)，可以抑制半導(dǎo)體膜被蝕刻。另外，可以降低半導(dǎo)體膜的載流子密度，在室溫附近的溫度下可以降至不足
2X 10+17cm-3,可顯示良好的薄膜晶體管特性。在室溫附近的溫度下的載流子密度優(yōu)選為不足10+17cm_3。載流子密度為2X IO+1W3以上時(shí)，有可能不能以TFT形式進(jìn)行驅(qū)動。另外，即使能以TFT形式驅(qū)動，有時(shí)會變?yōu)槌Ｍㄐ?normally on)，有時(shí)閾值電壓向負(fù)值方向增大，有時(shí)On-Off值會減小。在此，“以氧化銦作為主成分”是指，形成半導(dǎo)體膜的總金屬元素中In元素的含量(原子比)所占的比例超過90 %。由于In元素的含量超過90 %，因此可以提高TFT的遷移率。另外，所謂“結(jié)晶質(zhì)膜”是通過X射線衍射可以確認(rèn)結(jié)晶峰的膜。通過將半導(dǎo)體膜制成結(jié)晶化膜，可以提高TFT的耐久性。結(jié)晶質(zhì)膜可以是單結(jié)晶膜、外延膜和多晶膜中的任一種，從工業(yè)生產(chǎn)容易且能大面積化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選外延膜和多晶膜，特別優(yōu)選多晶膜。結(jié)晶質(zhì)膜為多晶膜的情況下，該多晶膜優(yōu)選由納米晶體構(gòu)成。根據(jù)X射線衍射，使用Scherrer’ s方程求得的平均結(jié)晶粒徑通常為500nm以下，優(yōu)選為300nm以下，更優(yōu)選為150nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為80nm以下。比500nm大時(shí)，將晶體管精細(xì)化時(shí)，有可能偏差會較大。作為半導(dǎo)體膜所含的正3價(jià)的金屬氧化物中，上述正3價(jià)的金屬氧化物優(yōu)選為選自氧化硼、氧化鋁、氧化鎵、氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化欽、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿和氧化镥中的I種或2種以上的氧化物。這些氧化物與氧的結(jié)合力強(qiáng)，能夠降低多晶化氧化銦薄膜的氧缺失量。氧缺失多發(fā)生在結(jié)晶粒界，因?yàn)樯鲜鼋饘傺趸锱c銦的離子半徑不同，與結(jié)晶中存在相比更多地存在于結(jié)晶粒界處，因?yàn)榕c氧的結(jié)合力強(qiáng)，所以可以抑制在結(jié)晶粒界處的氧缺失的產(chǎn)生。其結(jié)果，在室溫附近的溫度下的載流子密度可以控制到不足10+17cm_3。上述金屬氧化物中，特別優(yōu)選氧化鋁、氧化鎵、氧化釔、氧化鐿、氧化鉺、氧化欽、氧化鏑、氧化釤，更特別優(yōu)選氧化鎵、氧化釔、氧化鐿。需要說明的是，正3價(jià)的金屬氧化物優(yōu)選在氧化銦中固溶，但不需要全部固溶。在本發(fā)明中，所述金屬元素(M)相對于半導(dǎo)體膜的氧化銦的銦元素(In)和上述正3價(jià)的金屬氧化物的金屬元素(M)的合計(jì)量的比率[M/(M+In):原子比]優(yōu)選為O. 0001
0.1。原子比不足O. 0001時(shí)，添加的金屬元素(M)的量太少，氧缺失的降低效果小，因此有時(shí)載流子密度達(dá)到2X IO+17CnT3以上。另一方面，超過O. I時(shí)，半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性降低，氧缺失量會增加，有時(shí)載流子密度達(dá)到2X 10+17cm_3以上，有時(shí)不能作為TFT特性來工作。另外，即使以TFT方式驅(qū)動，也會形成常通型，或者閾值電壓向負(fù)值方向增大，有時(shí)On-Off值變 小。進(jìn)而，大量含有正3價(jià)的金屬氧化物時(shí)，半導(dǎo)體膜變得不能結(jié)晶化，結(jié)果，變得會溶解于蝕刻液，有可能不能進(jìn)行選擇性蝕刻。金屬元素(M)的比率[M/ (M+In)]更優(yōu)選為O. 0005 O. 05，特別優(yōu)選O. 001
O.05。需要說明的是，金屬元素(M)的比率可以通過ICP (Inductively Coupled Plasma)測定，測得各元素的存在量而求得。另外，金屬元素(M)比率，例如可以通過調(diào)整形成半導(dǎo)體膜時(shí)使用的濺射靶的各元素的存在量的方式來實(shí)施。半導(dǎo)體膜的組成設(shè)定為與濺射靶的組成幾乎一致。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，基板、柵電極、柵極絕緣膜、源 漏電極等構(gòu)成部件可以使用公知的部件，沒有特別限定。例如，在各電極中可使用Al、Cu、Au等的金屬薄膜，在柵極絕緣膜中，可使用氧化硅膜，氧化鉿膜等氧化物薄膜。以下，說明本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法。本發(fā)明的制造方法包括將氧化銦和含有正3價(jià)的金屬氧化物的半導(dǎo)體膜成膜的成膜工序；氧化處理半導(dǎo)體膜的工序，和/或進(jìn)行結(jié)晶化的工序。需要說明的是，柵電極、柵極絕緣膜，源·漏電極等構(gòu)成部件可通過公知的方法來形成。例如，在基板上形成由Al、Cu、Au等金屬薄膜構(gòu)成的柵電極，再在其上形成由氧化硅膜、氧化鉿膜等構(gòu)成的氧化物薄膜作為柵極絕緣膜。在其上，僅在需要安裝金屬掩模的必要部分形成由含有正3價(jià)的金屬氧化物的氧化銦膜構(gòu)成的半導(dǎo)體膜。隨后，使用金屬掩模，在必要部分形成源·漏電極，由此可以制造薄膜晶體管。半導(dǎo)體膜的成膜，有濺射法、離子鍍覆法、蒸鍍法等。其中優(yōu)選濺射法。濺射中，優(yōu)選使用復(fù)合氧化物的燒結(jié)靶的方法。具體而言，優(yōu)選在氧化銦中添加了正3價(jià)的金屬氧化物的復(fù)合氧化物的燒結(jié)靶。需要說明的是，復(fù)合氧化物的燒結(jié)靶可以通過在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的方法來制造。濺射的條件可以按照使用的靶、半導(dǎo)體膜的膜厚等來適宜調(diào)整。濺射方法可以使用RF濺射法、DC濺射法、AC濺射法。其中，DC濺射法、AC濺射法由于成膜速度快而優(yōu)選。在本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法中，在半導(dǎo)體膜的形成后，實(shí)施對薄膜進(jìn)行氧化處理的工序，和/或?qū)⒈∧そY(jié)晶化工序。
在半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化和氧化處理中，可以在氧的存在下使用燈退火裝置、激光退火裝置、熱風(fēng)加熱裝置、接觸加熱裝置等。優(yōu)選將半導(dǎo)體膜在氧的存在下，在150 450°C、0. 5 1200分鐘的條件進(jìn)行熱處理。不足150°C時(shí)，有時(shí)半導(dǎo)體膜不能充分地結(jié)晶化，超過450°C時(shí)，有時(shí)對基板、半導(dǎo)體膜造成破壞。熱處理溫度更優(yōu)選為180°C 350°C，特別優(yōu)選為200°C 300°C。另外，熱處理時(shí)間不足O. 5分鐘時(shí)，熱處理時(shí)間過短，有時(shí)膜的結(jié)晶化變得不充分，若超過1200分鐘，則太耗費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)率不好。熱處理時(shí)間更優(yōu)選為I分鐘 600分鐘，特別優(yōu)選為5分鐘 60分鐘。需要說明的是，半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化和/或氧化處理可以在半導(dǎo)體膜的形成后馬上實(shí)施，另外，也可以在形成源·漏電極等其他的構(gòu)成部件之后再實(shí)施。本發(fā)明的制造方法是特別適合溝道蝕刻型的薄膜晶體管的制造方法。本發(fā)明的半 導(dǎo)體膜為結(jié)晶質(zhì)，因此作為由Al等的金屬薄膜形成源·漏電極和溝道部的方法，可以采用使用光刻的蝕刻工序。即，利用除去金屬薄膜的蝕刻液，可以不蝕刻半導(dǎo)體膜，而選擇性地蝕刻金屬薄膜。此外，也可以是蝕刻阻擋型薄膜晶體管的制造方法。實(shí)施例實(shí)施例I(A)薄膜晶體管的制作通過光致抗蝕法制作圖3所示的溝道蝕刻型的薄膜晶體管。使用帶有200nm厚度的熱氧化膜(SiO2膜)的導(dǎo)電性硅基板10。熱氧化膜作為柵極絕緣膜30發(fā)揮作用，導(dǎo)電性硅部作為柵電極20發(fā)揮作用。使用由氧化銦-氧化鎵構(gòu)成的靶[Ga/(In+Ga) = O. 03 :原子比)]，用濺射法在柵極絕緣膜30上成膜40nm的半導(dǎo)體膜40。濺射在如下條件下進(jìn)行在背壓達(dá)到5X KT4Pa之前進(jìn)行真空排氣，然后在通入IS 9. 5sccm、氧O. 5sccm的狀態(tài)下將壓力調(diào)整為O. 2Pa,利用濺射功率100W在室溫下進(jìn)行。形成半導(dǎo)體膜40后，將該基板在熱風(fēng)加熱爐內(nèi)，以空氣中、300°C的條件進(jìn)行30分鐘熱處理。隨后，在半導(dǎo)體膜40和柵極絕緣膜30上成膜300nm鑰金屬膜。在鑰金屬膜上涂布抗蝕劑，在80°C進(jìn)行15分鐘預(yù)烘烤。隨后，通過掩模向抗蝕劑膜照射UV光(光強(qiáng)度300mJ/cm2)，隨后，在3wt%的四甲基氫氧化銨(TMAH)中顯影。用純水洗滌后，在130°C對抗蝕劑膜進(jìn)行15分鐘后烘烤，形成所需形狀的源 漏電極形狀的抗蝕劑圖案。利用磷酸·乙酸 硝酸的混合酸處理帶有抗蝕劑圖案的基板，蝕刻鑰金屬膜，形成源電極50和漏電極52。隨后，用純水洗滌，吹送空氣使其干燥，制作薄膜晶體管(溝道部60的源·漏電極間間隙(L)為200 μ m,寬度(W)為500 μ m)。該薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率為4. 5cm2/V · sec, On-Off比為IO8,是顯示常閉(normally off)特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。對柵電極施加了 100分鐘20V電壓之后的漂移電壓(Vth)為O. 2V。(B)半導(dǎo)體膜的評價(jià)在石英玻璃基板上，通過與上述(A)的濺射相同的條件形成半導(dǎo)體膜。隨后，在熱風(fēng)加熱爐內(nèi)，以空氣中、300°C的條件進(jìn)行30分鐘熱處理。在對所得的半導(dǎo)體膜的X射線衍射(XRD)進(jìn)行測定時(shí)觀察到氧化銦的紅綠柱石結(jié)構(gòu)的峰值。由此，可確認(rèn)半導(dǎo)體膜為結(jié)晶質(zhì)。另外，通過空穴測定求出的載流子濃度為8X10+16/cm3。需要說明的是，對于將半導(dǎo)體膜的熱處理?xiàng)l件設(shè)為在空氣中、450°C條件下、5小時(shí)的情況下得到的半導(dǎo)體膜，也同樣測定XRD。將其與利用300°C進(jìn)行熱處理的XRD的峰值強(qiáng)度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)300°C條件下所得的峰值強(qiáng)度為在450°C得到的峰值強(qiáng)度的約95%。實(shí)施例2作為濺射靶，除了使用由氧化銦-氧化鐿構(gòu)成的靶[Yb/(Yb+In) = O. 03 :原子比)]之外，與實(shí)施例I同樣地制作薄膜晶體管。該薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率為I. 2cm2/V · sec, On-Off比為IO7,為顯示常閉特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。
另外，XRD測定的結(jié)果是半導(dǎo)體膜為結(jié)晶質(zhì)性?？梢杂^察到氧化銦的紅綠柱石結(jié)構(gòu)的峰值。另外，通過空穴測定求出的載流子濃度為8X10+16/cm3。此外，對于除了使用代替氧化鎵而分別添加了氧化硼、氧化鋁、氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化欽、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿和氧化镥的濺射靶以外與實(shí)施例I同樣地制作的薄膜晶體管而言，可以得到與實(shí)施例2大致同樣的薄膜晶體管特性。另外，各半導(dǎo)體膜的XRD測定結(jié)果中可以同樣地觀察到由氧化銦的紅綠柱石產(chǎn)生的峰值。另外，基于空穴測定求出的載流子濃度為IO+1Vcm3以下。顯示了使用的濺射靶的組成和所得的薄膜晶體管的特性?！ぱ趸養(yǎng)/ (B+In) = O. 004電場效應(yīng)遷移率為8. 2cm2/V · sec, On-Off比為105，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸XA1/(A1+In) = O. 005電場效應(yīng)遷移率為6. 2cm2/V · sec, On-Off比為105，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸係c/ (Sc+In) = O. 02電場效應(yīng)遷移率為4. 2cm2/V · sec, On-Off比為106，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。·氧化宇乙Y/ (Y+In) = O. 05電場效應(yīng)遷移率為6. 8cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸|La/ (La+In) = O. 02電場效應(yīng)遷移率為5. Icm2A · sec, On-Off比為106，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸SNd/(Nd+In) = O. 01電場效應(yīng)遷移率為8. 4cm2/V · sec, On-Off比為106，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸繱m/ (Sm+In) = O. 05電場效應(yīng)遷移率為7. 6cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸BEu/ (Eu+In) = O. 03電場效應(yīng)遷移率為5. 3cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。·氧化,L Gd/ (Gd+In) = O. 03電場效應(yīng)遷移率為6. 7cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。
·氧化鋪Tb/ (Tb+In) = O. 005電場效應(yīng)遷移率為3. 3cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸CDy/ (Dy+In) = O. 01電場效應(yīng)遷移率為14. 7cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸sEr/ (Er+In) = O. 01電場效應(yīng)遷移率為11. 4cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸XTm/ (Tm+In) = O. 02電場效應(yīng)遷移率為8. 3cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷?！ぱ趸錖u/ (Lu+In) = O. 003電場效應(yīng)遷移率為6. 9cm2/V · sec, On-Off比為107，為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。實(shí)施例3利用光致抗蝕法制作圖4所示的蝕刻阻擋型薄膜晶體管。在帶有熱氧化膜30 (SiO2膜)的導(dǎo)電性硅基板10上，使用由氧化銦-氧化釔構(gòu)成的靶[Y/(In+Y) = O. 03 :原子比)]，與實(shí)施例I同樣地利用濺射法成膜40nm的半導(dǎo)體膜40。接著，將Si作為革E,通入IS 7sccm,氧3sccm,在壓力O. 5Pa條件下，成膜lOOnm。隨后，涂布抗蝕劑，在80°C進(jìn)行15分鐘預(yù)烘烤。隨后，通過掩模向抗蝕劑膜照射UV光(光強(qiáng)度300mJ/cm2)，隨后，利用3wt%的四甲基氫氧化銨(TMAH)進(jìn)行顯影。用純水洗滌后，在130°C對抗蝕劑膜進(jìn)行15分鐘后烘烤，在成為溝道部60的部分形成圖案。通過基于CF4的干法蝕刻，形成蝕刻阻擋層70。利用抗蝕劑剝離劑將抗蝕劑剝離，進(jìn)行水洗，通過吹風(fēng)進(jìn)行干燥。隨后，在半導(dǎo)體膜40、蝕刻阻擋層70和熱氧化膜30上成膜300nm的鑰金屬膜。在鑰金屬膜上涂布抗蝕劑，在80°C進(jìn)行15分鐘預(yù)烘烤。隨后，通過掩模向抗蝕劑膜照射UV光(光強(qiáng)度300mJ/cm2)，隨后，利用3wt%的四甲基氫氧化銨(TMAH)顯影。用純水洗滌后，在130°C對抗蝕劑膜進(jìn)行15分鐘后烘烤，形成源電極50和漏電極52的形狀的抗蝕劑圖案。利用磷酸·乙酸·硝酸的混合酸處理帶抗蝕劑圖案的基板，蝕刻鑰金屬膜。在這樣的情況下，半導(dǎo)體膜40不發(fā)生結(jié)晶化，通過利用磷酸·乙酸·硝酸的混合酸進(jìn)行處理，可以與鑰金屬膜同時(shí)進(jìn)行蝕刻。另外，利用蝕刻阻擋層70來保護(hù)溝道部60，半導(dǎo)體膜40不被蝕刻。剝離抗蝕劑后，用純水洗滌，吹送空氣使其干燥。隨后，在熱風(fēng)加熱爐內(nèi)，在空氣中、300°C進(jìn)行30分鐘熱處理，制作薄膜晶體管(溝道部60的源·漏電極間間隙(L)為200 μ m,寬度(W)為 500 μ m)。需要說明的是，若在鑰金屬膜的蝕刻前實(shí)施上述的熱處理，則半導(dǎo)體膜會發(fā)生結(jié)晶化。因此，不能通過基于磷酸 乙酸 硝酸的混合酸的處理進(jìn)行蝕刻。該情況下，為了與鑰金屬膜同時(shí)進(jìn)行蝕刻，利用由鹽酸 硝酸 水構(gòu)成的王水、 含有氯化鐵的鹽酸水溶液、HBr水溶液等對半導(dǎo)體膜進(jìn)行蝕刻即可。由于使用強(qiáng)酸，因此優(yōu)選熱處理在最終工序中進(jìn)行。該薄膜晶體管的電場效應(yīng)遷移率為10. 8cm2/V · sec, On-Off比為IO8,為顯示常閉的特性的薄膜晶體管。另外，輸出特性中顯示了明顯的夾斷。對柵電極施加了 100分鐘、20V電壓后的漂移電壓(Vth)為O. 2V。半導(dǎo)體膜為結(jié)晶質(zhì)。另外，通過空穴測定求得的載流子濃度為6X10+16/cm3。將實(shí)施例3中制作的薄膜晶體管的輸出曲線示于圖5，傳輸曲線示于圖6。圖5是將柵極電壓(Vgs)變更為-5V 25V時(shí)的顯示漏電壓(Vds)和漏電流(Ids)的關(guān)系的圖。圖6是示出柵極電壓(Vgs)和漏電流(Ids)的關(guān)系的圖，由白圈構(gòu)成的線是漏電流相對于柵極電壓的平方根的曲線，由黑圓點(diǎn)構(gòu)成的線是顯示漏電流相對于柵極電壓的曲線。在圖5 和圖 6 中，“XE-Y” 是 ΧΧ1(ΓΥ 的意思。例如，5· 0Ε-06 為 5. OX 10'比較例I在濺射靶中，除了使用由氧化銦-氧化鎵-氧化鋅構(gòu)成的靶之外，與實(shí)施例I同樣地制作薄膜晶體管。濺射靶的組成(原子比)如以下所述。In/ (In+Ga+Zn) = O. 34Ga/ (In+Ga+Zn) = O. 33Zn/ (In+Ga+Zn) = O. 33其結(jié)果是，在對鑰金屬膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，溝道部60的下部的半導(dǎo)體膜40被蝕刻而消失。因此，TFT特性不能測定。比較例2在濺射靶中使用由氧化銦-氧化鎵構(gòu)成的靶，除此以外，與實(shí)施例I同樣地制作薄膜晶體管。濺射靶的組成(原子比)如下所述。In/ (In+Ga) = O. 7Ga/ (In+Ga) = O. 3其結(jié)果是對鑰金屬膜進(jìn)行蝕刻時(shí)，溝道部60的下部的半導(dǎo)體膜40也被蝕刻而消失。因此，不能測定TFT特性。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的薄膜晶體管可以優(yōu)選用于顯示器用面板、RFID標(biāo)簽、X線檢測器面板 指紋傳感器·光學(xué)傳感器等傳感器等。本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法特別適用于溝道蝕刻型的薄膜晶體管的制造方法。
上文對本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式和/或?qū)嵤├M(jìn)行詳細(xì)地說明，但本領(lǐng)域人員，根據(jù)在本發(fā)明的新的啟示和效果，容易不脫離實(shí)質(zhì)地對這些例示的實(shí)施方式和/或?qū)嵤├右远喾N變更。因此，這多種變更也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該說明書所述的文獻(xiàn)的內(nèi)容可全部援弓I于此。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，其具有以氧化銦作為主成分，且含有正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜，其中， 所述正3價(jià)的金屬氧化物為選自氧化硼、氧化鋁、氧化鎵、氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化銪、氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化欽、氧化鉺、氧化銩、氧化鐿和氧化镥中的I種或2種以上的氧化物， 所述正3價(jià)的金屬氧化物的金屬元素M相對于所述氧化銦的銦元素In與所述金屬元素M的合計(jì)量的比率M/(M+In)為O. OOOl 0.1，其中M/(M+In)以原子比計(jì)。
2.—種權(quán)利要求I所述的薄膜晶體管的制造方法，包括 將含有氧化銦和正3價(jià)的金屬氧化物的半導(dǎo)體膜進(jìn)行成膜的成膜工序； 對所述半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化處理的工序；和/或 將所述半導(dǎo)體膜結(jié)晶化的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管的制造方法，其中， 在氧的存在下，將所述半導(dǎo)體膜在150 450°C熱處理O. 5 1200分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜晶體管的制造方法，其是溝道蝕刻型薄膜晶體管的制造方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜晶體管的制造方法，其是蝕刻阻擋型薄膜晶體管的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有以氧化銦作為主成分、且含有正3價(jià)的金屬氧化物的結(jié)晶質(zhì)氧化銦半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管。
文檔編號H01L29/786GK102916052SQ20121041789
公開日2013年2月6日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者井上一吉, 矢野公規(guī), 笘井重和, 宇都野太, 笠見雅司, 后藤健治, 川島浩和 申請人:出光興產(chǎn)株式會社