用于薄膜晶體管的半導體層的氧化物、薄膜晶體管以及顯示裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于薄膜晶體管（Thin Film Transistor，下文稱為TFT)的半導體層 的氧化物、薄膜晶體管以及顯示裝置。詳細地，本發(fā)明涉及優(yōu)選在顯示裝置（例如液晶顯示 器或有機電致發(fā)光（EL)顯示器）中使用的用于薄膜晶體管的半導體層的氧化物、包含所述 用于半導體層的氧化物的TFT以及包含所述TFT的顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶氧化物半導體比普通的非晶硅（a-Si)具有更高的電子迀移率，和較大的光 學能帶隙，從而可在低溫下實現(xiàn)成膜。因此，期待使用大尺寸、高分辨率和高速驅(qū)動所需的 新一代顯示器，或者具有低耐熱特性的樹脂基板。
[0003] 在氧化物半導體中，由銦、鋅、錫和氧構(gòu)成的非晶氧化物（In - Zn - Sn - 0,下文稱 為「ΙΖΤ0」）具有高載流子迀移率，因此可優(yōu)選用于TFT的半導體層中。
[0004] 當使用氧化物半導體作為薄膜晶體管的半導體層時，不僅載流子濃度（迀移率） 高，而且降低半導體層的缺陷密度也很重要。
[0005] 例如，專利文獻1公開了一種方法：為了降低由于氧化物半導體的不均勻組成所 造成的缺陷，并且改善氧化物半導體的傳遞特性，將由氧化物半導體制成的半導體暴露于 氫等離子體或氫自由基，然后將半導體氣體暴露于水蒸氣氣氛中。
[0006] 【現(xiàn)有技術(shù)】
[0007] 【專利文獻】
[0008] 日本專利特開公開號2011-171516

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的問題
[0010] 本發(fā)明提供了一種迀移率高且缺陷密度降低的用于薄膜晶體管的半導體層的氧 化物。本發(fā)明提供了一種包含用于該半導體層的氧化物的薄膜晶體管以及包含該薄膜晶體 管的顯示裝置。
[0011] 解決問題的技術(shù)手段
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的用于薄膜晶體管的半導體的氧化物用作薄膜晶體管的半導體層的 氧化物，其中構(gòu)成該氧化物的金屬元素為In、Zn和Sn，當在薄膜晶體管的半導體層中沉積 氧化物時，氧分壓不大于15體積％，并且氧化物的缺陷密度滿足7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且 迀移率滿足15cm2/Vs或更低。
[0013] 除了氧以外，當在氧化物中的全部金屬元素中的各金屬元素的含量（原子％ )分 別表示為[In]、[Zn]和[Sn]時，滿足關(guān)系：1彡[In]，50彡[Zn]彡95,1彡[Sn]彡30。
[0014] 氧分壓為40體積％或更低。
[0015] 還包括一種薄膜晶體管，其中在薄膜晶體管的半導體層中具有權(quán)利要求3的用于 半導體層的氧化物。
[0016] 此外，還包括一種顯示裝置，其中具有權(quán)利要求4的薄膜晶體管。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種迀移率高且缺陷密度降低的用于薄膜晶體管的半導體層 的氧化物。通過使用本發(fā)明的包含用于半導體層的氧化物的薄膜晶體管，可獲得具有高可 靠性的顯示裝置。
【附圖說明】
[0019] 圖1為說明本發(fā)明的薄膜晶體管的示意性截面圖。
[0020] 圖2為說明一個示例性實施方式中的用來通過ICTS法測量缺陷密度的金屬絕緣 體半導體（Metal Insulator Semiconductor，MIS)結(jié)構(gòu)元件的不意性截面圖。
[0021] 圖3為在一個示例性實施方式中，在ICTS測量中的當氧分壓各自為4體積％、20 體積％和30體積％時測定反向電壓和脈沖電壓的電容（C) 一電壓（V)曲線。
[0022] 圖4為顯示在一個示例性實施方式中，在成膜時將氧分壓在4體積％至30體積％ 的范圍內(nèi)改變時的漏極電流-柵極電流特性（Id-Vg特性）的結(jié)果的圖。
[0023] 圖5為顯示在一個示例性實施方式中的成膜時的氧分壓與缺陷密度或迀移率之 間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明提供了一種具有高迀移率和降低的缺陷密度的用于薄膜晶體管的半導體 層的氧化物，特別對構(gòu)成該氧化物的金屬元素 In、Zn和Sn的In - Zn - Sn - O(IZTO)進行 討論。缺陷密度的測量使用等溫電容瞬態(tài)譜（ICTS)法。
[0025] 如現(xiàn)有技術(shù)中，結(jié)果，僅測量TFT的漏極電流-柵極電流特性（Id-Vg特性）來計 算迀移率并不足夠。詳細地，乍看之下即使在TFT中Id-Vg特性相同，但如果通過ICTS法 測定的缺陷密度，則其大小可能會不同，并因此發(fā)現(xiàn)迀移率也會改變。即，除了控制迀移率 以外，還發(fā)現(xiàn)精確地掌握缺陷密度也是必不可少的。
[0026] 因此，廣泛研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要適當控制沉積ICTO時的氧分壓，便可同時獲得 高迀移率和低缺陷密度，并且完成本發(fā)明。
[0027] 這里，將簡單描述用來測量缺陷密度的ICTS法。
[0028] ICTS法是一種電容瞬態(tài)譜法，并被認為是一種精確地測量半導體層中包含的雜 質(zhì)原子或引起缺陷（例如界面陷阱、體陷阱）的定位電位的方法。電容瞬態(tài)譜法通過測量 C(t)的過量電容來獲得定位電位的信息，因為耗盡層寬度對應于結(jié)電容（C)的時間變化 c(t)的倒數(shù)。過量電容的測量方法以及ICTS法包括深能級瞬態(tài)譜（Deep Level Transient Spectroscopy，DLTS)法。兩者的測量原理相同，但是測量方法不同。DLTS法中，是使樣品 溫度變化的同時獲得DLTS信號，與之相比，ICTS法則是在預定溫度下調(diào)整施加脈沖來改變 釋放時間常數(shù)，從而獲得與DLTS信號相同的信息。迄今為止，還沒有提出通過ICTS法來具 體測量用于半導體層的氧化物（例如ΙΖΤ0)的缺陷密度并且在降低缺陷密度的同時獲得高 迀移率的技術(shù)。
[0029] 下文將詳細描述本發(fā)明。
[0030] 如上所述，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的用于薄膜晶體管的半導體層的氧化物，構(gòu)成所述氧 化物的金屬元素由In、Zn和Sn組成，并且在薄膜晶體管的半導體層中沉積氧化物時的氧分 壓為15% (體積）或更大。此外，本發(fā)明還具有以下特征：所述氧化物（IZTO)的缺陷密度 低至7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且迀移率滿足非常高的水平，為15cm 2/Vs或更高。本發(fā)明中 以IZTO作為對象的情形下，對于該氧化物的特性，IZTO原本就具有很高的迀移率，然而，如 本發(fā)明中那樣通過適當控制沉積IZTO時的氧分壓而降低缺陷密度，可將該迀移率提高至 更高的水平。
[0031] 在氧化物中，除了氧以外，當全部金屬元素中的各金屬元素的含量（原子％ )分別 表示為[In]、[Zn]和[Sn]時，優(yōu)選地滿足：1彡[In]，50彡[Zn]彡95,1彡[Sn]彡30。
[0032] 將粗略地描述金屬元素的作用。
[0033] 首先，In具有增加載流子從而提高迀移率的作用。[In]優(yōu)選為1或更高，更優(yōu)選 為5或更高，甚至更優(yōu)選為10或更高。然而，如果In的含量增加，則載流子會變得過大，除 了導電以外，應力的穩(wěn)定性也會劣化。[In]優(yōu)選為30或更低，并且更優(yōu)選為20或更低。
[0034] Sn具有改善氧化物半導體層的液體耐性（如濕蝕刻）的作用。從改善液體耐性的 觀點看來，需要更多含量的Sn。優(yōu)選為1或更高，更優(yōu)選為10或更高，甚至更優(yōu)選為至少 20。然而，當Sn的含量增加時，由于蝕刻加工性劣化，因此上限優(yōu)選為30或更低，更優(yōu)選為 27或更低，甚至更優(yōu)選為25或更低。
[0035] Zn被認為有助于非晶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定化。此外，由于Zn有助于改善應力的穩(wěn)定性，因 此優(yōu)選更多含量的Zn。優(yōu)選為50或更高，更優(yōu)選為53或更高，甚至更優(yōu)選為至少55。然 而，如果Zn的含量增加，由于氧化物半導體薄膜結(jié)晶化，或蝕刻時產(chǎn)生殘渣，因此Zn的含量 優(yōu)選為95或更低，更優(yōu)選為80或更低，甚至更優(yōu)選為不大于60。
[0036] 本發(fā)明的氧化物滿足：缺陷密度為7. 5 X IO15Cm 3或更低，并且迀移率為15cm 2/Vs 或更高。優(yōu)選更低的缺陷密度，優(yōu)選7. 0 X 1015cm 3或更低，更優(yōu)選6. 5 X 10 15cm 3或更低。另 一方面，高迀移率是合