无定形氧化物和场效应晶体管制造技术

本发明专利技术涉及无定形氧化物和场效应晶体管。所述无定形氧化物的成分在层厚度方向上变化，并且所述无定形氧化物的电子载流子浓度为1012/cm3或更高且低于1018/cm3。其中，所述无定形氧化物是从由以下所构成的组中选择的任一种：包含从In、Zn和Sn中选择的至少一种元素的氧化物；含有In、Zn和Sn的氧化物；含有In和Zn的氧化物；含有In和Sn的氧化物；含有In的氧化物；以及包含In、Ga和Zn的氧化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无定形氧化物。本专利技术还涉及使用无定形氧化物的场效应晶体管。
技术介绍
近年来，作为液晶技术、场致发光(EL)和相关技术发展的结果，平板显示器(FPD) 得以商业化。FPD通过包括场效应薄膜晶体管(TFT )的有源矩阵电路驱动，该薄膜晶体管采用无定形娃薄膜或多晶娃薄膜作为形成在玻璃衬底上的有源层(active layer)。为了得到Fro更小的厚度、更轻的重量和更大的冲击强度，研究了用轻质且柔性的树脂衬底来代替玻璃衬底。但是，因为在该工艺中硅薄膜晶体管的制造需要比较高的温度，所以采用硅薄膜的晶体管不能直接形成在耐热性能较差的树脂衬底上。因此，对于TFT，研究了使用能够在较低温度下形成膜的氧化物半导体薄膜如ZnO 薄膜(日本专利申请公开No. 2003 - 298062)。但是，使用传统氧化物半导体薄膜的TFT还不能提供与使用硅的TFT相同级别的性能。本专利技术涉及一种无定形氧化物，还涉及使用该无定形氧化物的场效应晶体管。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于诸如薄膜晶体管(TFT)的半导体器件中的有源层并用作合适的半导体的无定形氧化物，还涉及一种场效应晶体管。按照本专利技术的一个方面，提供了一种包括微晶体并且电子载流子浓度低于IO18/ cm3的无定形氧化物。该无定形氧化物优选包含从In、Zn和Sn中选择的至少一种元素。可替换地，所述无定形氧化物优选是从含有In、Zn和Sn的氧化物；含有In和Zn 的氧化物；含有In和Sn的氧化物；以及含有In的氧化物中任选的一种。可替换地，所述无定形氧化物优选包含In、Ga和Zn。按照本专利技术的另一方面，提供了一种无定形氧化物，其中电子迁移率随着电子载流子浓度的增加而增大。按照本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管，其包括由含有微晶体的无定形氧化物形成的有源层和形成为通过栅极绝缘体面向该有源层的栅电极。该晶体管优选是常断类型的晶体管。按照本专利技术的另一方面，提供了一种成分在层厚度方向上变化并且电子载流子浓度低于IO1Vcm3的无定形氧化物。该无定形氧化物优选包含从In、Zn和Sn中选择的至少一种元素。可替换地，该无定形氧化物优选是从含有In、Zn和Sn的氧化物；含有In和Zn的氧化物；含有In和Sn的氧化物；以及含有In的氧化物中任选的一种。可替换地，所述无定形氧化物优选包含In、Ga和Zn。按照本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管，包括成分在层厚度方向上变化的无定形氧化物有源层，以及形成为通过栅极绝缘体面向该有源层的栅电极，其中所述有源层包括第一区域和第二区域，第二区域比第一区域更靠近栅极绝缘体，并且第一区域的氧浓度高于第二区域的氧浓度。按照本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管，包括具有从In和Zn中选择的至少一种元素的无定形氧化物有源层，以及 形成为通过栅极绝缘体面向该有源层的栅电极，其中所述有源层包括第一区域和第二区域，第二区域比第一区域更靠近栅极绝缘体，并且第二区域的In浓度高于第一区域的In浓度，或者第二区域的Zn浓度高于第一区域的Zn浓度。按照本专利技术的另一方面，提供了一种成分在层厚度方向上变化的无定形氧化物，其中电子迁移率随着电子载流子浓度的增加而增大。按照本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管，包括具有从In和Zn中选择的至少一种元素的无定形氧化物有源层，以及形成为通过栅极绝缘体面向该有源层的栅电极，其中所述有源层包括第一区域和第二区域，第二区域比第一区域更靠近栅极绝缘体，并且第二区域的In浓度高于第一区域的In浓度，或者第二区域的Zn浓度高于第一区域的Zn浓度。按照本专利技术的另一方面，提供了一种包含从Li、Na、Mn、Ni、Pd、Cu、Cd、C、N、P、Ti、Zr、V、Ru、Ge、Sn和F中选择的一种元素或多种元素并且电子载流子浓度低于IO1Vcm3的无定形氧化物。该无定形氧化物优选包含从In、Zn和Sn中选择的至少一种元素。可替换地，所述无定形氧化物优选是从含有In、Zn和Sn的氧化物；含有In和Zn的氧化物；含有In和Sn的氧化物；以及含有In的氧化物中任选的一种。可替换地，所述无定形氧化物优选包含In、Ga和Zn。按照本专利技术的另一方面，提供了一种包含从Li、Na、Mn、Ni、Pd、Cu、Cd、C、N、P、Ti、Zr、V、Ru、Ge、Sn和F中选择的至少一种元素的无定形氧化物，其中电子迁移率随着电子载流子浓度的增加而增大。按照本专利技术的另一方面，提供了一种场效应晶体管，包括包含从Li、Na、Mn、Ni、Pd、Cu、Cd、C、N、P、Ti、Zr、V、Ru、Ge、Sn 和 F 中选择的至少一种元素的无定形氧化物有源层；以及 形成为通过栅极绝缘体面向该有源层的栅电极。此外，在本专利技术中，无定形氧化物优选从含有IruZr^P Sn的氧化物；含有In和Zn的氧化物；含有In和Sn的氧化物；以及含有In的氧化物中选择。作为本专利技术的专利技术人对该氧化物半导体的调查的结果，发现上述ZnO以多晶体相的状态形成，导致载流子在多晶体晶格之间的界面上散射从而降低了电子迁移率。此外，还发现ZnO容易在其中导致氧缺位(oxygen defect),从而产生大量的载流子电子,这使得难以降低电导率。由此，即使没有向晶体管施加栅电压，也会在源极端子和漏极端子之间产生很大的电流，从而使得不可能实现TFT的常断状态和更大的晶体管开-关比(οη-ο ratio)。本专利技术的专利技术人考察了在日本专利申请公开No. 2000-044236中提到的无定形氧化物膜ZnxMyInz0(x+3y/2+3z/2)(M A1和Ga中的至少一种元素)。该材料包含浓度不低于I X IO18/ cm3的电子载流子，并适合用作简单的透明电极。但是，在TFT沟道层中使用的包含浓度不低于I X IO1Vcm3的电子载流子的氧化物不能给出足够的开-关比，且不适合于常断的TFT。因此，传统的无定形氧化物膜无法提供载流子浓度低于IXlO1Vcm3的膜。本专利技术的专利技术人利用载流子浓度低于IXlO1Vcm3的无定形氧化物作为场效应晶体管的有源层来制备TFT。发现该TFT具有期望的特性，并可用于诸如发光装置的图像显示>j-U ρ α装直。此外，本专利技术的专利技术人考察了材料InGaO3(ZnO)n^P该材料的膜形成条件，发现通过控制膜形成时的氧气气氛条件可以将该材料的载流子浓度可以控制为低于lX1018/cm3。上述说明针对使用该无定形氧化物作为TFT的用作例如沟道层的有源层的情况。但是本专利技术不限于使用这种有源层的情况。在上面的描述中，主要提及用无定形氧化物作为TFT的用作沟道的有源层。但是本专利技术不限于这种情况。按照本专利技术，提供了一种适用于晶体管如TFT的沟道层的无定形氧化物。本专利技术还提供一种具有优异特性的场效应晶体管。附图说明图I是示出通过脉冲激光沉积方法形成的基于In-Ga-Zn-O的无定形膜的电子载流子浓度与膜形成期间的氧分压之间的关系的图；图2是示出使用氩气通过溅射方法形成的基于In-Ga-Zn-O的无定形膜的电导率与膜形成期间的氧分压之间的关系的图；图3是示出通过脉冲激光沉积方法形成的基于In-Ga-Zn-O的无定形膜的电子载流子数量与电子迁移率之间的关系的图；图4A、4B和4C分别示出通过脉冲激光沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无定形氧化物，所述无定形氧化物的成分在层厚度方向上变化，并且所述无定形氧化物的电子载流子浓度为1012/cm3或更高且低于1018/cm3，其中，所述无定形氧化物是从由以下所构成的组中选择的任一种：包含从In、Zn和Sn中选择的至少一种元素的氧化物；含有In、Zn和Sn的氧化物；含有In和Zn的氧化物；含有In和Sn的氧化物；含有In的氧化物；以及包含In、Ga和Zn的氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐野政史，中川克己，细野秀雄，神谷利夫，野村研二，
申请(专利权)人：佳能株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：