薄膜晶体管制造技术

一种薄膜晶体管，其以在下述区域1、2或3的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物为活性层，并且场效应迁移率为25cm2/Vs以上。区域1：0.58≤In/（In+Ga+Zn）≤0.68、0.15＜Ga/（In+Ga+Zn）≤0.29；区域2：0.45≤In/（In+Ga+Zn）＜0.58、0.09≤Ga/（In+Ga+Zn）＜0.20；区域3：0.45≤In/（In+Ga+Zn）＜0.58、0.20≤Ga/（In+Ga+Zn）≤0.27。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄膜晶体管
本专利技术涉及薄膜晶体管、溅射靶和它们的制造方法。
技术介绍
近年来，正在积极进行被称为8K4K(SHV)、4K2K的超高清显示器、240Hz(4倍速)、480Hz(8倍速)等高频率显示器、各种方式的3D显示器等下一代显示器的开发。另一方面，为了实现这样的下一代高性能液晶显示器、有机显示器，控制显示的薄膜晶体管(TFT)的迁移率为0.5cm2/Vs左右的非晶硅的话性能不足。因此，TFT的高性能化(高迁移率化)变得重要。最初，据说下一代显示器用TFT的迁移率的目标为2～8cm2/Vs左右，最近，期待20cm2/Vs以上、25cm2/Vs以上、进一步地30cm2/Vs以上的迁移率(非专利文献1)。另外，在平板PC、智能手机等中使用的中小型显示器中，也正在推进高清化、驱动电路等周边电路在基板上的形成。对于以往的中小型显示器而言，在需要高迁移率的情况下使用低温多晶硅(LTPS)。但是，成本高、适用制品有限，从而正在期待可廉价地制造30cm2/Vs左右的高迁移率TFT的技术(非专利文献1)。另一方面，在细川等发现包含氧化铟和氧化锌的n型半导体材料以来(专利文献1)，包含氧化铟和氧化锌的各种氧化物膜作为半导体材料受到瞩目。特别是包含氧化铟、氧化锌和氧化镓的非晶质的氧化物膜，由于可以制作10cm2/Vs左右的TFT，因此作为可以廉价地制作从中小型显示器至大面积显示器中的高迁移率的TFT的技术而受到瞩目。作为该氧化物膜的成膜方法，研究了溅射、PLD(脉冲激光淀积)、蒸镀等物理性成膜、和溶胶凝胶法等化学性成膜，但作为能够以较低的温度、大面积且均匀地进行成膜的方法，正在以溅射法为中心进行研究。以往，使用了包含氧化铟、氧化锌和氧化镓的氧化物半导体的TFT制作的研究，以In、Ga、Zn的组成比以原子比计为In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1或2∶2∶1的物质为中心进行。以这些组成制作的TFT的迁移率通常为10cm2/Vs左右，还无法在工业上制造出下一代显示器、代替LTPS所需要的30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT。也尝试了通过改变元件构成、TFT的制造条件等来制作高迁移率的TFT。但是，其是使用膜厚薄、W/L小、具有层叠结构、难以工业化的绝缘膜等、难以大面积地制作且缺乏重现性的制造法，或者有时产生断态电流高、S值大等其他问题，从而还未达到实用化。另一方面，改变In、Ga、Zn的组成比来实现高性能化的研究，正在通过共溅射法(专利文献2、3、非专利文献2)、或者制作各种组成的氧化物靶(专利文献4)而进行。但是，还未制作出下一代显示器、显示出代替LTPS所需要的30cm2/Vs左右的高迁移率的实用的TFT。也在进行其他包含氧化铟、氧化锌和氧化镓的溅射靶的研究，但还未制作出30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT(专利文献5、6)。对于包含氧化物烧结体的溅射靶而言，适当的性状、烧结条件随组成比不同而不同。因此，惯例是在发现有希望的材料、组成后，对溅射靶的适当的性状、烧结条件进行研究。因此，在如前所述地实现使用了包含氧化铟、氧化锌和氧化镓的氧化物半导体来的TFT的高性能化的研究中，也使用共溅射进行了高性能的组成比的探索(专利文献2、3、非专利文献2)。但是，即使如前所述地通过共溅射改变组成比，也未制作出30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-114928号公报专利文献2：日本特开2007-281409号公报专利文献3：日本特开2009-21536号公报专利文献4：国际公开第2009/075281号小册子专利文献5：国际公开第2008/072486号小册子专利文献6：国际公开第2009/148154号小册子非专利文献非专利文献1：InternationalTFTConference2010、S6(p314-317)、Matsueda非专利文献2：JoonchulMoonet.al，JornaloftheKoreanPhysicalSociety，vil.53，No.4，October，2008，pp.2029～2032
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供高迁移率的薄膜晶体管、其制造方法及其制造中使用的溅射靶。另一方面，本专利技术人等经过长年努力，对各组成比持续研究了溅射靶的适当的性状、制造条件，并使用该溅射靶持续研究了TFT的制作条件，并且以能够制作出高性能TFT的溅射靶为目标持续进行了研究。然后终于开发出了能够制作出显示30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT的溅射靶和TFT。其结果是，通过使用本专利技术的溅射靶来制作TFT，能够以易于工业应用的方法制作出显示30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT。需要说明的是，令人吃惊的是，本专利技术的溅射靶中含有的原子的组成比(原子比)与通过共溅射法发现的最佳组成比(专利文献2)不同。推定这是因为：通过在组成比研究中使用的共溅射法制作的氧化物膜、与通过工业上通常的平行平板型溅射法制作的氧化物膜的结构、膜质不同，电性质也不同。可认为，对于共溅射法而言，在粒子相对于基板以斜入射式进行成膜的方面、S-T间距(基板与溅射靶间的距离)长的方面等与平行平板型溅射法不同，从而飞到基板的溅射粒子的成分、能量不同。可推定，这与膜结构、膜质的不同，进而TFT特性的不同有关。可见，难以通过共溅射法发现最佳的组成，因此可认为以往未制作出显示30cm2/Vs左右的高迁移率的TFT。根据本专利技术，提供以下的薄膜晶体管等。1.一种薄膜晶体管，其以在下述区域1、2或3的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物为活性层，并且场效应迁移率为25cm2/Vs以上。区域10.58≤In/(In+Ga+Zn)≤0.680.15＜Ga/(In+Ga+Zn)≤0.29区域20.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.09≤Ga/(In+Ga+Zn)＜0.20区域30.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.20≤Ga/(In+Ga+Zn)≤0.272.根据1所述的薄膜晶体管，其中，场效应迁移率为30cm2/Vs以上。3.一种溅射靶，其包含在下述区域1、2或3的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物烧结体。区域10.58≤In/(In+Ga+Zn)≤0.680.15＜Ga/(In+Ga+Zn)≤0.29区域20.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.09≤Ga/(In+Ga+Zn)＜0.20区域30.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.20≤Ga/(In+Ga+Zn)≤0.274.根据3所述的溅射靶，其中，所述氧化物烧结体的电阻率小于15mΩcm、相对密度大于97％。5.根据3或4所述的溅射靶，其中，所述氧化物烧结体在所述区域1的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn，并且含有由InGaO3(ZnO)表示的同系结构化合物、和由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物。6.根据3或4所述的溅射靶，其中，所述氧化物烧结体在所述区域2的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn，并且含有通过X射线衍射测定(Cukα射线)在入射角(2θ)为7.0°～8.4°、30.6°～32.0°、33.8°～35.8°、53.5°～56.5°和56.5°～59.5°的各位置观测到衍射峰的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，其以在下述区域1、2或3的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物为活性层，并且场效应迁移率为25cm2/Vs以上，区域10.58≤In/（In+Ga+Zn）≤0.680.15＜Ga/（In+Ga+Zn）≤0.29区域20.45≤In/（In+Ga+Zn）＜0.580.09≤Ga/（In+Ga+Zn）＜0.20区域30.45≤In/（In+Ga+Zn）＜0.580.20≤Ga/（In+Ga+Zn）≤0.27。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.10 JP 2011-1057211.一种溅射靶，其包含在下述区域1的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物烧结体，所述氧化物烧结体的电阻率小于15mΩcm、相对密度大于97％，所述氧化物烧结体仅包含由InGaO3(ZnO)表示的同系结构化合物、和由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物，或者仅包含由InGaO3(ZnO)表示的同系结构化合物、由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物和由In2Ga2ZnO7表示的化合物，区域10.58≤In/(In+Ga+Zn)≤0.680.15＜Ga/(In+Ga+Zn)≤0.29。2.一种溅射靶，其包含在下述区域2的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物烧结体，所述氧化物烧结体的电阻率小于15mΩcm、相对密度大于97％，所述氧化物烧结体仅包含通过X射线Cukα射线衍射测定所得谱图中在入射角2θ为7.0°～8.4°、30.6°～32.0°、33.8°～35.8°、53.5°～56.5°和56.5°～59.5°的各位置观测到衍射峰的氧化物、和由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物，或者仅包含通过X射线Cukα射线衍射测定所得谱图中在入射角2θ为7.0°～8.4°、30.6°～32.0°、33.8°～35.8°、53.5°～56.5°和56.5°～59.5°的各位置观测到衍射峰的氧化物、由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物和由InGaO3(ZnO)表示的同系结构化合物，区域20.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.09≤Ga/(In+Ga+Zn)＜0.20。3.一种溅射靶，其包含在下述区域3的原子比的范围内含有元素In、Ga和Zn的氧化物烧结体，所述氧化物烧结体的电阻率小于15mΩcm、相对密度大于97％，所述氧化物烧结体仅包含由InGaO3(ZnO)表示的同系结构化合物、由In2O3表示的方铁锰矿结构化合物和由In2Ga2ZnO7表示的化合物，区域30.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.20≤Ga/(In+Ga+Zn)≤0.27。4.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶，其中，所述电阻率为10mΩcm以下。5.根据权利要求4所述的溅射靶，其中，所述电阻率为5mΩcm以下。6.根据权利要求5所述的溅射靶，其中，所述电阻率为0.1mΩcm以上。7.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶，其中，所述相对密度为98％以上。8.根据权利要求7所述的溅射靶，其中，所述相对密度为99％以上。9.根据权利要求1～3中任一项所述的溅射靶，其中，所述氧化物烧结体还含有选自Sn、Ge、Si、Ti、Zr和Hf的元素。10.根据权利要求1所述的溅射靶，其中，所述区域1为如下的范围：0.58≤In/(In+Ga+Zn)＜0.650.15＜Ga/(In+Ga+Zn)≤0.290.13≤Zn/(In+Ga+Zn)。11.根据权利要求2所述的溅射靶，其中，所述区域2为如下的范围：0.45≤In/(In+Ga+Zn)＜0.580.10≤Ga/(In+Ga+Zn)＜0.20。12.根据权利要求2或11所述的溅射靶，其中，所述氧化物为在通过X射线Cukα射线衍射测定所得谱图中在入射角2θ为7.2°～8.2°、30.8°～31.8°、34.3°～35.3°、54.1°～56.1°和57.0°～59.0°的各位置观测到衍射峰的氧化物。13.根据权利要求2或11所述的溅射靶，其中，所述氧化物还是在2θ为30.6°～32.0°和33.8°～35.8°的位置观测到的衍射峰中的一个为在2θ为5～80°的范围内强度最强的峰，另一个为在2...

【专利技术属性】
技术研发人员：糸濑将之，西村麻美，川岛浩和，砂川美佐，笠见雅司，矢野公规，
申请(专利权)人：出光兴产株式会社，
类型：
国别省市：