场效应晶体管制造技术

提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管包含栅电极（１５）、源电极（１３）、漏电极（１４）和沟道层（１１），以通过向栅电极（１５）施加电压控制在源电极（１３）和漏电极（１４）之间流动的电流。沟道层（１１）由包含Ｉｎ和Ｓｉ并且具有不小于０．０５且不大于０．４０的由Ｓｉ／（Ｉｎ＋Ｓｉ）表示的成分比的非晶氧化物构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及场效应晶体管，特别是涉及用于LCD和有机EL显示器的开关元件的场 效应晶体管。
技术介绍
场效应晶体管(FET)包含栅电极、源电极和漏电极。 场效应晶体管是向栅电极施加电压以控制流过沟道层的电流并控制源电极和漏 电极之间的电流的电子有源元件。特别地，以在由陶瓷、玻璃和塑料等制成的绝缘衬底上进 行成膜的薄膜为沟道层的FET被称为薄膜晶体管(TFT)。 薄膜技术被应用于上述的TFT，因此，有利地很容易在具有比较大的面积的衬底上 形成该TFT，并且该TFT被广泛用作诸如液晶显示元件的平板显示元件的驱动元件。 S卩，有源液晶显示元件(ALCD)利用在玻璃衬底上制造的TFT切换各单个图像像 素的0N/0FF。期望利用TFT的像素的电流驱动将来对于高性能有机LED显示器(OLED)有 效。此外，已实现另一高性能液晶显示器，其具有在图像周边的衬底上形成的具有驱动和控 制整个图像功能的周边电路。 使用最广泛的TFT包含多晶硅膜或非晶硅膜作为沟道层材料。 为了驱动像素，对于实际使用已实现了非晶硅TFT，对于驱动和控制整个图像，对于实际使用已实现了高性能多晶硅TFT。 但是，由于器件制造需要高温处理，因此难以在诸如塑料板或箔之类的衬底上制 造非晶硅TFT、多晶硅TFT和其它的TFT。 另一方面，近年来，通过在由聚合物板和箔制成的衬底上形成TFT用作用于驱动 LCD和OLED的电路，积极开发以实现柔性显示器。关注点集中于使得能够在塑料箔上低温 成膜的有机半导体。 例如，正在进行关于用作有机半导体膜材料的并五苯的研究和开发。这些有机半 导体中的任一种具有芳族环，由此在结晶的情况下沿芳族环的层叠方向获得明显的载流子 迁移率。例如，在使用并五苯作为活性层的情况下，载流子迁移率为约0.5cm2(Vs)—、据报 道，这等于非晶Si-MOSFET的载流子迁移率。 但是，诸如并五苯的有机半导体表现出较低的热稳定性(< 150° )，此外，还没有 实现用于实际使用的器件。 另外，最近，用于TFT的沟道层的氧化物材料正在受到关注。 例如，具有ZnO的沟道的TFT正在得到积极开发。 ZnO膜允许在比较低的温度下成膜。可以在诸如塑料板和箔之类的衬底上形成薄膜。 但是，ZnO不能在室温下形成稳定的非晶膜，而是导致多晶相。因此，由于多晶粒 子的界面上的散射，不能增加电子迁移率。 另外，多晶粒子的形状和互连接根据成膜方法大大不同。因此，特性会在TFT元件3之间以及在批次之间散乱。 最近报告了具有In-Ga-Zn-O系的非晶氧化物的薄膜晶体管(K.Nomura等人，Nature VOL. 432， P.488-492(2004-11))。 可以在室温下在塑料和玻璃衬底上制造该薄膜晶体管。此外，获得具有为约6 9的电场效应迁移率的常关型薄膜晶体管性能。另外，该晶体管的特征在于对于可见光透明。 上述的K. Nomura等人，Nature VOL. 432， P. 488-492(2004-11)特别公开了对于TFT的沟道层使用成分比为In : Ga : Zn = 1. 1 : 1. 1 : 0.9(原子比)的非晶氧化物的技术。 该技术使用具有三种金属元素In、Ga和Zn的非晶氧化物。但是，从易于成分控制和材料制备的观点看，优选氧化物具有更少的金属元素数。 另一方面，用诸如溅射方法的技术实施的具有一种类型的金属元素的诸如ZnO和ln203的氧化物的成膜一般导致多晶薄膜。如上所述，多晶相易于出现TFT的特性的变化。 作为具有两种类型的金属元素的例子，关于In-Zn-O系的研究的报告是已知的(例如，Applied Physics Letters 89,062103(2006))。 但是，对于In-Zn-0系，由于在空气中存放的过程中其电阻率容易随着时间改变，因此希望环境稳定性的改善。否则，报告的In-Zn-O系的研究使用50(TC的比较高的温度下的热处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管使用由少量种类的元素构成的非晶氧化物，使得能够在适用于塑料衬底的低温下被形成并且在诸如空气中存放的环境稳定性方面优异。 为了解决上述的问题，本专利技术提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管包含栅电极、源电极、漏电极和沟道层，以通过向栅电极施加电压控制在源电极和漏电极之间流动的电流，其特征在于，沟道层由包含In和Si并且具有不小于0. 05且不大于0. 40的由Si/(In+Si)表示的成分比的非晶氧化物构成。 另外，本专利技术提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管包含栅电极、源电极、漏电极和沟道层，以通过向栅电极施加电压控制在源电极和漏电极之间流动的电流，其特征在于，沟道层由包含In、Zn和Si并且具有不小于0. 05且不大于0. 40的由Si/ (In+Zn+Si)表示的Si的成分比的氧化物材料构成。 另外，本专利技术提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管包含栅电极、源电极、漏电极、沟道层和与沟道层接触的栅绝缘层，以通过向栅电极施加电压控制在源电极和漏电极之间流动的电流，其特征在于，沟道层由包含In和Si并且具有不小于0. 05且不大于0. 40的由Si/(In+Si)表示的成分比的氧化物材料构成，并且栅绝缘层由包含Si的氧化物或氮化物构成。 根据本专利技术，沟道层由新颖材料即包含铟和硅的非晶氧化物形成，由此可实现表示良好特性的薄膜晶体管。特别地，包含场效应迁移率和S值的其晶体管性能优异并且其环境稳定性良好。 另外，由于主要包含硅，因此存在材料成本低廉并且环境负荷小的优点。 参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得十分明显。 附图说明 图1是示出通过溅射方法形成的氧化物半导体膜的电阻率随时间过去的变化的 曲线图。 图2是示出作为本专利技术的实施例的薄膜晶体管的传送特性的曲线图。 图3A、图3B和图3C是示出作为本专利技术的实施例的薄膜晶体管的结构的例子的断面图。 图4是示出场效应迁移率的In-Si成分比依赖性的例子的曲线图。 图5是示出关于In-Si-0薄膜晶体管的阈值电压的成分依赖性的实验研究的结果的曲线图。 图6是示出S值的In : Si比依赖性的曲线图。 图7A和图7B是例示作为本专利技术的实施例的薄膜晶体管的特性的曲线图。 图8是用于制造作为本专利技术的实施例的薄膜晶体管的薄膜形成装置的示意图。 图9是示出各种成分的Id-Vg特性的曲线图。 图10是示出退火之后的TFT(Id-Vg)特性的曲线图。具体实施例方式以下将参照附图描述用于实施本专利技术的最佳方式。 本专利技术的专利技术人致力于研究作为用于薄膜晶体管的沟道层的材料的、诸如包含In 和Si的氧化物的由两种类型的金属元素制成的氧化物材料。 图1是示出通过溅射方法形成的几种氧化物膜的电阻率随时间过去的变化的曲 线图。 在图1中，In和使用的其它金属元素M的成分比M/(In+M)为约0. 3。 如图1所示，由In和Zn构成的氧化物(In-Zn-0)和由In和Sn构成的氧化物(In-Sn-0)表现出电阻率随时间的过去而较大的变化。 另一方面，很显然，由In和Si构成的氧化物(In-Si-0)和由In和Ga构成的氧化 物(In-Ga-0)几乎不引起电阻率随时间的过去而变化。 因此，由于I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管，该场效应晶体管包含栅电极、源电极、漏电极和沟道层，以通过向栅电极施加电压控制在源电极和漏电极之间流动的电流，其特征在于，形成沟道层的非晶氧化物由包含Ｉｎ和Ｓｉ并且具有不小于０．０５且不大于０．４０的由Ｓｉ／（Ｉｎ＋Ｓｉ）表示的成分比的非晶氧化物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎达哉，板垣奈穗，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]