[发明专利]薄膜晶体管和制备薄膜晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管和一种制备薄膜晶体管的方法。

背景技术

近年来，由组成式In_2-xGa_xO₃(ZnO)_m(0＜x＜2并且m为自然数)表示的非晶In-Ga-Zn-O基同系氧化物材料(以下，称为“IGZO基氧化物材料”或有时简称为“IGZO”)在其结晶状态已经引起了关注。

来自东京技术研究所(Tokyo Institute of Technology)的Hosono等报道了：非晶IGZO基氧化物材料表现出与半导体的电阻率值类似的电阻率值，并且可以在室温形成为膜，并且报道了这些材料可以获得等于或高于非晶硅的迁移率的迁移率(Hosono等，非专利文献1，自然(Nature)，432(2004)，第488-492页)。

特别地，由其中m＝1的以上组成式表示的非晶IGZO基氧化物材料是高度有希望的材料体系，这是由于在In-In之间的电子轨道的大的重叠比率，其被认为有助于电子的传导。

针对非晶IGZO基氧化物材料作为例如用于薄膜晶体管(以下还称为“TFT”)的活性层的有效材料的用途，正在对这些材料认真地进行着研究和开发。

另一方面，例如在下列文献中描述了具有结晶结构的IGZO基氧化物材料。

非专利文献2(美国陶瓷学会杂志(Journal of the American CeramicSociety)，82(1999)，第2705-2710页)描述了一种制备其中m＝1的结晶IGZO基氧化物材料的方法，其中将包括In、Ga和Zn的原料的混合物在1350℃以上退火，然后从此极高的退火温度快速冷却。此文献还公开Ga的固溶体范围(x的范围)为0.66至1.06。

此外，日本专利3947575公开了一种在氢气或氩气气氛中、在某个温度对通过在一定条件退火得到的其中m＝1的结晶IGZO基氧化物材料进行还原热处理的方法。

在这点上，在包括IGZO的许多电子传导氧化物材料中，对于这些材料所特有的性质显著地受氧空位量δ的值影响。当δ值大时，产生大量的载流子(电子)，并且形成在导带内具有费米能级的“简并半导体”。换言之，处于此状态中的氧化物材料是表现出金属导电性的导体。另一方面，当δ值小时，可以抑制载流子的产生并且氧化物材料可以作为半导体存在。以上事实表明：取决于氧空位量δ的值，氧化物材料的属性可以在导体和半导体之间极大地改变。

在非专利文献2中所述的方法中，从高温范围快速冷却(淬火)的目的是得到在室温也保持其在高温得到的状态的氧化物材料。通常，从化学平衡的观点，结合到氧化物材料上的氧在越高的温度越容易逸出，从而增加δ的值。因此，具有较大δ值的IGZO基氧化物材料可以作为进行淬火的结果得到，并且具有较大δ值的IGZO基氧化物材料不能抑制载流子的产生并且表现为简并半导体，即金属(导体)。

另一方面，在日本专利3947575中所述的方法中，进行还原热处理以将氧空位引入到氧化物材料中。因此，通过此方法得到的IGZO基氧化物材料具有大的δ值，从而增大了其载流子浓度。结果，通过此方法得到的IGZO基氧化物材料表现为简并半导体，即金属(导体)。

如上所述，非专利文献2和日本专利3947575都表明：其中m＝1的结晶IGZO基氧化物材料是导体而非半导体。因此，如果其中m＝1的IGZO基氧化物材料可以作为半导体获得，则此材料可以广泛地用于电子器件，例如用作TFT的活性层。

此外，如果其中m＝1的IGZO基氧化物材料中的Ga的量不适当，则此材料不形成IGZO的单相，而是在其中包含多种晶相。因此，从微观观点，倾向于在晶粒间界等处发生电子散射。因此，为了将其中m＝1的结晶IGZO基氧化物材料应用于电子器件，考虑到保持载流子(电子)的迁移率，如非专利文献2中所述的其中Ga的量处于固溶体范围并且形成IGZO的单相的IGZO基氧化物材料是适宜的。

本发明旨在提供一种具有有利电特性的薄膜晶体管以及一种制备薄膜晶体管的方法。所述薄膜晶体管具有活性层，所述活性层包括单相半导体IGZO基氧化物材料。特别地，本发明集中于一种由组成式In_2-xGa_xO₃(ZnO)_m表示的结晶IGZO基氧化物材料，其中m＝1。

发明内容

本发明是考虑到以上情形而进行的，并且提供一种薄膜晶体管以及一种制备薄膜晶体管的方法。