[发明专利]薄膜晶体管的半导体层用氧化物、薄膜晶体管、显示装置及溅射靶

说明书

在具备氧化物半导体层薄膜的薄膜晶体管中，提供一种半导体层用氧化物，其在维持高场效应迁移率的同时，对光、偏压应力等而言，阈值电压的变化量小，应力耐性优异，并且对于使源/漏电极图案化时所使用的湿式蚀刻液具有优异的耐性。该半导体层用氧化物为在薄膜晶体管的半导体层中所使用的氧化物，其由In、Zn、Ga、Sn及O构成，在上述氧化物中，将各金属元素相对于除氧以外的全部金属元素的含量(原子％)分别设为[In]、[Zn]、[Ga]及[Sn]时，满足下式(1)～(4)。1.67×[Zn]+1.67×[Ga]≥100…(1)；([Zn]/0.95)+([Sn]/0.40)+([In]/0.4)≥100…(2)；[In]≤40…(3)；[Sn]≥5…(4)。

技术领域

本发明涉及在液晶显示器、有机EL显示器等显示装置中所使用的薄膜晶体管(TFT)的半导体层用氧化物、具备上述氧化物的薄膜晶体管、具备上述薄膜晶体管的显示装置、以及用于形成上述氧化物的溅射靶。

背景技术

非晶(非晶质)氧化物半导体具有比通用的非晶硅(a-Si)更高的载流子迁移率(也称作场效应迁移率。以下，有时仅称作“迁移率”。)，并且光学带隙大，能够在低温下进行成膜，因此被期待应用于要求大型、高分辨率、高速驱动的下一代显示器或者耐热性低的树脂基板等中。

在氧化物半导体中，特别是包含铟、镓、锌及氧的非晶氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，以下有时称作“IGZO”。)具有非常高的载流子迁移率，因特别优选使用该非晶氧化物半导体。例如在非专利文献1及2中公开了将In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半导体薄膜用于薄膜晶体管(TFT)的半导体层(活性层)的情况。

在使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子浓度(迁移率)高，而且还要求TFT的开关特性(晶体管特性、TFT特性)优异。具体而言，要求：(1)通态电流(对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流)高；(2)断态电流(对栅电极施加负电压、且对漏电极施加正电压时的漏电流)低；(3)S值(Subthreshold Swing、亚阈值摆幅，使漏电流提高1个数量级所需要的栅电压)低；(4)阈值(向漏电极施加正电压、且向栅电压施加正负中任意一种电压时，漏电流开始流通的电压，也称为阈值电压)在时间上不发生变化而保持稳定(此处，稳定是指阈值在基板面内均匀)；以及(5)迁移率高等。

进而，要求使用了IGZO等氧化物半导体层的TFT对施加电压或光照射等应力的耐性(应力耐性)优异。例如指出：在对栅电极持续施加电压、或持续照射会被半导体层吸收发生的蓝色带的光时，电荷在薄膜晶体管的栅极绝缘膜与半导体层的界面被捕获，基于半导体层内部的电荷的变化，阈值电压向负侧大幅变化(漂移)，由此使TFT的开关特性发生变化。此外，在驱动液晶面板时、或对栅电极施加负偏压而使像素点亮时等情况下，从液晶元件泄漏的光会照射到TFT上，而该光对TFT施加应力而成为图形不均或特性劣化的原因。实际上，使用薄膜晶体管时，若由于光照射或电压施加造成的应力导致开关特性发生变化，则会招致显示装置自身的可靠性降低。

此外，在有机EL显示器中也同样，从发光层泄露的光会照射到半导体层，而产生阈值电压等的值不一致的问题。

这样，特别是阈值电压的漂移会招致具备TFT的液晶显示器或有机EL显示器等显示装置本身的可靠性降低，因此迫切期望提高应力耐性(即施加应力前后的变化量小)。

进而，在制作具备氧化物半导体薄膜和位于其上的源/漏电极的薄膜晶体管基板时，还要求上述氧化物半导体薄膜对湿式蚀刻液等药液具有较高的特性(湿式蚀刻耐性)。具体而言，在TFT制作时的各工序中，所使用的湿式蚀刻液的种类也不同，因此对于上述氧化物半导体薄膜要求以下两个特性。

(i)氧化物半导体薄膜对氧化物半导体加工用湿式蚀刻液具有优异的可溶性

即，要求：利用对氧化物半导体薄膜进行加工时所使用的草酸等有机酸系湿式蚀刻液，以适当的速度对上述氧化物半导体薄膜进行蚀刻，并且能够无残渣地进行图案化。