[发明专利]氧氮化物半导体薄膜

说明书

本发明的目的是通过氧氮化物结晶质薄膜提供一种具有相对高的载流子迁移率并且适合作为TFT的沟道层材料的氧化物半导体薄膜。本发明对含有In、O以及N的非晶质的氧氮化物半导体薄膜或者含有In、O、N以及添加元素M(M是从Zn、Ga、Ti、Si、Ge、Sn、W、Mg、Al、Y以及稀土类元素中选出的一种以上的元素)的非晶质的氧氮化物半导体薄膜进行加热温度为200℃以上、加热时间为1分钟～120分钟的退火处理，由此，得到结晶质的氧氮化物半导体薄膜。

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管，特别是涉及一种作为薄膜晶体管的沟道层材料的氧氮化物半导体薄膜以及其制造方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor：TFT)是一种场效应晶体管(Field EffectTransistor：FET)。作为基本结构，TFT是具有栅极端子、源极端子以及漏极端子的3端子元件，而且是具有将在基板上成膜的半导体薄膜作为电子或空穴移动的沟道层使用，通过在栅极端子上施加电压，并且控制流向沟道层的电流，从而开关源极端子和漏极端子之间的电流的功能的有源元件。目前，作为TFT的沟道层，广泛地使用多晶硅膜、非晶硅膜。

其中，非晶硅膜可在大面积的第10代玻璃基板上均匀成膜，而且可作为液晶面板用TFT的沟道层被广泛应用。但是，由于作为载流子的电子的迁移率(载流子迁移率)较低且在1cm²/Vsec以下，其在高精细面板用TFT中的应用正趋于困难。即，伴随着液晶的高精细化，需要TFT的高速驱动，为了实现这种TFT的高速驱动，需要在沟道层中使用表现出比非晶硅膜的载流子迁移率1cm²/Vsec高的载流子迁移率的半导体薄膜。

与此相对，多晶硅膜表现出100cm²²/Vsec左右的高载流子迁移率，因此，其作为用于高精细面板的TFT的沟道层材料，具有充分的特性。但是，多晶硅膜在晶界处的载流子迁移率降低，因此，基板的面内均匀性欠缺，存在TFT的特性出现偏差的问题。另外，在多晶硅膜的制造工序中，在300℃以下的较低温度形成非晶硅膜之后，通过退火处理工序使该膜结晶化。该退火处理工序是应用准分子激光器退火等的特殊工序，因此，需要较高的运行成本。此外，能够进行处理的玻璃基板的大小也停留在第5代左右的水平，因此，不仅在降低成本方面受限，而且在产品扩展上也受限。

因此，作为TFT的沟道层的材料，目前需要一种兼具非晶硅膜和多晶硅膜的优越特性并且以较低成本即可获得的材料。例如，在日本特开2010-219538号公报中提出了一种透明非晶氧化薄膜(a-IGZO膜)，其是通过气相成膜法成膜，由In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)以及O(氧)构成，而且没有添加杂质离子，载流子迁移率高于1cm²/Vsec并且载流子的浓度为10¹⁶/cm³以下。

但是，在日本特开2010-219538号公报中提出的通过溅射法、脉冲激光蒸镀法等气相成膜法所形成的a-IGZO膜，虽然表现出大致为1cm²/Vsec～10cm²/Vsec的范围的相对较高的载流子迁移率，但是，由于非晶氧化物薄膜原本容易产生氧缺失，以及，面对加热等外部因素，作为载流子的电子的行为不一定稳定，因此，会产生TFT等装置的动作时常变得不稳定的问题。

并且，进一步地指出，会产生非晶膜中特有的现象，即，若在可见光的照射下对TFT元件连续施加负偏压，则阈值电压转移到负侧(光负偏压劣化现象)的现象，在液晶等的显示的应用上成为严重的问题。