CN111373514A - 氧化物半导体薄膜 - Google Patents
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- C04B2235/3293—Tin oxides, stannates or oxide forming salts thereof, e.g. indium tin oxide [ITO]
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Abstract
本发明提供了一种氧化物半导体薄膜，其由包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体构成，(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.36以上且0.92以下，Sn/(In+Sn)的原子比为0.02以上且0.46以下，Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.42以下，Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.10以下。
Description
技术领域
本发明涉及包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体薄膜。
背景技术
在活性层中使用了In-Ga-Zn-O系氧化物半导体膜(IGZO)的薄膜晶体管(TFT：Thin-Film Transistor)与现有的在活性层中使用了非晶硅膜的TFT相比，能够获得高迁移率，因此近年来被广泛应用于各种显示器(参考例如专利文献1～3)。
例如在专利文献1中，公开了一种驱动有机EL元件的TFT活性层由IGZO构成的有机EL显示装置。在专利文献2中，公开了一种通道层(活性层)由a-IGZO构成、迁移率为5cm2/Vs以上的薄膜晶体管。进而，在专利文献3中，公开了一种活性层由IGZO构成、开/关电流比为5位数以上的薄膜晶体管。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-31750号公报；
专利文献2：日本特开2011-216574号公报；
专利文献3：WO2010/092810号。
发明内容
发明要解决的问题
近年来，由于在各种显示器中，要求高分辨率化、低耗电化、高帧频化，因此对显示更高迁移率的氧化物半导体的需求逐渐增加。然而，在活性层中使用IGZO的薄膜晶体管中，难以获得超过10cm2/Vs的迁移率值，需要开发显示更高迁移率的用于薄膜晶体管的材料。
鉴于上述的情况，本发明的目的在于提供代替IGZO的高特性的薄膜晶体管及其制造方法、以及可用于活性层的氧化物半导体薄膜。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的一种实施方式的氧化物半导体薄膜由包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体构成，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.36以上且0.92以下，
Sn/(In+Sn)的原子比为0.02以上且0.46以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.42以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.10以下。
在上述氧化物半导体薄膜中，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比可以为0.48以上且0.72以下，
Sn/(In+Sn)的原子比可以为0.03以上且0.29以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比可以为0.02以上且0.21以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比可以为0.03以上且0.10以下。
本发明的一种实施方式的薄膜晶体管具有由上述构成的氧化物半导体薄膜构成的活性层。
由此，能够构成具有10cm2/Vs以上的迁移率的薄膜晶体管。
此外，能够得到在60℃的温度下、持续施加60分钟+30V的栅电压的试验的实施前后阈值电压的变化量为0V以上且2V以下的薄膜晶体管。
或者，能够得到在60℃的温度下、持续施加60分钟-30V的栅电压的试验的实施前后阈值电压的变化量为-2V以上且0V以下的薄膜晶体管。
本发明的一种实施方式的薄膜晶体管的制造方法是具有由上述构成的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的制造方法，
该制造方法为：
在栅电极上形成栅绝缘膜，
用溅射法在上述栅绝缘膜上形成上述活性层，
形成以上述活性层为基底膜的金属层，
用湿式蚀刻法使上述金属层图案化，由此形成源电极和漏电极。
由于活性层是由含有Sn的氧化物半导体薄膜构成，因此耐化学品性优异。因此，能够不形成在蚀刻液中保护活性层的蚀刻阻挡层而将源/漏电极图案化。
发明效果
如上所述，根据本发明能够提供代替IGZO的高特性的薄膜晶体管。
附图说明
图1为示出本发明的一种实施方式的薄膜晶体管的结构的截面示意图。
图2为说明上述薄膜晶体管的作用的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为示出本发明的一种实施方式的薄膜晶体管的结构的截面示意图。在本实施方式中，举出所谓的底栅型的场效应型晶体管作为例子进行说明。
[薄膜晶体管]
本实施方式的薄膜晶体管100具有栅电极11、栅绝缘膜12、活性层13、源电极14S及漏电极14D。
栅电极11由在基材10的表面形成的导电膜构成。典型的基材10为透明的玻璃基板。典型的栅电极11由钼(Mo)、钛(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)等金属单层膜或金属多层膜构成，通过例如溅射法形成。在本实施方式中，栅电极11由钼构成。栅电极11的厚度没有特别限定，例如为200nm。栅电极11可通过例如溅射法、真空蒸镀法等进行成膜。
活性层13作为薄膜晶体管100的通道层发挥作用。活性层13的膜厚例如为10nm～200nm。活性层13由包含In(铟)、Zn(锌)、Ti(钛)及Sn(锡)的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜构成。活性层13可使用例如溅射法进行成膜。关于上述氧化物半导体薄膜的具体的组成如下所述。
栅绝缘膜12在栅电极11和活性层13之间形成。栅绝缘膜12由例如氧化硅膜(SiOx)、氮化硅膜(SiNx)或它们的层叠膜构成。成膜方法没有特别限定，可以为CVD法，也可以为溅射法、蒸镀法等。栅绝缘膜12的厚度没有特别限定，例如为200nm～400nm。
源电极14S和漏电极14D在活性层13上相互距离一定间隔而成。源电极14S和漏电极14D能够由例如铝、钼、铜、钛等金属单层膜或这些金属的多层膜构成。如下所述，源电极14S和漏电极14D能够通过将金属膜图案化来同时形成。该金属膜的厚度例如为100nm～200nm。源电极14S和漏电极14D通过例如溅射法、真空蒸镀法等进行成膜。
源电极14S和漏电极14D被保护膜15包覆。保护膜15由例如氧化硅膜、氮化硅膜或它们的层叠膜等电绝缘性材料构成。保护膜15用于将包含活性层13的元件部与外部环境隔离。保护膜15的膜厚没有特别限定，例如为100nm～300nm。保护膜15可通过例如CVD法进行成膜。
在形成保护膜15之后，实施退火处理。由此，将活性层13活化。退火条件没有特别限定，在本实施方式中，在大气中、约300℃实施1小时。
在保护膜15的适当的位置设置有层间连接孔，用于将源/漏电极14S、14D与布线层(图示略)连接。由于上述布线层用于将薄膜晶体管100与未图示的外围电路进行连接，因此由ITO等透明导电膜构成。
[氧化物半导体薄膜]
接着，对构成活性层13的氧化物半导体薄膜进行说明。
活性层13如上述那样由包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体薄膜构成。
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比(In与Sn的和与In、Zn、Ti及Sn的总和的原子比)为0.36以上且0.92以下。
Sn/(In+Sn)的原子比(Sn与In及Sn的和的原子比)为0.02以上且0.46以下。
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比(Sn与In、Zn、Ti及Sn的总和的原子比)为0.01以上且0.42以下。
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比(Ti与In、Zn、Ti及Sn的总和的原子比)为0.01以上且0.10以下。
另外，组成的上限值和下限值是将小数点后第3位数四舍五入的值(下同)。
通过使用上述组成范围的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体膜构成活性层13，能够获得具有10cm2/Vs以上的迁移率的晶体管特性。
进而，在本实施方式中，由于活性层13由包含Sn的氧化物半导体薄膜构成，因此能够构成耐化学品性优异的活性层13。因此，在进行源电极14S和漏电极14D的图案化工序时，不需要设置在蚀刻液中保护活性层的蚀刻阻挡层。由此，能够在形成以活性层13为基底膜的金属层后，通过使用湿式蚀刻法将该金属层进行图案化来容易地形成源电极14S和漏电极14D。
作为蚀刻液，典型地可举出PAN(磷酸乙酸硝酸)液1(磷酸≈75％、硝酸≈10％、醋酸≈14％、水≈1％的混合液)和PAN液2(磷酸≈73％、硝酸≈3％、醋酸≈7％、水≈17％的混合液)等。
在构成活性层13的氧化物半导体薄膜中，(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比更优选为0.48以上且0.72以下，Sn/(In+Sn)的原子比更优选为0.03以上且0.29以下，Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比更优选为0.02以上且0.21以下，而且Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比更优选为0.03以上且0.10以下。
由此，能够获得具有20cm2/Vs以上的迁移率的晶体管特性。
根据上述组成范围的氧化物半导体薄膜，能够将阈值电压的变化抑制在规定电压以下，因此能够长期确保可靠性高的开关操作。例如本发明人确认，在薄膜晶体管的栅电极-源电极间(或者栅电极-源电极间和漏电极-源电极间)持续施加一定电压、评价此时的阈值电压的变化的BTS试验中，PBTS(正偏置温度应力)和NBTS(负偏置温度应力)均可获得良好的结果。
具体地，在60℃的温度下、持续施加60分钟+30V的栅电压的PBTS试验中，实施前后阈值电压的变化量为0V以上且2V以下。
此外，在60℃的温度下、持续施加60分钟-30V的栅电压的试验中，实施前后阈值电压的变化量为-2V以上且0V以下。
活性层13通过以下方式来形成：在使用由In、Zn、Ti及Sn各自的氧化物的烧结体构成的溅射靶材进行成膜后，在规定温度进行热处理(退火)，由此形成。通过在规定条件下溅射上述靶材，形成了具有与靶材的组成相同或几乎相同的组成的氧化物半导体薄膜。通过在规定的温度对该半导体膜进行退火处理，形成了显现例如迁移率为10cm2/Vs以上的晶体管特性的活性层。
上述溅射靶材能够由如下的烧结体构成，该烧结体是将In2O3、TiO2、ZnO及SnO2等In、Ti、Zn及Sn各自的氧化物用作原料粉末、并将它们以上述组成比进行混合而形成。
[特性评价]
如图2所示，可确认：当对使用了In-Sn-Ti-Zn-SnO膜作为活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价时，与使用In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜和In-Ga-Zn-O系氧化物薄膜的情况相比，迁移率和开/关电流比均高。
在此，将栅电压(Vg)为-15V时的漏电流(Id)作为关电流，将栅电压(Vg)为+20V时的漏电流(Id)作为开电流，将得到的开电流与关电流的比作为开/关电流比。
进而还确认了当将漏电流(Id)为1E-09(1.0×10-9)A的栅电压(Vg)作为阈值电压(Vth)时，在In-Ga-Zn-O系氧化物薄膜中，电压施加时间越长阈值电压越向+侧偏移(最大约6V)，与此相对，在In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物薄膜中，其偏移量为2V以下。
[实施例]
本发明人使用溅射法分别形成了In-Ti-Zn-O系氧化物薄膜、In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物薄膜及In-Ga-Zn-O系氧化物半导体薄膜，将这些膜作为活性层制作了图1所示结构的薄膜晶体管，评价了各晶体管的传输特性(迁移率、阈值电压、PBTS、NBTS)。进而分别评价了上述氧化物半导体薄膜的膜特性(载流子密度、湿式蚀刻率)。
阈值电压(Vth)为漏电流(Id)达到1.0×10-9A时的栅电压(Vg)。
PBTS(ΔVth)为在60℃的温度下、施加60分钟+30V的栅电压后阈值电压的变化量。
NBTS(ΔVth)为在60℃的温度下、施加60分钟-30V的栅电压后阈值电压的变化量。
载流子密度为将刚成膜后的氧化物半导体薄膜在大气中、以350℃退火1小时后，使用Hall效应测定器测定的膜中的载流子浓度。
在蚀刻率的测定中，采用将刚成膜后的氧化物半导体薄膜浸渍于在40℃管理的化学溶液(磷硝醋酸系蚀刻液)中的Dip法。
作为成膜条件，基板温度为100℃，溅射气体为氩和氧的混合气体(含氧比率7％)，膜厚为50nm。
(样品1)
使用In-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti的合计量中所占的原子比分别为In：48原子％、Zn：48原子％、Ti：4原子％的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为12cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.4V，PBTS(Vth)为+3.2V，NBTS(Vth)为-0.1V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为5.1E+16(5.1×1016)/cm3，蚀刻率为4.7nm/sec。
(样品2)
使用In-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti的合计量中所占的原子比分别为In：58原子％、Zn：38原子％、Ti：4原子％的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为15cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.7V，PBTS(Vth)为+1.8V，NBTS(Vth)为-1.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为2.5E+17(2.5×1017)/cm3，蚀刻率为2.8nm/sec。
(样品3)
使用In-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti的合计量中所占的原子比分别为In：85原子％、Zn：7原子％、Ti：8原子％的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为50cm2/Vs，阈值电压(Vth)为-5.2V，PBTS(Vth)为+0.5V，NBTS(Vth)为-5.0V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为4.1E+19(4.1×1019)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品4)
使用In-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti的合计量中所占的原子比分别为In：38原子％、Zn：58原子％、Ti：4原子％的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为6cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.3V，PBTS(Vth)为+3.2V，NBTS(Vth)为-0.9V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为2.5E+16(2.5×1016)/cm3，蚀刻率为13.0nm/sec。
(样品5)
使用In-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti的合计量中所占的原子比分别为In：17原子％、Zn：75原子％、Ti：8原子％的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为5cm2/Vs，阈值电压(Vth)为2.8V，PBTS(Vth)为+4.5V，NBTS(Vth)为-0.5V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为4.0E+14(4.0×1014)/cm3，蚀刻率为15.0nm/sec。
(样品6)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：35原子％、Zn：60原子％、Ti：4原子％、Sn：1原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为10cm2/Vs，阈值电压(Vth)为1.8V，PBTS(Vth)为+1.8V，NBTS(Vth)为-0.4V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为3.5E+17(3.5×1017)/cm3，蚀刻率为10.0nm/sec。
(样品7)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：58原子％、Zn：37原子％、Ti：4原子％、Sn：1原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为17cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.7V，PBTS(Vth)为+0.9V，NBTS(Vth)为-1.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为5.6E+17(5.6×1017)/cm3，蚀刻率为2.6nm/sec。
(样品8)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：46原子％、Zn：48原子％、Ti：4原子％、Sn：2原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为20cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.9V，PBTS(Vth)为+1.5V，NBTS(Vth)为-0.6V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为4.2E+17(4.2×1017)/cm3，蚀刻率为3.0nm/sec。
(样品9)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：56原子％、Zn：39原子％、Ti：3原子％、Sn：2原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为21cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.8V，PBTS(Vth)为+1.2V，NBTS(Vth)为-1.0V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为3.5E+17(3.5×1017)/cm3，蚀刻率为2.2nm/sec。
(样品10)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：57原子％、Zn：35原子％、Ti：3原子％、Sn：5原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为23cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.6V，PBTS(Vth)为+1.0V，NBTS(Vth)为-0.7V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为5.6E+17(5.6×1017)/cm3，蚀刻率为1.0nm/sec。
(样品11)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：53原子％、Zn：30原子％、Ti：3原子％、Sn：14原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为26cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.3V，PBTS(Vth)为+0.7V，NBTS(Vth)为-0.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为2.5E+18(2.5×1018)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品12)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：52原子％、Zn：28原子％、Ti：3原子％、Sn：17原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为27cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.2V，PBTS(Vth)为+0.6V，NBTS(Vth)为-1.5V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为4.1E+18(4.1×1018)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品13)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：51原子％、Zn：25原子％、Ti：3原子％、Sn：21原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为28cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.1V，PBTS(Vth)为+0.6V，NBTS(Vth)为-2.0V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为4.0E+18(4.0×1018)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品14)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：51原子％、Zn：18原子％、Ti：10原子％、Sn：21原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为20cm2/Vs，阈值电压(Vth)为0.7V，PBTS(Vth)为+1.1V，NBTS(Vth)为-0.6V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为6.0E+17(6.0×1017)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品15)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：52原子％、Zn：5原子％、Ti：3原子％、Sn：40原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为29cm2/Vs，阈值电压(Vth)为-3.6V，PBTS(Vth)为+0.5V，NBTS(Vth)为-3.4V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为8.5E+18(8.5×1018)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品16)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：50原子％、Zn：4原子％、Ti：4原子％、Sn：42原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为32cm2/Vs，阈值电压(Vth)为-4.6V，PBTS(Vth)为+0.2V，NBTS(Vth)为-4.8V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为6.0E+19(6.0×1019)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品17)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：63原子％、Zn：19原子％、Ti：4原子％、Sn：14原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为27cm2/Vs，阈值电压(Vth)为-0.8V，PBTS(Vth)为+0.6V，NBTS(Vth)为-2.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为5.2E+18(5.2×1018)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品18)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：54原子％、Zn：32原子％、Ti：1原子％、Sn：13原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为25cm2/Vs，阈值电压(Vth)为-4.1V，PBTS(Vth)为+1.1V，NBTS(Vth)为-4.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为2.8E+19(2.8×1019)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品19)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：53原子％、Zn：30原子％、Ti：10原子％、Sn：7原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为11cm2/Vs，阈值电压(Vth)为2.6V，PBTS(Vth)为+3.4V，NBTS(Vth)为-0.6V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为7.0E+16(7.0×1016)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品20)
使用In-Sn-Ti-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ti、Sn的合计量中所占的原子比分别为In：40原子％、Zn：38原子％、Ti：12原子％、Sn：10原子％的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为8cm2/Vs，阈值电压(Vth)为2.8V，PBTS(Vth)为+3.1V，NBTS(Vth)为-0.7V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为3.8E+15(3.8×1016)/cm3，蚀刻率小于0.1nm/sec(测定界限)。
(样品21)
使用In-Ga-Zn-O靶材，在玻璃基板上制作各元素在In、Zn及Ga的合计量中所占的原子比分别为In：33原子％、Zn：33原子％、Ga：33原子％的In-Ga-Zn-O系氧化物半导体薄膜。
对具有由制作的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的传输特性进行评价，结果迁移率为8cm2/Vs，阈值电压(Vth)为3.6V，PBTS(Vth)为+6.3V，NBTS(Vth)为0.2V。
对上述氧化物半导体薄膜的膜特性进行评价，结果载流子密度为5.7E+14(5.7×1014)/cm3，蚀刻率为5.3nm/sec。
关于样品1～19，将如下定义的原子比1～4汇总示于表1，将样品1～19的评价结果汇总示于表2。
原子比1：(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)、
原子比2：Sn/(In+Sn)、
原子比3：Sn/(In+Zn+Ti+Sn)、
原子比4：Ti/(In+Zn+Ti+Sn)。
[表1]
[表2]
从晶体管特性的观点出发，具有In的含量越多迁移率越高的倾向，In或Sn的含量越多阈值电压越向负侧偏移的倾向。当In和Sn少、Ti多时，阈值电压升高，由此PBTS劣化，但NBTS存在得到改善的倾向。另一方面，当In和Sn多、Ti少时，阈值电压降低，由此PBTS得到改善，但NBTS存在劣化的倾向。
当与样品21的In-Ga-Zn-O系氧化物半导体薄膜相比时，样品1～5的In-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜的阈值电压低、迁移率高，阈值电压为低值。
关于迁移率，在样品1～3中为10cm2/Vs以上，与此相对，在样品4、5中，为比样品21(In-Ga-Zn-O系)迁移率更低的值。
另一方面，样品6～20的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜比样品21(In-Ga-Zn-O系)迁移率高、阈值电压低，因此PBTS/NBTS也良好。
另外，Ti含量较高的样品20的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜与样品6～19相比，迁移率低、PBTS的劣化变大。
即，根据原子比1为0.36以上且0.92以下、原子比2为0.02以上且0.46以下、原子比3为0.01以上且0.42以下、并且原子比4为0.01以上且0.10以下的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜，能够得到与In-Ga-Zn-O系相比迁移率高达10cm2/Vs以上的晶体管特性。
进而，根据原子比1为0.48以上且0.72以下、原子比2为0.03以上且0.29以下、原子比3为0.02以上且0.21以下、并且原子比4为0.03以上且0.10以下的样品8～14的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜，能够得到20cm2/Vs以上的迁移率、0V以上且2V以下的PBTS特性、以及-2V以上且0V以下的NBTS特性这样的阈值电压变化少的可靠性优异的晶体管特性。
这些样品8～14的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜确认到在退火后也呈非晶态。通过氧化物半导体膜具有非晶结构，不需要控制晶体尺寸、晶粒边界。因此，在具有非晶结构的氧化物半导体膜作为活性层的薄膜晶体管中，存在迁移率的变化小，容易大面积化的优点。
活性层是否为非晶态，能够通过X射线衍射图和电子束衍射图等进行评价。
进而，根据样品7～19的In-Sn-Ti-Zn-O系氧化物半导体薄膜，能够将蚀刻率抑制为3nm/sec以下。由此，不需要蚀刻阻挡层也能够制造薄膜晶体管，该蚀刻阻挡层用于在源/漏电极形成用的蚀刻液中保护由该氧化物半导体薄膜构成的活性层。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不仅限于上述的实施方式，能够进行各种变更。
例如在以上的实施方式中，举出所谓的底栅型(逆交错型)的晶体管的例子进行了说明，但本发明也能够应用于顶栅型(交错型)的薄膜晶体管。
此外，上述的薄膜晶体管能够用作液晶显示器、有机EL显示器等有源矩阵型显示面板用的TFT。除此以外，上述晶体管能够用作各种半导体装置或电子设备的晶体管元件。
附图标记说明
10：基板
11：栅电极
12：栅绝缘膜
13：活性层
14S：源电极
14D：漏电极
15：保护膜
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种氧化物半导体薄膜，其由包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体构成，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.36以上且0.92以下，
Sn/(In+Sn)的原子比为0.02以上且0.46以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.42以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.10以下，
载流子密度为7.0×1016/cm3以上且6.0×1019/cm3以下。
2.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜，其中，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.48以上且0.72以下，
Sn/(In+Sn)的原子比为0.03以上且0.29以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.02以上且0.21以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.03以上且0.10以下，
载流子密度为3.5×1017/cm3以上且4.1×1019/cm3以下。
3.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜，其中，
迁移率为10cm2/Vs以上。
4.根据权利要求2所述的氧化物半导体薄膜，其中，
迁移率为20cm2/Vs以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氧化物半导体薄膜，其中，
所述氧化物半导体薄膜对酸性蚀刻液具有耐性。
6.一种薄膜晶体管，其具有由权利要求1所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层，迁移率为10cm2/Vs以上。
7.一种薄膜晶体管，其具有由权利要求2所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层，迁移率为20cm2/Vs以上。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，
在60℃的温度下、持续施加60分钟+30V的栅电压的试验中，实施前后阈值电压的变化量为0V以上且2V以下。
9.根据权利要求7或8所述的薄膜晶体管，其中，
在60℃的温度下、持续施加60分钟-30V的栅电压的试验中，实施前后阈值电压的变化量为-2V以上且0V以下。
10.一种薄膜晶体管的制造方法，是具有由权利要求1或2所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的制造方法，
所述制造方法为：
在栅电极上形成栅绝缘膜，
用溅射法在所述栅绝缘膜上形成所述活性层，
形成以所述活性层为基底膜的金属层，
用湿式蚀刻法将所述金属层图案化，由此形成源电极和漏电极。
11.一种溅射靶材，其用于形成权利要求1～5中任一项所述的氧化物半导体薄膜。
Claims (11)
1.一种氧化物半导体薄膜，其由包含In、Zn、Ti及Sn的氧化物半导体构成，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.36以上且0.92以下，
Sn/(In+Sn)的原子比为0.02以上且0.46以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.42以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.01以上且0.10以下。
2.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜，其中，
(In+Sn)/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.48以上且0.72以下，
Sn/(In+Sn)的原子比为0.03以上且0.29以下，
Sn/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.02以上且0.21以下，
Ti/(In+Zn+Ti+Sn)的原子比为0.03以上且0.10以下。
3.根据权利要求1所述的氧化物半导体薄膜，其中，
迁移率为10cm2/Vs以上。
4.根据权利要求2所述的氧化物半导体薄膜，其中，
迁移率为20cm2/Vs以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氧化物半导体薄膜，其中，
所述氧化物半导体薄膜对酸性蚀刻液具有耐性。
6.一种薄膜晶体管，其具有由权利要求1所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层，迁移率为10cm2/Vs以上。
7.一种薄膜晶体管，其具有由权利要求2所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层，迁移率为20cm2/Vs以上。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管，其中，
在60℃的温度下、持续施加60分钟+30V的栅电压的试验中，实施前后阈值电压的变化量为0V以上且2V以下。
9.根据权利要求7或8所述的薄膜晶体管，其中，
在60℃的温度下、持续施加60分钟-30V的栅电压的试验中，实施前后阈值电压的变化量为-2V以上且0V以下。
10.一种薄膜晶体管的制造方法，是具有由权利要求1或2所述的氧化物半导体薄膜构成的活性层的薄膜晶体管的制造方法，
所述制造方法为：
在栅电极上形成栅绝缘膜，
用溅射法在所述栅绝缘膜上形成所述活性层，
形成以所述活性层为基底膜金属层，
用湿式蚀刻法将所述金属层图案化，由此形成源电极和漏电极。
11.一种溅射靶材，其用于形成权利要求1～5中任一项所述的氧化物半导体薄膜。
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