JP2012033854A - 薄膜トランジスタの半導体層用酸化物およびスパッタリングターゲット、並びに薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る薄膜トランジスタの半導体層用酸化物は、薄膜トランジスタの半導体層に用いられる酸化物であって、前記酸化物は、ZnおよびSnを含み、Al、Hf、Ta、Ti、Nb、Mg、Ga、および希土類元素よりなるX群から選択される少なくとも一種の元素を更に含んでいる。
【選択図】なし
Description
J. Parkら、Appl. Phys. Lett., 1993,053505(2008)。
前述した方法に基づき、図1に示す薄膜トランジスタ(TFT)を作製し、保護膜形成前後のTFT特性を評価した。
基板温度:室温
ガス圧:5mTorr
酸素分圧:O2/(Ar+O2)=2%
膜厚:50〜150nm
使用ターゲットサイズ:φ4インチ×5mm
X線源:Al Kα
X線出力:350W
光電子取り出し角:20°
トランジスタ特性の測定はNational Instruments社製「4156C」の半導体パラメータアナライザーを使用した。詳細な測定条件は以下のとおりである。本実施例では、Vg=30Vのときのオン電流(Ion)を算出した。
ソース電圧 :0V
ドレイン電圧:10V
ゲート電圧 :−30〜30V(測定間隔:1V)
しきい値電圧とは、おおまかにいえば、トランジスタがオフ状態(ドレイン電流の低い状態)からオン状態(ドレイン電流の高い状態)に移行する際のゲート電圧の値である。本実施例では、ドレイン電流が、オン電流とオフ電流の間の1nA付近であるときの電圧をしきい値電圧と定義し、各TFT毎のしきい値電圧を測定した。
S値は、ドレイン電流を一桁増加させるのに必要なゲート電圧の最小値とした。
本実施例では、表2に記載の種々の酸化物薄膜を用い、実施例1と同様にして作製した各TFTについて、以下のようにして、(4)ストレス印加前後におけるストレス耐性を評価した。
本実施例では、実際のパネル駆動時の環境(ストレス)を模擬して、ゲート電極に負バイアスをかけながら光を照射するストレス印加試験を行った。ストレス印加条件は以下のとおりである。光の波長としては、酸化物半導体のバンドギャップに近く、トランジスタ特性が変動し易い400nm程度を選択した。
ゲート電圧:−20V
ドレイン電圧:10V
基板温度:60℃
光ストレス
波長:400nm
照度(TFTに照射される光の強度):80nW/cm2
光源:OPTOSUPPLY社製LED(NDフィルターによって光量を調整)
ストレス印加時間:1時間
本実施例では、表3のNo.3に対応する組成の酸化物(ZnSnO+3at%Al、[Zn]:[Sn]=6:4、Zn比=[Zn]/[Zn]+[Sn]=0.6、Al比=[Al]/[Zn]+[Sn]+[Al]=0.03)を用い、スパッタリング成膜時のガス圧を1mTorr、3mTorr、または5mTorrに制御して得られた酸化物膜(膜厚100nm)の密度を測定すると共に、前述した実施例2と同様にして作成したTFTについて、移動度およびストレス試験(光照射+負バイアスを印加)後のしきい値電圧の変化量(ΔVth)を調べた。膜密度の測定法方は以下のとおりである。
酸化物膜の密度は、XRR(X線反射率法)を用いて測定した。詳細な測定条件は以下のとおりである。
・ターゲット:Cu(線源:Kα線)
・ターゲット出力:45kV−200mA
・測定試料の作製
ガラス基板上に各組成の酸化物を下記スパッタリング条件で成膜した(膜厚100nm)後、前述した実施例1のTFT製造過程におけるプレアニール処理を模擬して、当該プレアニール処理と同じ熱処理を施したしたものを使用
スパッタガス圧:1mTorr、3mTorrまたは5mTorr
酸素分圧:O2/(Ar+O2)=2%
成膜パワー密度:DC2.55W/cm2
熱処理:大気雰囲気にて350℃で1時間
2 ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4 酸化物半導体層
5 ソース・ドレイン電極
6 保護膜(絶縁膜)
7 コンタクトホール
8 透明導電膜
Claims (8)
- 薄膜トランジスタの半導体層に用いられる酸化物であって、
前記酸化物は、ZnおよびSnを含み、Al、Hf、Ta、Ti、Nb、Mg、Ga、および希土類元素よりなるX群から選択される少なくとも一種の元素を更に含むことを特徴とする薄膜トランジスタの半導体層用酸化物。 - 半導体層用酸化物に含まれるZnおよびSnの含有量(原子%)をそれぞれ、[Zn]および[Sn]としたとき、[Zn]/([Zn]+[Sn])の比は0.8以下である請求項1に記載の酸化物。
- 前記X群の元素としてGaを含むとき、半導体層用酸化物に含まれるGaの含有量(原子%)を[Ga]とすると、[Ga]/([Zn]+[Sn]+[Ga])の比は0.01以上0.5以下であり、
前記X群の元素としてGa以外の元素(X1)を含むとき、半導体層用酸化物に含まれるX1の合計量(原子%)を[X1]とすると、[X1]/([Zn]+[Sn]+[X1])の比は0.01以上0.3以下である請求項1または2に記載の酸化物。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物を薄膜トランジスタの半導体層として備えた薄膜トランジスタ。
- 前記半導体層の密度は5.8g/cm3以上である請求項4に記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の酸化物を形成するためのスパッタリングターゲットであって、ZnおよびSnを含み、Al、Hf、Ta、Ti、Nb、Mg、Ga、および希土類元素よりなるX群から選択される少なくとも一種の元素を更に含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
- スパッタリングターゲットに含まれるZnおよびSnの含有量(原子%)をそれぞれ、[Zn]および[Sn]としたとき、[Zn]/([Zn]+[Sn])の比は0.8以下である請求項6に記載のスパッタリングターゲット。
- 前記X群の元素としてGaを含むとき、スパッタリングターゲットに含まれるGaの含有量(原子%)を[Ga]とすると、[Ga]/([Zn]+[Sn]+[Ga])の比は0.01以上0.5以下であり、
前記X群の元素としてGa以外の元素(X1)を含むとき、スパッタリングターゲットに含まれるX1の合計量(原子%)を[X1]とすると、[X1]/([Zn]+[Sn]+[X1])の比は0.01以上0.3以下である請求項6または7に記載のスパッタリングターゲット。
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