JP2012124446A - 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、In、Ga、およびZnよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と;Al、Si、Ni、Ge、Sn、Hf、Ta、およびWよりなるX群から選択される少なくとも一種の元素と、を含んでいる。
【選択図】なし
Description
前記X群の元素としてAlを含むとき、Al/(In+Ga+Zn+Al)×100=0.1〜10原子%であり;
前記X群の元素としてSiを含むとき、Si/(In+Ga+Zn+Si)×100=0.1〜15原子%であり;
前記X群の元素としてNiを含むとき、Ni/(In+Ga+Zn+Ni)×100=0.1〜5原子%であり;
前記X群の元素としてGeを含むとき、Ge/(In+Ga+Zn+Ge)×100=0.1〜10原子%であり;
前記X群の元素としてSnを含むとき、Sn/(In+Ga+Zn+Sn)×100=0.1〜15原子%であり;
前記X群の元素としてHfを含むとき、Hf/(In+Ga+Zn+Hf)×100=0.1〜10原子%であり;
前記X群の元素としてTaを含むとき、Ta/(In+Ga+Zn+Ta)×100=0.1〜10原子%であり;
前記X群の元素としてWを含むとき、W/(In+Ga+Zn+W)×100=0.1〜10原子%である。
前記X群の元素としてSiを含むとき、Si/(In+Ga+Zn+Si)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてNiを含むとき、Ni/(In+Ga+Zn+Ni)×100=0.1〜5原子%であり、
前記X群の元素としてGeを含むとき、Ge/(In+Ga+Zn+Ge)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてSnを含むとき、Sn/(In+Ga+Zn+Sn)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてHfを含むとき、Hf/(In+Ga+Zn+Hf)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてTaを含むとき、Ta/(In+Ga+Zn+Ta)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてWを含むとき、W/(In+Ga+Zn+W)×100=0.1〜10原子%である。
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、TFT特性およびストレス耐性を評価した。
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
トランジスタ特性の測定はAgilent Technology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。
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)
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
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):0.1μW/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:3時間
酸化物薄膜を表2に記載の組成とした以外は、実施例1と同様にして図1に示す薄膜トランジスタ(TFT)を作製した。
トランジスタ特性の測定はAgilent Technology株式会社製「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。
ソース電圧 :0V
ドレイン電圧:10V
ゲート電圧 :−30→30V→−30V(測定間隔:0.25V)
測定温度 :60℃
本実施例では、液晶及び有機ELディスプレイ等の表示装置のパネル駆動時の環境を模擬して、ゲート電圧を変化させながら、光を照射しなかった場合(暗状態:ストレス印加なし)と光を照射した場合(明状態:ストレス印加)のTFT特性、しきい値電圧、及びSS値(V/dec)を調べた。ストレス印加条件は以下の通りである。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。具体的な測定方法は、ゲート電圧を下記のように変化させて、光を照射しなかった場合(暗状態)と光を照射した場合(明状態)におけるId−Vg特性のヒステリシスの有無を調べた。
ゲート電圧:−30→30V→−30V(測定間隔:0.25V)
基板温度 :60℃
光照射ストレス
波長 :400nm
照度(TFTに照射される光の強度):6.5μW/cm2
光源:OPTOSUPPLY社製青色LED電球(LED電球に印加する電流を調整することで、光強度を調整)
本実施例では、表1のNo.6に対応する組成の酸化物(InGaZnO−5原子%Si、In:Ga:Zn=2:2:1)を用い、スパッタリング成膜時のガス圧を1mTorr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1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 (6)
- 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、In、Ga、およびZnよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と;Al、Si、Ni、Ge、Sn、Hf、Ta、およびWよりなるX群から選択される少なくとも一種の元素と、を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。 - 前記X群の元素としてAlを含むとき、Al/(In+Ga+Zn+Al)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてSiを含むとき、Si/(In+Ga+Zn+Si)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてNiを含むとき、Ni/(In+Ga+Zn+Ni)×100=0.1〜5原子%であり、
前記X群の元素としてGeを含むとき、Ge/(In+Ga+Zn+Ge)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてSnを含むとき、Sn/(In+Ga+Zn+Sn)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてHfを含むとき、Hf/(In+Ga+Zn+Hf)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてTaを含むとき、Ta/(In+Ga+Zn+Ta)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてWを含むとき、W/(In+Ga+Zn+W)×100=0.1〜10原子%である請求項1に記載の酸化物。 - 請求項1または2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3に記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項1または2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、In、Ga、およびZnよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と;Al、Si、Ni、Ge、Sn、Hf、Ta、およびWよりなるX群から選択される少なくとも一種の元素と、を含むことを特徴とするスパッタリングターゲット。
- 前記X群の元素としてAlを含むとき、Al/(In+Ga+Zn+Al)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてSiを含むとき、Si/(In+Ga+Zn+Si)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてNiを含むとき、Ni/(In+Ga+Zn+Ni)×100=0.1〜5原子%であり、
前記X群の元素としてGeを含むとき、Ge/(In+Ga+Zn+Ge)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてSnを含むとき、Sn/(In+Ga+Zn+Sn)×100=0.1〜15原子%であり、
前記X群の元素としてHfを含むとき、Hf/(In+Ga+Zn+Hf)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてTaを含むとき、Ta/(In+Ga+Zn+Ta)×100=0.1〜10原子%であり、
前記X群の元素としてWを含むとき、W/(In+Ga+Zn+W)×100=0.1〜10原子%である請求項5に記載のスパッタリングターゲット。
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