[发明专利]薄膜晶体管的半导体层用氧化物和溅射靶以及薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置的薄膜晶体管的半导体层用氧化物和用于成膜上述氧化物的溅射靶以及薄膜晶体管。

背景技术

非晶(非晶质)氧化物半导体，与通用的非晶硅(a-Si)相比，因为具有高载流子迁移率，光学带隙大，能够以低温成膜，所以期待其面向要求大型/高分辨率/高速驱动的划时代显示器和耐热性低的树脂基板等的应用。

作为氧化物半导体的例子，例如可列举含In的非晶质氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，In-Zn-O等)，但使用作为稀有金属的In，在大量生产过程中要担心材料成本的上升。因此，作为不含In而能够削减材料成本，并适于大量生产的氧化物半导体，就提出有在Zn中添加Sn而非晶化的ZTO系的氧化物半导体(例如专利文献1)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-142196号公报

以氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层使用时，不仅要求载流子浓度高，而且要求TFT的开关特性(晶体管特性，TFT特性)优异。具体来说，有如下等要求：(1)通态电流(向栅极电极和漏极电极施加正电压时的最大漏极电流)高；(2)断态电流(向栅极电极施加负电压，向漏极电压施加正电压时的漏极电流)低；(3)S值(亚阈值摆幅：Subthreshold Swing，サブスレッショルドスィング，使漏极电流提高一个数量级所需要的栅极电压)低；(4)阈值(对漏极电极施加正电压，对栅极电压施加正负任意一种电压时，漏极电流开始流通的电压，也称为阈值电压)稳定而没有时间性的变化(意味着在基板面内也均匀)。

此外，使用了ZTO等的氧化物半导体层的TFT，要求对于外加电压和光照射等的应力的耐性(应力耐性)优异。例如，对栅极电压持续外加正电压或负电压时，和持续照射光吸收开始的蓝色波段时，虽然是阈值电压大幅变化(漂移)，但由此指出的是，TFT的开关特性发生变化。另外，液晶面板驱动时和对栅极电极施加负偏压而使像素亮灯时等情况下，从液晶单元漏出的光照射到TFT上，但该光对于TFT施加应力而成为使特性劣化的原因。特别是阈值电压的漂移，招致具备TFT的液晶显示器和有机EL显示器等的显示装置自身的可靠性降低，因此盼望应力耐性的提高(应力施加前后的变化量少)。

可是在ZTO系氧化物半导体中存在这样的问题，即载流子浓度容易高浓度化，TFT元件的保护膜(绝缘膜)形成过程之时，半导体层导体化，得不到稳定的开关性能。为了得到稳定的开关性能，虽然有降低ZTO系氧化物半导体中的ZnO浓度的方法，但如果过于降低ZnO浓度，则ZTO系氧化物半导体的溅射靶的导电率降低，将难以采用装置结构简易并容易控制的DC溅射法进行成膜。因此，能否实现高浓度保持ZnO浓度的ZTO系氧化物半导体的材料设计很重要。

发明内容

本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种具备ZTO系氧化物半导体的薄膜晶体管的开关特性和应力耐性优异，特别是在ZnO浓度高的区域，另外在保护膜形成后和应力施加后也可以稳定获得良好的TFT特性的薄膜晶体管半导体层用氧化物，使用了该氧化物的薄膜晶体管，和用于该氧化物的形成的溅射靶。

本发明包括以下的形态。

(1)一种用于薄膜晶体管的半导体层的氧化物，其中，

所述氧化物含有Zn和Sn，还含有从由Al、Hf、Ta、Ti、Nb、Mg、Ga和稀土类元素构成的X群中选择的至少一种元素。

(2)根据(1)所述的氧化物，其中，设半导体层用氧化物所含的Zn和Sn的含量(原子％)分别为[Zn]和[Sn]时，[Zn]/([Zn]+[Sn])的比为0.8以下。

(3)根据(1)或(2)所述的氧化物，其中，作为所述X群的元素而含有Ga时，若设半导体层用氧化物所含的Ga的含量(原子％)为[Ga]，则[Ga]/([Zn]+[Sn]+[Ga])的比为0.01以上、0.5以下，作为所述X群的元素而含有Ga以外的元素(X1)时，若设半导体层用氧化物所含的X1的合计量(原子％)为[X1]，则[X1]/([Zn]+[Sn]+[X1])的比为0.01以上、0.3以下。

(4)一种薄膜晶体管，其具备(1)～(3)中任一项所述的氧化物作为薄膜晶体管的半导体层。

(5)根据(4)所述的薄膜晶体管，其中，所述半导体层的密度为5.8g/cm³以上。