專利名稱：非晶氧化物和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶(也稱為非晶質(zhì))氧化物和其中對(duì)于活性層使用這種非晶氧化物 的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明還涉及其中使用這種晶體管的有機(jī)EL或無機(jī)EL被用作發(fā)光器件 的顯示裝置，并且涉及利用使用這種晶體管的液晶的顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，使用基于非晶氧化物的半導(dǎo)體薄膜的半導(dǎo)體器件受到關(guān)注。這種半導(dǎo)體 薄膜可以在低溫形成，具有大的光學(xué)帶隙并對(duì)于可見光是光學(xué)透明的。由此，可以在塑料基 板、膜基板等上形成柔性透明薄膜晶體管(TFT)等。作為例子，日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-76356公開了關(guān)于使用主要由Zn-O形成的 氧化物膜作為活性層的TFT的技術(shù)?！癗ature”，Vol. 432，25，November 2004 (PP. 488-492)公開了關(guān)于使用在室溫形成 并包含銦、鋅和鎵的非晶質(zhì)氧化物膜作為活性層的TFT的技術(shù)。TFT的S值為相對(duì)較大的約 2V/deCade，但是，TFT的場(chǎng)效應(yīng)遷移率高達(dá)6 9cm2/VS，由此，它可望被應(yīng)用于希望在利用 液晶、電致發(fā)光等的平板顯示裝置中使用的有源矩陣系統(tǒng)。"Journal of Non-Crystalline Solids” 352 (2006) 2311 公開了使用在室溫形成 并主要由氧化銦形成的氧化物薄膜作為TFT的溝道層(活性層)。取決于柵極絕緣膜的材 料,該TFT的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為10 140cm2/Vs并且TFT的S值為0. 09 5. 6V/decade。美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2006/0108636公開了關(guān)于向使用在室溫形成并包含銦、鋅 和鎵的非晶氧化物膜作為活性層的TFT的活性層添加諸如Li、Na、Mn、Ni、Pd、Cu、Cd、C、N 或P的雜質(zhì)的技術(shù)。這樣，通過在活性層中添加雜質(zhì)元素，載流子濃度受到控制，并且，作為 結(jié)果，認(rèn)為獲得具有大的電流開/關(guān)比的TFT。但是，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在“Nature”，Vol. 432，25，November 2004 (pp. 488-492)中公開的TFT具有這樣的問題，即TFT的特性取決于主要形成用作活性 層的非晶質(zhì)氧化物膜的金屬元素的原子組成比大大改變。對(duì)于在美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2006/0108636中公開的TFT，在改變主要形成活性 層的金屬元素的原子組成比時(shí)添加雜質(zhì)的效果未被闡明。對(duì)于“Journalof Non-Crystalline Solids”352 (2006) 2311，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明 人的發(fā)現(xiàn)，在室溫形成的In-O膜的環(huán)境穩(wěn)定性低，并且，當(dāng)In-O膜被放置于大氣中時(shí)，In-O 膜的電阻率大大改變。例如，當(dāng)膜在具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中擱置1個(gè)月時(shí)， 觀察到電阻率降低一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)。并且，在日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-76356公開的 主要由Zn-O形成的氧化物半導(dǎo)體中類似地觀察到上述的電阻率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的問題提出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供具有包含優(yōu)異的場(chǎng) 效應(yīng)遷移率和優(yōu)異的S值的優(yōu)異的晶體管特性、優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性和高的原子組成比的裕
3度(設(shè)計(jì)自由度)的非晶氧化物和場(chǎng)效應(yīng)TFT。本發(fā)明提供一種非晶氧化物，該非晶氧化物至少包含選自由IruZn和Sn構(gòu)成的 組的至少一種元素；和Mo，并且，在該非晶氧化物中，非晶氧化物中的Mo對(duì)比所有金屬原子 的數(shù)量的原子組成比大于等于0. 1原子％且小于等于5原子％。此外，本發(fā)明提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管至少包括漏極電極；源極 電極；柵極電極；活性層；和柵極絕緣膜，并且，在該場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，該活性層包含該非晶 氧化物。此外，本發(fā)明提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括具有電極的顯示器件；和該場(chǎng) 效應(yīng)晶體管，其中，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極和漏極電極中的一個(gè)與該顯示器件的該電 極連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以獲得具有優(yōu)異的半導(dǎo)體特性的非晶氧化物。并且，可以 提供具有包含優(yōu)異的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和優(yōu)異的S值的優(yōu)異的晶體管特性和優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定 性的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。而且，可以提供具有高的原子組成比的裕度(設(shè)計(jì)自由度)的場(chǎng)效應(yīng) 晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的晶體管特性的取決于形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子(特別是金屬原 子)的原子組成比的變化很小。參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖1是示出被置于具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例的氧化物膜的電阻率的隨時(shí)間的變化的曲線圖。圖2是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氧化物膜的相對(duì)于金屬的原子組成比繪制的 隨時(shí)間變化后的電阻率的曲線圖。圖3是示出作為本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜晶體管的示例性結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖4是示出作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的薄膜晶體管的示例性結(jié)構(gòu)的示意性截面 圖。圖5是示出關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氧化物膜的相對(duì)于Mo的原子組成比繪制 的電阻率的變化率的曲線圖。圖6是示出作為本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜晶體管的典型TFT特性的曲線圖。圖7是示出被置于具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中的根據(jù)例子1制造的 氧化物膜的電阻率的隨時(shí)間的變化的曲線圖。圖8是關(guān)于在具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中靜置半年的根據(jù)例子1制 造的TFT的相對(duì)于In的原子組成比繪制的電流開/關(guān)比的曲線圖。圖9是當(dāng)In的原子組成比In/(Zn+In)為50原子％ (atom% )時(shí)相對(duì)于Mo的原 子組成比繪制的TFT的電流開/關(guān)比的曲線圖。圖10是作為本發(fā)明的實(shí)施例的顯示裝置的示意性截面圖。圖11是作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的顯示裝置的示意性截面圖。圖12示意性示出在其中二維布置包含有機(jī)EL器件和薄膜晶體管的像素的顯示裝 置的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式首先，描述本發(fā)明的發(fā)明人獲得的關(guān)于本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)。"Nature ",Vol. 432，25，November 2004 (PP. 488-492)描述了對(duì)于 TFT 的活性層使 用具有原子組成比In Ga Zn = 1. 1 1. 1 0.9(原子％)的非晶氧化物的技術(shù)。本發(fā)明的發(fā)明人通過濺射法在室溫下形成In-Ga-Zn-O膜并評(píng)價(jià)其晶體管特性。 已發(fā)現(xiàn)，通過使得Ga的原子組成比小，可以獲得具有優(yōu)異的初始特性的晶體管。特別地，已 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在氧化物薄膜中不包含Ga時(shí)，可以獲得具有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和小的S值的晶體 管。這里提到的S值指的是對(duì)于恒定的漏極電壓使漏極電流改變一個(gè)數(shù)量級(jí)的亞閾值區(qū)域 中的柵極電壓值。另一方面，顯示這樣的問題，即當(dāng)使得Ga的原子組成比小時(shí)，In和Zn的原子組成 比的設(shè)計(jì)范圍(可適用于晶體管的原子組成比的范圍)變小。例如，當(dāng)Ga對(duì)比IruGa和Zn 的總和的原子組成比Ga/dn+Ga+Zn)為30原子％時(shí)，當(dāng)In對(duì)比In和Zn的總和的原子組 成比Ιη/αη+Ζη)大于等于15原子％且小于等于65原子％時(shí)，觀察到令人滿意的晶體管操 作。另一方面，當(dāng)Ga的原子組成比為0原子％時(shí)，觀察到令人滿意的晶體管操作時(shí)的In對(duì) 比In和Zn的總和的原子組成比的范圍變小，在大于等于30原子％且小于等于55原子％ 的范圍中。應(yīng)當(dāng)注意，在上述的原子組成比的范圍之外導(dǎo)致這樣的現(xiàn)象即使當(dāng)施加負(fù)的柵 極偏壓時(shí)仍通過相對(duì)較大的電流，并且，不能獲得IO5或更高的電流開/關(guān)比。此外，取決于Ga的原子組成比，氧化物膜自身的環(huán)境穩(wěn)定性改變。隨著膜中的Ga 的原子組成比變高，當(dāng)氧化物膜靜置于大氣中時(shí)的電阻率的隨時(shí)間的變化變小。具體而言， 從TFT特性的觀點(diǎn)看，優(yōu)選地Ga的原子組成比低，而從環(huán)境穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看，優(yōu)選地Ga的 原子組成比高。因此，為了實(shí)現(xiàn)具有令人滿意的特性和令人滿意的環(huán)境穩(wěn)定性兩者的氧化物半導(dǎo) 體，本發(fā)明的發(fā)明人向In-Zn-O膜添加各種類型的元素，并測(cè)量電阻率和晶體管特性的隨 時(shí)間的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過添加一定原子組成比的Mo，可以在維持如In-Zn-O膜那樣好的 晶體管特性的同時(shí)提高環(huán)境穩(wěn)定性。圖1是示出被放置在具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中的In-Zn-O膜的電 阻率的隨時(shí)間的變化的曲線圖。關(guān)于沒有添加Mo的In-Zn-O膜，觀察到緊接在膜形成之后 電阻率下降。特別地，當(dāng)In的原子組成比為大于等于55原子％以及小于等于30原子％時(shí)， 環(huán)境穩(wěn)定性低，并且，取決于該原子組成比，電阻率降低1 3個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然原因不明，但 是可以認(rèn)為由于膜的電阻率大大降低，因此在膜中產(chǎn)生過量的載流子。另一方面，關(guān)于添加微量的Mo的In-Zn-O膜，與原子組成比無關(guān)地，即使在膜被靜 置1個(gè)月之后，仍幾乎沒有觀察到電阻率的變化。圖2是相對(duì)于原子組成比繪制的膜被靜 置1個(gè)月之后的電阻率的曲線圖。此外，已經(jīng)查明，通過添加微量的Mo，關(guān)于In和Zn的原子組成比的晶體管的設(shè)計(jì) 范圍(可適用于晶體管的原子組成比的范圍)變得較大。特別地，已經(jīng)查明，當(dāng)In對(duì)比In 和Zn的總和的原子組成比大于等于30原子％且小于等于80原子％時(shí)，觀察到令人滿意的 晶體管操作。本發(fā)明的發(fā)明人的考察顯示，隨著氧化物半導(dǎo)體的電阻率變高，關(guān)電流(off current)變低，并且，呈現(xiàn)當(dāng)不施加?xùn)艠O電壓時(shí)電流不流動(dòng)的所謂的“常關(guān)特性”。因此認(rèn)為，上述的通過添加Mo擴(kuò)大組成的設(shè)計(jì)范圍的一種原因是在環(huán)境穩(wěn)定性低的富In區(qū)域 (In 55原子％或更高)中的電阻的隨時(shí)間的變化(降低)被抑制。此外，本發(fā)明的發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)顯示，包含In、Zn和Sn中的至少一種元素的非晶氧 化物具有相對(duì)較高的載流子遷移率，但是，電阻的隨時(shí)間的變化大。因此，基于上述的發(fā)現(xiàn)， 實(shí)施向包含In、Zn和Sn中的至少一種元素的非晶氧化物薄膜添力Mo的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果是，通 過添加微量的Mo，維持相對(duì)較高的載流子遷移率，并且，仍可抑制電阻的隨時(shí)間的變化?，F(xiàn)在參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖3是示出根據(jù)本實(shí)施例的TFT器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。通過在柵極電極15上設(shè) 置柵極絕緣膜14并在柵極絕緣膜14上設(shè)置源極電極12和漏極電極13形成TFT。柵極電 極15還可通過由例如摻雜磷的Si形成而用作基板，或者可在諸如玻璃的基板上形成?？蛇m用于本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)不限于TFT的這種反交錯(cuò)(底柵)結(jié)構(gòu)， 并且可以為圖4所示的TFT的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)(頂柵結(jié)構(gòu))，其中例如在活性層上依次設(shè)置柵極絕 緣膜和柵極電極。如上所述，作為TFT的活性層(溝道層)11，使用包含In、Zn和Sn中的至少一種 元素并且還包含微量的Mo的非晶氧化物。特別地，當(dāng)Mo對(duì)比非晶氧化物中的所有金屬原 子的數(shù)量的原子組成比為0. 1原子％或更高時(shí)，非晶氧化物的電阻率的隨時(shí)間的變化被抑 制，由此，可通過使用該氧化物作為TFT的活性層獲得具有優(yōu)異的時(shí)間穩(wěn)定性的TFT。圖5是相對(duì)于膜中的Mo的原子組成比繪制的電阻率的變化率的曲線圖。具體地， 示出通過將緊接在以Mo的各種原子組成比形成的非晶氧化物的成膜之后的電阻率除以在 大氣中靜置1個(gè)月之后的電阻率計(jì)算出的值。從圖5可以清楚地看出，在由Mo的原子組成 比為0. 1原子％或更高的非晶氧化物形成的膜中，電阻率幾乎沒有變化。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的考察，當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組 成比太高時(shí)，難以獲得具有高的載流子遷移率的膜，并且，作為結(jié)果，不能獲得令人滿意的 TFT特性。具體地，當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比超過3原子％時(shí)，電流開/ 關(guān)比變得小于5位數(shù)，而且，當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比超過5原子％時(shí)， 電流開/關(guān)比變得小于3位數(shù)。因此，Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比的范圍優(yōu) 選為0. 1原子％ 5原子％，并且，更優(yōu)選地，為0. 1原子％ 3原子％?？蓮霓D(zhuǎn)移特性中的源極電極和漏極電極之間的最大電流(Id)與最小Id的比確定 電流開/關(guān)比。從轉(zhuǎn)移特性的結(jié)果，準(zhǔn)備V Id-Vg的曲線圖，并且，從該曲線圖的斜率得出 場(chǎng)效應(yīng)遷移率。當(dāng)上述的非晶氧化物包含In和Zn時(shí)，可以獲得具有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和具有優(yōu) 異的亞閾值特性的小的S值的TFT。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的考察，特別地，可以用包含大量 的In的膜獲得具有高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率的TFT，并且，可以用包含大量的Zn的膜獲得具有小 的S值的TFT。通過選擇適當(dāng)?shù)慕M成，可以獲得具有希望的特性的晶體管。但是，當(dāng)Zn對(duì)比 所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比高于70原子％時(shí)，膜變成多晶的，并且膜的表面粗糙度 變大。當(dāng)使用這種氧化物薄膜作為TFT的活性層時(shí)，界面特性降低。由此，場(chǎng)效應(yīng)遷移率降 低并且S值變大。因此，優(yōu)選地，Zn對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為70原子％或 更低。Zn的原子組成比的下限未被特別限制，只要可獲得本發(fā)明的效果即可，但是，根據(jù)本 發(fā)明的發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選下限為70原子％。
應(yīng)當(dāng)注意，上述的氧化物材料可包含Ga以便不對(duì)其它的特性造成不利影響。包含 Ga具有能夠通過Ga的組成比控制膜的光學(xué)特性的優(yōu)點(diǎn)。具體地，將Ga引入膜中增加了帶 隙，并由此可獲得對(duì)于可見光高度透明的非晶氧化物。此外，除了 Ga以外，上述的氧化物可包含其它的雜質(zhì)，只要該雜質(zhì)不明顯影響包 含載流子遷移率、載流子濃度和帶隙的膜特性即可。只要用于源極電極12、漏極電極13和柵極電極的材料具有良好的導(dǎo)電性并且能 夠與溝道層電連接，就不特別限制該材料。例如，可以使用用作諸如摻雜磷的硅基板的基板 和柵極電極兩者的材料。而且，還可使用諸如摻雜錫的銦氧化物膜或鋅氧化物的透明導(dǎo)電 膜或金、鉬、鋁、鎳和鉬等的金屬膜。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的考察，當(dāng)使用鉬作為源極電極和 漏極電極時(shí)，可以獲得特別令人滿意的TFT特性。原因被認(rèn)為是，由于使用相同的元素作為 活性層和電極，因此粘合性和電接觸的程度提高。此外，可在活性層和電極之間以及柵極電 極和柵極絕緣膜之間設(shè)置由鈦、鎳或鉻等形成的用于提高粘合性的粘合層16，但粘合層16 不是必需的。作為柵極絕緣膜14，除了通常使用的硅氧化物膜、硅氮化物膜和硅氮氧化物膜以 外，可以使用具有高的介電常數(shù)的氧化鋁膜和氧化釔膜以及由它們的層疊形成的膜中的任一個(gè)。取決于熱處理?xiàng)l件，可以使用玻璃基板、金屬基板、塑料基板或塑料膜等作為形成 有上述的膜中的每一個(gè)的基板10。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的TFT活性層的制備方法，首先制備諸如玻璃基板、塑料基板、 PET膜或Si基板的基板。然后，通過諸如濺射方法、脈沖激光沉積方法或電子束沉積方法的 氣相方法或它們的組合形成氧化物半導(dǎo)體。這里，根據(jù)希望的電阻率，在氣相中引入O2等。此外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的考察，在使用氧化物半導(dǎo)體薄膜作為活性層的TFT 中，當(dāng)使用具有約1 Ω cm IOOk Ω cm的電阻率的半絕緣氧化物膜時(shí)，獲得特別令人滿意的 TFT特性。例如，當(dāng)電阻率低于1 Ω cm時(shí)，不能使得TFT的電流開/關(guān)比大。在極端的情況下， 即使當(dāng)施加?xùn)艠O電壓時(shí)，源極電極和漏極電極之間的電流也不能被開通/關(guān)斷，并且沒有 觀察到晶體管操作。另一方面，當(dāng)電阻率高于IOOkQcm時(shí)，不能使得開電流(on-current) 大。在極端的情況下，即使當(dāng)施加?xùn)艠O電壓時(shí)，源極電極和漏極電極之間的電流也不能被開 通/關(guān)斷，并且沒有觀察到晶體管操作。通常，為了控制氧化物的電阻率和電子載流子濃度，控制膜形成中的氧的分壓。特 別地，通過控制氧的分壓，主要控制薄膜中的氧的損失量以控制電子載流子濃度。當(dāng)通過濺 射方法形成膜時(shí)，典型地，通過在被引入的氧的分壓為約0. OOlPa 0. OlPa的情況下形成
膜，可以獲得半絕緣薄膜。還優(yōu)選地，在上述的過程之后對(duì)于制造的氧化物實(shí)施熱處理。熱處理的溫度的上 限可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，但是優(yōu)選低于導(dǎo)致基板的熱變形的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。例如，當(dāng)基板為 玻璃基板時(shí)，優(yōu)選在450°C或更低的溫度下實(shí)施熱處理，并且，當(dāng)基板為塑料基板時(shí)，優(yōu)選在 200°C或更低的溫度下實(shí)施熱處理。這使得氧化物膜的電氣特性穩(wěn)定化，并且可實(shí)現(xiàn)更可靠 的半導(dǎo)體器件。為了有效地實(shí)施熱處理，優(yōu)選地，氣氛包含氧、氮、水蒸汽、二氧化碳、臭氧和 氧化氮中的任一種，并且，氣氛的溫度為150°C或更高(取決于要使用的基板將溫度的上限 調(diào)整到上述范圍內(nèi))。這具有這樣的效果可使得TFT的關(guān)電流更小并提高界面特性，由此
7可使得S值更小?，F(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的TFT特性。首先，描述晶體管操作特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖6示出根據(jù)本實(shí)施例的薄膜晶體管的 典型的特性。當(dāng)在源極電極和漏極電極之間施加約6V的電壓Vd時(shí)，通過在-3V和IOV間 切換柵極電壓Vg，可控制(開通/關(guān)斷)源極電極和漏極電極之間的電流Id。存在包含場(chǎng)效應(yīng)遷移率和電流開/關(guān)比的晶體管特性的各種評(píng)價(jià)項(xiàng)目?？蓮木€性 區(qū)域或飽和區(qū)域中的特性確定場(chǎng)效應(yīng)遷移率。例如，從轉(zhuǎn)移特性的結(jié)果準(zhǔn)備V Id-Vg的曲 線圖，并且，可從曲線圖的斜率得出場(chǎng)效應(yīng)遷移率。除非另外指出，否則用這種方法在這里 進(jìn)行評(píng)價(jià)。可從轉(zhuǎn)移特性中的最大Id與最小Id的比確定電流開/關(guān)比。可以看出，與使用In-Ga-Zn-O作為活性層的常規(guī)的TFT (場(chǎng)效應(yīng)遷移率約6 9cm2/Vs, S值約2V/deCade)相比，本實(shí)施例的TFT具有更高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和更小的S 值。而且，本實(shí)施例的TFT具有更大的金屬元素的原子組成比的設(shè)計(jì)范圍(可適用于晶體 管的原子組成比的范圍)。具體地，如圖8所示，關(guān)于使用添加了 Mo的In-Zn-O作為活性層 的TFT，當(dāng)用Ιη/αη+Ζη)表示的In的原子組成比處于30原子％ 80原子％的范圍中時(shí)， 可獲得IO5或更高的電流開/關(guān)比。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，隨著氧化物半導(dǎo)體的電阻 率變得更高，關(guān)電流變得更小。因此，上述的通過添加Mo擴(kuò)大組成的設(shè)計(jì)范圍的一種原因 被認(rèn)為是環(huán)境穩(wěn)定性均低的富In區(qū)域(Ιη:45原子％或更高)和富Zn區(qū)域(Ιη:35原子％ 或更低)中的電阻的隨時(shí)間的變化(降低)被抑制。此外，觀察到當(dāng)組成為In為30原子％ 或更低時(shí)，開電流大大降低，作為結(jié)果，電流開/關(guān)比變得較小。這里，膜被多晶化，由此，上 述的開電流的減小被認(rèn)為是由降低的場(chǎng)效應(yīng)遷移率導(dǎo)致的，而該降低的場(chǎng)效應(yīng)遷移率是由 界面特性的降低導(dǎo)致的。使用In-O的常規(guī)的TFT的特征是高的遷移率和低的環(huán)境穩(wěn)定性，而本實(shí)施例的 TFT總是穩(wěn)定地展現(xiàn)優(yōu)異的特性，并且，從緊接在制造之后到TFT在大氣中被靜置1個(gè)月， TFT特性僅有很小的變化。通過使本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的作為輸出端子的漏極電極與諸如有機(jī)或無機(jī) 電致發(fā)光(EL)器件或液晶器件的顯示器件的電極連接，可以形成顯示裝置。以下參照顯示 裝置的截面圖描述顯示裝置的示例性的特定結(jié)構(gòu)。例如，圖10所示，在基體111上形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管。場(chǎng)效應(yīng)晶體管包含活性層(溝 道層)112、源極電極113、漏極電極114、柵極絕緣膜115和柵極電極116。電極118通過層 間絕緣層117與漏極電極114連接。電極118與發(fā)光層119接觸，并且，發(fā)光層119與電極 120接觸。該結(jié)構(gòu)使得能夠通過經(jīng)由在活性層112中形成的溝道從源極電極113流向漏極 電極114的電流控制在發(fā)光層119中流動(dòng)的電流。因此，可通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極 116處的電壓控制在發(fā)光層119中流動(dòng)的電流。這里，電極118、發(fā)光層119和電極120形 成無機(jī)或有機(jī)電致發(fā)光器件。作為替代方案，如圖11所示，該結(jié)構(gòu)可以為漏極電極114被延伸以還用作用于向 夾在高電阻膜121和122之間的液晶單元或電泳粒子單元123施加電壓的電極118。液晶 單元或電泳粒子單元123、高電阻膜121和122、電極118和電極120形成顯示器件。可通 過經(jīng)由在活性層112中形成的溝道從源極電極113流向漏極電極114的電流控制向該顯示 器件施加的電壓。因此，可通過TFT的柵極電極116處的電壓控制向該顯示器件施加的電壓。這里，當(dāng)該顯示器件的顯示介質(zhì)是其中流體和粒子被封裝在絕緣膜中的囊體時(shí)，高電阻 膜121和122不是必需的。在上述的兩個(gè)例子中，薄膜晶體管由交錯(cuò)結(jié)構(gòu)(頂柵結(jié)構(gòu))的薄膜晶體管表示，但 本發(fā)明不限于此。例如，只要薄膜晶體管的作為輸出端子的漏極電極和顯示器件之間的連 接在拓?fù)渖鲜窍嗤模T如共面類型的其它結(jié)構(gòu)也是可能的。此外，在上述的兩個(gè)例子中，與基體平行地設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)顯示器件的一對(duì)電極，但 本實(shí)施例不限于此。例如，只要薄膜晶體管的作為輸出端子的漏極電極和顯示器件之間的 連接在拓?fù)渖鲜窍嗤?，電極中的任一個(gè)或兩個(gè)可被設(shè)置為與基體垂直。這里，當(dāng)與基體平行地設(shè)置用于驅(qū)動(dòng)顯示器件的一對(duì)電極時(shí)，如果顯示器件是EL 器件或諸如反射型液晶器件的反射型顯示器件，那么電極中的任一個(gè)需要對(duì)于發(fā)射光或反 射光的波長(zhǎng)是透明的。作為替代方案，如果顯示器件是諸如透射型液晶器件的透射型顯示 器件，那么兩個(gè)電極均需要對(duì)于透射光是透明的。此外，在本實(shí)施例的薄膜晶體管中，還能夠使得所有構(gòu)件透明，這使得能夠形成透 明的顯示器件。而且，這種顯示器件可被設(shè)置在諸如由輕質(zhì)、柔性和透明的樹脂制成的塑料 基板的低耐熱性基體上。以下，參照?qǐng)D12描述在其中二維布置多個(gè)包含EL器件(這里，為有機(jī)EL器件) 和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的像素的顯示裝置。圖12示出用于驅(qū)動(dòng)有機(jī)EL層204的晶體管201和用于選擇像素的晶體管202。電 容器203用于保持選擇的狀態(tài)，并且，電荷在公共電極線207和晶體管202的源極部分之間 被蓄積，并且，晶體管201的柵極處的信號(hào)被保持。通過掃描電極線205和信號(hào)電極線206
選擇像素。具體而言，從驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)經(jīng)由掃描電極線205向柵極電極施加作為脈 沖信號(hào)的圖像信號(hào)。同時(shí)，從另一驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)經(jīng)由信號(hào)電極線206向晶體管202 施加脈沖信號(hào)以選擇像素。這里，晶體管202被開通，并且，電荷在被設(shè)置在公共電極線207 和晶體管202的源極之間的電容器203中被蓄積。這使得晶體管201的柵極電壓保持為希 望的電壓，并且晶體管201被開通。該狀態(tài)被一直保持，直到接收到下一信號(hào)。在晶體管 201被開通的時(shí)間段期間，持續(xù)向有機(jī)EL層204供給電壓和電流以維持光發(fā)射。在圖12所示的例子中，一個(gè)像素中包含兩個(gè)晶體管和一個(gè)電容器，但是，可以在 其中結(jié)合附加的晶體管等，以提高性能。(例子)以下描述本發(fā)明的例子，但是本發(fā)明不限于此。(例子1)現(xiàn)在參照?qǐng)D4說明根據(jù)本發(fā)明的TFT器件的第一例子。在本例子中，使用ITO作為柵極電極15并且使用厚度為約150nm的硅氧化物膜作 為柵極絕緣膜14?；鍨椴ＡЩ?，并且，在玻璃基板上形成添加了 Mo的In-Zn-O膜作為 活性層11。應(yīng)當(dāng)注意，在本例子中，為了考察活性層對(duì)于原子組成比的依賴性，使用組合方法 以形成膜。具體地，使用通過濺射方法一次在一個(gè)基板上制造具有各種組成的氧化物的薄 膜的技術(shù)。但是，不必在任何時(shí)候使用該技術(shù)?？梢灾苽渚哂蓄A(yù)定組成的材料源(靶材)
9以形成由非晶氧化物形成的薄膜，或者，通過控制向多個(gè)靶材中的每一個(gè)施加的功率，可以 形成具有希望種類的組成的薄膜。通過使用具有對(duì)角線入射配置的共同濺射裝置形成添加了 Mo的In-Zn-O膜。靶 材相對(duì)于基板傾斜地設(shè)置?；宓谋砻嫔系哪さ慕M成取決于與靶材的距離而改變，并可由 此獲得跨越基板的表面具有三元元素的寬的組成分布的薄膜。作為靶材(材料源)，使用具 有ZnO組成的2英寸燒結(jié)體、具有In2O3組成的2英寸燒結(jié)體和具有MoO3組成的2英寸燒 結(jié)體(每一個(gè)的純度均為99. 9% )。施加的RF功率對(duì)于ZnO為45W、對(duì)于In2O3為35W并 且對(duì)于MoO3為11W。應(yīng)當(dāng)注意，靶材和基板之間的距離為約7 12cm，并且，形成膜時(shí)的基 板的溫度為25°C。在引入的氧的分壓為6X 10_3Pa的情況下，在4X ICT1Pa的氬-氧混合氣 體的氣氛中形成在其中添力Mo的In-Zn-O膜。然后，使用濺射方法以從更接近氧化物半導(dǎo)體活性層的一側(cè)形成厚度約150nm的 ITO層，并且，通過光刻方法和剝離方法，形成源極電極12和漏極電極13。最后，通過RF 濺射方法以約200nm的厚度形成用作柵極絕緣膜14的SiO2膜，在該SiO2膜上形成厚度約 150nm的ITO膜，并且，通過光刻方法和剝離方法形成柵極電極15。溝道長(zhǎng)度為10 μ m并且 溝道寬度為150 μ m。然后，對(duì)于根據(jù)上述的方法制造的TFT，在300°C的大氣中實(shí)施1小時(shí)的熱處理。 使用表面光度儀對(duì)最終獲得的添加了 Mo的In-Zn-O膜實(shí)施測(cè)量。膜厚度為約25nm。并 且，X射線熒光分析顯示，In對(duì)比所有的In和Zn原子的數(shù)量的原子組成比In/(Zn+In)為 15 80原子％。ICP發(fā)光分光分析顯示，Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比Mo/ (In+Zn+Mo)為約 0. 1 7 原子％。此外，在膜表面上的入射角度為0. 5度的條件下測(cè)量X射線衍射。當(dāng)Zn的原子組 成比(Zn/(In+Zn+Mo))為70原子％或更低時(shí)，沒有檢測(cè)到清楚的衍射峰，并且確認(rèn)制造的 膜是非晶的。另一方面，當(dāng)Zn的原子組成比Zn/dn+Zn+Mo)為70原子％或更高時(shí)，檢測(cè)到 ZnkIn20k+3的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜結(jié)晶。(比較例1)除了活性層以外，結(jié)構(gòu)與上述的例子1相同。在本比較例中，形成未添加Mo的 In-Zn-O膜作為活性層11。應(yīng)當(dāng)注意，在本比較例中，為了考察活性層的材料對(duì)于原子組成 比的依賴性，使用組合方法以形成膜。在引入的氧的分壓為6X 10_3Pa的情況下，在4X ICT1Pa的氬-氧混合氣體的氣氛 中形成In-Zn-O膜。膜形成的其它條件與例子1相同。通過表面光度儀對(duì)最終獲得的氧化 物膜實(shí)施測(cè)量。膜厚度為約25nm。此外，執(zhí)行X射線熒光分析，并且In的原子組成比In/ (Zn+In)為15 80原子％。關(guān)于膜中的Mo的量的評(píng)價(jià)，ICP發(fā)光分光分析顯示，Mo的量 比檢測(cè)極限小。此外，在膜表面上的入射角度為0. 5度的條件下測(cè)量X射線衍射。當(dāng)Zn的原子組 成比Zn/dn+Zn)為70原子％或更高時(shí)，沒有檢測(cè)到清楚的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜是非 晶的。另一方面，當(dāng)Zn的原子組成比Zn/dn+Zn)為70原子％或更低時(shí)，檢測(cè)到ZnkIn20k+3 的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜結(jié)晶。(比較例2)除了活性層以外，結(jié)構(gòu)與上述的例子1相同。在本比較例中，形成其中添加了 Mo的In-Zn-O膜作為活性層11，但是，Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為0. 01 0. 05 原子％。應(yīng)當(dāng)注意，在本比較例中，為了考察活性層的材料對(duì)于原子組成比的依賴性，使用 組合方法以形成膜。作為靶材(材料源)，使用具有ZnO組成的2英寸燒結(jié)體、具有In2O3組成的2英 寸燒結(jié)體和具有MoO3組成的2英寸燒結(jié)體(每一個(gè)的純度均為99. 9% )。施加的RF功率 對(duì)于ZnO為80W、對(duì)于In2O3為60W并且對(duì)于MoO3為5W。應(yīng)當(dāng)注意，靶材和基板之間的距離 為約7 12cm，并且，形成膜時(shí)的基板的溫度為25°C。在引入的氧的分壓為6X 10_3Pa的情 況下，在4X ICT1Pa的氬-氧混合氣體的氣氛中形成在其中添加Mo的In-Zn-O膜。膜形成 的其它條件與例子1相同。通過表面光度儀對(duì)最終獲得的氧化物膜實(shí)施測(cè)量。膜厚度為約 25nm。此外，實(shí)施X射線熒光分析，并且In的原子組成比In/(Zn+In)為15 80原子％。 關(guān)于膜中的Mo的量的評(píng)價(jià)，ICP發(fā)光分光分析顯示示，Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子 組成比Mo/(In+Zn+Mo)為約0. 01 0. 05原子％。此外，在膜表面上的入射角度為0. 5度的條件下測(cè)量X射線衍射。當(dāng)Zn的原子組 成比Zn/dn+Zn)為70原子％或更高時(shí)，沒有檢測(cè)到清楚的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜是非 晶的。另一方面，當(dāng)Zn的原子組成比Zn/dn+Zn)為70原子％或更低時(shí)，檢測(cè)到ZnkIn20k+3 的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜結(jié)晶。(例子1和比較例1和2的比較評(píng)價(jià))關(guān)于在例子1中獲得的添加了 Mo的In-Zn-O活性層，分析光吸收光譜。上述的其 中添加Mo的氧化物膜的帶隙取決于In的原子組成比為約2. 7 2. 9eV，這與比較例1的 In-Zn-O膜和比較例2的其中添加Mo的In-Zn-O膜基本上相同。然后，為了考察添加了 Mo的In-Zn-O膜的隨時(shí)間的穩(wěn)定性，將在例子1和比較例1 和2中制造的氧化物膜靜置于具有20°C的溫度和50%的濕度的大氣中，并且，測(cè)量電阻率 的隨時(shí)間的變化。關(guān)于比較例1和2的氧化物膜，在被靜置1個(gè)月之后，電阻率取決于In和 Zn的原子組成比基本降低1 2個(gè)數(shù)量級(jí)，而關(guān)于例子1的在其中添加Mo的In-Zn-O膜， 沒有觀察到電阻率的降低，并且，發(fā)現(xiàn)該膜具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。圖7示出當(dāng)In的原子 組成比In/(Zn+In)為50原子％時(shí)在例子1和比較例1和2中獲得的氧化物膜的電阻率的 隨時(shí)間的變化。如上所述，通過向In-Zn-O膜添加適量的Mo，可以實(shí)現(xiàn)具有環(huán)境穩(wěn)定性的半導(dǎo)體。在例子1中，當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為5原子％或更低時(shí)， 獲得令人滿意的晶體管特性。圖9示出在In的原子組成比In/(Zn+In)為50原子％時(shí)的 相對(duì)于Mo的原子組成比繪制的TFT的電流開/關(guān)比的曲線圖。當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的 數(shù)量的原子組成比為5原子％或更低時(shí)，電流開/關(guān)比的值為3位數(shù)或更大，而與In和Zn 的原子組成比無關(guān)。當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為約0. 1 3原子％時(shí) 以及當(dāng)由In/(Zn+In)表示的In的原子組成比為約30 80原子％時(shí)，獲得最令人滿意的 晶體管特性。這里，如圖8所示，獲得的電流開/關(guān)比為105或更大。另一方面，當(dāng)In的原 子組成比為30原子％或更低時(shí)，觀察到開電流大大減小，并且，作為結(jié)果，電流開/關(guān)比變 小。這里，膜被多晶化，由此，上述的開電流的減小被認(rèn)為是由降低的場(chǎng)效應(yīng)遷移率導(dǎo)致的， 而該降低的場(chǎng)效應(yīng)遷移率是由界面特性的降低導(dǎo)致的。圖6示出關(guān)于當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原 子的數(shù)量的原子組成比為約0. 1 3原子％時(shí)以及當(dāng)由In/(Zn+In)表示的In的原子組成
11比為約30 80原子％時(shí)獲得的TFT器件的在室溫下的測(cè)量結(jié)果。這里，示出Vd = 6V時(shí) 的Id-Vg特性(轉(zhuǎn)移特性)。在上述組成的范圍中，不管金屬的原子組成比如何，都獲得基 本上類似的特性。例如，關(guān)于開電流，當(dāng)Vg= IOV時(shí)，發(fā)現(xiàn)大至約5X10、的電流Id流動(dòng)。 關(guān)電流Id為約8X10_13A并且閾值電壓為約1.5V。當(dāng)從輸出特性計(jì)算場(chǎng)效應(yīng)遷移率時(shí)，在 飽和區(qū)域中，獲得約15cm2/Vs的值。S值為約0. 3V/dec。另一方面，發(fā)現(xiàn)在比較例1和2中制造的TFT器件的特性取決于氧化物膜中的In 和Zn的原子組成比大大改變。在比較例1和2兩者中，當(dāng)由In/(Zn+In)表示的In的原 子組成比為約40原子％時(shí)，獲得最令人滿意的晶體管特性。這里，遷移率和S值分別為約 16cm2/Vs和17cm2/Vs以及約0. 16V/dec和-0. 2V/dec。但是，觀察到隨著In的原子組成比 變高關(guān)電流增加，并且發(fā)現(xiàn)，當(dāng)由In/(Zn+In)表示的In的原子組成比基本超過55原子％ 時(shí)，電流開/關(guān)比的值變得小于三位數(shù)。這樣，發(fā)現(xiàn)比較例1和2中的TFT具有較小的In和 Zn的原子組成比的設(shè)計(jì)范圍(可適用于晶體管的原子組成比的范圍)。圖8是關(guān)于例子1 和比較例1的TFT電流開/關(guān)比的曲線圖。應(yīng)當(dāng)注意，圖8的關(guān)于例子1的曲線圖是基于 當(dāng)Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為0. 1原子％時(shí)獲得的數(shù)據(jù)的。從該圖清楚 地看出，與比較例1相比，例子1中的電流開/關(guān)比是極其穩(wěn)定的。然后，為了考察TFT器件的隨時(shí)間的穩(wěn)定性，將TFT器件靜置于具有20°C的溫度 和50%的濕度的大氣中，并測(cè)量TFT特性的隨時(shí)間的變化。結(jié)果是，關(guān)于在例子1中制造的 TFT,即使在被靜置1個(gè)月之后，也沒有觀察到特性的變化，并發(fā)現(xiàn)TFT具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定 性。另一方面，關(guān)于在比較例1和2中制造的TFT，取決于In和Zn的原子組成比，閾值電壓 向負(fù)側(cè)改變約0. 5V 2V。此外，在富In區(qū)域中，觀察到關(guān)電流增加，并且，作為結(jié)果，發(fā)現(xiàn) 電流開/關(guān)比減小1 2個(gè)數(shù)量級(jí)。如上所述，通過使用添加了適量的Mo的In-Zn-O膜作為活性層，可以實(shí)現(xiàn)具有包 含優(yōu)異的遷移率和優(yōu)異的S值的優(yōu)異的晶體管特性、優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性和高的原子組成比 的裕度(margin)(設(shè)計(jì)自由度)的TFT器件。(例子2)現(xiàn)在參照?qǐng)D4描述根據(jù)本發(fā)明的TFT器件的第二例子。在本例子中，使用 In-Zn-Ga-O膜作為活性層。在本例子，使用Mo作為柵極電極15，并且使用厚度約150nm的的硅氧化物膜作為 柵極絕緣膜14?；鍨椴ＡЩ?，并且，在玻璃基板上形成其中添加了 Mo的In-Zn-Ga-O膜 作為活性層11。通過使用具有對(duì)角入射配置的共同濺射裝置形成In-Zn-Ga-O膜。在本例子中，在 形成膜時(shí)存在Ιη203、Ζη0和Ga2O3的三種要素，并由此可獲得在一個(gè)基板表面中具有大于等 于1原子％且小于等于10原子％的Ga原子組成比分布的In-Zn-Ga-O薄膜。此外，這里， 沿與In-Zn的組成斜度正交的方向形成Ga濃度分布。作為靶材(材料源)，使用具有ZnO成分的2英寸燒結(jié)體、具有In2O3成分的2英 寸燒結(jié)體和具有Ga2O3成分的2英寸燒結(jié)體(每一個(gè)的純度均為99. 9% )。施加的RF功率 對(duì)于ZnO為50W、對(duì)于In2O3為30W并且對(duì)于Ga2O3為10W。在引入的氧的分壓為IX ICT3Pa 的情況下，在4X KT1Pa下的氬-氧混合氣體的氣氛中形成In-Zn-Ga-O膜。此外，在形成 In-Zn-Ga-O膜之后，注入Mo離子以添加Mo。
12
然后，使用濺射方法以從更接近由非晶氧化物形成的半導(dǎo)體活性層的一側(cè)形成厚 度約150nm的ITO層。然后，通過光刻方法和剝離方法，形成源極電極12和漏極電極13。 最后，通過RF濺射方法以約200nm的厚度形成用作柵極絕緣膜14的SiO2膜，在該SiO2膜 上形成厚度約150nm的ITO膜，并且，通過光刻方法和剝離方法形成柵極電極15。溝道長(zhǎng)度 為10 μ m并且溝道寬度為150 μ m。然后，對(duì)于根據(jù)上述的方法制造的TFT，在300°C的大氣下實(shí)施1小時(shí)的熱處理。通 過表面光度儀對(duì)最終獲得的In-Zn-Ga-O膜實(shí)施測(cè)量。膜厚度為約25nm。此外，X射線熒光 分析和ICP發(fā)光分光分析分別顯示，In的原子組成比In/(Zn+In)為15 80原子％，并且 Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比為約0. 1原子％。并且，發(fā)現(xiàn)Ga對(duì)比所有原子的 原子組成比為約1 10原子％。此外，在膜表面上的入射角度為0. 5度的條件下測(cè)量X射線衍射。當(dāng)Zn的原子組 成比Zn/dn+Zn+Ga)為約70原子％或更低時(shí)，沒有檢測(cè)到清楚的衍射峰，并且確認(rèn)制造的 膜是非晶的。另一方面，當(dāng)Zn的原子組成比Zn/dn+Zn+Ga)為約70原子％或更高時(shí)，檢測(cè) 到InGaZnk0k+3的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜結(jié)晶。(比較例3)除了活性層以外，結(jié)構(gòu)與上述的例子2相同。在本比較例中，形成不添加Mo的 In-Zn-Ga-O膜作為活性層11。在本比較例中，為了考察活性層的材料對(duì)于原子組成比的依 賴性，也使用組合方法形成膜。在引入的氧的分壓為1. 5X IO-3Pa的情況下，在4X ICT1Pa的氬-氧混合氣體的氣 氛中形成In-Zn-Ga-O膜。應(yīng)當(dāng)注意，在本比較例中，不通過離子注入向氧化物膜引入Mo。 膜形成的其它條件與例子2相同。通過表面光度儀對(duì)最終獲得的氧化物膜實(shí)施測(cè)量。膜厚 度為約25nm。此外，實(shí)施X射線熒光分析，并且In的原子組成比In/(Zn+In)為15 80原 子％。而且，發(fā)現(xiàn)Ga對(duì)比所有原子的原子組成比為約1 10原子％。關(guān)于膜中的Mo的量 的評(píng)價(jià)，ICP發(fā)光分光分析顯示Mo的量比檢測(cè)極限小。此外，在膜表面上的入射角度為0. 5度的條件下測(cè)量X射線衍射。當(dāng)Zn的原子組 成比Zn/dn+Zn+Ga)為約70原子％或更低時(shí)，沒有檢測(cè)到清楚的衍射峰，并且確認(rèn)制造的 膜是非晶的。另一方面，當(dāng)Zn的原子組成比Zn/dn+Zn+Ga)為約70原子％或更高時(shí)，檢測(cè) 到InGaZnk0k+3的衍射峰，并且確認(rèn)制造的膜結(jié)晶。(例子2和比較例3的比較評(píng)價(jià))關(guān)于在例子2中獲得的添加了 Mo的In-Zn-Ga-O活性層，分析光吸收光譜。上述 的其中添加了 Mo的氧化物膜的帶隙取決于金屬的原子組成比為約3eV 3. 2eV，這比例子 1的添加了 Mo的In-Zn-O膜高，并且與比較例3的In-Zn-Ga-O膜基本相同。然后，為了考察In-Zn-Ga-O膜的隨時(shí)間的穩(wěn)定性，在具有20 V的溫度和50 %的濕 度的大氣中靜置在例子2中制造的添加了 Mo的氧化物膜和在比較例3中制造的氧化物膜， 并且，測(cè)量電阻率的隨時(shí)間的變化。結(jié)果是，關(guān)于例子2中的添加了 Mo的In-Zn-Ga-O膜， 沒有觀察到電阻率的變化，并且發(fā)現(xiàn)該In-Zn-Ga-O膜具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。另一方面， 關(guān)于比較例3中的In-Zn-Ga-O膜，與比較例1中的In-Zn-O膜相比，隨時(shí)間的變化較小，并 且，確認(rèn)將Ga引入膜中對(duì)于提高環(huán)境穩(wěn)定性是有效的。但是，觀察到取決于Ga的原子組成 比，電阻率減小約1/2 1個(gè)數(shù)量級(jí)，并且發(fā)現(xiàn)，關(guān)于環(huán)境穩(wěn)定性，例子2中的添加了 Mo的
13氧化物膜是更優(yōu)異的。這樣，通過使用添加了 Mo的In-Zn-Ga-O膜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于可見光高度透明并且具 有高的環(huán)境穩(wěn)定性的半導(dǎo)體。此外，在例子2中，當(dāng)Ga的原子組成比Ga/dn+Ga+Zn)為1原子％時(shí)以及當(dāng)由In/ (Zn+In)表示的In的原子組成比為約30 80原子％時(shí)，獲得最令人滿意的晶體管特性。 在上述的組成的范圍中，不管金屬的原子組成比如何，都獲得基本類似的特性。例如，關(guān)于 開電流，當(dāng)Vg = IOV時(shí)，發(fā)現(xiàn)大至約3. 5X 10_4A的電流Id流動(dòng)。關(guān)電流Id為約1 X 10_14A 并且閾值電壓為約1. 8V。當(dāng)從輸出特性計(jì)算場(chǎng)效應(yīng)遷移率時(shí)，在飽和區(qū)域中，獲得約13cm2/ Vs的值。S值為約0.4V/dec。此外，隨著Ga的原子組成比變高，觀察到場(chǎng)效應(yīng)遷移率降低并且觀察到S值增加。 但是，即使當(dāng)Ga的原子組成比Ga/dn+Ga+Zn)為10原子％時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為10cm2/VS并 且S值為0. 8V/dec，這是相對(duì)令人滿意的值。而且，這里，發(fā)現(xiàn)在晶體管令人滿意地操作時(shí) 的由In/(Zn+In)表示的In的原子組成比為大于等于約26原子％且小于等于83原子％， 這是寬的范圍。另一方面，關(guān)于在比較例3中制造的TFT器件，當(dāng)由In/(Zn+In)表示的In的原子 組成比為約40原子％時(shí)，獲得最令人滿意的晶體管特性。這里，取決于Ga的原子組成比， 遷移率和S值分別為約11 13cm2/VS和約0. 2 0. 6V/dec。但是，觀察到隨著In的原子 組成比的增加關(guān)電流增加。例如，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)由Ga/dn+Ga+Zn)表示的Ga的原子組成比為10 原子％時(shí)，以及當(dāng)由In/ (Zn+In)表示的In的原子組成比基本超過63原子％時(shí)，電流開/關(guān) 比的值變得小于3位數(shù)。這樣，發(fā)現(xiàn)與例子2相比，比較例3中的TFT具有更小的In Zn 的原子組成比的設(shè)計(jì)范圍(可適用于晶體管的原子組成比的范圍)。然后，為了考察TFT器件的隨時(shí)間的穩(wěn)定性，在具有20°C的溫度和50%的濕度的 大氣中靜置TFT器件，并測(cè)量TFT特性的隨時(shí)間的變化。結(jié)果是，關(guān)于在例子2中制造的 TFT，對(duì)于具有不同的金屬原子組成比的TFT，即使在被靜置1個(gè)月之后，也沒有觀察到特性 的變化，并發(fā)現(xiàn)該TFT具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。另一方面，關(guān)于在比較例3中制造的TFT，與使用In-Zn-O作為活性層的比較例1 中的TFT相比，隨時(shí)間的變化較小，并且發(fā)現(xiàn)該TFT具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。但是，取決于 Ga的原子組成比，閾值電壓向負(fù)側(cè)改變約0. 3V IV。此外，在富In區(qū)域中，觀察到關(guān)電流 的增加，并且，作為結(jié)果，發(fā)現(xiàn)電流開/關(guān)比減小約1個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，關(guān)于在例子1和2中制造的TFT器件，考察當(dāng)照射來自熒光燈的光時(shí)的TFT 特性的變化。關(guān)于例子1中的TFT，發(fā)現(xiàn)關(guān)電流在一定程度上增加，并且，作為結(jié)果，電流開 /關(guān)比降低。另一方面，關(guān)于例子2中的TFT，發(fā)現(xiàn)由來自熒光燈的光照射導(dǎo)致的特性的變 化小，并且，特別地，當(dāng)膜中的Ga的原子組成比高時(shí)，幾乎觀察不到特性的變化。這樣，通過使用添加了適量的Mo的In-Zn-Ga-O膜作為活性層，可以實(shí)現(xiàn)具有包含 優(yōu)異的遷移率和優(yōu)異的S值的優(yōu)異的晶體管特性、優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性和高的原子組成比的 裕度(設(shè)計(jì)自由度)的TFT器件。并且，通過選擇適當(dāng)?shù)哪ぶ械腉a的濃度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于 可見光高度透明的TFT器件。(例子3)制造除電極以外具有與上述的例子2相同的結(jié)構(gòu)的TFT器件。在本例子中，使用通過電子束沉積方法形成的厚度約IOOnm的Mo電極作為柵極電極15、源極電極12和漏極 電極13。在本例子中，當(dāng)Ga的原子組成比Ga/dn+Ga+Zn)為1原子％時(shí)以及當(dāng)由In/ (Zn+In)表示的In的原子組成比為約30 80原子％時(shí)，獲得最令人滿意的晶體管特性。 在上述的組成的范圍中，不管金屬的原子組成比如何，都獲得基本類似的特性。例如，當(dāng)Vg =IOV時(shí)，開電流Id為約4X IO-4A,該值是比使用添加了 Mo的In-Zn-Ga-O膜作為活性層 的例子2中的TFT大的值。其原因被認(rèn)為是，在本例子，使用Mo作為電極，由此活性層和電 極之間的電接觸的程度得到提高。關(guān)電流Id為約IX ICT14A并且閾值電壓為約1.8V。當(dāng)從 輸出特性計(jì)算場(chǎng)效應(yīng)遷移率時(shí)，在飽和區(qū)域中，獲得約14cm7Vs的值。S值為約0.4V/dec。此外，隨著Ga的原子組成比變高，觀察到場(chǎng)效應(yīng)遷移率降低并且觀察到S值增加。 但是，即使當(dāng)Ga的原子組成比Ga/dn+Ga+Zn)為10原子％時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)遷移率為12cm2/VS并 且S值為0. 8V/sec，這是相對(duì)令人滿意的值。而且，這里，發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶體管令人滿意地操作時(shí) 的由In/(Zn+In)表示的In的原子組成比寬達(dá)大于等于約26原子％且小于等于83原子％。這樣，通過使用添加了適量的Mo的In-Zn-Ga-O膜作為活性層并使用Mo作為電 極，可以實(shí)現(xiàn)活性層和電極之間的電接觸的程度大并由此具有包含優(yōu)異的遷移率的優(yōu)異的 晶體管特性的TFT器件。雖然已參照示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變更方式和等同的結(jié)構(gòu) 和功能。本申請(qǐng)要求在2008年1月8日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2008-001336的益處，在 此通過引用并入其全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
一種非晶氧化物，所述非晶氧化物至少包含選自由In、Zn和Sn構(gòu)成的組中的至少一種元素；和Mo，其中，所述非晶氧化物中的Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比大于等于0.1原子％且小于等于5原子％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的非晶氧化物，其中，所述非晶氧化物中的Mo對(duì)比所有金屬原子的 數(shù)量的原子組成比大于等于0. 1原子％且小于等于3原子％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的非晶氧化物，還包含In和Zn。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的非晶氧化物，其中，所述非晶氧化物中的In對(duì)比In和Zn的總和 的原子組成比Ιη/αη+Ζη)大于等于30原子％且小于等于80原子％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的非晶氧化物，其中，所述非晶氧化物中的Zn對(duì)比所有金屬原子的 數(shù)量的原子組成比小于等于70原子％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的非晶氧化物，還包含Ga。
7.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管至少包括 漏極電極；源極電極； 柵極電極； 活性層；和 柵極絕緣膜，其中，所述活性層包含根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的非晶氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述源極電極和所述漏極電極包含Mo。
9.一種顯示裝置，所述顯示裝置包括具有電極的顯示器件；和根據(jù)權(quán)利要求7的場(chǎng)效 應(yīng)晶體管，其中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極和漏極電極中的一個(gè)與所述顯示器件的所 述電極連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的顯示裝置，其中，所述顯示器件包含電致發(fā)光器件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的顯示裝置，其中，所述顯示器件包含液晶單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的顯示裝置，其中，多個(gè)所述顯示器件和多個(gè)所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管被二維布置在基板上。
全文摘要
一種非晶氧化物至少包含選自由In、Zn和Sn構(gòu)成的組的至少一種元素；和Mo。該非晶氧化物中的Mo對(duì)比所有金屬原子的數(shù)量的原子組成比大于等于0.1原子％且小于等于5原子％。
文檔編號(hào)H01L29/786GK101911304SQ200880123969
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者A·戈雅爾, 巖崎達(dá)哉, 板垣奈穗 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社