專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法、以及具備該薄膜晶體管的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及具備氧化物半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管及其制造方法。另外，本發(fā)明還涉及使用了該薄膜晶體管的顯示裝置、圖像傳感器及X射線數(shù)碼攝影裝置等裝置。
背景技術(shù)：
近年來，對將h-Ga-ai-Ο系(IGZO)的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于溝道層中的薄膜晶體管的研究、開發(fā)如火如荼。上述氧化物薄膜由于可以低溫成膜，并且比無定形硅顯示出更高的遷移率，而且在可見光下是透明的，因此可以在塑料板或薄膜等基板上形成撓性的透明薄膜晶體管。表1中給出各種晶體管特性的遷移率、加工溫度等的比較表。[表 1]以往的多晶硅薄膜晶體管雖然可以獲得100cm2/Vs左右的遷移率，然而加工溫度非常高，達(dá)到450°C以上，因此只能形成于耐熱性高的基板上，不適于廉價化、大面積化、撓性化。另外，雖然無定形硅薄膜晶體管由于可以在300°C左右的比較低的溫度下形成，因此基板的選擇性與多晶硅相比更寬，然而最多只能獲得lcm2/Vs左右的遷移率，不適于高精細(xì)的顯示器用途。另一方面，從低溫成膜的觀點(diǎn)考慮，有機(jī)薄膜晶體管可以在100°C以下形成， 因此可以期待應(yīng)用于使用了耐熱性低的塑料薄膜基板等的撓性顯示器用途等中，然而遷移率只能獲得與無定形硅相同程度的結(jié)果。S卩，很難實(shí)現(xiàn)可以在300°C左右以下的比較低的溫度下形成并且具有100cm2/VS左右以上的高遷移率的薄膜晶體管。作為提高晶體管的載流子遷移率的方法，提出過如下的HEMT(High Electron Mobility Transistor 高電子遷移率晶體管)結(jié)構(gòu)，即，接合電子親和力不同的異種半導(dǎo)體，將量子阱作為晶體管的溝道利用。有過如下的文獻(xiàn)報告(非專利文獻(xiàn)1)，即，在氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管中制作將ZnO用ZnMgO夾入的HEMT結(jié)構(gòu)器件，可以獲得140cm2/VS這樣高的遷移率。另外，在使用了 IGZO系的氧化物半導(dǎo)體薄膜的薄膜晶體管中，提出過將物理量不同的IGZO膜制成多層結(jié)構(gòu)而作為活性層使用的薄膜晶體管。專利文獻(xiàn)1中對于如下的場效應(yīng)型晶體管有記載，即，其特征在于，含有非晶體氧化物的活性層是包括第一區(qū)域和比第一區(qū)域更靠近柵絕緣膜的第二區(qū)域的2層結(jié)構(gòu)，第二區(qū)域的氧濃度比第一區(qū)域的氧濃度高。 通過設(shè)為此種結(jié)構(gòu)，柵絕緣膜側(cè)的活性層的電阻就會變高，因此在非晶體氧化物的內(nèi)部形成溝道，從而可以減小泄漏電流。 另外，專利文獻(xiàn)2中，提出過具有由IGZO系的氧化物半導(dǎo)體薄膜和a-Si薄膜的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的活性層的薄膜晶體管。通過將能帶間隙小的a-Si膜用能帶間隙較大的IGZO 膜夾入，在層厚方向上載流子就會集中于活性層中心的a-Si部分，場效應(yīng)遷移率與以往的 a-Si膜相比升高。 專利文獻(xiàn)3中，作為場效應(yīng)遷移率高、使用了顯示出高通/斷比的無定形氧化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)型晶體管，公開有如下的構(gòu)成，即，在活性層與源/漏電極之間，具備含有( 含有率比活性層的氧化物的( 含有率高的氧化物的電阻層。專利文獻(xiàn)1日本特開2006-165529號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2009-170905號公報專利文獻(xiàn)3日本特開2010-073881號公報非專利文獻(xiàn)1 K.Koike et al. , Applied Physics Letters, 87 (2005) 112106但是，專利文獻(xiàn)1中，并非利用活性層的電子親和力差向載流子行進(jìn)層供給載流子的設(shè)計(jì)。另外，雖然有可以減小泄漏電流的記載，然而無法獲得足夠的載流子密度，其結(jié)果是，存在無法獲得足夠的遷移率的問題。在非專利文獻(xiàn)1中為了獲得高遷移率，利用基于分子束外延法(MBE法)的外延生長，制作異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HEMT)，需要使基板與半導(dǎo)體膜層的晶格不匹配極小。由此， 需要將基板溫度加熱到超過700°C，從而會有明顯地降低基板的選擇性的問題。專利文獻(xiàn)2中，由于在作為量子阱部的載流子行進(jìn)層中使用與氧化物半導(dǎo)體相比遷移率低1個數(shù)量級左右的非晶體硅，因此無法獲得足夠的遷移率。另外，將作為氧化物半導(dǎo)體的IGZO膜與作為非氧化物的a-Si這樣的異種半導(dǎo)體材料接合，因而存在無法獲得良好的接合界面的問題。專利文獻(xiàn)3中，作為不損害成為活性層的IGZO膜的載流子濃度地提高通/斷比的方法，提出過在電極層與活性層之間插入電阻層的做法，然而沒有考慮基于電子親和力的設(shè)計(jì)，從而沒有足夠的載流子從電阻層向活性層流入，因此存在無法獲得超過以往的IGZO 單膜的遷移率的場效應(yīng)遷移率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，涉及氧化物半導(dǎo)體，特別涉及IGZO系的氧化物半導(dǎo)體，其目的在于，提供可以在低溫下(例如300°C以下)制作、顯示出高場效應(yīng)遷移率的薄膜晶體管及其制造方法。另外，本發(fā)明的目的還在于，提供具備在溝道層中具有高電子遷移率的薄膜晶體管的裝置。本發(fā)明的薄膜晶體管在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極， 其特征在于，所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域；和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，在所述活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢，所述活性層是由B(In2O3) ^b(Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層(這里，a、 b、c分別是a彡0，b彡0，c彡0，并且a+b Φ 0，b+c Φ 0，c+a Φ 0。)，所述第二區(qū)域的b/ (a+b)大于所述第一區(qū)域的b/(a+b)。圖1中表示出半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的參數(shù)。所謂電子親和力(X)是指為賦予一個電子所需要的能量，在半導(dǎo)體的情況下，是指從導(dǎo)帶下端(Ee)到真空能級(EVa。)的能量差。如圖1所示，電子親和力可以根據(jù)電離勢⑴與帶隙能量(Eg)的差求出。電離勢⑴可以根據(jù)光電子分光測定獲得，帶隙能量(Eg)可以根據(jù)透過光譜測定及反射光譜測定獲得。S卩，本發(fā)明的薄膜晶體管如圖2(A)中給出其勢結(jié)構(gòu)所示，其特征在于，由 B(In2O3) ^b(Ga2O3) ‘ c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層從其柵電極側(cè)(圖2 (A)中為柵絕緣膜側(cè))起沿膜厚方向包含第一區(qū)域A1、第二區(qū)域A2，第一區(qū)域A1的電子親和力χ ,比第二區(qū)域的電子親和力X2大地構(gòu)成阱型勢，通過使所述第二區(qū)域的b/(a+b)大于所述第一區(qū)域的 b/ (a+b)，來賦予第一區(qū)域A1與第二區(qū)域A2的電子親和力差。而且，這里所謂“區(qū)域”表示膜厚方向的三維的區(qū)域(部分)。而且，視為氧化物半導(dǎo)體層的第一、第二區(qū)域由同種材料構(gòu)成。所謂同種是指，構(gòu)成膜的元素種類相同而陽離子組成比或氧濃度不同，或者在構(gòu)成元素的一部分中摻雜有不同的元素。例如，Ga/dn+Ga)彼此不同的IGZO膜為同種，IGZO膜與在Si的一部分中摻雜有Mg的IGZO膜為同種。通過在區(qū)域A^A2中改變b/(a+b)，就可以對各區(qū)域間賦予勢差(電子親和力差)。 另外，通過使區(qū)域A1的氧濃度大于區(qū)域A2的氧濃度，就可以進(jìn)一步賦予電子親和力差。本發(fā)明中也可以同時改變b/(a+b)和氧濃度。這里，由調(diào)節(jié)所述第一、第二區(qū)域的陽離子組成比和/或調(diào)節(jié)氧濃度造成的電子親和力差優(yōu)選為0. 17eV以上、1. 3eV以下，更優(yōu)選第一、第二區(qū)域的電子親和力差為0. 32eV 以上、1. 3eV以下。如果第一、第二區(qū)域的電子親和力差為0. 17eV以上，則載流子就會從第二區(qū)域有效地向第一區(qū)域流入，可以獲得高載流子濃度和遷移率。另外，在本發(fā)明的薄膜晶體管中，如果增大電子親和力差，則可以看到向第一區(qū)域供給的載流子量上升、遷移率增大的動作。如果在將氧化物半導(dǎo)體層中的h、Ga、ai中的Si 組成比固定的同時調(diào)節(jié)b/(a+b)而增大電子親和力差，則最大大約可以獲得約l.;3eV的電子親和力差。為了獲得在此以上的電子親和力差，例如有大幅度改變活性層中的Si量的方法，然而如果大幅度改變Si量，則氧化物半導(dǎo)體層的無定形結(jié)構(gòu)就會變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致TFT 特性的不穩(wěn)定性、不均勻性，因此上述電子親和力差優(yōu)選為1. 3eV以下。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選為非晶體膜。所述氧化物半導(dǎo)體層是否為非晶體可以利用X射線衍射測定來確認(rèn)。即，在利用X 射線衍射測定沒有檢出表示晶體結(jié)構(gòu)的明確的峰的情況下，可以判斷該氧化物半導(dǎo)體層是非晶體。本發(fā)明的薄膜晶體管優(yōu)選將由a(ln203) ^b(Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體
6用于活性層中，第一區(qū)域A1的b/(a+b)小于0. 5。更優(yōu)選第一區(qū)域A1Wb/(a+b)小于0.4，并且第二區(qū)域A2Wb/(a+b)為0.6以上。在本發(fā)明的薄膜晶體管中，所述基板優(yōu)選為具有撓性的基板。作為具有撓性的基板，可以舉出飽和聚酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)系樹脂基板、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)樹脂基板、交聯(lián)富馬酸二酯系樹脂基板、聚碳酸酯(PC) 系樹脂基板、聚醚砜(PEQ樹脂基板、聚砜(PSF、PSU)樹脂基板、聚芳酯(PAR)樹脂基板、環(huán)狀聚烯烴(C0P、C0C)樹脂基板、纖維素系樹脂基板、聚酰亞胺(PI)樹脂基板、聚酰胺酰亞胺 (PAI)樹脂基板、馬來酰亞胺-烯烴樹脂基板、聚酰胺(PA)樹脂基板、丙烯酸系樹脂基板、 氟系樹脂基板、環(huán)氧系樹脂基板、硅酮系樹脂薄膜基板、聚吲哚系樹脂基板、環(huán)硫化物化合物的基板、液晶聚合物(LCP)基板、氰酸酯系樹脂基板、芳香族醚系樹脂基板、由與氧化硅粒子的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由與金屬納米粒子、無機(jī)氧化物納米粒子、無機(jī)氮化物納米粒子等納米粒子的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由與金屬系、無機(jī)系的納米纖維及微纖維的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由與碳纖維、碳納米管的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由與玻璃片、玻璃纖維、玻璃珠的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由與粘土礦物、具有云母派生晶體結(jié)構(gòu)的粒子的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由在薄的玻璃與上述單獨(dú)有機(jī)材料之間具有至少1次接合界面的層疊塑料材料構(gòu)成的基板、由通過將無機(jī)層(例如Si02、Al203、Si0xNy)與有機(jī)層交替地層疊而具有至少1次以上的接合界面的具有屏蔽性能的復(fù)合材料構(gòu)成的基板、不銹鋼基板、層疊了不銹鋼和異種金屬的金屬多層基板、鋁基板、通過對表面實(shí)施氧化處理(例如陽極氧化處理)而提高了表面的絕緣性的帶有氧化膜的鋁基板等。本發(fā)明的第一薄膜晶體管的制造方法是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下的成膜工序， 即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由 B(In2O3) · b (Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層(這里，a、b、c分別是a彡0，b彡0， c彡0，并且a+b Φ 0，b+c乒0，c+a乒0。)作為所述活性層，在該成膜工序中，在將成膜室內(nèi)設(shè)為第一氧分壓/氬分壓而形成所述第一區(qū)域， 在將所述成膜室內(nèi)設(shè)為第二氧分壓/氬分壓而形成達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/ (a+b)的組成比的所述第二區(qū)域。這里，優(yōu)選使所述第二氧分壓/氬分壓小于所述第一氧分壓/氬分壓。本發(fā)明的第二薄膜晶體管的制造方法是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下的成膜工序， 即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由 B(In2O3) · b (Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層(這里，a、b、c分別是a彡0，b彡0， c彡0，并且a+b Φ 0，b+c乒0，c+a乒0。)作為所述活性層，
該成膜工序包括形成所述第一區(qū)域、和達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/(a+b) 的組成比的所述第二區(qū)域的工序，在所述第一區(qū)域的成膜中和/或該第一區(qū)域的成膜后， 包括向該第一區(qū)域的成膜面照射含有氧的自由基的工序。本發(fā)明的第三薄膜晶體管的制造方法是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下的成膜工序， 即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由 B(In2O3) · b (Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層(這里，a、b、c分別是a彡0，b彡0， c彡0，并且a+b Φ 0，b+c乒0，c+a乒0。)作為所述活性層，該成膜工序包括形成所述第一區(qū)域、和達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/(a+b) 的組成比的所述第二區(qū)域的工序，在所述第一區(qū)域的成膜中和/或第一區(qū)域的成膜后，包括在臭氧氣氛中向該第一區(qū)域的成膜面照射紫外線的工序。而且，在本發(fā)明的第一到第三薄膜晶體管的制造方法中，都優(yōu)選在所述成膜工序期間，不將成膜基板暴露于大氣中。本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，具備本發(fā)明的薄膜晶體管。本發(fā)明的圖像傳感器的特征在于，具備本發(fā)明的薄膜晶體管。本發(fā)明的X射線傳感器的特征在于，具備本發(fā)明的薄膜晶體管。本發(fā)明的X射線數(shù)碼攝影裝置的特征在于，具備本發(fā)明的X射線傳感器。本發(fā)明的薄膜晶體管的由a(ln203) ^b(Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域與電子親和力更小的第二區(qū)域接觸，第一區(qū)域的導(dǎo)帶下端形成以第二區(qū)域及以柵絕緣膜作為勢壘的阱型勢結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是，發(fā)生電子載流子向第一區(qū)域的流入，從而可不改變第一區(qū)域的組成比、氧缺陷量地提高載流子密度，因此可以制成具有高遷移率的薄膜晶體管。一般來說，在氧化物半導(dǎo)體中，為了提高載流子密度，要增加氧缺陷量，然而過多的氧缺陷同時成為針對載流子的散射體，成為使遷移率降低的要因。本發(fā)明中，由于不需要在成為阱層的第一區(qū)域中增加氧缺陷量，因此不僅可以借助阱型勢結(jié)構(gòu)增多載流子，而且可以抑制由成為溝道層的第一區(qū)域中的氧缺陷造成的遷移率降低，從而可以進(jìn)一步提高遷移率。本發(fā)明的薄膜晶體管由于由a(ln203) ^b(Ga2O3) · c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層是在第一、第二區(qū)域中由同種材料形成的，因此與成為溝道層的第一區(qū)域與異種材料接觸的情況相比，界面中的缺陷密度被降低，從均勻性、穩(wěn)定性、可靠性的觀點(diǎn)考慮，也可以提供優(yōu)異的薄膜晶體管。另外，同時由于成為溝道層的第一區(qū)域沒有向外部大氣暴露，因此經(jīng)時的或依賴于元件所被放置的環(huán)境下的元件特性劣化得到減少。本發(fā)明中，如果氧化物半導(dǎo)體層是非晶體膜，就可以在300°C以下的低溫下成膜， 因此容易形成于塑料基板那樣的具有撓性的樹脂基板上。所以，更容易應(yīng)用于使用了帶有薄膜晶體管的塑料基板的撓性顯示器中。此外，由于非晶體膜易于遍及大面積地形成均勻的膜，不存在像多晶那樣的晶粒邊界，因此很容易抑制元件特性的波動。
本發(fā)明的顯示裝置由于具備具有高遷移率的本發(fā)明的薄膜晶體管，因此可以實(shí)現(xiàn)低耗電并且高品質(zhì)的顯示。本發(fā)明的X射線傳感器由于具備可靠性優(yōu)異的本發(fā)明的薄膜晶體管，因此信噪比 (S/N)高，可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度特性。本發(fā)明的X射線數(shù)碼攝影裝置由于在其X射線傳感器中具備具有高遷移率的晶體管，因此質(zhì)輕并且具有撓性，而且可以獲得寬動態(tài)范圍的圖像，基于其高速性，特別適于動畫攝影。


圖1是用于說明半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的參數(shù)的圖。圖2(A)是表示基于電子親和力差的勢結(jié)構(gòu)的圖，(B)是表示帶隙能量結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示意性地表示(A)頂柵-頂接觸型、(B)頂柵-底接觸型、(C)底柵-頂接觸型、(D)底柵-底接觸型的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖4是表示IGZO層疊膜的(A)剛剛層疊后、(B) 250°C退火處理后、(C)500°C退火處理后的剖面STEM像。圖5是表示針對樣品1 5的Tauc曲線的圖。圖6是表示從圖5導(dǎo)出的帶隙能量的組成比依賴的圖。圖7是表示針對樣品1 5的激發(fā)光能量和標(biāo)準(zhǔn)化光電子收率的圖。圖8是表示根據(jù)圖7求出的電離勢的組成依賴性的圖。圖9是表示電子親和力的組成依賴性的圖。圖10是表示針對㈧樣品6、7、⑶樣品8、9的Tauc曲線的圖。圖11是表示從圖10導(dǎo)出的帶隙能量的氧分壓/氬分壓依賴性的圖。圖12是表示針對㈧樣品6、7、⑶樣品8、9的激發(fā)光能量與標(biāo)準(zhǔn)化電子收率的圖。圖13是表示從圖12導(dǎo)出的電離勢的氧分壓/氬分壓依賴性的圖。圖14是表示電子親和力的氧分壓/氬分壓依賴性的圖。圖15是分別表示(A)電阻率、(B)載流子密度、(C)遷移率的(ia/an+Ga)依賴性的圖。圖16是表示實(shí)施方式的液晶顯示裝置的一部分的概略剖面圖。圖17是圖16的液晶顯示裝置的電氣性配線的概略結(jié)構(gòu)圖。圖18是表示實(shí)施方式的有機(jī)EL顯示裝置的一部分的概略剖面圖。圖19是圖18的有機(jī)EL顯示裝置的電氣性配線的概略結(jié)構(gòu)圖。圖20是表示實(shí)施方式的X射線傳感器陣列的一部分的概略剖面圖。圖21是圖20的X射線傳感器陣列的電氣性配線的概略結(jié)構(gòu)圖。圖22是表示實(shí)施例及比較例的Vg-Id特性的圖。圖23是表示實(shí)施例1、2、3、比較例1中的遷移率μ的勢深度Δ χ依賴性的圖。其中，1、2、3、4薄膜晶體管，11基板，12氧化物半導(dǎo)體層，13源電極，14漏電極，15 柵絕緣膜，16柵電極，A1氧化物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域，A2氧化物半導(dǎo)體層的第二區(qū)域
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明?！幢∧ぞw管〉圖3(A)到⑶是示意性地表示本發(fā)明的第一 第四實(shí)施方式的薄膜晶體管1 4的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖3(A) (D)的各薄膜晶體管中，對于共同的要素使用相同的符號。本發(fā)明的實(shí)施方式的薄膜晶體管1 4在基板11上具有活性層12、源電極13、漏電極14、柵絕緣膜15和柵電極16，活性層12在膜厚方向具備構(gòu)成阱型勢的第一、第二區(qū)域 A”A2(參照圖 3(A) (D))?；钚詫?2包含以B(In2O3) .b (Ga2O3) .c (ZnO)表示的氧化物半導(dǎo)體層(IGZ0層)， 第一區(qū)域~是成為阱型勢(參照圖2(A))的阱部的具有第一電子親和力X1W區(qū)域，第二區(qū)域4是具有如下特征的區(qū)域，即，與第一區(qū)域A1相比配置于遠(yuǎn)離柵電極16的一側(cè)，具有比第一電子親和力、小的第二電子親和力x2，并且與第一區(qū)域相比陽離子組成比b/(a+b) 大。另外，在本發(fā)明的薄膜晶體管1 4中視為，第一、第二區(qū)域被連續(xù)成膜，在第一、 第二區(qū)域間沒有插入電極層等氧化物半導(dǎo)體層以外的層。通過在區(qū)域A^A2中改變b/(a+b)，就可以對各區(qū)域間賦予勢差(電子親和力差)。 另外，通過使區(qū)域A1的氧濃度大于區(qū)域A2的氧濃度，就可以進(jìn)一步賦予電子親和力差，可以使載流子有效地集中于勢阱部。同時，通過提高區(qū)域A1的氧濃度，可以抑制由雜質(zhì)散射造成的遷移率的降低，進(jìn)一步提高遷移率。本發(fā)明中也可以同時改變b/(a+b)和氧濃度。圖3 (A)所示的第一實(shí)施方式的薄膜晶體管1是頂柵-頂接觸型的晶體管，圖3 (B) 所示的第二實(shí)施方式的薄膜晶體管2是頂柵-底接觸型的晶體管，圖3 (C)所示的第三實(shí)施方式的薄膜晶體管3是底柵-頂接觸型的晶體管，圖3 (D)所示的第四實(shí)施方式的薄膜晶體管4是底柵-底接觸型的晶體管。圖3(A) ⑶所示的實(shí)施方式雖然柵、源、漏電極的相對于活性層(IGZ0層)的配置不同，然而被賦予相同符號的各要素的功能相同，可以應(yīng)用相同的材料。下面，對各構(gòu)成要素進(jìn)行詳述。(基板)對于用于形成薄膜晶體管1的基板11的形狀、結(jié)構(gòu)、大小等沒有特別限制，可以根據(jù)目的適當(dāng)?shù)剡x擇?；宓慕Y(jié)構(gòu)既可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是層疊結(jié)構(gòu)。作為基板11，例如可以使用由YSZ(釔穩(wěn)定化鋯)或玻璃等無機(jī)材料、樹脂或樹脂復(fù)合材料等構(gòu)成的基板。其中從質(zhì)輕的方面、從具有撓性的方面考慮，優(yōu)選由樹脂或樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的基板。具體來說，可以使用由聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、烯丙基二乙二醇碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚吲哚、聚苯硫醚、聚環(huán)烯烴、降冰片烯樹脂、 聚氯三氟乙烯等氟樹脂、液晶聚合物、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、離聚物樹脂、氰酸酯樹脂、交聯(lián)富馬酸二酯、環(huán)狀聚烯烴、芳香族醚、馬來酰亞胺-烯烴、纖維素、環(huán)硫化物化合物等合成樹脂構(gòu)成的基板、由已述的合成樹脂等與氧化硅粒子的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由已述的合成樹脂等與金屬納米粒子、無機(jī)氧化物納米粒子或無機(jī)氮化物納米粒子等的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由已述的合成樹脂等與碳纖維或碳納米管的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由已述的合成樹脂等與玻璃鱗片、玻璃纖維或玻璃珠的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、由已述的合成樹脂等與粘土礦物或具有云母派生晶體結(jié)構(gòu)的粒子的復(fù)合塑料材料構(gòu)成的基板、在薄的玻璃與已述的任意一種合成樹脂之間具有至少1次的接合界面的層疊塑料基板、由通過將無機(jī)層與有機(jī)層(已述的合成樹脂)交替層疊而具有至少1次以上的接合界面的具有屏蔽性能的復(fù)合材料構(gòu)成的基板、不銹鋼基板或?qū)⒉讳P鋼與異種金屬層疊而成的金屬多層基板、鋁基板或通過對表面實(shí)施氧化處理(例如陽極氧化處理)而提高了表面的絕緣性的帶有氧化皮膜的鋁基板等。而且，作為樹脂基板，優(yōu)選在耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、耐溶劑性、電絕緣性、加工性、低透氣性以及低吸濕性等方面優(yōu)異。樹脂基板也可以具備用于防止水分或氧的透過的氣體屏蔽層、用于提高樹脂基板的平坦性或與下部電極的密合性的底涂層等。另外，基板的厚度優(yōu)選為50 μ m以上500 μ m以下。如果基板的厚度為50 μ m以上， 則基板本身的平坦性進(jìn)一步提高。如果基板的厚度為500 μ m以下，則基板本身的撓性進(jìn)一步提高，更容易作為撓性顯示器用基板使用。而且，由于具有足夠的平坦性及撓性的厚度根據(jù)構(gòu)成基板的材料而不同，因此需要與基板材料對應(yīng)地設(shè)定其厚度，然而大致上其范圍是 50ym-500ym 白勺@g。(活性層)活性層12的特征在于，包含IGZO膜，更具體來說由a (In2O3) · b (Ga2O3) · c (ZnO) 構(gòu)成，具備分別具有第一、第二電子親和力Xp X2的第一、第二區(qū)域ApA2，第一電子親和力 X ！大于第二電子親和力χ 2，并且區(qū)域A2的b/a+b大于區(qū)域A1的b/ (a+b)。為了在層疊方向形成阱型勢，通過在各區(qū)域間改變b/(a+b)來賦予各區(qū)域的電子親和力差。另外，對于第一區(qū)域A1與第二區(qū)域A2的勢的差，通過使第二區(qū)域A2的氧濃度低于第一區(qū)域A1的氧濃度也可以賦予形成阱型勢的電子親和力差。在各區(qū)域由相同的元素及組成比構(gòu)成的情況下，氧濃度越高，則電子親和力越大。這里，由調(diào)節(jié)所述第一、第二區(qū)域的b/(a+b)以及調(diào)節(jié)氧濃度造成的電子親和力差優(yōu)選為0. 17eV以上、1. 3eV以下，更優(yōu)選第一、第二區(qū)域的電子親和力差為0. 32eV以上、 1. 3eV以下。如果第一、第二區(qū)域的電子親和力差為0. 17eV以上，則載流子就會從第二區(qū)域有效地向第一區(qū)域流入，可以獲得高載流子濃度和高遷移率。另外，在本發(fā)明的薄膜晶體管中，如果增大電子親和力差，則可以看到向第一區(qū)域供給的載流子量上升、遷移率增大的動作。如果在將氧化物半導(dǎo)體層中的In、Ga、Zn中的 Si組成比固定的同時改變b/(a+b)而增大電子親和力差，則最大大約可以獲得IJeV的電子親和力差。為了獲得在此以上的電子親和力差，例如有大幅度調(diào)節(jié)活性層中的Si量的方法，然而如果大幅度調(diào)節(jié)Si量，則氧化物半導(dǎo)體層的無定形結(jié)構(gòu)就會變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致TFT 特性的不穩(wěn)定性、不均勻性，因此上述電子親和力差優(yōu)選為1. 3eV以下。對于氧濃度的控制，具體來說可以通過在第二區(qū)域的成膜時在氧分壓相對較低的條件下實(shí)施成膜，對于第一區(qū)域，成膜時在氧分壓相對較高的條件下實(shí)施成膜來進(jìn)行，或者通過在第一區(qū)域成膜后實(shí)施照射氧自由基或臭氧的處理來促進(jìn)膜的氧化，減少第一區(qū)域中的氧缺陷量等來進(jìn)行。而且，優(yōu)選使第一區(qū)域的氧缺陷量極少。以往在將氧化物半導(dǎo)體層作為溝道層使
11用的情況下，為了提高遷移率需要以一定程度增加載流子密度，有意地形成氧缺陷，即，進(jìn)行降低氧濃度的操作。但是，如果氧缺陷多，則氧缺陷自身就會成為針對載流子的散射體， 從而具有導(dǎo)致遷移率的降低的問題。本發(fā)明中，由于作為溝道層的載流子被從第二區(qū)域供給，因此即使將第一區(qū)域的氧缺陷量設(shè)為極少的狀態(tài)，也可以獲得足夠的載流子密度、和與之相伴的遷移率。本發(fā)明的薄膜晶體管優(yōu)選使所述氧化物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域A1的b/(a+b)小于第二區(qū)域A2&b/(a+b)。此外，優(yōu)選第一區(qū)域A1 &b/(a+b)為0.5以下。更優(yōu)選第一區(qū)域 A1的a/a+b為0. 6以上，第二區(qū)域A2的b/a+b為0. 6以上。通過增大第一區(qū)域與第二區(qū)域的b/(a+b)的差，導(dǎo)帶下端的能量差就會變大，可以有效地將電子載流子局域化在第一區(qū)域。另外，本發(fā)明的構(gòu)成活性層的第一區(qū)域的Si/In+Ga(在前述的通式中相當(dāng)于2c/ (a+b))優(yōu)選為0.5以上，第二區(qū)域的2c/(a+b)優(yōu)選為0. 5以下。隨著2c/(a+b)變大，光學(xué)吸收端向長波長側(cè)移動，帶隙因2c/(a+b)變大而變窄。由此，通過在第一區(qū)域配置2c/ (a+b)相對大的IGZO層，在第二區(qū)域配置2c/(a+b)相對小的IGZO層，可以獲得導(dǎo)帶下端的能量差，從而可以將電子載流子局域化在第一區(qū)域。通過將控制2c/(a+b)的方法應(yīng)用于增大了 b/(a+b)的差的膜中，可以形成更深的阱型勢結(jié)構(gòu)，當(dāng)然在b/(a+b)在各區(qū)域中相同的情況下也可以使用。另外，通過對包含IGZO的氧化物半導(dǎo)體層的Si的一部分摻雜帶隙更寬的元素離子，可以獲得更深的阱型勢結(jié)構(gòu)。具體來說，通過摻雜Mg，可以增大膜的帶隙。例如，通過僅在第二區(qū)域摻雜Mg，可以形成更深的阱型勢結(jié)構(gòu)。另外，通過在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間使b/(a+b)及2c/(a+b)具有差的狀態(tài)下，向各區(qū)域中摻雜Mg，與僅控制了 In、Ga、Zn的組成比的體系相比，可以在保持阱勢壘的高度的同時，拓寬整體的帶隙。由于有機(jī)EL中所用的藍(lán)色發(fā)光層顯示出在λ = 450nm左右具有峰的寬的發(fā)光， 因此假設(shè)在IGZO膜的光學(xué)帶隙比較窄、在該區(qū)域中具有光學(xué)吸收的情況下，就會產(chǎn)生引起晶體管的閾值移動的問題。所以，特別是作為有機(jī)EL驅(qū)動用途使用的薄膜晶體管，溝道層中所用的材料的帶隙越大越好。如果在IGZO中增大b/(a+b)，則光學(xué)吸收端就會向短波長側(cè)移動，帶隙拓寬，與此同時，因形成b/(a+b)大的組成，導(dǎo)電性降低。即，在將b/(a+b)大的IGZO膜單獨(dú)用于薄膜晶體管中的情況下，無法獲得像所要求的那樣的晶體管特性(具體來說，是超過數(shù)十 100cm7Vs的遷移率)。本發(fā)明中，通過使用將帶隙寬的b/(a+b)大的IGZO層(第二區(qū)域)、 與帶隙相對較窄的b/(a+b)小的IGZO層(第一區(qū)域)接合的結(jié)構(gòu)，就可以形成包含柵絕緣膜和活性層的阱型勢，將載流子局域化在第一區(qū)域。第一區(qū)域的載流子密度可以利用第二區(qū)域的氧缺陷量控制或陽離子摻雜任意地控制。在想要增加載流子密度時，只要增加第二區(qū)域的氧缺陷量，或者摻雜容易成為價數(shù)相對較大的陽離子的材料(例如Ti、&、Hf、Ta等)即可。但是，在摻雜價數(shù)大的陽離子的情況下，由于氧化物半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素數(shù)增多，因此從成膜加工的簡單化、低成本化的方面考慮是不利的，所以優(yōu)選利用氧濃度(氧缺陷量)來控制載流子密度。而且，從可以在300°C以下的溫度實(shí)現(xiàn)成膜的方面考慮，氧化物半導(dǎo)體層優(yōu)選為非晶體。例如，非晶體IGZO膜可以在基板溫度200°C以下成膜。
活性層12的總的膜厚(總膜厚)優(yōu)選為10 200nm左右。(源 漏電極)源電極13及漏電極14只要都是具有高導(dǎo)電性的材料，就沒有特別限制，例如可以將Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等金屬、Al-Nd、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜等作為單層或者2層以上的層疊結(jié)構(gòu)使用。源電極13及漏電極14都只要考慮與所用的材料的適用性，依照例如從印刷方式、 涂覆方式等濕式方式、真空蒸鍍法、濺射法、離子鍍法等物理的方式、CVD、等離子體CVD法等化學(xué)的方式等中適當(dāng)?shù)剡x擇的方法成膜即可。在利用上述金屬構(gòu)成源電極13及漏電極14的情況下，如果考慮成膜性、借助蝕刻或剝離法的圖案處理性及導(dǎo)電性等，則其厚度優(yōu)選設(shè)為IOnm以上、IOOOnm以下，更優(yōu)選設(shè)為50nm以上、IOOnm以下。(柵絕緣膜)作為柵絕緣膜15，優(yōu)選具有高絕緣性的材料，例如可以由Si02、SiNx, SiON, A1203、 Y203> Ta2O3, HfO2等絕緣膜、或者含有至少兩種以上這些化合物的絕緣膜等構(gòu)成。柵絕緣膜15只要考慮與所用的材料的適用性，依照從印刷方式、涂覆方式等濕式方式、真空蒸鍍法、濺射法、離子鍍法等物理的方式、CVD、等離子體CVD法等化學(xué)的方式等中適當(dāng)?shù)剡x擇的方法成膜即可。而且，柵絕緣膜15為了降低泄漏電流及提高電耐壓性需要具有足夠的厚度，然而如果厚度過大，則會導(dǎo)致驅(qū)動電壓的上升。柵絕緣膜15的厚度依材質(zhì)而定，然而優(yōu)選為 IOnm 10 μ m，更優(yōu)選為50nm lOOOnm，特別優(yōu)選為IOOnm 400nm。(柵電極)作為柵電極16，只要是具有高導(dǎo)電性的材料，就沒有特別限制，例如可以將Al、 Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等金屬、Al-Nd、氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦 (IZO)等金屬氧化物導(dǎo)電膜等作為單層或者2層以上的層疊結(jié)構(gòu)使用。柵電極16只要考慮與所用的材料的適用性，依照例如從印刷方式、涂覆方式等濕式方式、真空蒸鍍法、濺射法、離子鍍法等物理的方式、CVD、等離子體CVD法等化學(xué)的方式等中適當(dāng)?shù)剡x擇的方法成膜即可。在利用上述金屬構(gòu)成柵電極16的情況下，如果考慮成膜性、借助蝕刻或剝離法的圖案處理性及導(dǎo)電性等，則其厚度優(yōu)選設(shè)為IOnm以上、IOOOnm以下，更優(yōu)選設(shè)為50nm以上、 200nm以下。(薄膜晶體管的制造方法)對圖3(A)所示的頂柵-頂接觸型的薄膜晶體管1的制造方法進(jìn)行簡單說明。準(zhǔn)備基板11，在基板11上依照第二區(qū)域^、第一區(qū)域A1的順序利用濺射法等成膜方法形成活性層(IGZ0膜)12。然后對活性層12進(jìn)行圖案處理。圖案處理可以利用光刻及蝕刻來進(jìn)行。具體來說，通過在所要?dú)埓娴牟糠掷霉饪绦纬煽刮g劑圖案，利用鹽酸、硝酸、稀硫酸或磷酸、硝酸及乙酸的混合液等酸溶液進(jìn)行蝕刻而形成圖案。然后，在活性層12上形成用于形成源 漏電極13、14的金屬膜。然后將金屬膜利用蝕刻或剝離法圖案處理成給定的形狀，形成源電極13及漏電極14。此時，優(yōu)選對源·漏電極13、14以及未圖示的與這些電極連接的配線同時進(jìn)行圖案處理。
在形成源 漏電極13、14以及配線后，形成柵絕緣膜15。柵絕緣膜15是利用光刻及蝕刻以給定的形狀圖案處理而形成的。在形成柵絕緣膜15后，形成柵電極16。形成電極膜后，利用蝕刻或剝離法圖案處理成給定的形狀，形成柵電極16。此時，優(yōu)選對柵電極16及柵配線同時進(jìn)行圖案處理。利用以上的步驟，可以制作出圖3A所示的薄膜晶體管1。(活性層的成膜工序)下面，對活性層的成膜工序進(jìn)行更詳細(xì)的說明?；钚詫?2的總的膜厚(總膜厚) 優(yōu)選為10 200nm左右，優(yōu)選不暴露于大氣中地連續(xù)地將各區(qū)域成膜。通過不暴露于大氣中地連續(xù)成膜，其結(jié)果是，可以獲得更為優(yōu)異的晶體管特性。另外，由于可以削減成膜工序數(shù)，因此還可以降低制造成本。這里，對如圖3(C) (D)所示的底柵型的薄膜晶體管制造時進(jìn)行說明。如前所述，在底柵型的薄膜晶體管的制造時依次形成第一區(qū)域A1、第二區(qū)域A2。而且，在頂柵型的薄膜晶體管的制造時，活性層依照第二區(qū)域A2、第一區(qū)域A1的順序成膜。首先，形成第一區(qū)域~。這里，例如作為第一區(qū)域A1,以使膜厚達(dá)到IOnm的方式形成 Ga/(In+Ga) = 0. 25、Zn/(In+Ga) = 0. 5 的 IGZO 膜。作為達(dá)到如上所述的金屬元素的組成比地成膜的方法，如果是濺射成膜，則可以是將In、Ga、Si或者將它們的氧化物或它們的復(fù)合氧化物的靶子組合使用的共濺射，也可以是預(yù)先成膜的IGZO膜中的金屬元素的組成比達(dá)到上述組成比的復(fù)合氧化物靶子的單獨(dú)濺射。成膜中的基板溫度可以與基板對應(yīng)地任意選擇，然而在使用撓性基板的情況下，基板溫度越接近室溫越好。在提高第一區(qū)域的載流子密度的情況下，相對地降低成膜時的成膜室內(nèi)的氧分壓，從而降低膜中的氧濃度。例如，將成膜時的氧分壓/氬分壓設(shè)為0.005。相反在降低電子載流子密度的情況下，通過相對地提高成膜時的成膜室內(nèi)的氧分壓(例如將成膜時的氧分壓/氬分壓設(shè)為0. 05。)，或在成膜中或成膜后照射氧自由基，或在臭氧氣氛中對該成膜基板表面照射紫外線等，來提高膜中的氧濃度。然后，進(jìn)行第二區(qū)域的成膜。第二區(qū)域的成膜既可以是在第一區(qū)域的成膜后，暫時停止成膜，在變更成膜室內(nèi)的氧分壓及對靶子施加的電力后，再次開始成膜的方法，也可以是不停止成膜地快速或緩慢地變更成膜室內(nèi)的氧分壓及對靶子施加的電力的方法。另外， 既可以是靶子原樣不變地使用在第一區(qū)域成膜時所用的靶子而改變投入電力的方法，也可以是在從第一區(qū)域向第二區(qū)域切換成膜時，停止對第一區(qū)域成膜中所用的靶子的電力投入，對不同的靶子進(jìn)行電力施加的方法，還可以是除了第一區(qū)域的成膜中所用的靶子以外， 還對多個靶子追加地進(jìn)行電力施加的方法。這里，作為第二區(qū)域，以使膜厚達(dá)到30nm的方式形成例如金屬元素的組成比為 Ga/(In+Ga) = 0. 75、Zn/(In+Ga) = 0. 5 的 IGZO 膜。成膜中的基板溫度可以與基板對應(yīng)地任意選擇，然而在使用撓性基板的情況下， 基板溫度越接近室溫越好。在提高第二區(qū)域的載流子密度的情況下，相對地降低成膜時的成膜室內(nèi)的氧分壓，從而降低膜中的氧濃度。例如，將成膜時的氧分壓/氬分壓設(shè)為0.005。相反在降低電子載流子密度的情況下，通過相對地提高成膜時的成膜室內(nèi)的氧分壓(例如將成膜時的氧分壓/氬分壓設(shè)為0. 05。)，或在成膜中或成膜后照射氧自由基，或在臭氧氣氛中對該成膜基板表面照射紫外線等，來提高膜中的氧濃度。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，與第二區(qū)域的氧濃度相比，第一區(qū)域的氧濃度一方越高越好。而且，在利用氧自由基的照射或臭氧氣氛中的紫外線照射提高膜中的氧濃度時， 既可以在第一區(qū)域及第二區(qū)域的成膜中及成膜后雙方進(jìn)行，也可以僅在第二區(qū)域成膜后進(jìn)行。另外，氧自由基照射時的基板溫度可以與基板對應(yīng)地任意選擇，然而在使用撓性基板的情況下，基板溫度越接近室溫越好。此外，也可以在氧化物半導(dǎo)體層形成后實(shí)施退火處理。退火時的氣氛可以與膜對應(yīng)地任意選擇，退火溫度也可以與基板對應(yīng)地任意選擇，然而在使用撓性基板的情況下，優(yōu)選在較低溫度下(例如200°C以下)進(jìn)行退火。另一方面，在使用具有高耐熱性的基板的情況下，也可以在接近500°C的高溫下實(shí)施退火處理。而且，圖4 是將 Ga/ (In+Ga) = 0. 75 的 IGZO 膜和 Ga/ (In+Ga) = 0. 25 的 IGZO 膜層疊5層而得的層疊膜的剖面STEM像，同圖(A)表示剛剛層疊后(退火處理前)，同圖(B) 表示以250°C的退火溫度處理后的，同圖(C)表示以500°C的退火溫度處理后的。根據(jù)圖4 可以確認(rèn)，即使在500°C進(jìn)行退火處理也會維持層疊結(jié)構(gòu)。而且，本發(fā)明人等進(jìn)行以下的實(shí)驗(yàn)后確認(rèn)，對于IGZO層，可以利用陽離子的組成比和/或氧濃度來改變電子親和力，此外通過設(shè)為阱型勢結(jié)構(gòu)，可以將能帶間隙小的IGZO 層作為阱層使用。電子親和力X如前所述，是由電離勢I與帶隙能量Eg的差決定的。帶隙能量Eg 可以進(jìn)行光的反射率及透過率測定，使用Tauc曲線算出。這里帶隙能量Eg是指直接遷移的值。另外，電離勢I可以根據(jù)光電子分光測定求出。(電子親和力X的陽離子組成比依賴)制作陽離子組成比不同的樣品1 5，進(jìn)行上述各測定而研究了電子親和力X對陽離子組成比的依賴性。首先，以IGZO膜作為測定對象，制作出陽離子組成比不同的IGZO膜樣品1 5。 樣品1 5是作為陽離子組成比來說(ia/an+Ga)不同的IGZO膜分別形成在基板上的樣品。 任何一個樣品都是作為基板使用了合成石英玻璃基板(Covalent Material公司制、商品編號 T-4040)。樣品1在基板上以達(dá)到IOOnm厚度的方式形成fei/an+Ga) = 0、Zn/(In+Ga)= 0.5的IGZO膜。成膜時的氧分壓/氬分壓=0.01，利用使用了 ^i2O3靶子、Ga2O3靶子及SiO 靶子的共濺射(co-sputter)進(jìn)行。而且，成膜時的基板溫度設(shè)為室溫，成膜時的成膜室內(nèi)壓力通過自動控制排氣閥的開度而總是保持4. 4 X ΙΟ-1!^。樣品2 5除了 (ia/an+Ga)的值不同這一點(diǎn)以外，以與樣品1相同的制作步驟制作。樣品 2 的 Ga/(In+Ga) = 0. 25，樣品 3 的 Ga/ (In+Ga) = 0. 5，樣品 4 的 Ga/(In+Ga)= 0. 75，樣品 5 的 Ga/(In+Ga) = 1。而且，各樣品1 5的fei/an+Ga)及Si/an+Ga)的控制是通過調(diào)整對h203、 Ga2O3、ZnO各靶子投入的電力值進(jìn)行的。對于各樣品1 5，進(jìn)行了反射率及透過率測定，將根據(jù)結(jié)果得到的Tauc曲線表示于圖5中?？芍?ia/an+Ga)越大，則帶隙能量也越大。
圖6表示從圖5所示的Tauc曲線中導(dǎo)出的各樣品的帶隙能量。根據(jù)該結(jié)果可以清楚地看到，如果將fe/an+Ga)從0增大到1，則帶隙能量會變大1.2 1.3eV左右。圖7表示基于針對各樣品1 5的光電子分光測定的激發(fā)光能量和標(biāo)準(zhǔn)化光電子收率。圖7的曲線圖中，各個曲線的上升沿的激發(fā)光能量，即開始光電子放出的能量值意味著電離勢。圖8是表示從圖7的曲線圖求出的各樣品1 5的電離勢的曲線圖。根據(jù)圖8可以清楚地看到，在fe/an+Ga)為0. 5附近電離勢取得最大值，隨著遠(yuǎn)離該處電離勢變小。根據(jù)先前求出的帶隙能量Eg與電離勢I的差求出各樣品1 5的電子親和力χ。 下面給出的表2是將各樣品的組成比、氧分壓/氬分壓、能隙Eg、電離勢I及電子親和力χ 一覽表示的表。[表 2]
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，其特征在于，該薄膜晶體管在基板上具有活性層、源電極、漏電極、 柵絕緣膜和柵電極，所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域；和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，在所述活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢，所述活性層是由a (In2O3) ^b(Ga2O3) ‘ c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層，其中，a、b、c分別是 a 彡 0，b 彡 0，c 彡 0，并且 a+b Φ 0，b+c Φ 0，c+a Φ 0，所述第二區(qū)域的b/(a+b)大于所述第一區(qū)域的b/(a+b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一區(qū)域的電子親和力與所述第二區(qū)域的電子親和力的差為0. 17eV以上、1. 3eV以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一區(qū)域的電子親和力與所述第二區(qū)域的電子親和力的差為0. 32eV以上、1. 3eV以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體層為非晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述氧化物半導(dǎo)體層中，所述第一區(qū)域的b/(a+b)小于0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述氧化物半導(dǎo)體層中，所述第一區(qū)域的b/(a+b)小于0.4，并且所述第二區(qū)域的b/(a+b)為0. 6以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，在所述氧化物半導(dǎo)體層中，所述第一區(qū)域的氧濃度大于所述第二區(qū)域的氧濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述基板是具有撓曲性的基板。
9.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、 柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，包括如下的成膜工序，即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由a(ln203) ^b(Ga2O3) ‘ c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層作為所述活性層，其中， a、b、c分別是a彡0，b彡0，c彡0，并且a+b乒0，b+c乒0，c+a乒0，在該成膜工序中，在將成膜室內(nèi)設(shè)為第一氧分壓/氬分壓而形成所述第一區(qū)域，在將所述成膜室內(nèi)設(shè)為第二氧分壓/氬分壓而形成達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/(a+b)的組成比的所述第二區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，使所述第二氧分壓/ 氬分壓小于所述第一氧分壓/氬分壓。
11.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，包括如下的成膜工序，即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由a(ln203) ^b(Ga2O3) ‘ c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層作為所述活性層，其中， a、b、c分別是a彡0，b彡0，c彡0，并且a+b乒0，b+c乒0，c+a乒0，該成膜工序包括形成所述第一區(qū)域、和達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/(a+b)的組成比的所述第二區(qū)域的工序，在所述第一區(qū)域的成膜中和/或該第一區(qū)域的成膜后，包括向該第一區(qū)域的成膜面照射含有氧的自由基的工序。
12.一種薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，是在基板上具有活性層、源電極、漏電極、柵絕緣膜和柵電極的薄膜晶體管的制造方法，包括如下的成膜工序，即，以使所述活性層包含在所述柵電極側(cè)夾隔著所述柵絕緣膜配置的、具有第一電子親和力的第一區(qū)域，和在遠(yuǎn)離所述柵電極的一側(cè)配置的、具有比所述第一電子親和力小的第二電子親和力的第二區(qū)域，并且在該活性層的膜厚方向，構(gòu)成以所述第一區(qū)域作為阱層、以所述第二區(qū)域和所述柵絕緣膜作為勢壘層的阱型勢的方式，利用濺射法形成由a(ln203) ^b(Ga2O3) ‘ c (ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層作為所述活性層，其中， a、b、c分別是a彡0，b彡0，c彡0，并且a+b乒0，b+c乒0，c+a乒0，該成膜工序包括形成所述第一區(qū)域、和達(dá)到比第一區(qū)域的b/(a+b)大的b/(a+b)的組成比的所述第二區(qū)域的工序，在所述第一區(qū)域的成膜中和/或第一區(qū)域的成膜后，包括在臭氧氣氛中向該第一區(qū)域的成膜面照射紫外線的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求9 12中任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的制造方法，其特征在于，在所述成膜工序期間，不將成膜基板暴露于大氣中。
14.一種顯示裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管。
15.一種圖像傳感器，其特征在于，具備權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管。
16.一種X射線傳感器，其特征在于，具備權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的薄膜晶體管。
17.—種X射線數(shù)碼攝影裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求16所述的X射線傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以在低溫下制作、并顯示出高場效應(yīng)遷移率的薄膜晶體管。本發(fā)明是具備包含氧化物半導(dǎo)體層的活性層的薄膜晶體管，活性層(12)從柵電極側(cè)起沿膜厚方向包含具有第一電子親和力χ1的第一區(qū)域A1和具有小于第一電子親和力χ1的第二電子親和力χ2的第二區(qū)域A2，并且形成以第一區(qū)域A1作為阱層、以第二區(qū)域A2和柵絕緣膜(15)作為勢壘層的阱型勢。這里，將活性層(12)設(shè)為包含由a(In2O3)·b(Ga2O3)·c(ZnO)構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層，使第二區(qū)域A2的b/(a+b)大于第一區(qū)域A1的b/(a+b)。
文檔編號H01L29/26GK102403361SQ20111026513
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者小野雅司, 田中淳, 鈴木真之, 高田真宏 申請人:富士膠片株式會社