(57)【要約】【課題】理論的根拠に基づいて酸化物半導体の母材料に添加される物質を使用することによって、優れた特性を有する酸化物半導体、これを含む薄膜トランジスタ、及び薄膜トランジスタ表示板を提供する。【解決手段】  本発明の一実施形態に係る酸化物半導体は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含み、前記第１物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値から前記第２物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値を引いた値が１．３以下であることを特徴とする。【選択図】図７
2013070052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び
前記第１物質に添加される第２物質を含み、
前記第１物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値から前記第２物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値を引いた値が１．３以下であることを特徴とする酸化物半導体。
【請求項２】
前記第１物質を構成する元素のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が０．３５オングストローム（ａｎｇｓｔｒｏｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体。
【請求項３】
前記第１物質の結晶構造は、正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）構造及び八角形（ｏｃｔａｇｏｎａｌ）構造のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の酸化物半導体。
【請求項４】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の酸化物半導体。
【請求項５】
前記第１物質は、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のうちの少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の酸化物半導体。
【請求項６】
前記第１物質は亜鉛酸化物（ＺｎＯ）であり、前記第１物質に含まれている亜鉛と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が０．８以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体。
【請求項７】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が０．３５オングストローム以下であることを特徴とする請求項６に記載の酸化物半導体。
【請求項８】
前記第１物質の結晶構造は、正方晶構造及び八角形構造のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の酸化物半導体。
【請求項９】
前記第１物質は錫酸化物（ＳｎＯ）であり、前記第１物質に含まれている錫と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体。
【請求項１０】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が０．８オングストローム以下であることを特徴とする請求項９に記載の酸化物半導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体、これを含む薄膜トランジスタ、及び薄膜トランジスタ表示板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）、有機発光表示装置（ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＬＥＤ）、電気泳動表示装置（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）、及びプラズマ表示装置（ｐｌａｓｍａ  ｄｉｓｐｌａｙ）などのフラットパネル表示装置は、複数対の電界生成電極と、その間に挿入されている電気光学（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ）活性層とを含む。液晶表示装置は電気光学活性層として液晶層を含み、有機発光表示装置は電気光学活性層として有機発光層を含む。一対を構成する電界生成電極のうちの一つは、通常、スイッチング素子に接続されて電気信号の印加を受け、電気光学活性層はこのような電気信号を光学信号に変換することによって映像を表示する。
【０００３】
フラットパネル表示装置は、例えば、ＴＦＴアレイ基板（ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ａｒｒａｙ  ｐａｎｅｌ）といった、薄膜トランジスタが形成された表示板を含むことがある。薄膜トランジスタ表示板には、複数層の電極、半導体などがパターニングされ、一般的に、パターニング工程にマスク（ｍａｓｋ）を用いて形成する。
【０００４】
薄膜トランジスタ表示板において、半導体は薄膜トランジスタの特性を決定する重要な要素である。このような半導体には、非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ）が多く使用されているが、電荷移動度が低いため、高性能の薄膜トランジスタを製造することにおいて限界がある。また、多結晶シリコン（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）を使用する場合、電荷移動度が高いため、高性能の薄膜トランジスタの製造が容易であるが、原価が高く、かつ均一度が低いため、大型の薄膜トランジスタ表示板を製造することに限界がある。
【０００５】
このため、非晶質シリコンより電子移動度が高くて、且つ電流のＯＮ／ＯＦＦ率が高く、多結晶シリコンより原価が安価で、且つ均一度が高い、酸化物半導体（ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用する薄膜トランジスタに対する研究が進められている。
【０００６】
酸化物半導体として、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、錫酸化物（ＳｎＯ２）、及び亜鉛−錫酸化物（ＺｎＳｎＯ）などを使用することに関する研究が進められている。さらに、酸化物半導体の特性を改良するために、母材料に新たな物質を添加する研究が進められているが、周期律表で特別な理論的根拠なしに添加される物質を選定して薄膜トランジスタのサンプルを作成した後、その特性を検証する方法であるため、非効率的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、理論的根拠に基づいて酸化物半導体の母材料に添加される物質を使用することによって、優れた特性を有する酸化物半導体、これを含む薄膜トランジスタ、及び薄膜トランジスタ表示板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る酸化物半導体は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含み、前記第１物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｉｔｙ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）値から前記第２物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値を引いた値が１．３以下であることを特徴とする。
【０００９】
前記第１物質を構成する元素のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差を０．３５オングストローム（ａｎｇｓｔｒｏｍ）以下としてもよい。
【００１０】
前記第１物質の結晶構造は、正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）構造及び八角形（ｏｃｔａｇｏｎａｌ）構造のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００１１】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００１２】
前記第１物質は、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）のうちの少なくとも一つをさらに含んでもよい。
【００１３】
前記第１物質は亜鉛酸化物（ＺｎＯ）であり、前記第１物質に含まれている亜鉛と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値を０．８以下としてもよい。
【００１４】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差を０．３５オングストローム以下としてもよい。
【００１５】
前記第１物質の結晶構造は、正方晶構造及び八角形構造のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００１６】
前記第１物質は、錫酸化物（ＳｎＯ）であり、前記第１物質に含まれている錫と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値を０．５以下としてもよい。
【００１７】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差を０．８オングストローム以下としてもよい。
【００１８】
前記第１物質の結晶構造は、正方晶構造及び八角形構造のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００１９】
本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極、ソース電極、前記ソース電極と対向するドレイン電極、前記ゲート電極と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間に位置する酸化物半導体、及び前記ゲート電極と前記ソース電極または前記ドレイン電極との間に位置するゲート絶縁膜を含み、前記酸化物半導体は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含み、前記第１物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値を引いた値が１．３以下であることを特徴とする。
【００２０】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差を０．３５オングストローム以下としてもよい。
【００２１】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００２２】
前記第１物質は、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）をさらに含んでもよい。
【００２３】
前記ゲート電極は前記酸化物半導体の下に配置し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記酸化物半導体の上に配置してもよい。
【００２４】
前記ゲート電極は前記酸化物半導体の上に配置し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は前記酸化物半導体の下に配置してもよい。
【００２５】
本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタ表示板は、基板、前記基板上に配置して、ゲート電極を含むゲート線、前記ゲート線の上に配置するゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜の上に配置する酸化物半導体、前記酸化物半導体の上に配置して、ソース電極と接続されるデータ線、前記酸化物半導体の上で前記ソース電極と対向するドレイン電極、及び前記データ線の上に配置する保護膜を含み、前記酸化物半導体は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含み、前記第１物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素（Ｏ）との電気陰性度差値を引いた値が１．３以下であることを特徴とする。
【００２６】
前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差を０．３５オングストローム以下としてもよい。
【００２７】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００２８】
前記第１物質は、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）をさらに含んでもよい。
【００２９】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体と接触させてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、電気陰性度差とイオン半径差を考慮して、酸化物半導体の母材料に添加される元素を選択して用いることによって、薄膜トランジスタの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質の電気陰性度差を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質のイオン半径差を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質のイオン半径差を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質のイオン半径差を示すグラフである。
【図５】電荷の移動度と電気陰性度差の関係を示すグラフである。
【図６】しきい電圧とイオン半径差の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ表示板の平面図である。
【図１０】図９の薄膜トランジスタ表示板をＸ−Ｘ’線に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容を徹底で、かつ完全なものとなるようにし、そして当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供するものである。
【００３３】
図面において、層及び領域の厚さは明確性を期するために誇張して示した。また、層が他の層または基板「上」にあると言及される場合に、それは他の層または基板上に直接形成されるか、またはそれらの間に第３の層が介してもよい。明細書の全体にわたって同一の参照番号と表示された部分は同一の構成要素を意味する。
【００３４】
以下、本発明の実施形態に係る酸化物半導体について詳細に説明する。
【００３５】
本実施形態に係る酸化物半導体は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質を含む。ここで、前記第１物質は、亜鉛酸化物、錫酸化物、亜鉛−錫酸化物を含む。
【００３６】
本実施形態に係る酸化物半導体は、前記第１物質に添加される第２物質を含む。前記第２物質は下記のような条件を考慮して選ばれる。
【００３７】
第一条件は、第１物質を構成する元素と酸素との電気陰性度（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｇａｔｉｖｉｔｙ）差から、第２物質を構成する元素と酸素との電気陰性度差を引いた値が、予め設定された値以下である。例えば、第１物質を構成する元素が亜鉛（Ｚｎ）または錫（Ｓｎ）であり、第２物質を構成する元素を元素Ｘ（ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｘ）とする場合、電気陰性度差は下記式（１）の通りに表わされる。
【数１】
2013070052.tif 000003
【００３８】
ここで、式|Ｅｘ|は、元素Ｘの電気陰性度の絶対値を示す。例えば、Ｅｏは、酸素の電気陰性度を示し、ＥＺｎは、亜鉛の電気陰性度を示し、ＥＳｎは、錫の電気陰性度を示す。
【００３９】
第二条件は、第１物質を構成する元素のイオン半径と第２物質を構成する元素のイオン半径との差が、予め設定された値以下である。
【００４０】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうち少なくとも一つを含む。
【００４１】
前記第１物質には、インジウムまたはガリウムがさらに含まれてもよい。しかし、インジウム及びガリウムは、原価が非常に高いため、代替的な実施形態に係る酸化物半導体においてはインジウム及びガリウムを含まないことがある。
【００４２】
前記第一条件において、予め設定された値は母材料の第１物質によって変更されてもよい。以下、母材料が亜鉛−錫酸化物である場合について説明する。
【００４３】
図１は、本発明の実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質の電気陰性度差を示すグラフである。下記表１及び表２は、図１のグラフを示すためのデータ値を示す。亜鉛（Ｚｎ）の電気陰性度値は１．６５であり、錫（Ｓｎ）の電気陰性度値は１．９６であり、酸素（Ｏ）の電気陰性度値は３．４４である。
【表１】
2013070052.tif 000004
【表２】
2013070052.tif 000005
【００４４】
図１、表１及び表２を参照すれば、ガリウム、アルミニウム、ニオビウム、チタニウム、タンタルなどの元素と酸素との電気陰性度差が、母材料である亜鉛及び錫それぞれと酸素との電気陰性度差と比較すると、相対的にその差が少なく現れることが確認できる。
【００４５】
図２乃至図４は、本発明の実施形態に係る酸化物半導体を構成する物質のイオン半径差を示すグラフである。
【００４６】
図２は、本実施形態による酸化物半導体の母材料に該当する亜鉛及び錫の結晶構造が正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ）構造である場合、第１物質を構成する亜鉛及び錫それぞれと第２物質を構成する元素とのイオン半径差を示し、図３は、亜鉛及び錫の結晶構造が八角形（ｏｃｔａｇｏｎａｌ）構造である場合、第１物質を構成する亜鉛及び錫それぞれと第２物質を構成する元素とのイオン半径差を示す。
【００４７】
図４は、図２に示した正方晶構造の亜鉛と代表的ないくつかの第２物質を構成する元素とのイオン半径差（ｉｏｎｉｃ  ｒａｄｉｕｓ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を示す。下記表３及び表４は、図２乃至図４のグラフを示すためのデータ値を表わす。
【表３】
2013070052.tif 000006
【表４】
2013070052.tif 000007
【００４８】
図２乃至４、表３及び表４を参照すれば、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオビウム（Ｎｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、及びガリウム（Ｇａ）などの元素は、母材料である亜鉛及び錫それぞれとのイオン半径差が、相対的に少なく現れることがわかる。
【００４９】
本実施形態に係る酸化物半導体において、母材料が亜鉛−錫酸化物である場合、下記式（２）で求められる電気陰性度差は約１．３以下である。
【数２】
2013070052.tif 000008
【００５０】
また、第１物質を構成する元素である亜鉛及び錫それぞれのイオン半径と、前記第２物質のイオン半径との差の合計が、１．６オングストローム以下でありうる。
【００５１】
しかし、１．３以下の電気陰性度差値と、１．６オングストローム以下のイオン半径差は、酸化物半導体の母材料が変更されることによって変化し得る。例えば、前記第１物質が亜鉛酸化物（ＺｎＯ）である場合に、亜鉛と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値は０．８以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差は０．３５オングストローム以下でありうる。
【００５２】
前記第１物質が錫酸化物（ＳｎＯ）である場合に、錫と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値は０．５以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差は０．３５オングストローム以下でありうる。
【００５３】
以下、上述した酸化物半導体を含む薄膜トランジスタの特性について説明する。
【００５４】
酸化物半導体を構成する母材料と、これに添加される物質それぞれの電気陰性度と酸素の電気陰性度との差及びイオン半径差が、薄膜トランジスタの特性に及ぼす影響について調べるために行った実験例であって、電気陰性度差による電荷移動度を測定してみた。
【００５５】
図５は、本実験例による電気陰性度差と電荷移動度との関係を示すグラフであり、図６は、本実験例によるしきい電圧とイオン半径差との関係を示すグラフである。
【００５６】
図５を参照すれば、酸化物半導体を構成する母材料と、これに添加される第２物質との電気陰性度差が大きくなることによって、電荷移動度が減少することが確認できる。
【００５７】
酸化物半導体から酸素が抜け出ることを酸素空孔（ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙ）といい、酸素空孔が発生するとき、キャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の役割を果たす電子が発生しうる。母材料を構成する元素と酸素との電気陰性度差から、第２物質と酸素との電気陰性度差を引いた値が大きければ、電荷移動度が相対的に低くなる。母材料を構成する元素と酸素との電気陰性度差から、これに添加される物質と酸素との電気陰性度差を引いた値が小さければ、電荷移動度が相対的に大きくなる。これは、母材料を構成する元素と酸素との電気陰性度差から、第２物質と酸素との電気陰性度差を引いた値が相対的に大きいほど、酸素空孔が発生する確率が減り、酸素空孔の増加により発生する電子の濃度が高くなることを防止するためである。
【００５８】
図６を参照すれば、母材料を構成する元素のイオン半径と、第２物質のイオン半径との差が大きくなるにつれ、しきい電圧の変化の度合が大きくなることが確認できる。ここで、しきい電圧の変化の度合が大きければ大きいほど、薄膜トランジスタの信頼性が減少することを表わしている。
【００５９】
母材料を構成する元素のイオン半径と、第２物質のイオン半径との差が大きいほど、格子歪み（ｌａｔｔｉｃｅ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が生じて、格子間位置（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｓｉｔｅ）が形成される可能性が高くなる。そのために酸化物半導体に欠陥が発生しうる。
【００６０】
したがって、本実施形態による酸化物半導体を含む薄膜トランジスタは、電気陰性度差とイオン半径差を理論的根拠として、母材料に添加される第２物質を選定することによって、試行錯誤（ｔｒｉａｌ  ａｎｄ  ｅｒｒｏｒ）を減らし、優れた特性を有する薄膜トランジスタを製造することが可能となる。
【００６１】
以下、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、図７を参照して具体的に説明する。
【００６２】
図７は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの断面図である。
【００６３】
第１基板１１０の上にゲート電極１２４を配置する。基板１１０は絶縁基板としてもよく、例えば、プラスチックまたはガラスなどを含む。
【００６４】
ゲート電極１２４は、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀（Ａｇ）や銀合金など銀系金属、銅（Ｃｕ）、銅マンガン（ＣｕＭｎ）のような銅合金など銅系金属、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、及びチタニウム（Ｔｉ）などを含み得る。また、ゲート電極１２４は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ＺｎＯ）などの透明性導電物質を含んでもよい。ゲート電極１２４は、二つ以上の導電膜（図示せず）を含む多重膜構造を有することも可能である。
【００６５】
ゲート電極１２４の上にゲート絶縁膜１４０を配置する。ゲート絶縁膜１４０は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、ＳｉＯＮ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、及び有機絶縁物質などを含み得る。ゲート絶縁膜１４０は、二つ以上の絶縁膜（図示せず）を含む多重膜構造を有することも可能である。例えば、ゲート絶縁膜１４０の上層部はＳｉＯｘ、下層部はＳｉＮｘとすることができ、または、上層部はＳｉＯｘ、下層部はＳｉＯＮとすることができる。酸化物半導体１５４と接触するゲート絶縁膜１４０が酸化物を含むことにより、チャネル層の劣化を防止することができる。
【００６６】
薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜１４０上に配置された酸化物半導体１５４をさらに含む。
【００６７】
酸化物半導体１５４は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含む。ここで、酸化物半導体１５４は、亜鉛酸化物、錫酸化物、亜鉛−錫酸化物を含み得る。前記第２物質は下記のような条件を考慮して選ばれる。
【００６８】
第一条件は、第１物質を構成する元素と酸素との電気陰性度差から、第２物質を構成する元素と酸素との電気陰性度差を引いた値が、予め設定された値以下である。例えば、第１物質を構成する元素が亜鉛（Ｚｎ）または錫（Ｓｎ）であり、第２物質を構成する元素を元素Ｘとする場合、電気陰性度差は下記式（１）のように表わされる。
【数３】
2013070052.tif 000009
【００６９】
ここで、式|Ｅｘ|は、元素Ｘの電気陰性度の絶対値を示す。
【００７０】
第二条件は、第１物質を構成する元素のイオン半径と、第２物質を構成する元素のイオン半径との差が、予め設定された値以下である。
【００７１】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含み得る。
【００７２】
前記第１物質にインジウムまたはガリウムがさらに含まれても良い。しかし、インジウム及びガリウムは原価が非常に高いため、本実施形態による酸化物半導体はインジウム及びガリウムを含まなくても良い。
【００７３】
前記第一条件において、予め設定された値は母材料である第１物質によって変更できる。本発明の一実施形態として、母材料が亜鉛−錫酸化物の場合、下記式（２）を用いて決定される電気陰性度差が約１．３以下でありうる。
【数４】
2013070052.tif 000010
【００７４】
また、第１物質を構成する元素である亜鉛及び錫それぞれのイオン半径と、前記第２物質のイオン半径との差の合計が約１．６オングストローム以下でありうる。
【００７５】
しかし、本発明は、上述した約１．３以下の電気陰性度差値と約１．６オングストローム以下のイオン半径差値に限定されるものではなく、酸化物半導体の母材料が変更されることによって変化され得る。例えば、前記第１物質が亜鉛酸化物（ＺｎＯ）である場合に、亜鉛と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が約０．８以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が約０．３５オングストローム以下でありうる。
【００７６】
前記第１物質が錫酸化物（ＳｎＯ）である場合に、錫と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が約０．５以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が約０．３５オングストローム以下でありうる。
【００７７】
図８は、本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタの断面図である。
【００７８】
図８の薄膜トランジスタは、ゲート電極１２４が酸化物半導体１５４の上に位置し、ソース電極１７３とドレイン電極１７５が酸化物半導体１５４の下に位置することが、図７の薄膜トランジスタとの差異点である。各構成要素の材料、多重膜構造、酸化物半導体などに対する説明は、図７の薄膜トランジスタの説明が実質的にそのまま適用される。
【００７９】
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタ表示板について、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。以下、液晶表示装置に利用される薄膜トランジスタ表示板を例として挙げて説明する。しかし、薄膜トランジスタ表示板は、例えば、有機発光表示装置などの他の形態のフラットパネル表示装置に応用することができる。
【００８０】
図９は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ表示板の平面図である。図１０は、図９に示す薄膜トランジスタ表示板１００をＸ−Ｘ’線に沿って切断した断面図である。
【００８１】
例えば、ガラス又はプラスチックなどからなる絶縁性基板１１０の上に、ゲート線１２１（１２９）、ゲート電極１２４、維持電極線（ｓｔｏｒａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｌｉｎｅ）１３１、及び維持電極１３７を配置する。ゲート線１２１は、ゲート信号を送信し、ほぼ行方向に延びており、上に突出した複数のゲート電極１２４及びゲート線１２１の端部１２９を含む。しかし、ゲート電極の端部１２９は省略してもよい。
【００８２】
維持電極線１３１は、所定電圧の印加を受け、ゲート線１２１と実質的に平行に延びており、ほぼ四角形の維持電極１３７を含む。このとき、維持電極線１３１と維持電極１３７の形状と配置は多様に変形され得る。しかし、維持電極線１３１と維持電極１３７は省略してもよい。
【００８３】
ゲート線１２１（端部１２９を含む）及び維持電極線１３１は、アルミニウムやアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀や銀合金など銀系金属、銅、銅マンガンのような銅合金など銅系金属、モリブデンやモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム、タンタル、及びチタニウムなどを含んでもよい。または、ゲート線１２１（端部１２９を含む）及び維持電極線１３１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯなどの透明性導電物質で形成してもよい。ゲート線１２１、１２９及び維持電極線１３１は、二つ以上の導電膜（図示せず）を含む多重膜構造を有してもよい。
【００８４】
薄膜トランジスタ表示板１００は、ゲート線１２１及び維持電極線１３１の上に配置されたゲート絶縁膜１４０を含む。ゲート絶縁膜１４０は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ＳｉＯＮ、及び有機絶縁物質などを含み得る。ゲート絶縁膜１４０は、二つ以上の絶縁膜（図示せず）を含む多重膜構造を有することも可能である。例えば、ゲート絶縁膜１４０の上層部は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、下層部は窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）とすることができ、または、上層部は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、下層部は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）とすることができる。酸化物半導体１５４と接触するゲート絶縁膜１４０が酸化物を含む場合、チャネル層の劣化を防止することができる。
【００８５】
薄膜トランジスタ表示板１００は、ゲート絶縁膜１４０の上に配置された酸化物半導体１５４を含む。酸化物半導体１５４は、亜鉛（Ｚｎ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも一つの元素を含む第１物質、及び前記第１物質に添加される第２物質を含む。ここで、酸化物半導体１５４は、亜鉛酸化物、錫酸化物、及び亜鉛−錫酸化物を含み得る。前記第２物質は下記のような条件を考慮して選ばれる。
【００８６】
第一条件は、第１物質を構成する元素と酸素との電気陰性度差から、第２物質を構成する元素と酸素との電気陰性度差を引いた値が、予め設定された値以下である。例えば、第１物質を構成する元素が亜鉛（Ｚｎ）または錫（Ｓｎ）であり、第２物質を構成する元素を元素Ｘとする場合、電気陰性度差は下記式（１）のように表わされる。
【数５】
2013070052.tif 000011
【００８７】
ここで、式|Ｅｘ|は、元素Ｘの電気陰性度の絶対値を示す。例えば、Ｅｏは酸素の電気陰性度を示し、ＥＺｎは、亜鉛の電気陰性度を示し、ＥＳｎは、錫の電気陰性度を示す。
【００８８】
第二条件は、第１物質を構成する元素のイオン半径と、第２物質を構成する元素のイオン半径との差が、予め設定された値以下である。
【００８９】
前記第２物質は、イットリウム（Ｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、バナジウム（Ｖ）、チタニウム（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、及びシリコン（Ｓｉ）のうちの少なくとも一つを含み得る。
【００９０】
前記第１物質にインジウムまたはガリウムがさらに含まれても良い。しかし、インジウム及びガリウムは原価が非常に高いため、他の実施形態に係る酸化物半導体はインジウム及びガリウムを含まなくても良い。
【００９１】
前記第一条件において、予め設定された値は母材料である第１物質によって変更され得る。母材料が亜鉛−錫酸化物である場合は、下記式（２）で電気陰性度差が約１．３以下でありうる。
【数６】
2013070052.tif 000012
【００９２】
また、第１物質を構成する元素である亜鉛及び錫それぞれのイオン半径と、前記第２物質のイオン半径との差の合計が、約１．６オングストローム以下でありうる。
【００９３】
しかし、約１．３以下の電気陰性度差値と約１．６オングストローム以下のイオン半径差値は、酸化物半導体の母材料が変更されることによって変化し得る。例えば、前記第１物質が亜鉛酸化物（ＺｎＯ）である場合に、亜鉛と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が約０．８以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が約０．３５オングストローム以下でありうる。
【００９４】
前記第１物質が錫酸化物（ＳｎＯ）である場合に、錫と酸素との電気陰性度差値から、前記第２物質と酸素との電気陰性度差値を引いた値が約０．５以下でありうる。また、前記第１物質のイオン半径と前記第２物質のイオン半径との差が約０．３５オングストローム以下でありうる。
【００９５】
薄膜トランジスタ表示板１００は、酸化物半導体１５４の上に配置される、データ線１７１（端部１７９を含む）、ソース電極１７３、及びドレイン電極（ｄｒａｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１７５を含んでもよい。酸化物半導体１５４とデータ線１７１、（端部１７９を含む）との間には、不純物がドープされたオーミックコンタクト層が配置されてもよい。また、代替的な実施形態としては、酸化物半導体１５４とデータ線１７１（端部１７９を含む）との間には、不純物がドープされたオーミックコンタクト層が配置されなくともよい。データ線１７１はデータ電圧を送信し、ほぼ列方向に延びてゲート線１２１と交差する。データ線１７１はデータ線１７１の端部１７９を含み、ゲート電極１２４の上にＵ字状に曲がったソース電極１７３と接続されている。しかし、これに限定されず、ソース電極１７３の形状は多様に変更可能である。
【００９６】
ドレイン電極１７５は、データ線１７１から分離されており、狭い部分（ｎａｒｒｏｗ  ｐｏｒｔｉｏｎ）と拡張部（ｗｉｄｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）１７７を含む。狭い部分はソース電極１７３によって取り囲まれた端部を含み、拡張部１７７はほぼ四角形であり、維持電極１３７と重畳する。ドレイン電極１７５の拡張部１７７は維持電極１３７とほぼ同じ面積を有していてもよい。
【００９７】
データ線１７１（端部１７９を含む）、ソース電極１７３、及びドレイン電極１７５（拡張部１７７を含む）は、アルミニウムやアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀や銀合金など銀系金属、銅や銅マンガンのような銅合金など銅系金属、モリブデンやモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム、タンタル、及びチタニウムなどを含んでもよい。例えば、モリブデン合金としては、Ｍｏ−Ｎｂ、Ｍｏ−Ｔｉがある。また、データ線１７１（端部１７９を含む）、ソース電極１７３、及びドレイン電極１７５（拡張部１７７を含む）は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯなどの透明性導電物質で形成されてもよい。データ線１７１（端部１７９を含む）、ソース電極１７３、及びドレイン電極１７５（拡張部１７７を含む）は、二つ以上の導電膜（図示せず）を含む多重膜構造を有することも可能である。例えば、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ、Ｍｏ／Ａｌ、Ｍｏ／Ｃｕ、ＣｕＭｎ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｃｕなどがある。
【００９８】
一方、ゲート電極１２４、ソース電極１７３、及びドレイン電極１７５は、酸化物半導体１５４とともに薄膜トランジスタを構成し、薄膜トランジスタのチャネルは、ソース電極１７３とドレイン電極１７５の間の半導体１５４に配置される。ドレイン電極１７５は画素電極１９１に接続されて、駆動電圧を印加することができる。
【００９９】
酸化物半導体１５４、データ線１７１（端部１７９を含む）、及びドレイン電極１７５（拡張部１７７を含む）は、実質的に同一の平面形状を有することができる。ただし、データ線１７１、１７９、ソース電極１７３及びドレイン電極１７５、１７７は、薄膜トランジスタのチャネルを覆わない。酸化物半導体１５４、データ線１７１、１７９、及びドレイン電極１７７をそれぞれ含む３つの層が順次に全面に塗布された後、１枚のマスクを用いてパターニングされて形成されてもよい。しかし、酸化物半導体１５４とデータ線１７１、１７９がそれぞれ１枚のマスクを用いて形成されてもよい。
【０１００】
データ線１７１、１７９とドレイン電極１７５の上には窒化ケイ素、酸化ケイ素、及び酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）などを含む保護膜１８０を配置する。保護膜１８０は有機絶縁物質を含み得る。保護膜１８０は多重膜構造を有してもよい。例えば、保護膜１８０は、上層及び下層を含んでもよい。。例えば、保護膜１８０の下部は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、上部は窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）とすることができ、または、下部は酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、上部は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）とすることができる。酸化物半導体１５４と接触する保護膜１８０が酸化物を含む場合、チャネル層の劣化を防止することができる。保護膜１８０は、ドレイン電極１７７を露出する第１コンタクトホール１８５と、ゲート線１２１の端部１２９を露出する第２コンタクトホール１８１と、データ線の端部１７９を露出する第３コンタクトホール１８２とを含む。第１コンタクトホール１８５を通じて画素電極１９１とドレイン電極１７７が接続されている。第２コンタクトホール１８１を通じて連結部材８１とゲート線１２１の端部１２９が接続され、第３コンタクトホール１８２を通じて連結部材８２とデータ線の端部１７９が接続されている。
【０１０１】
保護膜１８０の上に画素電極１９１を配置する。画素電極１９１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、及びＡＺＯなどを含む透明な導電性酸化物を含み得る。連結部材８１、８２は、ゲート線の端部１２９の上、またはデータ線の端部１７９の上に配置される。連結部材８１、８２は、実質的に画素電極１９１と同じ材料で形成することができる。
【０１０２】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１２１、１２９  ゲート線
１２４  ゲート電極
１５４  酸化物半導体
１７１、１７９  データ線
１７３  ソース電極
１７５  ドレイン電極
１９１  画素電極
【図１】
2013070052.tif 000013
【図２】
2013070052.tif 000014
【図３】
2013070052.tif 000015
【図４】
2013070052.tif 000016
【図５】
2013070052.tif 000017
【図６】
2013070052.tif 000018
【図７】
2013070052.tif 000019
【図８】
2013070052.tif 000020
【図９】
2013070052.tif 000021
【図１０】
2013070052.tif 000022