氧化物半導體、薄膜晶體管以及顯示裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2009年10月23日、申請?zhí)枮?00910207023. 9、發(fā)明名稱為"氧 化物半導體、薄膜晶體管以及顯示裝置"的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種氧化物半導體，其中使用了該氧化物半導體的薄膜晶體管，以及 其中使用了該薄膜晶體管的顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 氫化的非晶（amorphous)娃（a_Si:H)主要被用作用于薄膜晶體管的材料。氫化 的非晶硅可以在300°C或更低的低溫被淀積為薄膜。但是，a-Si :H具有的缺點在于，它僅僅 有約lcm2/V · sec的迀移率（在薄膜晶體管的情況下為場效應(yīng)迀移率）。
[0004] 公開了一種透明的薄膜場效應(yīng)晶體管，其中同系化合物（homologous compound) InMO3 (ZnO) " (Μ是In、Fe、Ga或Al，以及m是大于或等于1且小于50的整數(shù)）的薄膜，其作 為可以形成為如同a-Si:H-樣的薄膜的氧化物半導體，被用作有源層（參見專利文獻1)。
[0005] 此外，公開了一種薄膜晶體管，其中電子載流子濃度小于IOisVcm3的非晶氧化物 被用于溝道層，且其是包含In、Ga和Zn的氧化物，這里In原子與Ga和Zn原子的比率是 I: l:m(m〈6)(參見專利文獻2)。
[0006] [專利文獻1]
[0007] 日本公布的專利申請No. 2004-103957 [0008][專利文獻2]
[0009] PCT 國際公開 No. 05/088726

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 但是，利用其中使用氧化物半導體的常規(guī)薄膜晶體管僅僅獲得約IO3的通斷比 (on-off ratio)。換句話說，即使薄膜晶體管具有預定的導通電流（on current)，只要關(guān)斷 電流（off current)是大的，它就不能是常斷型（normally-off type)。因此，薄膜晶體管 不具有用作顯示面板的驅(qū)動元件的優(yōu)點。這是因為甚至用其中使用非晶硅的常規(guī)薄膜晶體 管也可以容易地實現(xiàn)約IO 3的通斷比。
[0011] 本發(fā)明的目的是控制氧化物半導體的組分或缺陷。本發(fā)明的另一目的是增加薄膜 晶體管的場效應(yīng)迀移率以及獲得足夠通斷比并抑制關(guān)斷電流。
[0012] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，一種氧化物半導體包含作為成分的In、Ga和Zn， 且還包含氫。該氧化物半導體可以包含諸如氟或氯的鹵素，以便該氧化物半導體具有與氫 的等效的效果。該氧化物半導體包含作為成分的In、Ga和Zn，以及Zn的濃度優(yōu)選低于In 的濃度和Ga的濃度。此外，該氧化物半導體優(yōu)選具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0013] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，一種氧化物半導體由InMO3(ZnO)n表示（M是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一種或多種元素，以及η是大于或等于1且小于50的非整數(shù)）， 且還包含氫。在該情況下，Zn的濃度優(yōu)選低于In的濃度和M的濃度（Μ是選自Ga、Fe、Ni、 Mn、Co和Al的一種或多種元素）。此外，該氧化物半導體優(yōu)選具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0014] 這里，η優(yōu)選是大于或等于1且小于50的非整數(shù)，更優(yōu)選小于10。盡管η可以是 大于或等于50的非整數(shù)，但是η的值的增加使得難以保持非晶態(tài)。結(jié)果，不能獲得足夠的 氫的修復缺陷的效果。
[0015] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，氧化物半導體是包含In、Ga以及Zn的氧化物，其 中In原子與Ga和Zn原子的比率是I: I: X (x〈 10)，并且還包含氫。此外，該氧化物半導體優(yōu) 選具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0016] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，一種氧化物半導體由InMO3(ZnO)ni表示（M是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一種或多種元素，m是大于或等于1且小于50的整數(shù)），且還包 含氫。此外，該氧化物半導體優(yōu)選具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0017] 這里，m優(yōu)選是大于或等于1且小于50的整數(shù)，更優(yōu)選小于10。m值增加太多使 得難以保持非晶態(tài)。結(jié)果，不能獲得足夠的氫的修復缺陷的效果，并增加了導電性；因此，不 能獲得常斷晶體管。
[0018] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，在薄膜晶體管中，使用根據(jù)上述實施例的任意氧 化物半導體作為溝道形成區(qū)。優(yōu)選與氧化物半導體接觸地提供一種含氫的氧化物絕緣層。 更優(yōu)選，在該氧化物半導體的上下側(cè)中的每一側(cè)上提供該含氫的氧化物絕緣層。優(yōu)選在該 氧化物半導體外面提供氮化物絕緣層。
[0019] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，在顯示裝置中，為至少一個像素提供任意的上述 實施例的薄膜晶體管。
[0020] 根據(jù)被給出作為例子的實施例，在顯示裝置中，為至少一個像素和驅(qū)動器電路提 供上述實施例的薄膜晶體管，該驅(qū)動器電路用于控制要被傳輸?shù)皆撓袼刂刑峁┑谋∧ぞw 管的信號。
[0021] 在該氧化物半導體中還包含作為成分的氫，由此可以減少氧化物半導體的缺陷。
[0022] 在被包含作為該氧化物半導體的成分的In、Ga和Zn中，Zn濃度低于In的濃度和 Ga的濃度，由此可以減小載流子濃度，并且該氧化物半導體也可以具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0023] 這種氧化物半導體被用作溝道形成區(qū)，由此可以減小薄膜晶體管的關(guān)斷電流，以 及可以增加其通斷比。
【附圖說明】
[0024] 在附圖中：
[0025] 圖IA是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖IB是圖示該 TFT的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0026] 圖2A是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖2B是圖示該 TFT的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0027] 圖3A是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖3B是圖示該 TFT的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0028] 圖4A和4B是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0029] 圖5是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的顯示裝置的一種模式的視 圖；
[0030] 圖6是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的選擇器電路的結(jié)構(gòu)的電路 圖；
[0031] 圖7是圖示了選擇器電路的操作的例子的時序圖；
[0032] 圖8是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的移位寄存器的框圖；
[0033] 圖9是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的觸發(fā)器電路的電路圖；
[0034] 圖10是包括其中使用了氧化物半導體的TFT和發(fā)光元件的像素的等效電路圖；
[0035] 圖11是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的發(fā)光裝置的像素結(jié)構(gòu)的平 面圖；
[0036] 圖12A和12B是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的發(fā)光裝置的像素結(jié) 構(gòu)的剖面圖；
[0037] 圖13A至13C是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的發(fā)光裝置的輸入端 部分的結(jié)構(gòu)的視圖；
[0038] 圖14是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的反差媒質(zhì)（contrast medium)顯示裝置（電子紙）的結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0039] 圖15是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的液晶顯示裝置的像素結(jié)構(gòu) 的平面圖；
[0040] 圖16是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的液晶顯示裝置的像素結(jié)構(gòu) 的剖面圖；
[0041] 圖17是示出了氧化物半導體（在淀積之后，在350°C的熱處理之后，以及在500°C 的熱處理之后）的X射線衍射圖形的曲線圖；
[0042] 圖18是示出了通過二次離子質(zhì)譜法的氧化物半導體的組分評估的結(jié)果的曲線 圖；以及
[0043] 圖19是示出了薄膜晶體管的柵電壓（Vg)-漏電流（Id)特性的曲線圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面，將參考附圖描述所公開的本發(fā)明的實施例。注意，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易 理解，所公開的本發(fā)明可以以許多不同的模式進行，并且在此公開的模式和細節(jié)可以用多 種方式進行改進而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，所公開的本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限 于以下實施例的描述。
[0045] (氧化物半導體⑴）
[0046] 根據(jù)被給出作為例子的本實施例的氧化物半導體包含作為成分的In、Ga和Zn，還 包含氫。例如，根據(jù)被給出作為例子的本實施例的氧化物半導體是包含氫并由InMO 3(ZnO)n 表示的氧化物半導體（下面，為了方便起見，這種氧化物半導體也被稱為"第一氧化物半導 體"）。這里，M表示選自68、？6、附、]\111、&3和41的一種或多種金屬元素。例如，除了63被 包含作為M的情況之外，還有Ga和除Ga以外的上述金屬元素的情況，例如，Ga和Ni或者 Ga和Fe被包含作為M。此外，在以上的氧化物半導體中，在某些情況下，除被包含作為M的 金屬元素之外，還包含諸如Fe或Ni的過渡金屬元素或者過渡金屬的氧化物作為雜質(zhì)元素。
[0047] 在由InMO3 (ZnO) n(M是選自Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一種或多種元素，以及η是 大于或等于1且小于50的非整數(shù)）表示的第一氧化物半導體中，η表示大于或等于1且小 于50的非整數(shù)。已知其晶態(tài)中的組分由InGaO3(ZnO)n表示的、其中η是大于或等于1且小 于50的整數(shù)的氧化物半導體。但是，考慮到制造過程中的控制，InMO 3(ZnO)n其中η是非整 數(shù)的組分是優(yōu)選的，在該情況下，容易進行控制。此外，η優(yōu)選是非整數(shù)，以便穩(wěn)定地保持第 一氧化物半導體的非晶結(jié)構(gòu)。
[0048] 這里，η優(yōu)選是大于或等于1且小于50的非整數(shù)，更優(yōu)選小于10。盡管η可以是 大于或等于50的非整數(shù)，但是η值的增加使得難以保持非晶態(tài)。結(jié)果，不能獲得足夠的氫 的修復缺陷的效果。
[0049] 通過二次離子質(zhì)譜法檢測的第一氧化物半導體膜中氫的濃度，優(yōu)選大于或等于 I X IO1Vcm3且小于或等于5 X 10 2°/cm3。第一氧化物半導體膜的表面?zhèn)壬蠚涞臐舛葍?yōu)選高于 第一氧化物半導體膜中氫的濃度。
[0050] 在由InMO3 (ZnO) n(M是選自Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Al的一種或多種元素，以及η是 大于或等于1且小于50的非整數(shù)）表示并還包含氫的第一氧化物半導體中，以下組分是優(yōu) 選的：當In、M、Zn和0的總濃度被定義為100%時，包含小于20原子％的濃度的In，包含 小于20原子％的濃度的M(例如，Ga)，以及包含小于10原子％的濃度的Zn。包含In、作為 M的Ga以及Zn的第一氧化物半導體的更優(yōu)