[發明專利]氧化物半導體、薄膜晶體管陣列基板及其制造方法和顯示裝置

有效

• 申請號: 201080029375.0
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN102473727A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 太田純史;森豪;錦博彥;近間義雅;會田哲也;鈴木正彥;中川興史;竹井美智子;春本祥征;原猛
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;G02F1/1368
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及氧化物半導體、薄膜晶體管陣列基板及其制造方法和顯示裝置。更詳細而言，涉及適合作為薄膜晶體管的溝道層的氧化物半導體、包括使用該氧化物半導體形成溝道層的薄膜晶體管的薄膜晶體管陣列基板及其制造方法和包括該薄膜晶體管陣列基板的顯示裝置。

背景技術

氧化物半導體是具有電子遷移率比非晶硅(a-Si)等硅系(類)材料高的半導體材料。例如，由于考慮到在薄膜晶體管(TFT)的溝道層使用氧化物半導體的情況下，能夠實現可靠性優異且在不施加電壓時流通的漏電流低的TFT，因此使用氧化物半導體的TFT的開發得到推進。

在氧化物半導體中包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)和氧(O)作為構成原子的四元型(quaternary)的氧化物半導體(以下也稱為IGZO半導體)，不僅遷移率高，還具有如下所述的特性，因此被認為更適合于TFT。

首先，IGZO半導體在室溫～150℃左右的比較低的溫度下能夠成膜。由于上述硅系材料在300℃以上的高溫下成膜，因此在像使用膜基材的柔性基板那樣不適于高溫氣氛下的基材上不能直接形成TFT，但是，通過使用氧化物半導體，則能夠在柔性基板直接形成TFT。另外，IGZO半導體能夠用濺射裝置進行成膜，能夠通過簡易工序制造。

而且，包含IGZO半導體的薄膜能夠使可見光透過，透明性也優良。因此，也能夠應用于使用氧化銦錫(Indium?Tin?Oxide：ITO)等的透明電極的用途。

這里，IGZO半導體的特性因構成原子的組成不同而變化。因此，在專利文獻1中，關于適合作為TFT的溝道層的氧化物半導體，公開了表示構成原子的優選組成的相圖(phase?diagram)，在專利文獻2中，關于適合作為TFT等的透明電極的氧化物半導體，公開了構成原子的優選組成。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2007-281409號公報

專利文獻2：日本特開2000-44236號公報

發明內容

發明要解決的課題

具有上述專利文獻1、2中所記載的組成的IGZO半導體(氧化物半導體)和使用IGZO半導體而形成的半導體層本身，在遷移率和透明性等方面優秀。然而，例如在以半導體層作為TFT的溝道層而使用IGZO半導體時，存在不能夠維持穩定且較高的晶體管特性的情況。

這被認為是基于以下理由而導致的。TFT包括信號電極、漏極電極、柵極電極這3個端子，在信號電極與漏極電極之間設置的被稱為溝道層的區域流通電流，以施加于柵極電極的電壓來控制電流，進行導通/斷開動作。IGZO半導體構成溝道層，在溝道層形成后，進行信號電極、漏極電極的形成。進一步，還形成：用于保護TFT的保護層；和用于使形成有TFT的基板的表面平坦化的層間絕緣膜。

IGZO半導體如上所述能夠在比較低的溫度下成膜，但是存在以下情況，即，在形成電極、保護層、層間絕緣膜等時，需要比IGZO半導體的成膜溫度高的溫度，特別是，在形成保護層、層間絕緣膜時需要200℃以上的高溫。

IGZO半導體以In、Ga、Zn和O為構成原子，但是當施加比成膜溫度高的溫度時，膜所包含的氧脫離，氧的含有量發生變化。發生氧脫離時，膜的原子組成與IGZO半導體的組成(化學計量，stoichiometry)差異很大，由此，產生關斷電流(off?current，關態電流)的上升、電子遷移率的降低、晶體管特性發生滯后等現象，成為不能夠得到穩定的TFT特性的一個原因。

另外，在上述說明中，以使用IGZO半導體作為TFT的溝道層的情況為例進行說明，但是在應用于其他領域的情況下，包含成為實際產品后的IGZO半導體的膜的氧含量，有時化學計量上的偏差也較大。

另外，在上述專利文獻1中，包括有關氧化物半導體的氧含量的記載，組成的確定是利用熒光X射線分析法來確定的。該分析法雖然能夠測定膜(試樣)的表面，但是由于不具有厚度方向上的分辨率(resolution，分解度)，因此即使In、Ga和Zn的組成能夠確定，也不能夠精確地測定膜整體所包含的氧的含有量。從而，能夠認為專利文獻1中記載的氧含量，不是成為產品后的構成原子的組成，而是換算為使用IGZO半導體而形成的膜(半導體層)的組成(化學計量)時的值。

另外，在專利文獻2中包括關于氧缺損(oxygen?loss，氧損失)量的記載，氧缺損量也與陽離子相關聯，并非唯一地被決定，而是由載流子電子的量定義的，并非如本說明書中記載的氧含量那樣能夠定量地確定。