[發明專利]薄膜晶體管和顯示裝置

有效

• 申請號: 201110156387.6
• 申請日: 2011-06-10
• 公開（公告）號: CN102290442A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 寺井康浩;福本繪理;荒井俊明
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336;H01L21/77;H01L27/32
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

相關申請的參考

本申請要求于2010年6月17日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP?2010-138375的優先權，其全部內容結合于此作為參考。

技術領域

本發明涉及利用氧化物半導體的薄膜晶體管(TFT)和包括該薄膜晶體管的顯示裝置。

背景技術

氧化物半導體，例如氧化鋅和氧化鋅銦鎵(IGZO)具有作為半導體器件的有源層的優越特性，并且近年來已經發展施加至TFT、發光器件、透明導電薄膜等。

例如，氧化物半導體TFT比已經在液晶顯示裝置中應用的具有非晶硅(a-Si:H)溝道的TFT具有更高的電子遷移率，并且因此具有優越的電氣特性。此外，可以預期即使在室溫左右的低溫下形成的溝道也具有高遷移率。

然而，氧化物半導體沒有足夠的耐熱性。眾所周知，在TFT制造過程中通過熱處理將氧原子、鋅原子等分散在氧化物半導體中來形成晶格缺陷。該晶格缺陷產生淺雜質水平以降低氧化物半導體層的電阻。因此，在具有氧化物半導體有源層的TFT中，即使未施加柵極電壓(常開操作或耗盡操作)也有漏極電流流過。因此，隨著缺陷水平的增加閾值電壓降低，并且因此漏極電流增大。

據報道，氫是一種可以在氧化物半導體中產生淺雜質水平的元素(例如，Cetin?Kilic等，“n-Type?doping?of?oxides?by?hydrogen”，Applied?Physics?Letters，第81卷，No.1，第73-75頁，2002年7月1日)。因此，在TFT制造過程中引入的氫或其他元素，和晶格缺陷一起，很可能影響氧化物半導體TFT的特性。因此在具有氧化物半導體溝道的晶體管中，溝道中的載流子濃度趨于增加，并且閾值電壓容易變為負。

由于在具有氧化物半導體溝道的TFT中形成P-溝道是困難的，所以僅由N-溝道晶體管構成電路。在這種情況下，如果閾值電壓是負的，則電路結構變得不合要求地復雜。為了解決該問題，建議控制閾值電壓。所述閾值電壓通過下面的等式表達：

VTH=φMS-QfCOX+2φf+2ϵsϵ0qNA2φfCOX]]>

在該等式中，V_Th代表閾值電壓，代表在柵極和氧化物半導體層之間的功函差，Q_f代表固定電荷，C_OX代表柵極絕緣膜的電容，代表用作溝道的氧化物半導體層的費密能級(Fermi?level)，N_A代表受體(acceptor)濃度，ε_S代表氧化物半導體層的介電常數，和ε₀代表真空介電常數。

通過摻雜在溝道和柵極絕緣膜之間的界面處的溝道的一部分，或者通過改變氧化物半導體的構成元素的比例來改變用作溝道的氧化物半導體的費密能級，可以改變TFT的閾值電壓(例如，日本待審專利申請公布(PCT申請的譯本)第2007-519256號和日本待審專利申請公布第2008-85048號。

發明內容

然而，溝道的摻雜可能導致TFT性能的劣化。通常，通過濺射法由多元素材料形成氧化物半導體有源層。因此，如果通過濺射法進行溝道的摻雜，則由于有源層由多元素制成，所以難以控制有源層的組分比率。