[發明專利]氧化物半導體、薄膜晶體管和顯示裝置

有效

• 申請號: 201310338191.8
• 申請日: 2009-10-23
• 公開（公告）號: CN103474456A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 伊藤俊一;佐佐木俊成;細羽幸;坂田淳一郎
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L29/24
• 分類號: H01L29/24;H01L29/04;H01L29/786;H01L27/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 申發振

本申請是申請日為2009年10月23日、申請號為200910207022.4、發明名稱為“氧化物半導體、薄膜晶體管和顯示裝置”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及氧化物半導體、使用所述氧化物半導體的薄膜晶體管、和使用所述薄膜晶體管的顯示裝置。

背景技術

薄膜晶體管最常用的材料是氫化非晶硅（a-Si:H）。氫化非晶硅可以在300℃或更低的溫度下在襯底之上被沉積為薄膜。然而，a-Si:H的缺點是它的遷移率（在薄膜晶體管情況下為場效應遷移率）只有約1cm²/V·sec。

已知一種透明薄膜場效應晶體管，其中，作為能夠像a-Si:H那樣形成薄膜的氧化物半導體材料，同系化合物InMO₃(ZnO)_m（M為In、Fe、Ga、或Al，且m為大于或等于1且小于50的整數）被用作有源層（見專利文獻1）。

另外，已知一種薄膜晶體管，其中，電子載流子濃度小于10¹⁸/cm³的非晶氧化物被用于溝道層，并且其為包含In、Ga、和Zn的氧化物，其中In原子對Ga和Zn原子的比例為1：1：m（m<6）（見專利文獻2）。

[專利文獻1]

日本特開2004-103957

[專利文獻2]

PCT國際公開WO2005/088726

發明內容

然而，迄今為止，用傳統的使用氧化物半導體的薄膜晶體管只得到了約10³的通斷比（on-off?ratio）。換句話說，即使獲得了具有預定的導通電流的薄膜晶體管，也不能被考慮作為常斷型（normally-off?type），因為截止電流太大。因此，薄膜晶體管還沒有達到實際應用的水平。這樣的約10³的通斷比處于使用傳統的使用非晶硅的薄膜晶體管能夠容易地達到的水平。

本發明的目的是提高使用金屬氧化物的薄膜晶體管的場效應遷移率，并通過減小截止電流來得到充分的通斷比。

根據用作示例的實施方式，氧化物半導體包含In、Ga、和Zn作為成分，并且具有其中Zn的濃度低于In和Ga的濃度的組成。氧化物半導體優選地具有非晶結構。

根據用作示例的實施方式，氧化物半導體由InMO₃(ZnO)_m（M為選自Ga、Fe、Ni、Mn、Co、和Al中的一種或多種元素，且m為大于或等于1且小于50的非整數）表示，并具有其中Zn的濃度低于In和M（M為選自Ga、Fe、Ni、Mn、Co、和Al中的一種或多種元素）的濃度的組成。氧化物半導體優選地具有非晶結構。

此處，m優選地為大于或等于1且小于50的非整數，更優選地為小于10。雖然m可以為大于或等于50的非整數，但是m數值上的增加使得難以維持非晶態。

根據用作示例的實施方式，在薄膜晶體管中，根據上述實施方式的任意的氧化物半導體的層被用作溝道形成區。氧化物絕緣層優選地被配置成與氧化物半導體層相接觸。更優選的是，氧化物絕緣層被配置于氧化物半導體層的上方和下方。氮化物絕緣層優選地被配置于氧化物半導體層的外部。

根據用作示例的實施方式，在顯示裝置中，對于至少一個像素，配置根據上述實施方式的任意的薄膜晶體管。

根據用作示例的實施方式，在顯示裝置中，對于至少一個像素和用于控制要傳輸到配置于像素中的薄膜晶體管的信號的驅動電路，配置根據任意的上述實施方式的薄膜晶體管。

關于被包含作為氧化物半導體的成分的In、Ga、和Zn，Zn的濃度被設定為低于In和Ga的濃度，由此可以降低載流子濃度，并且，氧化物半導體可以具有非晶結構。

此類氧化物半導體層被用作溝道形成區，由此可以降低薄膜晶體管的截止電流并且可以提高其通斷比。

附圖說明

圖1A為具有氧化物半導體層的TFT的結構的俯視圖，圖1B為上述結構的截面圖。

圖2A為具有氧化物半導體層的TFT的結構的俯視圖，圖2B為上述結構的截面圖。

圖3A為具有氧化物半導體層的TFT的結構的俯視圖，圖3B為上述結構的截面圖。

圖4A和4B為具有氧化物半導體層的TFT的結構的截面圖。

圖5為包括具有氧化物半導體層的TFT的顯示裝置的一種方式的框圖。

圖6為包括具有氧化物半導體層的TFT的選擇器電路的結構的電路圖。

圖7為選擇器電路的工作示例的時序圖。