[發(fā)明專利]薄膜晶體管和顯示裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380023934.0
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN104272463B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 森田晉也;三木綾;田尾博昭;釘宮敏洋
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 張玉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于液晶顯示器或有機EL顯示器等顯示裝置的薄膜晶體管(TFT)和具備該TFT的顯示裝置。

背景技術(shù)

非晶(非晶質(zhì))氧化物半導(dǎo)體，與通用的非晶硅(a-Si)相比，具有高載流子遷移率(也稱為場效應(yīng)遷移率。以下，有時僅稱為“遷移率”。)，光學帶隙大，能夠以低溫成膜。因此，期待其面向要求大型、高分辨率、高速驅(qū)動的新一代顯示器或耐熱性低的樹脂基板等的應(yīng)用。

作為上述氧化物半導(dǎo)體，可列舉由銦、鎵、鋅和氧構(gòu)成的非晶氧化物半導(dǎo)體(In-Ga-Zn-O，以下有時稱為“IGZO”。)。例如在非專利文獻1和2中，公開的是將In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于薄膜晶體管(TFT)的半導(dǎo)體層(活性層)。另外，在專利文獻1中公開有一種由In、Ga、Zn和O構(gòu)成的非晶氧化物半導(dǎo)體(IGZO)。

另一方面，在專利文獻2中，使用的是由銦、鋅、錫和氧構(gòu)成的非晶氧化物半導(dǎo)體(In-Zn-Sn-O，以下有時稱為“IZTO”。)。

為了應(yīng)對近年來的顯示裝置的大畫面化、高精細化和高速驅(qū)動化，就要求具有優(yōu)異的特性的材料。具體來說，就是在使用氧化物半導(dǎo)體作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體層時，不僅要求載流子遷移率高，而且還要求TFT的開關(guān)特性(晶體管特性、TFT特性)優(yōu)異。即，要求(1)通態(tài)電流(對柵電極和漏電極施加正電壓時的最大漏電流)高；(2)斷態(tài)電流(分別對柵電極施加負電壓，對漏電極施加正電壓時的漏電流)低；(3)S值(Subthreshold Swing，亞閾值擺幅，使漏電流提高1位數(shù)量級所需要的柵電壓)低；(4)閾值(向漏電極施加正電壓，向柵電壓施加正負任意一種電壓時，漏電流開始流通的電壓，也稱為閾值電壓)在時間上不發(fā)生變化而保持穩(wěn)定(意味著在基板面內(nèi)均勻)；并且，(5)遷移率高；等。

此外，要求使用上述氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管對于電壓施加或光照射等應(yīng)力的耐受性(應(yīng)力耐受性)優(yōu)異。例如指出的有：在對于柵電極持續(xù)施加電壓時、或持續(xù)照射光吸收開始的藍色波段時，在薄膜晶體管的保護膜與半導(dǎo)體層界面，電荷被捕獲，發(fā)生閾值電壓偏移這樣的開關(guān)特性變化。另外，在液晶面板驅(qū)動之時、或?qū)烹姌O施加負偏壓而使像素點亮時等情況下，從液晶元件泄漏的光會照射到薄膜晶體管上，而該光對于薄膜晶體管施加應(yīng)力而成為使特性劣化的原因。在實際使用薄膜晶體管時，若由于電壓施加造成的應(yīng)力導(dǎo)致開關(guān)特性發(fā)生變化，則會招致液晶顯示器或有機EL顯示器等顯示裝置自身的可靠性降低。因此期望應(yīng)力耐受性的提高(應(yīng)力施加前后的變化量少)。特別是，有顯示器越大型化、高速驅(qū)動化，遷移率就越高，就越要求應(yīng)力耐受性提高的傾向。

已知：上述的電壓施加或光照射等應(yīng)力導(dǎo)致的TFT特性的劣化的原因在于，在應(yīng)力施加過程中，會在氧化物半導(dǎo)體本身形成缺陷，或在氧化物半導(dǎo)體層表面與保護該氧化物半導(dǎo)體層等的保護膜的界面形成缺陷等。或者，已知：雖然在蝕刻源-漏電極時，出于防止因氧化物半導(dǎo)體層受到損傷而使TFT特性降低的目的，會在氧化物半導(dǎo)體層之上形成蝕刻阻擋層，但在這種情況下，也會在氧化物半導(dǎo)體層表面與蝕刻阻擋層的界面形成缺陷，使TFT特性降低。作為上述保護膜和蝕刻阻擋層，一般經(jīng)常使用SiO₂、Al₂O₃、HfO₂這樣的氧化物系膜。但是，在氧化物半導(dǎo)體層的表面(與保護膜或蝕刻阻擋層的界面)若有水分子和氧分子吸附，則氧化物半導(dǎo)體層中的載流子發(fā)生增減，因此發(fā)生閾值電壓的偏移，招致可靠性的降低。

為了能夠應(yīng)對像近年來這樣的顯示器的大型化、高速驅(qū)動化，進一步要求TFT特性和應(yīng)力耐受性優(yōu)異的材料。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4568828號公報

專利文獻2：日本特開2008-243928號公報

非專利文獻

非專利文獻1：固體物理，Vol44，P621(2009)

非專利文獻2：Nature，Vol432，P488(2004)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的。本發(fā)明的目的在于，提供一種具備氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的開關(guān)特性和應(yīng)力耐受性良好，特別是應(yīng)力施加前后的閾值電壓變化量小、穩(wěn)定性優(yōu)異并具有高遷移率的薄膜晶體管，以及具備該薄膜晶體管的顯示裝置。