[發明專利]薄膜晶體管和顯示裝置

有效

• 申請號: 201380044372.8
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN104584200B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 三木綾;森田晉也;后藤裕史;田尾博昭;釘宮敏洋
• 申請（專利權）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/316;H01L29/786
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 雒運樸

技術領域

本發明涉及用于液晶顯示器和有機EL顯示器等的顯示裝置的薄膜晶體管(TFT)、以及具備該薄膜晶體管的顯示裝置。

背景技術

非晶(非晶質)氧化物半導體與通用的非晶硅(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、高速驅動的新一代顯示器或耐熱性低的樹脂基板等的應用(專利文獻1等)。

氧化物半導體之中，特別是由銦、鎵、鋅和氧構成的非晶氧化物半導體(In-Ga-Zn-O，以下有時稱為“IGZO”。)，因為具有非常高的載流子遷移率，所以優選使用。例如在非專利文獻1和2中公開了將In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半導體薄膜用于薄膜晶體管(TFT)的半導體層(活性層)。

將氧化物半導體作為薄膜晶體管的半導體層使用時，不僅要求載流子濃度(遷移率)高，而且還要求TFT的開關特性(晶體管特性、TFT特性)優異。具體來說，有如下要求：(1)通態電流(對柵電極和漏電極施加正電壓時的最大漏電流)高；(2)斷態電流(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)SS值(Subthreshold Swing：亞閾值擺幅；使漏電流提高1個數量級所需要的柵電壓)低；(4)閾值電壓(對漏電極施加正電壓，對柵電壓施加正負任意一種電壓時，漏電流開始流通的電壓)不隨時間上發生變化而保持穩定；并且，(5)遷移率高；等。

此外，使用了IGZO等氧化物半導體層的TFT，還要求對于電壓施加或光照射等的應力的耐受性(應力耐受性)優異。例如所指出的有，對于柵電極持續施加電壓時，或持續照射在半導體層發生吸收的藍色波段的光時，在薄膜晶體管的柵極絕緣膜與半導體層界面，電荷被捕獲，由于半導體層內部的電荷的變化，所以閾值電壓向負側大幅變化(偏移)，由此導致TFT的開關特性變化。若由于光照射或電壓施加形成的應力導致開關特性變化，則招致顯示裝置自身的可靠性降低。

另外，在有機EL顯示器中也同樣，來自發光層的泄漏光照射到半導體層上，產生閾值電壓等的值發生偏差這樣的問題。

特別是像這樣的閾值電壓的偏移會招致具備TFT的液晶顯示器和有機EL顯示器等的顯示裝置自身的可靠性降低，所以迫切希望應力耐受性的提高(應力施加前后的變化量少)。

作為改善TFT的電氣特性的技術，例如，可列舉專利文獻2。在專利文獻2中公開有一種技術，其使與形成溝道區域的氧化物半導體層接觸的絕緣層(含柵極絕緣層)的氫濃度減少至低于6×10²⁰原子/cm³，以抑制氫向氧化物半導體層的擴散。若氫擴散至氧化物半導體層，則氧化物半導體層內的載流子過剩，因此，閾值電壓向負方向變動，即使在沒有向柵電極施加電壓的狀態(Vg＝0V)下，漏電流仍流通(常導通)，成為電氣特性不良的晶體管。因此在專利文獻2中記述，使與氧化物半導體層接觸的絕緣層成為氫濃度減少了的氧化物絕緣層，從而抑制氫向氧化物半導體層的擴散，因為氧從絕緣層被供給到氧化物半導體層的缺陷，所以晶體管的電氣特性變得良好。在專利文獻2中記述，用于發揮這樣的效果的絕緣層中的氫濃度需要減少至低于6×10²⁰原子/cm³。另外還記述了，以等離子體CVD法形成這樣降低了氫濃度的絕緣層時，作為堆積性氣體，必須選擇使用在分子結構中不含氫的氣體(即，不是通常所用的SiH₄，而是使用SiF₄)。然而，在上述專利文獻2中，對于應力耐受性的提高(特別是對于光或偏壓應力的閾值電壓變化的減少)完全沒有注意。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-108873號公報

專利文獻2：日本特開2012-9845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)

發明內容

發明所要解決課題

本發明鑒于上述情況而形成，其目的在于，提供一種在具備氧化物半導體層薄膜的薄膜晶體管中，對于光或偏壓應力等，閾值電壓的變化量小且應力耐受性優異的薄膜晶體管、以及具備薄膜晶體管的顯示裝置。

用于解決課題的手段