[發明專利]薄膜晶體管及顯示裝置

有效

• 申請號: 201380045020.4
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN104603919B
• 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;安秉斗;金建熙;樸辰玄;金連洪
• 申請（專利權）人: 株式會社神戶制鋼所;三星顯示有限公司
• 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: 張玉玲

技術領域

本發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)、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)。

氧化物半導體中，特別是銦、鎵、鋅、以及氧構成的非晶氧化物半導體(In-Ga-Zn-O、以下有時稱作“IGZO”。)因具有非常高的載流子遷移率，而被優選使用。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)。

在使用氧化物半導體作為薄膜晶體管的半導體層時，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，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(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)SS值(Subthreshold Swing，使漏電流提高1位數量級所需要的柵電壓)低；(4)閾值電壓(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)在時間上不發生變化而保持穩定；并且，(5)遷移率高；等。

此外，進一步要求使用了IGZO等氧化物半導體層的TFT對于電壓施加或光照射等應力的耐受性(應力耐受性)優異。例如指出的有：在對柵電極持續施加電壓時、或持續照射在半導體層中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，閾值電壓向負側大幅地變化(偏移)，由此，TFT的開關特性變化。若由于光照射或電壓施加造成的應力導致開關特性發生變化，則會招致顯示裝置自身的可靠性降低。

另外，對于有機EL顯示器也同樣，從發光層泄漏的光會照射到半導體層上，導致閾值電壓等值散亂的問題。

由此，尤其是閾值電壓的偏移會招致具備TFT的液晶顯示器或有機EL顯示器等顯示裝置自身的可靠性降低，因此強烈希望提高應力耐受性(應力施加前后的變化量少)。

作為改善了TFT的電學特性的技術，可以舉出例如專利文獻2。專利文獻2中公開了使與形成溝道區域的氧化物半導體層相接的絕緣層(包括柵極絕緣層)的氫濃度降低到小于6×10²⁰原子/cm³，抑制氫向氧化物半導體層擴散的技術。若氫向氧化物半導體層擴散，則氧化物半導體層內的載流子變得過剩，因此，閾值電壓向負方向變動，即使在未對柵電極施加電壓的狀態(Vg＝0V)下，漏電流也流動(常導通)，成為電學特性不良的晶體管。所以在專利文獻2中記載了通過使與氧化物半導體層相接的絕緣層成為氫濃度降低了的氧化物絕緣層，從而抑制氫向氧化物半導體層擴散，從絕緣層向氧化物半導體層的缺陷供給氧，因此晶體管的電學特性變得良好。專利文獻2中記載了用于發揮該效果的絕緣層中的氫濃度必須降低到小于6×10²⁰原子/cm³。另外，還記載了在利用等離子體CVD法形成這樣的降低了氫濃度的絕緣層的情況下，必須選擇分子結構中不含氫的氣體(即，不使用通常使用的SiH₄而使用SiF₄)作為堆積性氣體使用。但是，在上述專利文獻2中，完全沒有留意應力耐受性的提高(特別是對于光或偏壓應力的閾值電壓變化降低)。

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

發明要解決的課題

本發明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供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