專利名稱：場效應(yīng)晶體管、顯示元件、圖像顯示裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場效應(yīng)晶體管、顯示元件、圖像顯示裝置和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉 及具有由氧化物半導(dǎo)體形成的活性層的場效應(yīng)晶體管、每個都包括場效應(yīng)晶體管的顯示元 件以及圖像顯示裝置、以及具有圖像顯示裝置的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
場效應(yīng)晶體管(FET)是用于通過施加電壓到柵極電極以取決于溝道的電場而提 供用于電子或者空穴流動的柵極，從而控制在源極電極與漏極電極之間流動的電流的晶體管。由于它的特性，將FET用作開關(guān)元件和放大元件。因?yàn)镕ET顯示出小的柵極電流， 并具有平坦的輪廓，所以與雙極晶體管相比可以容易地制造或者集成。因此，現(xiàn)在FET是用 于電子裝置的集成電路中不可缺少的元件。在有源矩陣類型顯示器中已經(jīng)將FET應(yīng)用為薄膜晶體管(TFT)。近年來，液晶顯示器、有機(jī)EL(電致發(fā)光)顯示器、電子紙等已經(jīng)作為平板顯示器 (FPD)投入實(shí)際使用中。FPD由包括TFT的驅(qū)動電路驅(qū)動，該TFT具有由無定形硅或者多晶硅形成的活性層 (active layer)。要求FPD實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大、更高清晰度、以及更高驅(qū)動速度。根據(jù)這些要 求，要求TFT具有更高載流子遷移率、特性隨時間推移改變較少、以及在面內(nèi)的較少特性變 化。然而，具有由無定形硅(a-Si)或者多晶硅(特別地，低溫多晶硅(LTPS))形成的 活性層的TFT具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因此，它難以同時滿足所有要求。例如，a-Si TFT具有用于高速驅(qū)動大屏幕LCD (Liquid Crystal Display :液晶顯 示器)的遷移率不足、以及在連續(xù)驅(qū)動時閾值電壓變動大的缺點(diǎn)。雖然LTPS-TFT具有高遷 移率，但是由于通過使用受激準(zhǔn)分子激光器退火而結(jié)晶活性層的處理，其具有閾值電壓變 化大的缺點(diǎn)；因此，不能使用用于大規(guī)模生產(chǎn)線的大尺寸母體玻璃。另外，為了實(shí)現(xiàn)輕重量、柔性、高抗震、以及便宜的顯示器，已經(jīng)研究使用諸如塑料 膜之類的柔性襯底。在這種情況下，鑒于柔性襯底的抗熱性，不可能使用在制造時需要比較高溫度的 處理的硅。為了滿足這些要求，積極開發(fā)了通過使用氧化物半導(dǎo)體形成的TFT，從其中可以預(yù) 期比無定形硅更高的載流子遷移率(例如，見專利文件1至5，以及非專利文件1和2)。專利文件1公開了一種透明半導(dǎo)體裝置，其具有由摻雜(dope) 3d過渡金屬元素的 氧化鋅等形成的透明溝道層，且不需要熱處理。專利文件2公開了具有由ZnO形成的活性層的TFT。專利文件3和4公開了一種具有包括一個或多個金屬氧化物的溝道的半導(dǎo)體裝 置，其中該金屬氧化物包括鋅(Zn)-鎵(Ga), Ig (Ca)-鎵(( )，以及鎘(Cd)-銦(In)。
專利文件5公開了一種具有由同系化合物InMO3(ZnO)m(M = 111、佝、6￡1、或者41，111 =1至49的整數(shù))薄膜形成的活性層的透明薄膜場效應(yīng)晶體管。非專利文件1公開了一種具有通過使用單一晶體^ifeO3(ZnO)5形成的溝道的TFT。非專利文件2公開了一種具有通過使用無定形h-Ga-Si氧化物形成的活性層的 TFT。非專利文件3公開了一種Mgh204_x燒結(jié)體的化學(xué)態(tài)以及光電性能。非專利文件4 公開了具有高導(dǎo)電性的Mgln204。[專利文件1]日本專利申請公開No. 2002-76356[專利文件2]美國專利No. 7067843[專利文件3]日本專利申請公開No. 2007-529119[專利文件4]美國專利No. 7297977[專利文件5]日本專利申請公開No. 2004-103957[非專利文件 1]K. Nomura，以及其他五人，"Thin-Film TransistorFabricated in Single-Crystalline Transparent Oxide Semiconductor，，，SCIENCE, VOL. 300, 2003 年 5 月 23 日，p. 1269-1272[非專利文件 2]K. Nomura,以及其他 5 人，“Room-temperature fabricationof transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxidesemiconductors”，NATURE, VOL. 432，2004 年 11 月 25 日，p. 488-492[非專禾Ij 文件3]Naoko Hikima, 以及其他4人，“New TransparentElectroconductive Oxide. 2. Chemical States and Optical-Electrical Properties ofSintered Mgln204_x，，,The Japan Society of Applied Physics and Related Societies (The 39th Spring Meeting,1992), Extended Abstracts, No. 3,30p-C~2,p.851[4] N. Ueda, UR^i^k 6 A, "New oxide phase with wide bandgap and high electroconductivity,MgIn2O4", App 1. Phys，Lett. 61 (16)，1992 年 10 月 19 日， p.1954-1955在顯示器的驅(qū)動電路中使用的TFT需要具有所謂的常關(guān)(normally-off)特性。 然而，當(dāng)&10、CdO、Cd-In氧化物以及Cd-Ga氧化物用于TFT的活性層時，容易導(dǎo)致氧空位 (vacancy)或者空隙(interstitial)金屬原子。結(jié)果，電子載流子濃度增加。因此，難以實(shí) 現(xiàn)常關(guān)特性。鑒于此，建議摻雜微量金屬以降低電子載流子濃度(見專利文件1)。但是，難以將 微量金屬均勻地?fù)诫s到大的面積上。此外，專利文件2中公開的TFT具有常關(guān)特性，其是通過在沉積活性層時準(zhǔn)確控制 氧的量而實(shí)現(xiàn)的。但是，由于窄的處理公差(裕度)，這種方法是不實(shí)際的。作為TFT的另一重要特性，在源極電極與漏極電極以及活性層之間有接觸電阻。 在專利文件3和4公開的半導(dǎo)體裝置中，Zn-fei氧化物的導(dǎo)電帶最小值的能級相當(dāng)高。因此， 難以注入電子載流子并獲得良好的結(jié)點(diǎn)(junction)(見Appl. Phys. Lett. 64，1077(1994))此外，因?yàn)榉謩e是wurtz類型以及同源類型(六方晶系)的SiO以及h-Ga-Si-O 的晶體結(jié)構(gòu)是高度各向異性的，所以需要控制薄膜的方向。因此，預(yù)期難以將該晶體結(jié)構(gòu)應(yīng) 用到大面積的顯示器上。
鑒于以上事實(shí)，提出采用活性層無定形。但是，當(dāng)Si濃度增加時，ZnO容易結(jié)晶且 In-Ga-Zn-O容易結(jié)晶以獲得高遷移率。另外，因?yàn)閔-Ga-Si-O是三元氧化物系統(tǒng)，不能容易地控制其成分。因此，當(dāng)用濺 射方法沉積^-Ga-Si-O時，存在膜成分大大偏離目標(biāo)成分的缺點(diǎn)。另外，在源極電極與漏極電極以及活性層之間，h-Ga-Si-O具有相當(dāng)高的接觸電 阻。因此，存在以下問題由于接觸電阻所導(dǎo)致的電壓降，晶體管的導(dǎo)通電流降低，且因?yàn)楦?個TFT的接觸電阻變化，所以容易導(dǎo)致TFT特性的惡化，諸如晶體管特性的變化。在本發(fā)明中，提供具有高的載流子遷移率的場效應(yīng)晶體管，其通過使用主要由成 分容易控制的兩種金屬元素形成的活性層材料形成，并具有通過抑制源極電極與漏極電極 以及活性層之間的接觸電阻到很小而改進(jìn)了的特性。因?yàn)榉菍＠募?和4中公開的Mg-^i氧化物具有高的導(dǎo)電性，所以使用該Mg-In 氧化物作為TFT的材料是不合適的。但是，通過各種重復(fù)實(shí)驗(yàn)等，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用Mg^n氧化物形成場效應(yīng)晶 體管來解決上述問題是可能的。

發(fā)明內(nèi)容
基于本發(fā)明人的上述發(fā)現(xiàn)而做出本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，場效應(yīng)晶體管包括向其施加?xùn)艠O電壓的柵極電極；用于 獲得響應(yīng)于柵極電壓的電流的源極電極以及漏極電極；鄰近源極電極和漏極電極提供的、 并由包括鎂和銦作為主要組分的氧化物半導(dǎo)體形成的活性層；以及在柵極電極與活性層之 間提供的柵極絕緣層。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電視設(shè)備的配置的框圖；圖2是用于描述圖1的圖像顯示裝置的圖；圖3是用于描述圖1的圖像顯示裝置的圖；圖4是用于描述圖1的圖像顯示裝置的圖；圖5是用于描述顯示元件的圖；圖6是用于描述有機(jī)EL元件的圖；圖7是用于描述場效應(yīng)晶體管的圖；圖8是用于描述實(shí)施例1的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖9是用于描述比較示例3的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖10是用于描述比較示例4的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖11是用于描述有機(jī)EL元件以及場效應(yīng)晶體管的布置的圖；圖12是用于描述顯示控制裝置的圖；圖13是用于描述有機(jī)EL元件以及場效應(yīng)晶體管的布置的修改示例的圖；圖14是用于描述“底部接觸底部柵極類型(bottom contact bottom gatetype)，， 場效應(yīng)晶體管的圖；圖15是用于描述“頂部接觸頂部(top)柵極類型”場效應(yīng)晶體管的圖16是用于描述“底部接觸頂部柵極類型”場效應(yīng)晶體管的圖；圖17是用于描述當(dāng)場效應(yīng)晶體管是“頂部接觸頂部柵極類型”場效應(yīng)晶體管時有 機(jī)EL元件以及場效應(yīng)晶體管的布置示例1的圖；圖18是用于描述當(dāng)場效應(yīng)晶體管是“頂部接觸頂部柵極類型”場效應(yīng)晶體管時有 機(jī)EL元件以及場效應(yīng)晶體管的布置示例2的圖；圖19是用于描述修改示例1的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖20是用于描述修改示例2的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖21是用于描述修改示例3的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖22是用于描述液晶顯示器的圖；圖23是用于描述圖22的顯示元件的圖；圖M是用于描述比較示例1的場效應(yīng)晶體管的圖；圖25是用于描述實(shí)施例2的場效應(yīng)晶體管的特性的圖；圖沈是用于描述比較示例2的場效應(yīng)晶體管的特性的圖。
具體實(shí)施例方式以下參考圖1至圖12描述本發(fā)明的實(shí)施例1。圖1示出作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1 的系統(tǒng)的電視設(shè)備100的示意性配置。圖1中的連接線表示代表性信號和數(shù)據(jù)的流，且沒 有示出塊之中的所有連接關(guān)系。電視設(shè)備100包括主控制裝置101、調(diào)諧器103、AD(模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 104、解調(diào)電路105、TS (Transport Stream 傳輸流)解碼器106、音頻解碼器111、 DA (數(shù)字-模擬)轉(zhuǎn)換器(DAC) 112、音頻輸出電路113、揚(yáng)聲器114、視頻解碼器121、視頻/ OSD (操作順序圖)合成電路122、視頻輸出電路123、圖像顯示裝置1M、OSD制圖電路125、 內(nèi)存131、操作裝置132、驅(qū)動接口(驅(qū)動IF) 141、硬盤裝置142、光盤裝置143、IR(紅外) 接收器151、通信控制裝置152、等等。主控制裝置101控制整個電視裝置100，并由CPU、閃存ROM (Read OnlyMemory 只 讀存儲器)、RAM (Random Access Memory 隨機(jī)存取存儲器)等形成。閃存ROM存儲以由CPU 可解碼的代碼寫入的程序、用于CPU的處理的各種數(shù)據(jù)等。RAM是工作存儲器(存儲)。調(diào)諧器103從由天線210接收的廣播波中選擇預(yù)定頻道的廣播。ADC 104將調(diào)諧器103的輸出信號(模擬數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。解調(diào)電路105解調(diào)由ADC 104輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。TS解碼器106執(zhí)行解調(diào)電路105的輸出信號的TS解碼并分離音頻數(shù)據(jù)與視頻數(shù) 據(jù)。音頻解碼器111解碼由TS解碼器106輸出的音頻數(shù)據(jù)。DA轉(zhuǎn)換器(DAC) 112將音頻解碼器111的輸出信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。音頻輸出電路113將DA轉(zhuǎn)換器(DAC) 112的輸出信號輸出到揚(yáng)聲器114。視頻解碼器121解碼由TS解碼器106輸出的視頻數(shù)據(jù)。視頻/OSD合成電路122合成視頻解碼器121與OSD制圖電路125的輸出信號。視頻輸出電路123將視頻/OSD合成電路122的輸出信號輸出到圖像顯示裝置 124。
OSD制圖電路125包括用于在圖像顯示裝置124的屏幕上顯示文本和圖的字符生 成器，并根據(jù)操作裝置132與頂接收器151的指令生成包括顯示數(shù)據(jù)的信號。存儲器131暫時累積AV(視-聽)數(shù)據(jù)等。例如，操作裝置132包括諸如控制面板之類的輸入介質(zhì)(圖中未示出)，由此由用 戶輸入的各種信息被報告給主控制裝置101。驅(qū)動IF 141是雙向通信接口，其符合例如ATAPI (AT Attachment PacketInterface =AT 附加分組接口 )。硬盤裝置142包括硬盤、用于驅(qū)動硬盤的驅(qū)動裝置等。驅(qū)動裝置在硬盤中記錄數(shù) 據(jù)并再現(xiàn)記錄在硬盤中的數(shù)據(jù)。光盤裝置143在光盤(諸如DVD(Digital Versatile Disc 數(shù)字通用盤))中記 錄數(shù)據(jù)并再現(xiàn)記錄在光盤中的數(shù)據(jù)。頂接收器151接收來自遙控發(fā)送器220的光信號并將接收的信號報告給主控制裝 置 101。通信控制裝置152控制與因特網(wǎng)的通信。通信控制裝置152可以通過因特網(wǎng)獲得 各種信息。圖像顯示裝置IM包括例如顯示裝置300和顯示控制裝置400，如圖2所示。如圖3的示例所示，顯示裝置300包括顯示器310，其中以矩陣布置多個(這里， nXm個)顯示元件302。另外，如圖4的示例所示，顯示器310包括以相等間隔沿X軸方向布置的η條掃描 線(Χ0，XI，Χ2，Χ3，...，)(11-2和)(11-1)、以相等間隔沿Y軸方向布置的m條數(shù)據(jù)線(ΥΟ,ΥΙ, Υ2，Υ3，...和Ym-I)、以及以相等間隔沿Y軸方向布置的m條電流供應(yīng)線(YOi，Yli, Y2i， Y3i,...和Ym-li)。顯示元件可以由掃描線和數(shù)據(jù)線指定。如圖5的示例所示，每個顯示元件包括有機(jī)EL (電致發(fā)光)元件350和用于使有 機(jī)EL元件350發(fā)光的驅(qū)動電路320。也就是說，顯示器310是所謂的有源矩陣有機(jī)EL顯示 器。此外，雖然顯示器310是32英寸彩色顯示器，但是顯示器310的尺寸并不限于此。如圖6的示例所示，有機(jī)EL元件350包括有機(jī)EL薄膜層340、陰極312、以及陽極 314。陰極312使用鋁(Al)形成。陰極312可以使用鎂(Mg)-銀(Ag)合金、鋁(Al)-鋰 (Li)合金、IT0(Indium Tin Oxide 氧化銦錫)等形成。陽極314使用ITO形成。陽極314可以使用諸如In203、Sn02和ZnO之類的導(dǎo)電氧 化物、銀(Ag)-釹(Nd)合金等形成。有機(jī)EL薄膜層340包括電子傳輸層342、光發(fā)射層344和空穴傳輸層346。電子 傳輸層342連接到陰極312，而空穴傳輸層346連接到陽極314。當(dāng)在陽極314與陰極312 之間施加預(yù)定電壓時，光發(fā)射層344發(fā)射光。在圖5中，驅(qū)動電路320包括兩個場效應(yīng)晶體管10與20以及電容器30。場效應(yīng)晶體管10操作為開關(guān)元件。場效應(yīng)晶體管10具有連接到預(yù)定掃描線的柵 極電極G以及連接到預(yù)定數(shù)據(jù)線的源極電極S。另外，場效應(yīng)晶體管10的漏極電極D連接 到電容器30的一個端子。電容器30用于記錄場效應(yīng)晶體管10的狀態(tài)，即，數(shù)據(jù)。電容器30的另一端子連接到預(yù)定的電流供應(yīng)線。場效應(yīng)晶體管20提供大的電流給有機(jī)EL元件350。場效應(yīng)晶體管20具有連接到 場效應(yīng)晶體管10的漏極電極D的柵極電極G以及連接到有機(jī)EL元件350的陽極314的漏 極電極D。場效應(yīng)晶體管20的源極電極S連接到預(yù)定電流供應(yīng)線。當(dāng)場效應(yīng)晶體管10導(dǎo)通時，有機(jī)EL元件350由場效應(yīng)晶體管20驅(qū)動。如圖7的示例所示，每個場效應(yīng)晶體管10和20都包括襯底21、活性層22、源極電 極23、漏極電極M、柵極絕緣層25和柵極電極26。這里，每個場效應(yīng)晶體管10和20都是所謂的“頂部接觸底部柵極類型”晶體管。場效應(yīng)晶體管的制造方法簡述如下。(1)在玻璃襯底21上沉積IOOnm厚的鋁(Al)。通過執(zhí)行光刻法，將沉積的鋁圖案 化(pattern)為線以形成柵極電極沈。(2)通過執(zhí)行等離子CVD (Chemical Vapor D印osition 化學(xué)氣相沉積)，在襯底 上沉積200nm厚的SW2以形成柵極絕緣膜25。(3)在柵極絕緣膜25上應(yīng)用抗蝕劑，在其上具有抗蝕劑的襯底上執(zhí)行曝光和顯 影。因此，形成圖案化為與活性層22對應(yīng)的形狀的抗蝕劑層。(4)通過執(zhí)行射頻濺射方法，形成用作活性層22的Mg-In氧化膜。這里，具有^i2MgO4成分的多晶燒結(jié)體(直徑為4英寸)用作濺射的目標(biāo)。濺射室中 的背壓力設(shè)置為2X 10_5Pa?？刂茷R射時提供的氬氣和氧氣的流速，以便總壓力變成0. 3Pa, 氧氣分壓力變成1. 7X 10_3!^。在濺射處理期間，用水冷卻支撐襯底21的支撐架，以便控制 襯底21的溫度為15至35°C。通過以150W的濺射功率執(zhí)行濺射30分鐘，形成IOOnm厚的 MgHn氧化膜。(5)通過移除抗蝕劑來執(zhí)行剝離(liftoff)處理，活性層22形成為期望的形狀。(6)通過執(zhí)行光刻法以及剝離方法，源極電極和漏極電極由IOOnm厚的鋁(Al)形 成。這里，溝道長度設(shè)置為50 μ m，且溝道寬度設(shè)置為2mm。當(dāng)測量以與上述條件相同的條件沉積在玻璃襯底上的Mg-h氧化膜的體電阻率 時，其是10 Ω Cm。另外，當(dāng)通過使用裝有平行光系統(tǒng)的X射線光柵設(shè)備，以銅(Cu)的Ka線 掃描Mg-h氧化膜(入射角=Γ，2Θ = 10°至70° )時，觀察不到指示結(jié)晶度的頂點(diǎn)， 且因此確認(rèn)形成的膜是無定形態(tài)。用上述制造方法制造的場效應(yīng)晶體管是以電子作為載流子的典型的N型晶體管。 圖8示出當(dāng)在該場效應(yīng)晶體管中源-漏電壓Vds是20V時柵極電極\和源-漏電流Ids之 間的關(guān)系。因此，當(dāng)柵極電壓Ve是IV時，源-漏電流Ids是4 々，其是最小值。當(dāng)柵極電壓 Ve是OV時，源-漏電流Ids是接近于最小值的值。也就是說，該場效應(yīng)晶體管呈現(xiàn)出良好的 常關(guān)特性。當(dāng)柵極電壓Ve是20V時，源-漏電流Ids (源極和漏極之間流動的電流)是90μΑ。 飽和區(qū)中計算的場效應(yīng)遷移率是2. IcmVVs0也就是說，該實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管具有高的載流子遷移率和常關(guān)特性。如比較示例1，通過執(zhí)行以下步驟制造圖M所示的具有由無定形硅形成的活性層 的場效應(yīng)晶體管。(1)在玻璃襯底500上濺射200nm厚的鉬(Mo)。通過光刻法將形成的膜圖案化為線，形成柵極電極501。(2)通過等離子CVD，順序地沉積將成為柵極絕緣膜502的SiNx、將成為活性層 503的無定形硅仏^: )、將要摻雜磷的無定形硅504(11+-￡1^: )這三層。這三層的膜厚 度分別是300nm、200nm和50nm。用250°C的襯底溫度、3kccm的SiH4流速、3kccm的H2流 速、0. ITorr的壓力以及l(fā)OOmW/cm2的功率密度沉積活性層503。提供n+-a-Si:H以改善活 性層503與源極電極和漏極電極505和506之間的接觸。接著，通過光刻法將TFT形成為 島(island)。(3)形成IOOnm厚的鋁(Al)層。通過光刻法將該鋁層圖案化為源極電極505和漏 極電極506的形狀。(4)通過使用源極電極和漏極電極505和506作為掩模，通過活性離子刻蝕(RIE) 形成后溝道。通過該蝕刻，移除源極電極與漏極電極之間的n+-a-Si :H(溝道部分)，并獲得 圖M所示的場效應(yīng)晶體管。晶體管的溝道長度和溝道寬度分別設(shè)置為50 μ m和0. 2mm。上述場效應(yīng)晶體管呈現(xiàn)出典型的N型晶體管的特性。當(dāng)源-漏電壓(源極與漏極 之間的電壓)Vds是IOV時，晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)，并且當(dāng)柵極電壓Ve = OV時，源-漏電流 Ids大約是ΙΟρΑ。另外，在Ve = 20V的情況下，Ids是3 μ Α,且飽和區(qū)中計算的場效應(yīng)遷移率 是 0. 3cm2/Vs0 通過上述實(shí)施例1以及比較示例1，示出具有由MgHn氧化膜形成的活性層的場效 應(yīng)晶體管可以實(shí)現(xiàn)比具有由a-Si形成的活性層的典型的晶體管更高的載流子遷移率。作為本發(fā)明的實(shí)施例2，通過以下步驟制造如圖14所示的底部柵極底部接觸類型
晶體管。(1)通過汽相沉積在玻璃襯底21上沉積IOOnm厚的鋁(Al)。通過光刻法將沉積 膜圖案化為線，形成柵極電極26。(2)通過等離子CVD沉積200nm厚的SW2以形成柵極絕緣膜25。(3)通過DC濺射方法，形成用作源極電極23和漏極電極M的ITO膜。然后，通過 光刻法將ITO膜圖案化為所期望的電極形狀。(4)通過抗蝕劑的應(yīng)用、曝光和顯影，形成圖案化為與活性層22對應(yīng)的形狀的抗 蝕劑層。(5)通過射頻濺射方法，形成用作活性層22的Mg^n氧化膜。使用與實(shí)施例1類 似的用于沉積的條件。(6)通過移除抗蝕劑執(zhí)行剝離處理，以便將活性層22形成為期望的形狀。因?yàn)橛?于沉積Mg^n氧化膜的條件與實(shí)施例1的相同，實(shí)施例2的Mg^n氧化膜也是無定形態(tài)，且 也具有大約10 Ω cm的體電阻率。通過執(zhí)行上述步驟，獲得具有5 μ m溝道長度和1. 5mm溝道寬度的場效應(yīng)晶體管。 另外，通過重復(fù)同樣的步驟，制造該場效應(yīng)晶體管的四個樣品。圖25示出在源-漏電壓Vds是20V的情況下，這四個場效應(yīng)晶體管中的每一個的柵 極電壓Ve與源-漏電流Ids的關(guān)系。由具有不同圖案的一條實(shí)線與三條虛線示出的四個晶 體管的特性相互匹配得很好，這意味著以好的可復(fù)制性實(shí)現(xiàn)了具有良好特性的晶體管。飽 和區(qū)中計算的場效應(yīng)遷移率是0. 8至1. IcmVVs0另外，源極電極與活性層之間以及漏極電極與活性層之間的接觸電阻大約是2k Ω。作為比較示例2，除了將無定形h-Ga-Si氧化物用作形成活性層的材料之外，以 類似于實(shí)施例2的方式制造場效應(yīng)晶體管。通過DC濺射方法沉積h-Ga-Si氧化膜。使用具有^( 成分的多晶燒結(jié)體 (直徑為4英寸)作為目標(biāo)。濺射室中的背壓力設(shè)置為2X10_5!^?？刂茷R射時提供的氬氣 和氧氣的流速，以便總壓力變成0. 7Pa，且氧氣分壓力變成1. IeXlO-2Pa0在濺射期間，通過 用水冷卻支撐襯底21的支撐架，控制襯底21的溫度在15至35°C范圍之內(nèi)。通過設(shè)置濺射 功率為140W以及濺射時間為30分鐘，形成IOOnm厚的h-Ga-Si氧化膜。通過類似于實(shí)施例2的步驟，獲得5 μ m溝道長度和1. 5mm溝道寬度的場效應(yīng)晶體 管。另外，通過重復(fù)同樣的步驟，制造該場效應(yīng)晶體管的四個樣品。圖沈示出在源-漏電壓Vds是20V的情況下，這四個場效應(yīng)晶體管中的每一個的 柵極電壓Ve與源-漏電流Ids的關(guān)系。由具有不同圖案的一條實(shí)線與三條虛線示出的四個 晶體管的特性明顯地變化。例如，在樣品之中，晶體管導(dǎo)通時獲得的電流值有很大的差別。 飽和區(qū)中計算的場效應(yīng)遷移率從0. 8至3. OcmVVs變化。另外，源極電極與活性層之間以及漏極電極與活性層之間的接觸電阻大約是 50kQ。另一方面，在晶體管導(dǎo)通(例如，Ve = 20V)的情況下，溝道的電阻(溝道電阻)估 計大約為證0。在該樣品中，因?yàn)榻佑|電阻比溝道電阻高，所以接觸電阻的影響大。因此， 該樣品的特性是不穩(wěn)定的。接觸電阻趨向于取決于樣品而變化，其是晶體管的特性變化的 原因。通過上述實(shí)施例2以及比較示例2，示出使用Mg-h氧化物作為活性層比 In-Ga-Zn氧化物可以減小接觸電阻一個數(shù)量級或者更多，且可以獲得具有均勻特性的晶體管。作為比較示例3，除了用于濺射Mg-h氧化膜的氧氣分壓力設(shè)置為小于上述制造 方法的氧氣分壓力的1. 3X10_3I^之外，以類似于實(shí)施例1的方式制造場效應(yīng)晶體管。在比 較示例3的場效應(yīng)晶體管中，圖9示出當(dāng)源-漏電壓Vds是20V時，柵極電壓Ve與源-漏電 流Ids之間的關(guān)系。因此，即使當(dāng)柵極電壓Ve從-40改變到20V時，源-漏電流Ids的改變 也很小。因此，在柵極電壓Ve的該范圍內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷狀態(tài)。在這些條件下形成的Mg-^i 氧化膜的體電阻率是4X 10_3 Ω cm。在各種實(shí)驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用于濺射Mg-In氧化膜的氧氣分壓力降低時，MgHn氧化 膜的體電阻率降低，且制造的場效應(yīng)晶體管的閾值電壓向負(fù)方向變動(降低)。通過Mg-In 氧化膜的體電阻率與常關(guān)特性之間的關(guān)系的檢查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mg-^1氧化膜的體電阻率小于 ΙΟ"2 Ω cm時，不能實(shí)現(xiàn)常關(guān)特性。作為比較示例4，除了用于濺射MgHn氧化膜的氧氣分壓力設(shè)置為比上述制造方 法的氧氣分壓力更高的5. OX KT3Pa之外，以類似于實(shí)施例1的方式制造場效應(yīng)晶體管。在 比較示例4的場效應(yīng)晶體管中，圖10示出當(dāng)源-漏電壓Vds是20V時，柵極電壓Ve與源-漏 電流Ids之間的關(guān)系。因此，當(dāng)柵極電壓Ve是5V時，源-漏電流Ids是0. 5pA，其是最小值。 當(dāng)柵極電壓Ve是20V時，Ids = O. 14 4 4。飽和區(qū)中計算的場效應(yīng)遷移率是7\10_6側(cè)2八8，其 小于場效應(yīng)晶體管需要的值。在這些條件下形成的Mg-h氧化膜的體電阻率是2Χ109Ω cm。通過各種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用于濺射Mg-In氧化膜的氧氣分壓力增加時，獲得的Mg-In氧化膜的體電阻率增加，且制造的場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電流與場效應(yīng)遷移率的值趨向于降 低。作為考慮Mg^n氧化膜的體電阻率與場效應(yīng)遷移率之間的關(guān)系的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mg^n 氧化膜的體電阻率變得高于IO9 Ω cm時，場效應(yīng)遷移率變得低于1 X 10_5cm2/Vs，且晶體管特 性降低到不適合于實(shí)際使用的程度。表1示出實(shí)施例1和2、比較示例3和4以及修改示例1至3的晶體管的用作活性 層的Mg-In氧化膜的體電阻率與晶體管特性。表權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管，包括 柵極電極，向其施加?xùn)艠O電壓；源極電極和漏極電極，用于獲得響應(yīng)于所述柵極電壓的電流； 活性層，鄰近所述源極電極和漏極電極提供，并由包括鎂和銦作為主要組分的氧化物 半導(dǎo)體形成；以及柵極絕緣層，在所述柵極電極與所述活性層之間提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述氧化物半導(dǎo)體具有IO-2Qcm至 IO9Qcm的體電阻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，包括在所述氧化物半導(dǎo)體中的銦由鋁 和鎵中的至少一個部分地代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，包括在所述氧化物半導(dǎo)體中的鎂由鈣、 鍶和鋇中的至少一個部分地代替。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述氧化物半導(dǎo)體的至少一部分具有 尖晶石結(jié)構(gòu)或者橄欖石結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，所述氧化物半導(dǎo)體的至少一部分是無 定形的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中，包括在所述氧化物半導(dǎo)體中的氧由氮 和氟中的至少一個部分地代替。
8.一種顯示元件，包括光控制元件，根據(jù)驅(qū)動信號控制其光輸出；以及驅(qū)動電路，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，并被配置為驅(qū)動所述光控制元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯示元件，其中，所述光控制元件包括有機(jī)電致發(fā)光元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯示元件，其中，所述光控制元件包括液晶元件。
11.一種用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)顯示圖像的圖像顯示裝置，包括 多個以矩陣形式布置的、根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯示元件；多條導(dǎo)線，被配置為分別施加?xùn)艠O電壓到所述多個顯示元件的每個場效應(yīng)晶體管；以及顯示控制裝置，被配置為根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)通過所述多條導(dǎo)線分別控制施加到每個場 效應(yīng)晶體管的柵極電壓。
12.—種系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像顯示裝置；以及圖像數(shù)據(jù)形成裝置，被配置為根據(jù)將要顯示的圖像信息形成圖像數(shù)據(jù)并輸出所述圖像 數(shù)據(jù)到所述圖像顯示裝置。
全文摘要
提供了場效應(yīng)晶體管、顯示元件、圖像顯示裝置和系統(tǒng)。場效應(yīng)晶體管包括向其施加?xùn)艠O電壓的柵極電極；用于獲得響應(yīng)于柵極電壓的電流的源極電極和漏極電極；鄰近源極電極和漏極電極提供的、并由包括鎂和銦作為主要組分的氧化物半導(dǎo)體形成的活性層；以及在柵極電極與活性層之間提供的柵極絕緣層。
文檔編號G09F9/30GK102132413SQ200980132268
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者中村有希, 安部由希子, 曾根雄司, 植田尚之, 近藤浩 申請人:株式會社理光