專利名稱：薄膜晶體管、顯示裝置以及電子單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用用于溝道層的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管，以及使用該薄膜晶體管的顯示裝置和電子單元。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了將氧化物半導(dǎo)體應(yīng)用于諸如薄膜晶體管(TFT)的電子器件、發(fā)光器件以及透明導(dǎo)電膜，已經(jīng)積極地進(jìn)行了對(duì)諸如氧化鋅或氧化銦鎵鋅的氧化物半導(dǎo)體的研究和開(kāi)發(fā)。眾所周知，當(dāng)使用這種氧化物半導(dǎo)體用于TFT的活性層(溝道)時(shí)，這種TFT與使用非晶硅的TFT (通常被用于液晶顯示器等)相比較而具有較高的電子遷移率并因此具有良好的電特性。此外，該TFT即使在接近室溫的低溫下也被有利地預(yù)期具有高遷移率，因此該TFT正被積極地開(kāi)發(fā)。作為使用氧化物半導(dǎo)體層的TFT，已經(jīng)報(bào)告了一種具有底柵或頂柵結(jié)構(gòu)的TFT (例如，參見(jiàn)W02005-088726)。已知的一種底柵TFT被構(gòu)造為使得柵電極被設(shè)置在基板上，并且氧化物半導(dǎo)體的薄膜層經(jīng)由柵極絕緣膜而形成在柵電極上(例如，參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第 2007-194594號(hào))。這種結(jié)構(gòu)與當(dāng)前商用的結(jié)構(gòu)(使用用于溝道的非晶硅的底柵TFT)相類似。因此，可以容易地將使用非晶硅的TFT的現(xiàn)有制造工藝用于制造使用氧化物半導(dǎo)體的 TFT，并由此逐漸推進(jìn)使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體的TFT的商業(yè)化。然而，眾所周知，由于氧化物半導(dǎo)體的耐熱性不高，因此在TFT制造過(guò)程的熱處理期間，可能會(huì)除去氧或鋅，從而導(dǎo)致形成晶格缺陷。晶格缺陷引起電淺雜質(zhì)能級(jí) (electrically shallow impurity level)，從而導(dǎo)致氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小。因此， 將氧化物半導(dǎo)體用于TFT的溝道會(huì)引起正常的導(dǎo)通操作(其中，沒(méi)有施加流過(guò)柵電壓的特定漏極電流)或耗盡型操作。因此，閾值電壓隨著缺陷能級(jí)的增大而減小，從而導(dǎo)致漏電流的增加。此外，眾所周知，除了上述的由晶格缺陷引起的雜質(zhì)能級(jí)外，通過(guò)混合諸如氫的特定元素而產(chǎn)生了相似的雜質(zhì)能級(jí)(例如，參見(jiàn)Cetin Kilic et. al. "N-type Doping of Oxides by Hydrogen", APPLIED PHYSICS LETTERS，81，1，2002，pp.73-75)。因此，TFT的傳輸特性在制造過(guò)程等期間已經(jīng)不利地發(fā)生改變，從而導(dǎo)致TFT的閾值電壓在負(fù)(-,minus)方向上偏移。例如，當(dāng)使用氧化物半導(dǎo)體形成η型溝道時(shí)，溝道中的電子濃度增大，結(jié)果，TFT的閾值電壓傾向于具有負(fù)值。對(duì)于使用氧化物半導(dǎo)體的TFT，由于難以形成ρ型溝道，因此僅需要使用η型TFT用于電路形成。在這種情況下，當(dāng)閾值電壓為負(fù)值時(shí)，電路配置不合意地變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
作為克服這種困難的方法，為了使TFT的閾值電壓偏移，在TFT的溝道和柵極絕緣膜之間的界面上、TFT的溝道的一部分中嘗試雜質(zhì)摻雜(例如，參見(jiàn)日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)(PCT申請(qǐng)的翻譯)第2007_519256號(hào))。
然而，溝道中的雜質(zhì)摻雜可能使TFT特性劣化。此外，氧化物半導(dǎo)體的溝道通常包括通過(guò)濺射而沉積的多元素材料。當(dāng)通過(guò)濺射而執(zhí)行溝道中的雜質(zhì)摻雜時(shí)，進(jìn)行溝道中的元素比控制是非常困難的。期望提供一種使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管，其可以被控制為使得閾值電壓為正并且可以改善可靠性，并提供使用這種薄膜晶體管的顯示裝置和電子單元。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的薄膜晶體管包括柵電極；一對(duì)源電極/漏電極；氧化物半導(dǎo)體層，形成溝道并設(shè)置在柵電極和一對(duì)源電極/漏電極之間；作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近柵電極的一側(cè)；以及第二絕緣膜，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近一對(duì)源電極/漏電極的一側(cè)，其中，第一絕緣膜和第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的顯示裝置包括顯示元件和薄膜晶體管。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電子單元包括顯示元件和薄膜晶體管。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的薄膜晶體管中，第一絕緣膜(柵極絕緣膜)被設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近柵電極的一側(cè)，并且第二絕緣膜被設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近源電極/漏電極的一側(cè)，第一絕緣膜和第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁。這種絕緣膜具有負(fù)固定電荷并由此被負(fù)充電。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的薄膜晶體管，與氧化物半導(dǎo)體層相鄰的絕緣膜由膜密度為 2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁形成，因此，絕緣膜具有可以使晶體管的閾值電壓在正方向上偏移的負(fù)固定電荷。因此，當(dāng)使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體時(shí)，可以將閾值電壓控制為正，并且可以改善可靠性。本發(fā)明的其他和另外的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將從下面的描述中更加充分地顯現(xiàn)。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的薄膜晶體管的截面結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是具有不同密度的三種氧化鋁膜的CV特性圖。圖3是示出了氧化鋁的密度和Vfb之間的關(guān)系的特性圖。圖4A至圖4C以步驟順序示出了制造圖1中所示的薄膜晶體管的方法的示意圖。圖5A至圖5C是示出了在圖4C之后的步驟的示意圖。圖6是實(shí)施例和比較例的薄膜晶體管的傳輸特性圖。圖7是示出了根據(jù)修改例1的薄膜晶體管的截面結(jié)構(gòu)的截面圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的薄膜晶體管的截面結(jié)構(gòu)的截面圖。圖9是示出了根據(jù)修改例2的薄膜晶體管的截面結(jié)構(gòu)的截面圖。圖10是示出了具有TFT的顯示裝置的構(gòu)造實(shí)例的框圖。圖11是示出了圖10中所示的像素的詳細(xì)構(gòu)造實(shí)例的電路圖。圖12是示出了包括圖10中所示的顯示裝置的模塊的示意性構(gòu)造的平面圖。圖13是示出了圖10中所示的顯示裝置的應(yīng)用例1的外觀的透視圖。圖14A和圖14B為透視圖，其中，圖14A示出了從表面?zhèn)扔^看的應(yīng)用例2的外觀， 圖14B示出了從背側(cè)觀看的應(yīng)用例2的外觀。圖15是示出了應(yīng)用例3的外觀的透視圖。
圖16是示出了應(yīng)用例4的外觀的透視圖。圖17A至圖17G為應(yīng)用例5的示圖，其中，圖17A為應(yīng)用例5在打開(kāi)狀態(tài)下的正視圖，圖17B為其側(cè)視圖，圖17C為應(yīng)用例5在閉合狀態(tài)下的正視圖，圖17D為其左視圖，圖 17E為其右視圖，圖17F為其俯視圖，以及圖17G為其仰視圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參考附圖來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。將以如下順序來(lái)進(jìn)行描述。底柵TFT1.第一實(shí)施方式(使用低密度氧化鋁(Al2O3)形成溝道保護(hù)膜的實(shí)施例)2.修改例1 (具有三層結(jié)構(gòu)的柵極絕緣膜的實(shí)施例，其中，柵極絕緣膜的第二層使用低密度Al2O3)頂柵TFT3.第二實(shí)施方式(使用低密度Al2O3形成基層膜(base-coat film)的實(shí)施例)4.修改例2 (使用低密度Al2O3形成柵極絕緣膜的實(shí)施例)5.應(yīng)用例(顯示裝置和電子單元的實(shí)例)第一實(shí)施方式薄膜晶體管1的構(gòu)造圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的薄膜晶體管1的截面結(jié)構(gòu)。薄膜晶體管1 為所謂的底柵(倒置交錯(cuò)結(jié)構(gòu))TFT，其將使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體(活性層)。薄膜晶體管1包括順次地形成在包含玻璃等的基板11上的柵電極12、柵極絕緣膜13、氧化物半導(dǎo)體層14、溝道保護(hù)膜16以及源電極/漏電極15A和15B。保護(hù)膜17遍布基板11的整個(gè)表面而形成在源電極/漏電極15A和15B上。柵極絕緣膜13對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的“第一絕緣膜”的具體實(shí)例，并且溝道保護(hù)膜16對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的“第二絕緣膜”的具體實(shí)例。柵電極12根據(jù)施加至薄膜晶體管1的柵電壓來(lái)控制氧化物半導(dǎo)體層14中的載流子密度(這里，為電子密度)。柵電極12包括包含例如鉬(Mo)、鋁(Al)、和鋁合金中的一個(gè)的單層膜或包含其中的兩個(gè)以上的多層膜。鋁合金例如包含鋁釹合金。柵極絕緣膜13為包括氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜以及氧化鋁膜中的一個(gè)的單層膜或包含其中的兩個(gè)的多層膜。這里，柵極絕緣膜13具有包括第一層13A和第二層13B 的兩層結(jié)構(gòu)，并且第一層13A例如由氧化硅膜形成，第二層13B例如由氮化硅膜形成。柵極絕緣膜13的厚度例如為200nm至300nm。氧化物半導(dǎo)體層14主要包含例如銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鋁以及鈦 (Ti)的元素中的一種以上的氧化物。氧化物半導(dǎo)體層14響應(yīng)于柵電壓的施加而在源電極 15A和漏電極15B之間形成溝道。氧化物半導(dǎo)體層14理想地具有一厚度，使得薄膜晶體管的導(dǎo)通電流不會(huì)減小為可以對(duì)溝道施加后文所述的負(fù)電荷的影響。具體地，該厚度理想地為 5nm 至 IOOnm0源電極/漏電極15A和15B包括例如包含鉬、鋁、銅(Cu)、鈦、ITO(氧化銦錫)以及氧化鈦中的一個(gè)的單層膜或例如包含其中的兩個(gè)的多層膜。例如，對(duì)氧具有低親和力的金屬或金屬化合物(諸如分別以50nm、500nm、50nm的厚度而順次堆疊的包含鉬、鋁、鉬的三層膜，或者諸如ITO或氧化鈦的含氧金屬化合物)理想地被用于電極。因此，可以穩(wěn)定地保持氧化物半導(dǎo)體的電特性。另一方面，當(dāng)源電極/漏電極15A和15B由對(duì)氧具有高親和力的金屬形成時(shí)，由于電極15A和15B與氧化物半導(dǎo)體相接觸而形成，因此氧從氧化物半導(dǎo)體中被提取出，由此形成氧空位(oxygen vacancy)，從而導(dǎo)致電特性劣化。溝道保護(hù)膜16形成在氧化物半導(dǎo)體層14上，以防止在形成源電極/漏電極15A 和15B的期間損壞溝道。溝道保護(hù)膜16的厚度例如為IOnm至300nm。在該實(shí)施方式中， 溝道保護(hù)膜16 (與氧化物半導(dǎo)體層14相接觸)由低密度氧化鋁形成。通常，氧化鋁不僅被用于溝道保護(hù)膜16，而且還被用于薄膜晶體管的絕緣膜(諸如柵極絕緣膜)(日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)第2007-258223號(hào))。這種絕緣膜需要具有高介電強(qiáng)度。對(duì)于氧化鋁膜，在較密 (較高密度)的膜中獲得了較高的介電強(qiáng)度。因此，高密度氧化鋁膜在過(guò)去已經(jīng)被用于薄膜晶體管。相反，負(fù)固定電荷密度在較薄(較低的密度)的氧化鋁膜中趨于增大。在該實(shí)施方式中，低密度氧化鋁膜被用于使薄膜晶體管的閾值電壓在正方向上偏移。氧化鋁膜的特定密度優(yōu)選地小于2. 79g/cm3。鑒于對(duì)用于沉積氧化鋁膜的設(shè)備的限制，該密度的下限為 2. 70g/cm3。更具體地，該密度為2. 75g/cm3以上且小于2. 79g/cm3。在下文描述了其原因。圖2示出了具有不同密度的三種氧化鋁膜的CV特性。該CV特性是通過(guò)使用汞探測(cè)儀來(lái)測(cè)量氧化鋁膜所獲得的，這些膜在不同的沉積條件下沉積在P型硅片上。氧化鋁膜的密度通過(guò)控制諸如溫度的沉積條件來(lái)調(diào)整。在圖2中，A10-1表示在200°C以及IlkW的 DC功率下形成的高密度(2. 82g/cm3)氧化鋁膜，其通常被用作絕緣膜。A10-2和A10-3表示相比于A10-1的低密度氧化鋁膜，其中，A10-2在80°C和IlkW的DC功率下形成，A10-3在 80°C和ISkW的DC功率下形成。作為比較例，根據(jù)氧化物半導(dǎo)體TFT的另一絕緣膜還示出了氧化硅膜的CV特性。該氧化硅膜是通過(guò)PECVD (等離子增強(qiáng)CVD)所形成的。如圖2所示，當(dāng)將A10-1、A10-2和A10-3的平帶電壓(Vfb)與氧化硅的Vfb相比較時(shí)，A10-1的Vfb相對(duì)于氧化硅的Vfb而存在于負(fù)側(cè)。另一方面，A10-2的Vfb和A10-3 的Vfb相對(duì)于氧化硅的Vfb而存在于正側(cè)?？梢詮腣fb的值來(lái)估計(jì)薄膜晶體管的閾值電壓 (Vth)是在正方向上偏移還是在負(fù)方向上偏移。因此，可以教導(dǎo)出，使用相比于A10-1而具有低密度的A10-2或A10-3，從而使薄膜晶體管的Vth在正方向上偏移。此外，還可以教導(dǎo)出，薄膜晶體管的Vth相對(duì)于使用氧化硅的薄膜晶體管的Vth可以在正方向上偏移。圖3示出了在以上條件下所沉積的氧化鋁膜A10-1、A10-2、和A10-3中的每一個(gè)的密度與Vfb之間的關(guān)系。如圖3所示，Vfb隨著氧化鋁膜的密度的減小而增大。因此， 氧化鋁膜被調(diào)整為具有低于2. 82g/cm3的密度(對(duì)應(yīng)于作為通常使用的氧化鋁膜的A10-1 的密度)，從而使該膜的Vfb增大，即，薄膜晶體管的閾值電壓在正方向上被偏移。此外，基于作為另一典型絕緣膜的氧化硅膜的Vfb為-4. 6V的事實(shí)，將氧化鋁膜的密度調(diào)整為小于 2. 79g/cm3，其對(duì)應(yīng)于從A10-1、A10-2和A10-3的相應(yīng)Vfb獲得的近似公式的線與氧化硅膜的Vfb的線的交叉點(diǎn)處的密度，因此，薄膜晶體管的閾值電壓在正方向上進(jìn)一步被偏移。如上所述，為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式薄膜晶體管(Vth > 0)，需要使氧化鋁膜的密度小于 2.79g/cm3。然而，這種低密度氧化鋁膜的阻擋能力較低。因此，優(yōu)選地在氧化鋁膜的厚度方向上設(shè)置密度梯度，以這種方式使得低密度膜在近溝道側(cè)沉積幾十納米，而另外的膜部分被沉積為具有高密度，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)模式和阻擋能力。當(dāng)沒(méi)有設(shè)置密度梯度時(shí)，鑒于增強(qiáng)模式和阻擋能力之間的平衡，氧化鋁膜的密度優(yōu)選地在2. 75g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的范圍內(nèi)。低密度氧化鋁膜不僅可以被用于溝道保護(hù)膜16，而且還可以被用于柵極絕緣膜13。然而，當(dāng)驅(qū)動(dòng)薄膜晶體管時(shí)，由于特定的電場(chǎng)被施加至柵極絕緣膜13，因此在柵極絕緣膜13和溝道(氧化物半導(dǎo)體層14)之間的界面可能發(fā)生電荷俘獲，從而引起磁滯 (hysteresis)。從該觀點(diǎn)來(lái)看，低密度氧化鋁膜優(yōu)選地被用于溝道保護(hù)膜16。保護(hù)膜17例如由氧化鋁膜或氧化硅膜的單層膜或者由氧化鋁膜和氧化硅膜的多層膜形成。本文中所使用的氧化鋁膜為通常用于薄膜晶體管的高密度氧化鋁膜。保護(hù)膜17 的厚度例如為IOnm至lOOnm，并且優(yōu)選地為50nm以下。在氧化物半導(dǎo)體膜中，膜的電特性由于混合了氫或吸附了水，而被不合意地改變。然而，將高密度氧化鋁膜用作保護(hù)膜17，使得可以通過(guò)膜的良好的氣體阻擋能力來(lái)防止氫或水的副作用。另外，將氧化鋁膜用作保護(hù)膜17，從而可以在不使氧化物半導(dǎo)體的電特性劣化的情況下來(lái)形成保護(hù)膜。薄膜晶體管1的制造方法圖4和圖5是用于示出制造薄膜晶體管1的方法的示圖。例如，可以以下面的方式來(lái)制造薄膜晶體管1。首先，如圖4A所示，通過(guò)濺射或蒸發(fā)方法在基板11的整個(gè)表面上沉積金屬薄膜， 然后，通過(guò)例如光刻方法將該金屬薄膜圖案化，以形成柵電極12。接下來(lái)，如圖4B所示，通過(guò)例如等離子CVD方法順次地沉積第二層1 和第一層13A，以覆蓋基板11和柵電極12，從而形成柵極絕緣膜13。具體地，首先，使用包含硅烷 (SiH4)、氨水(NH3)和氮的混合氣體而通過(guò)等離子CVD方法來(lái)沉積包含氮化硅膜的第二層 13B。然后，使用包含硅烷和一氧化二氮(N2O)的混合氣體作為源氣體而通過(guò)等離子CVD方法來(lái)沉積包含氧化硅膜的第一層13A。接下來(lái)，如圖4C所示，通過(guò)例如濺射方法來(lái)沉積氧化物半導(dǎo)體層14。具體地，當(dāng)將氧化銦鎵鋅(IGZO)用作氧化物半導(dǎo)體時(shí)，將IGZO陶瓷作為靶來(lái)執(zhí)行DC濺射。這里，優(yōu)選的是，例如，使DC濺射設(shè)備的真空室抽空至例如lX10_Va以下，然后，將氬(Ar)和氧的混合氣體引入該室中以用于等離子放電?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整混合氣體中的氬和氧的流速來(lái)控制溝道中的載流子濃度?？蛇x地，當(dāng)將氧化鋅用作氧化物半導(dǎo)體時(shí)，在氬和氧的混合氣體氣氛下，可以將氧化鋅陶瓷作為靶來(lái)執(zhí)行RF濺射，或者將鋅作為靶來(lái)執(zhí)行DC濺射。然后，通過(guò)例如光刻方法而將氧化物半導(dǎo)體層14圖案化為期望的形狀。然后，如圖5A所示，使用Al作為靶通過(guò)例如DC濺射，而在氧化物半導(dǎo)體層14上沉積包含氧化鋁(具有負(fù)固定電荷)的溝道保護(hù)膜16。這里，優(yōu)選的是，例如，將DC濺射設(shè)備的真空室抽空至例如IX 10-4! 以下，然后，將氬(Ar)和氧的混合氣體引入該室中用于等離子放電。隨著形成溝道保護(hù)膜16的氧化鋁膜的密度減小，膜的負(fù)固定電荷的密度增大， 使得TFT的閾值電壓可以在正方向上偏移得更多?？梢栽诔练e期間通過(guò)增大DC功率或降低溫度來(lái)減小氧化鋁膜的密度。此外，由于固定電荷的數(shù)量根據(jù)膜的厚度而改變，因此可以根據(jù)期望的特性而通過(guò)改變厚度來(lái)控制閾值電壓。然后，如圖5B所示，通過(guò)例如光刻方法而將溝道保護(hù)膜16圖案化為期望的形狀。然后，如圖5C所示，通過(guò)例如濺射方法而在氧化物半導(dǎo)體層14包括溝道保護(hù)膜16 的區(qū)域上沉積包括順次堆疊的例如鉬、鋁和鉬的金屬氧化膜。然后，使用包含磷酸、硝酸和醋酸的混合溶液而通過(guò)濕蝕刻方法將該金屬薄膜圖案化。由于溝道保護(hù)膜16保護(hù)氧化物半導(dǎo)體層14的表面(溝道表面)，因此可以防止層14被蝕刻損壞。從而，形成了源電極/ 漏電極15A禾口 15B。接下來(lái)，利用例如濺射方法或原子層沉積(ALD)方法，而通過(guò)在源電極/漏電極 15A和15B上沉積例如氧化鋁膜來(lái)形成保護(hù)膜17，從而完成圖1中所示的薄膜晶體管1。薄膜晶體管1的操作和效果接下來(lái)，描述本實(shí)施方式的薄膜晶體管1的操作和效果。在薄膜晶體管1中，當(dāng)通過(guò)未示出的配線層將等于或高于預(yù)定閾值電壓的柵電壓施加至柵電極12時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體層14中形成溝道，從而電流(漏電流)在源電極15A 和漏電極15B之間流動(dòng)，使得晶體管1被激勵(lì)。在該實(shí)施方式中，包括密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁膜的溝道保護(hù)膜16被設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層14上(在靠近源電極/漏電極15A和15B的一側(cè))。 具有小于2. 79g/cm3的密度的氧化鋁膜被用作溝道保護(hù)膜16，使得膜16具有負(fù)固定電荷并由此被負(fù)充電。因此，薄膜晶體管1的閾值電壓在正方向上被偏移。以此方式，在該實(shí)施方式中，具有2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的密度的氧化鋁膜被用作設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層14上的溝道保護(hù)膜16，因此膜16具有可以使閾值電壓在正方向上偏移的負(fù)固定電荷。因此，使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管1可以被控制為使得閾值電壓在正方向上偏移。實(shí)施例作為第一實(shí)施方式的實(shí)施例，測(cè)量了 TFT的傳輸特性(柵電壓和漏電流之間的關(guān)系)。首先，測(cè)量針對(duì)氧化鋁膜(在80°C和ISkW的DC功率下通過(guò)DC濺射而形成為200nm 的厚度)的溝道保護(hù)膜16的TFT的傳輸特性(實(shí)施例)，并針對(duì)氧化硅膜(通過(guò)等離子CVD 方法形成)的溝道保護(hù)膜來(lái)測(cè)量TFT的傳輸特性(比較例)。圖6示出了測(cè)量結(jié)果。如圖所示，與使用氧化硅膜作為溝道保護(hù)膜的比較例相比較，在使用溝道保護(hù)膜(其中氧化鋁膜的密度被降低為使得生成負(fù)固定電荷)的實(shí)例中，TFT的傳輸特性在正方向上偏移大約 0.8V?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整用作溝道保護(hù)膜的氧化鋁膜的密度來(lái)控制傳輸特性。因此，氧化鋁膜的密度減小得越多，則就可以使傳輸特性在正方向上偏移得越多。修改例1接下來(lái)，描述根據(jù)第一實(shí)施方式的薄膜晶體管的修改例(修改例1)的薄膜晶體管 (薄膜晶體管i)。與第一實(shí)施方式的薄膜晶體管1相同，薄膜晶體管2是使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體的底柵TFT。在下文中，與第一實(shí)施方式的薄膜晶體管1相同的元件由相同的符號(hào)來(lái)表示，并適當(dāng)?shù)厥÷詫?duì)它們的描述。圖7示出了根據(jù)修改例的薄膜晶體管2的截面結(jié)構(gòu)。與第一實(shí)施方式相同，薄膜晶體管2包括順次地形成在基板11上的柵電極12、柵極絕緣膜18、氧化物半導(dǎo)體層14、溝道保護(hù)膜19、源電極/漏電極15A和15B以及保護(hù)膜17。柵極絕緣膜18為例如包括第一層18A、第二層18B和第三層18C這三層的多層膜。第一層18A、第二層18B和第三層18C 中的每一層均包括氧化硅膜、氮化硅膜或氧化鋁膜。第一層18A、第二層18B和第三層18C 的厚度分別為300nm、50nm和10nm。例如，可以以如下方式形成這種柵極絕緣膜18。首先，以與第一實(shí)施方式相同的方式，通過(guò)等離子CVD方法在其上形成有柵電極12的基板11上形成包括例如氮化硅膜的第一層18A。然后，使用Al作為靶通過(guò)例如DC濺射而在第一層18A上形成第二層18B。接下來(lái)，以與第一實(shí)施方式相同的方式通過(guò)等離子CVD方法形成包括例如氧化硅膜的第三層 18C。這使得形成包含低密度氧化鋁膜的柵極絕緣膜18，該低密度氧化鋁膜具有負(fù)固定電荷并被氧化硅膜或氮化硅膜夾置。氧化物半導(dǎo)體層14經(jīng)由第三層18C而形成在具有負(fù)固定電荷的第二層18B上。這可以減小在氧化鋁膜和半導(dǎo)體氧化物膜之間的邊界處由電荷俘獲所引起的磁滯，電荷俘獲是當(dāng)直接堆疊低密度氧化鋁膜和氧化物半導(dǎo)體層14時(shí)所產(chǎn)生的。在該修改例中，形成在氧化物半導(dǎo)體層14靠近柵電極12的一側(cè)上的柵極絕緣膜 18被做成三層結(jié)構(gòu)，并且具有負(fù)固定電荷的低密度氧化鋁膜被用作第二層18B，使得柵極絕緣膜18具有負(fù)固定電荷，因此可以使閾值電壓在正方向上偏移。此外，由于包括氧化硅的第三層18C被設(shè)置在包括低密度氧化鋁膜的第二層18B與氧化物半導(dǎo)體層14之間，因此可以減小磁滯。相應(yīng)地，即使設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層14靠近柵電極12的一側(cè)上的柵極絕緣膜18由低密度氧化鋁膜形成，也可以獲得與第一實(shí)施方式相同的效果。然而，如果具有負(fù)固定電荷的氧化鋁膜與氧化物半導(dǎo)體膜之間的距離增大，則除了降低磁滯以外，還不合意地減小了閾值電壓的變化。因此，氧化鋁膜和氧化物半導(dǎo)體膜之間的距離優(yōu)選地為5nm至lOnm。盡管通過(guò)底柵TFT的溝道保護(hù)膜和柵極絕緣膜中的一個(gè)為低密度氧化鋁膜的情況描述了第一實(shí)施方式和修改例，但這兩個(gè)膜均可以由低密度氧化鋁膜形成。第二實(shí)施方式圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的薄膜晶體管3的截面結(jié)構(gòu)。薄膜晶體管 3為所謂的頂柵(交錯(cuò)結(jié)構(gòu))TFT，其使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體。薄膜晶體管3包括順次地形成在包含玻璃等的基板11上的基層膜20、源電極/漏電極15A和15B、氧化物半導(dǎo)體層14、柵極絕緣膜13以及柵電極12。保護(hù)膜17遍布基板11的整個(gè)表面而形成在柵電極12上。在該實(shí)施方式中，盡管部件之間的配置關(guān)系與第一實(shí)施方式中所述的底柵TFT不同，但由于部件的功能和材料相同，因此，為了方便起見(jiàn)，這些部件由相同的符號(hào)來(lái)表示，并且適當(dāng)?shù)厥÷詫?duì)它們的描述。在該實(shí)施方式中，形成在基板11上的基層膜20為低密度氧化鋁膜?；鶎幽?0被設(shè)置為防止雜質(zhì)與基板11相混合，并且其經(jīng)由形成在膜20上的源電極15A和漏電極15B 之間的分離槽而與氧化物半導(dǎo)體層14相接觸。換而言之，基層膜20與氧化物半導(dǎo)體層14 的溝道相接觸而形成。使用Al作為靶通過(guò)例如DC濺射來(lái)沉積被用作基層膜20的低密度氧化鋁膜。這里，優(yōu)選的是，例如，將DC濺射設(shè)備的真空室抽空至例如lX10_4Pa以下，然后將氬(Ar)和氧的混合氣體引入該室以用于等離子放電?？梢酝ㄟ^(guò)控制沉積期間的DC功率或溫度來(lái)可選地調(diào)節(jié)氧化鋁膜的密度。作為該膜的特定密度，與第一實(shí)施方式一樣，小于2. 79g/cm3的密度是優(yōu)選的。膜的厚度例如為50nm至300nm。在該實(shí)施方式中，與氧化物半導(dǎo)體層14的溝道相接觸的基層膜20包含低密度氧化鋁，使得基層膜20具有負(fù)固定電荷，從而使閾值電壓在正方向上偏移。因此，可以獲得與第一實(shí)施方式相同的效果。修改例2
圖9示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的修改例(修改例幻的薄膜晶體管(薄膜晶體管 4)的截面結(jié)構(gòu)。即使在修改例中，盡管部件之間的配置關(guān)系不同于第一實(shí)施方式和修改例 1中描述的各個(gè)底柵TFT，但由于部件的功能和材料相同，因此，為了方便起見(jiàn)，這些部件也由相同的符號(hào)來(lái)表示，并適當(dāng)?shù)厥÷詫?duì)它們的描述。與第二實(shí)施方式的薄膜晶體管3 —樣，薄膜晶體管4為使用氧化物半導(dǎo)體用作溝道的頂柵TFT。薄膜晶體管4包括順次地形成在基板11上的基層膜21、源電極/漏電極 15A和15B、氧化物半導(dǎo)體層14、柵極絕緣膜18以及柵電極12?；鶎幽?1由氧化硅膜等形成，并且柵極絕緣膜18包括具有負(fù)固定電荷的低密度氧化鋁，并且使用Al作為靶通過(guò)例如 DC濺射而被沉積。處理溫度可以被降低為使得不形成基層膜21。在該修改例中，形成在氧化物半導(dǎo)體層14靠近柵電極12的一側(cè)上的柵極絕緣膜 18包含低密度氧化鋁，使得柵極絕緣膜18具有負(fù)固定電荷，因此使閾值電壓在正方向上偏移。相應(yīng)地，可以獲得與第一實(shí)施方式相同的效果。然而，由于特定電場(chǎng)被施加至柵極絕緣膜18，因此當(dāng)使用低密度氧化鋁時(shí)，在氧化物半導(dǎo)體層14和柵極絕緣膜18之間的界面處可能發(fā)生電荷俘獲，從而引起磁滯。因此，柵極絕緣膜18被形成為如修改例1那樣的多層結(jié)構(gòu)，并且諸如氧化硅膜的絕緣膜被設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層14和包含低密度氧化鋁的絕緣膜之間，因此可以減小磁滯。另外，氧化硅膜的厚度被控制在如修改例1中那樣的5nm至lOnm，因此在抑制磁滯的同時(shí)，可以將薄膜晶體管的閾值電壓在正方向上偏移與第一實(shí)施方式相同的水平。柵極絕緣膜18可以具有兩層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，氧化硅膜形成在靠近氧化物半導(dǎo)體膜的一側(cè)，因此可以減小磁滯。應(yīng)用例接下來(lái)，將關(guān)于根據(jù)第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式以及修改例1和2的薄膜晶體管的應(yīng)用例而給出顯示裝置和電子單元的描述。顯示裝置圖10示出了被用作有機(jī)EL顯示器的顯示裝置(使用有機(jī)EL元件的顯示裝置) 的構(gòu)造實(shí)例。例如，顯示裝置具有顯示區(qū)域30，其中，包括有機(jī)EL元件(有機(jī)場(chǎng)發(fā)射元件) 作為顯示元件的多個(gè)像素PXLC以矩陣配置在TFT基板(基板11)上。作為信號(hào)線驅(qū)動(dòng)器電路的水平選擇器(HSEL) 31、作為掃描線驅(qū)動(dòng)器電路的寫(xiě)掃描器(WSCN) 32以及作為驅(qū)動(dòng)線驅(qū)動(dòng)器電路的驅(qū)動(dòng)掃描器(DSCN) 33被設(shè)置在顯示區(qū)域30的外圍。在顯示區(qū)域30中，多條(整數(shù)η)信號(hào)線DTLl至DTLn在列方向上配置，并且多條 (整數(shù)m)掃描線WSLl至WSLm以及多條(整數(shù)m)驅(qū)動(dòng)線DSLl至DSLm分別在行方向上配置。每個(gè)像素PXLC(對(duì)應(yīng)于紅色(R)、綠色(G)、和藍(lán)色(B)的像素中的一個(gè))均設(shè)置在每條信號(hào)線DTL和每條掃描線WSL的交叉點(diǎn)處。每一信號(hào)線DTL均連接至將視頻信號(hào)提供給每條信號(hào)線DTL的水平選擇器31。每一掃描線WSL都連接至將掃描信號(hào)(選擇脈沖)提供給每一掃描線WSL的寫(xiě)掃描器32。每一驅(qū)動(dòng)線DSL均連接至將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(控制脈沖)提供給每一驅(qū)動(dòng)線DSL的驅(qū)動(dòng)掃描器33。圖11示出了像素PXLC的電路構(gòu)造實(shí)例。每個(gè)像素PXLC均具有包括有機(jī)EL元件 3D的像素電路40。像素電路40為具有采樣晶體管3A、驅(qū)動(dòng)器晶體管3B、電容元件3C以及有機(jī)EL元件3D的有源驅(qū)動(dòng)器電路。晶體管3A和:3B對(duì)應(yīng)于每個(gè)實(shí)施方式等的薄膜晶體管。采樣晶體管3A的柵極連接至相應(yīng)的掃描線WSL，并且晶體管的源極和漏極中的一個(gè)連接至相應(yīng)的信號(hào)線DTL，而另一個(gè)連接至驅(qū)動(dòng)器晶體管:3B的柵極。驅(qū)動(dòng)器晶體管:3B的漏極連接至相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)線DSL，并且其源極連接至有機(jī)EL元件3D的陽(yáng)極。有機(jī)EL元件3D 的陰極連接至地線3H。地線3H均連接至所有的像素PXLC。電容元件3C布置在驅(qū)動(dòng)器晶體管3B的源極和柵極之間。采樣晶體管3A響應(yīng)于從掃描線WSL提供的掃描信號(hào)(選擇脈沖)而導(dǎo)通，由此對(duì)從信號(hào)線DTL提供的視頻信號(hào)的信號(hào)電位進(jìn)行采樣，并將信號(hào)電位保存在電容元件3C中。 驅(qū)動(dòng)器晶體管3B被提供有來(lái)自驅(qū)動(dòng)線DSL(被設(shè)定為預(yù)定的第一電位)的電流(未示出)， 并向有機(jī)EL元件3D提供對(duì)應(yīng)于保存在電容元件3C中的信號(hào)電位的驅(qū)動(dòng)電流。有機(jī)EL元件3D被提供有來(lái)自驅(qū)動(dòng)器晶體管:3B的驅(qū)動(dòng)電流，并發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于視頻信號(hào)的信號(hào)電位的亮度的光。在顯示裝置中，采樣晶體管3A響應(yīng)于從掃描線WSL提供的掃描信號(hào)(選擇脈沖) 而導(dǎo)通，由此對(duì)從信號(hào)線DTL提供的視頻信號(hào)的信號(hào)電位進(jìn)行采樣并將其保存在電容元件 3C中。另外，電流從被設(shè)置為第一電位的驅(qū)動(dòng)線DSL提供給驅(qū)動(dòng)器晶體管3B，該驅(qū)動(dòng)器晶體管向有機(jī)EL元件3D (紅色、綠色和藍(lán)色有機(jī)EL元件中的每一個(gè))提供與保存在電容元件3C中的信號(hào)電位相一致的驅(qū)動(dòng)電流。每個(gè)有機(jī)EL元件3D均被提供有驅(qū)動(dòng)電流，并由此發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于視頻信號(hào)的信號(hào)電位的亮度的光。因此，顯示裝置基于該視頻信號(hào)來(lái)執(zhí)行視頻顯示。電子單元下文中，將描述顯示裝置在電子單元上的應(yīng)用例。顯示裝置可以被用作任何領(lǐng)域中的電子單元，包括電視設(shè)備、數(shù)碼照相機(jī)、筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)、諸如移動(dòng)電話的移動(dòng)終端、攝像機(jī)。換而言之，顯示裝置可以被用作任何領(lǐng)域中基于外部輸入或內(nèi)部生成的視頻信號(hào)來(lái)顯示靜止圖像或視頻圖像的電子單元。模塊顯示裝置例如可以以圖12中所示的模塊形式而內(nèi)置在諸如下文所述的應(yīng)用例1 至5中的各種電子單元中。例如，在該模塊中，從密封基板50暴露出的區(qū)域210被設(shè)置在基板11的一側(cè)，并且通過(guò)延長(zhǎng)水平選擇器31、寫(xiě)掃描器32以及驅(qū)動(dòng)掃描器33的配線而在暴露區(qū)域210中形成外部接線端子(未示出)。外部接線端子可以附接有柔性印刷電路 (FPC) 220用于輸入或輸出信號(hào)。應(yīng)用例1圖13示出了電視設(shè)備的外觀。例如，該電視設(shè)備具有包括前面板310和濾色玻璃 320的圖像顯示屏300，并且圖像顯示屏300對(duì)應(yīng)于該顯示裝置。應(yīng)用例2圖14A和圖14B示出了數(shù)碼照相機(jī)的外觀。該數(shù)碼照相機(jī)例如具有用于閃光的發(fā)光部410、顯示器420、菜單開(kāi)關(guān)430以及快門(mén)按鈕440，并且顯示器420對(duì)應(yīng)于該顯示裝置。應(yīng)用例3圖15示出了筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)的外觀。該筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)例如具有本體 510、用于字母等的輸入操作的鍵盤(pán)520以及用于顯示圖像的顯示器530，并且顯示器530對(duì)應(yīng)于該顯示裝置。應(yīng)用例4
圖16示出了攝像機(jī)的外觀。該攝像機(jī)例如具有本體610、設(shè)置在本體610的前側(cè)面的對(duì)象拍攝鏡頭620、用于拍攝的開(kāi)始/停止開(kāi)關(guān)630以及顯示器640。顯示器640對(duì)應(yīng)于該顯示裝置。應(yīng)用例5圖17A至圖17G示出了移動(dòng)電話的外觀。例如，該移動(dòng)電話是通過(guò)利用鉸鏈730 將上部殼體710連接至下部殼體720而組裝成的，并且其具有顯示器740、子顯示器750、畫(huà)面燈760以及照相機(jī)770。顯示器740或子顯示器750對(duì)應(yīng)于該顯示裝置。盡管已經(jīng)通過(guò)上述的實(shí)施方式和修改例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于該實(shí)施方式等，并且可以進(jìn)行各種修改或替換。例如，盡管已經(jīng)通過(guò)如實(shí)例那樣的情況(柵極絕緣膜為氧化硅膜和氮化硅膜的兩層膜、或者為包括由氧化硅膜或氮化硅膜夾置的低密度氧化鋁的三層膜)描述了實(shí)施方式等，但柵極絕緣膜可以形成為單層結(jié)構(gòu)或者包括四層以上的多層結(jié)構(gòu)。盡管已經(jīng)通過(guò)如實(shí)例那樣的情況(使用具有負(fù)固定電荷的低密度氧化鋁的溝道保護(hù)膜與氧化物半導(dǎo)體層14接觸)描述了實(shí)施方式等，但溝道保護(hù)膜等不需要與層14完全接觸。換而言之，如果至少在如修改例中描述的氧化物半導(dǎo)體層14的附近存在具有負(fù)固定電荷的低密度氧化鋁膜，則可以獲得與本發(fā)明的實(shí)施方式等相同的效果。本申請(qǐng)包含于2010年4月9日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請(qǐng)JP 2010-0907 所涉及的主題，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和變形，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括 柵電極；一對(duì)源電極/漏電極；氧化物半導(dǎo)體層，形成溝道并設(shè)置在所述柵電極和所述一對(duì)源電極/漏電極之間； 作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述柵電極的一側(cè)；以及第二絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述一對(duì)源電極/漏電極的一側(cè)； 其中，所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，這些絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)為單層膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，這些絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)具有兩層結(jié)構(gòu)，并且一層包含氧化硅或氮化硅，另一層包含所述氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中，包含所述氧化鋁的層經(jīng)由包含氧化硅或氮化硅的層而堆疊在所述氧化物半導(dǎo)體層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，這些絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)為三層結(jié)構(gòu)，以及所述絕緣膜的一層包含所述氧化鋁，另外的兩層包含氧化硅或氮化硅，并夾置包含所述氧化鋁的層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述絕緣膜的膜密度在深度方向上具有梯度，并且所述膜密度的梯度在靠近所述氧化物半導(dǎo)體層的一側(cè)較低。
7.—種顯示裝置，包括顯示元件和用于驅(qū)動(dòng)所述顯示元件的薄膜晶體管，每個(gè)所述薄膜晶體管均包括柵電極；一對(duì)源電極/漏電極；氧化物半導(dǎo)體層，形成溝道并設(shè)置在所述柵電極和所述一對(duì)源電極/漏電極之間； 作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述柵電極的一側(cè)；以及第二絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述一對(duì)源電極/漏電極的一側(cè)， 其中，所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁。
8.一種電子單元，具有包括顯示元件和用于驅(qū)動(dòng)所述顯示元件的薄膜晶體管的顯示裝置，每個(gè)所述薄膜晶體管均包括柵電極；一對(duì)源電極/漏電極；氧化物半導(dǎo)體層，形成溝道并設(shè)置在所述柵電極和所述一對(duì)源電極/漏電極之間； 作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述柵電極的一側(cè)；以及第二絕緣膜，設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體層上靠近所述一對(duì)源電極/漏電極的一側(cè)， 其中，所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2. 70g/cm3以上且小于2. 79g/cm3的氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明提供了薄膜晶體管、顯示裝置以及電子單元，該薄膜晶體管使用用于溝道的氧化物半導(dǎo)體，其可以被控制為使得閾值電壓為正并且可以改善可靠性。該薄膜晶體管包括柵電極；一對(duì)源電極/漏電極；氧化物半導(dǎo)體層，形成溝道并設(shè)置在柵電極和一對(duì)源電極/漏電極之間；作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近柵電極的一側(cè)；以及第二絕緣膜，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層上靠近一對(duì)源電極/漏電極的一側(cè)，其中，第一絕緣膜和第二絕緣膜中的一個(gè)或兩個(gè)包含膜密度為2.70g/cm3以上且小于2.79g/cm3的氧化鋁。
文檔編號(hào)G02F1/1368GK102214698SQ20111008245
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者寺井康浩, 福本繪理, 諸沢成浩 申請(qǐng)人:索尼公司