專利名稱：薄膜晶體管及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管及顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在具有絕緣表面的襯底(例如，玻璃襯底)上包括半導(dǎo)體薄膜(厚度近似為幾nm至幾百nm左右)的薄膜晶體管受到注目。薄膜晶體管已被廣泛地應(yīng)用于IC(集成電路)及電光裝置那樣的電子設(shè)備。尤其，正在加快開發(fā)作為以液晶顯示裝置等為代表的圖像顯示裝置的開關(guān)元件的薄膜晶體管。在諸如液晶顯示裝置之類的圖像顯示裝置中，利用非晶半導(dǎo)體膜或多晶半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管被主要用作開關(guān)元件。進(jìn)一步地，使用微晶半導(dǎo)體膜的薄膜晶體管已是眾所周知(例如，專利文獻(xiàn)1)。當(dāng)柵極電壓變化時(shí)流過源極和漏極之間的電流的變化量越大，薄膜晶體管的性能越優(yōu)越。用來表示當(dāng)柵極電壓變化時(shí)流過源極和漏極之間的電流的變化量，亞閾值已被廣泛地知道。另外，在薄膜晶體管中，需要減少光漏電流的量。光漏電流是指當(dāng)通過對薄膜晶體管的半導(dǎo)體層照射光而在該半導(dǎo)體層中引起光伏效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電流，該電流流過源極和漏極之間。因此，對于將薄膜晶體管的半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了很多研究(例如，專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3)。〔參考〕〔專利文獻(xiàn)〕[專利文獻(xiàn)1]美國專利第4409134號[專利文獻(xiàn)2]日本已公開專利申請第H10-20298號[專利文獻(xiàn)3]日本已公開專利申請第H7-122754號

發(fā)明內(nèi)容
例如，在應(yīng)用于顯示裝置的薄膜晶體管中，通過光對半導(dǎo)體層進(jìn)行照射，產(chǎn)生光漏電流。當(dāng)產(chǎn)生光漏電流時(shí)，例如，顯示裝置的對比率會降低，這會使顯示品質(zhì)降低。為了抑制這種光漏電流，較佳地對半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光。例如，在光入射的一側(cè)設(shè)置柵電極以重疊于所述半導(dǎo)體層。但是，例如，在將非晶半導(dǎo)體層層疊于微晶半導(dǎo)體層上且柵電極重疊于這些半導(dǎo)體層的薄膜晶體管中，截止電流有增大的趨勢。特別地，在Vgs< 0的情況下，隨著柵極電壓的降低，截止電流就顯著地增大，換言之，截止電流發(fā)生明顯的跳升。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種即使在利用柵電極對半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光的情況下截止電流也不會明顯跳升的薄膜晶體管。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種底柵型薄膜晶體管，其包括在載流子遷移率高的半導(dǎo)體層上層疊有載流子遷移率低的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層。用柵電極對該半導(dǎo)體層的整個(gè)表面進(jìn)行遮光，并且在載流子遷移率高的半導(dǎo)體層與漏電極彼此接觸的部分處的勢壘是高的。具體而言，使用功函數(shù)低的材料形成在上述部分處的漏電極。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種薄膜晶體管，其包括柵電極層；第一半導(dǎo)體層；載流子遷移率低于所述第一半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上并與該第一半導(dǎo)體層接觸；設(shè)置在所述柵電極層和所述第一半導(dǎo)體層之間并與該柵電極層和第一半導(dǎo)體層相接觸的柵極絕緣層；設(shè)置為接觸于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及設(shè)置為部分地接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層和所述第一及第二半導(dǎo)體層的源電極層及漏電極層，其中所述第一半導(dǎo)體層在柵電極層一側(cè)上的整個(gè)表面重疊于所述柵電極層；并且其中所述第一半導(dǎo)體層與所述源電極層及漏電極層相接觸的部分的勢壘大于等于 0. 5eVo本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種薄膜晶體管，其包括柵電極層；第一半導(dǎo)體層；載流子遷移率低于所述第一半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上并與該第一半導(dǎo)體層相接觸；設(shè)置在所述柵電極層和所述第一半導(dǎo)體層之間并與該柵電極層和第一半導(dǎo)體層相接觸的柵極絕緣層；設(shè)置為接觸于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及設(shè)置為部分地接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層和所述第一及第二半導(dǎo)體層的源電極層及漏電極層，其中所述第一半導(dǎo)體層在柵電極層一側(cè)上的整個(gè)表面重疊于所述柵電極層，并且其中形成所述源電極層及所述漏電極層的材料的功函數(shù)為Φ，所述第一半導(dǎo)體層的電子親和勢(真空能級和所述第一半導(dǎo)體層的遷移率邊緣的底部之間的差異)為X，所述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度為Eg，并且Eg+ χ - Φ大于等于0. 5eV0在具有上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，優(yōu)選利用所述柵電極層對所述第一半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光。因此，柵電極層優(yōu)選使用遮光材料形成。在具有上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，所述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度優(yōu)選為大于所述源電極層及漏電極層所接觸的所述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度。這是因?yàn)槿缦戮壒十?dāng)將第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度設(shè)定為大于第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度時(shí)，只需要至少考慮第一半導(dǎo)體層的勢壘。在具有上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管中，所述第一半導(dǎo)體層包括結(jié)晶性半導(dǎo)體，并且所述第二半導(dǎo)體層包括非晶半導(dǎo)體。在底柵型薄膜晶體管中，通過在第一半導(dǎo)體層上設(shè)置第二半導(dǎo)體層，當(dāng)所述晶體管導(dǎo)通時(shí)電流主要流過第一半導(dǎo)體層，而在所述晶體管截止時(shí)電流主要流過第二半導(dǎo)體層。因此，通過使用載流子遷移率高的半導(dǎo)體形成第一半導(dǎo)體層，并且使用載流子遷移率低的半導(dǎo)體形成第二半導(dǎo)體層，由此可以得到導(dǎo)通電流大且截止電流小(即，開/關(guān)比高)的薄膜晶體管。另外，使柵電極層重疊于所述半導(dǎo)體層，從而可對所述半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光，且可以減少光漏電流。換言之，通過采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)，可以得到光漏電流小且開/關(guān)比高的薄膜晶體管。通過將光漏電流小且開/關(guān)比高的薄膜晶體管應(yīng)用于顯示裝置，該顯示裝置可具有高對比度和低功耗。


圖IA和IB用于說明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖2A和2B用于說明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖3A和;3B示出薄膜晶體管的電特性。圖4A和4B分別用于說明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖5A和5B分別用于說明薄膜晶體管中截止電流的路徑。圖6用于說明能帶結(jié)構(gòu)。圖7A和7B示出薄膜晶體管的電特性。圖8示出薄膜晶體管的電特性。圖9A和9B示出薄膜晶體管的電特性。圖IOA和IOB示出薄膜晶體管的電特性。
圖1IA和1IB示出薄膜晶體管的電特性。圖12A至12C用于說明薄膜晶體管的制造方法。圖13用于說明薄膜晶體管的制造方法。圖14A至14C用于說明薄膜晶體管的制造方法。圖15A至15C用于說明薄膜晶體管的制造方法。圖16是用于說明顯示裝置結(jié)構(gòu)的框圖。圖17A和17B是分別用于說明液晶顯示面板的俯視圖和截面圖。圖18A和18B是分別用于說明發(fā)光顯示面板的俯視圖和截面圖。圖19A至19D用于分別說明使用顯示裝置的電子設(shè)備。圖20A和20B用于分別說明薄膜晶體管結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。但是，本發(fā)明并不局限于以下的說明，而且所屬本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解本發(fā)明的方式和細(xì)節(jié)可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及范圍的條件下以各種方式進(jìn)行變換。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于以下所示的實(shí)施方式的描述。需要注意的是，所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部分，用以參考附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。此外，在一些情況下，將相同的陰影線應(yīng)用于相同的部分，而不特別用附圖標(biāo)記來表示該相同部分。另外，在一些情況下，絕緣層并未在俯視圖中示出。實(shí)施方式1在本實(shí)施方式中，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的薄膜晶體管。圖IA和IB用于說明本實(shí)施方式的薄膜晶體管的一個(gè)例子。圖IA和IB所示的薄膜晶體管包括柵電極層102、半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層106 及第二半導(dǎo)體層108)、設(shè)置在柵電極層102和半導(dǎo)體層之間且與柵電極層102和半導(dǎo)體層相接觸的柵極絕緣層104、接觸于半導(dǎo)體層進(jìn)行設(shè)置的雜質(zhì)半導(dǎo)體層110、部分接觸于雜質(zhì)半導(dǎo)體層110及半導(dǎo)體層進(jìn)行設(shè)置的源電極層及漏電極層112。半導(dǎo)體層的整個(gè)表面重疊于柵電極層102。另外，該薄膜晶體管優(yōu)選由保護(hù)層114覆蓋。在將該薄膜晶體管用作顯示裝置的像素晶體管的情況下，如圖IA和IB所示，可在保護(hù)層114中設(shè)置開口 116，并且可設(shè)置像素電極層118以使其通過該開口 116連接到源電極層或漏電極層112。注意，設(shè)置第二半導(dǎo)體層108以使其接觸于第一半導(dǎo)體層106，并且優(yōu)選地使用載流子遷移率低于第一半導(dǎo)體層106的材料來形成第二半導(dǎo)體層108。
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如圖IA和IB所示，薄膜晶體管的半導(dǎo)體層的整個(gè)表面重疊于柵電極層102，由此可以減少來自襯底100 —側(cè)的光漏電流。另外，在圖IA和IB所示的薄膜晶體管中，以層疊第一半導(dǎo)體層106和第二半導(dǎo)體層108的方式形成半導(dǎo)體層。為了減少截止電流，設(shè)置第二半導(dǎo)體層108。設(shè)置第二半導(dǎo)體層108以使其接觸于第一半導(dǎo)體層106，并且優(yōu)選地使用載流子遷移率低于第一半導(dǎo)體層106的材料形成第二半導(dǎo)體層108。例如，可形成結(jié)晶性半導(dǎo)體層作為第一半導(dǎo)體層 106，并且形成后面將描述到的“包含非晶半導(dǎo)體的層”(能夠緩和電場的半導(dǎo)體層)作為第二半導(dǎo)體層108。當(dāng)薄膜晶體管導(dǎo)通時(shí)，電流主要流過第一半導(dǎo)體層106。當(dāng)薄膜晶體管截止時(shí)，電流主要流過第二半導(dǎo)體層108。另外，通過形成具有后面將描述到的“包含非晶半導(dǎo)體的層”的第二半導(dǎo)體層108，可以防止因設(shè)置第二半導(dǎo)體層108而導(dǎo)致的導(dǎo)通電流的減少。因此，當(dāng)形成結(jié)晶性半導(dǎo)體層作為第一半導(dǎo)體層106且形成后面將描述到的“包含非晶半導(dǎo)體的層”作為第二半導(dǎo)體層108時(shí)，可以得到開/關(guān)比高的薄膜晶體管。注意，第二半導(dǎo)體層108不局限于“包含非晶半導(dǎo)體的層”，例如也可以使用非晶半導(dǎo)體形成第二半導(dǎo)體層 108。在此，將描述包括在薄膜晶體管中的每一個(gè)層。襯底100并不局限于使用特定材料形成的襯底，只要其具有足以承受用于形成薄膜(晶體硅等)的工序的耐熱性、耐化學(xué)性等即可，該薄膜形成在襯底100上。具體而言， 例如，可以使用玻璃襯底、石英襯底、不銹鋼襯底和硅襯底。注意，在將圖IA和IB所示的薄膜晶體管用于顯示裝置的情況下，作為襯底100，可以使用諸如玻璃襯底或石英襯底之類的透光性襯底。當(dāng)襯底100是樣品玻璃時(shí)，所述襯底可具有從第一代(例如，320mmX400mm) 至第十代(例如，2950mmX 3400mm)的任何尺寸；但是，所述襯底并不局限于此?？梢酝ㄟ^使用諸如鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧之類的金屬材料或包含任何這些材料作為主要成分的合金材料來形成柵電極層102。柵電極層102可以是這些材料的單層或疊層。注意，柵電極層102也構(gòu)成柵極布線。柵極絕緣層104可以使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氮氧化硅形成。柵極絕緣層 104可以是上述材料的單層或疊層。當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106是結(jié)晶性半導(dǎo)體層時(shí)，采用氧化硅層來形成至少接觸于第一半導(dǎo)體層106的柵極絕緣層104，由此可以改進(jìn)第一半導(dǎo)體層106 的結(jié)晶性。氧化硅層優(yōu)選使用作為源氣體的正硅酸乙酯(TEOS=Si(OC2H5)4)來形成。如上所述，第一半導(dǎo)體層106優(yōu)選地使用結(jié)晶性半導(dǎo)體形成。結(jié)晶性半導(dǎo)體包括多晶半導(dǎo)體、微晶半導(dǎo)體等。優(yōu)選使用不需要晶化工序的微晶半導(dǎo)體來形成第一半導(dǎo)體層 106。第二半導(dǎo)體層108優(yōu)選地具有非晶半導(dǎo)體和微小半導(dǎo)體晶粒，且與傳統(tǒng)的非晶半導(dǎo)體相比，通過恒定光電流法(CPM)或光致發(fā)光光譜測量出的tobach邊緣的能量較低，且缺陷吸收光譜的量較少。換言之，與傳統(tǒng)的非晶半導(dǎo)體相比，這種半導(dǎo)體層是晶序良好的半導(dǎo)體層，其具有較少的缺陷，且其在價(jià)電子帶中的帶邊緣(遷移率邊緣)處的能級的尾部傾斜是陡峭的。在本說明書中將這種半導(dǎo)體層稱為“包含非晶半導(dǎo)體的層”。注意，第二半導(dǎo)體層108不局限于上述描述，而也可以使用非晶半導(dǎo)體形成。第二半導(dǎo)體層108可使用至少載流子遷移率比第一半導(dǎo)體層106的載流子遷移率低的材料形成。
以下將描述第一半導(dǎo)體層106和第二半導(dǎo)體層108中每一個(gè)的優(yōu)選方式。第一半導(dǎo)體層106優(yōu)選例如使用微晶半導(dǎo)體形成。在此，微晶半導(dǎo)體是指具有在非晶體和晶體結(jié)構(gòu)(包括單晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)果)之間的中間結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。微晶半導(dǎo)體是具有自由能穩(wěn)定的第三狀態(tài)的半導(dǎo)體，并且是具有短程有序和晶格畸變的結(jié)晶性的半導(dǎo)體，其中晶粒大小是2nm以上且200nm以下，優(yōu)選是IOnm以上且80nm以下，更優(yōu)選是20nm 以上且50nm以下的柱狀晶體或針狀晶體相對于襯底表面在法線方向上生長。因此，在柱狀晶體或針狀晶體的界面有時(shí)形成晶粒邊界。微晶半導(dǎo)體之一的微晶硅所具有的拉曼光譜峰值比表示單晶硅的520cm—1更向低波數(shù)一側(cè)移動。即，微晶硅的拉曼光譜峰值位于表示單晶硅的520cm—1和表示非晶硅的 480CHT1之間。另外，微晶硅包括至少1原子％的氫或鹵族元素，用以使懸空鍵(dangling bond)端接(termination)。再者，微晶硅包含如氦、氬、氪或氖等的稀有氣體元素，以進(jìn)一步促進(jìn)晶格畸變，從而能夠提高穩(wěn)定性并可獲得良好的微晶半導(dǎo)體。例如，在專利文獻(xiàn) 1 (美國專利4，409，134號)中公開了這種微晶半導(dǎo)體。另外，當(dāng)包含在第一半導(dǎo)體層106中的氧及氮濃度(利用二次離子質(zhì)譜分析法測量得到的值)低于lX10watOmS/Cm3，可以改進(jìn)第一半導(dǎo)體層106的結(jié)晶性。第二半導(dǎo)體層108優(yōu)選使用“包含非晶半導(dǎo)體的層”、含有鹵素的“包含非晶半導(dǎo)體的層”、含有氮的“包含非晶半導(dǎo)體的層”，最好含有NH基的“包含非晶半導(dǎo)體的層”來形成。但是，第二半導(dǎo)體層108并不局限于上述材料。第一半導(dǎo)體層I06和第二半導(dǎo)體層108之間的界面區(qū)域具有微晶半導(dǎo)體區(qū)域以及設(shè)置在該微晶半導(dǎo)體區(qū)域之間的非晶半導(dǎo)體。具體而言，第一半導(dǎo)體層106和第二半導(dǎo)體層108之間的界面區(qū)域包括從第一半導(dǎo)體層106以凸?fàn)钛由斓奈⒕О雽?dǎo)體區(qū)域和與第二半導(dǎo)體層108相似的“包含非晶半導(dǎo)體的層”。當(dāng)例如使用“包含非晶半導(dǎo)體的層”、含有鹵素的“包含非晶半導(dǎo)體的層”、含有氮的“包含非晶半導(dǎo)體的層”或含有NH基的“包含非晶半導(dǎo)體的層”來形成第二半導(dǎo)體層108 時(shí)，可以降低薄膜晶體管的截止電流。另外，因?yàn)樯鲜鼋缑鎱^(qū)域具有圓錐形或棱椎形的微晶半導(dǎo)體區(qū)域，所以可以降低縱方向(膜厚度方向)的電阻，即第二半導(dǎo)體層108和由雜質(zhì)半導(dǎo)體層110形成的源區(qū)或漏區(qū)之間的電阻，由此可以提高薄膜晶體管的導(dǎo)通電流。或者，也可以采用沒有第二半導(dǎo)體層108的結(jié)構(gòu)。在此情況下，可將上述界面區(qū)域設(shè)置在第一半導(dǎo)體層106和雜質(zhì)半導(dǎo)體層110之間。在該界面區(qū)域具有微晶半導(dǎo)體區(qū)域和設(shè)置在該微晶半導(dǎo)體區(qū)域之間的非晶半導(dǎo)體區(qū)域。微晶半導(dǎo)體區(qū)域由從第一半導(dǎo)體層106 延伸的微晶半導(dǎo)體形成。此時(shí)，優(yōu)選該界面區(qū)域中微晶半導(dǎo)體區(qū)域相對于非晶半導(dǎo)體區(qū)域所占的比率小。并且，優(yōu)選在一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層110之間(源區(qū)和漏區(qū)之間)，即在載流子流過的區(qū)域中，微晶半導(dǎo)體區(qū)域所占的比率小。這是因?yàn)榭梢越档捅∧ぞw管的截止電流。 另外，因?yàn)樵谏鲜鼋缑鎱^(qū)域中縱方向(膜厚度方向)的電阻低，所以可以使薄膜晶體管的導(dǎo)通電流變大。注意，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106為薄時(shí)，導(dǎo)通電流降低，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106為厚時(shí)，第一半導(dǎo)體層106和源電極層及漏電極層112的接觸面積增大，并且當(dāng)源電極層及漏電極層 112具有高的功函數(shù)時(shí)，如后面所述地，截止電流增大。優(yōu)選上述微晶半導(dǎo)體區(qū)域的大部分包括具有頭端從柵極絕緣層104向第二半導(dǎo)體層108變窄的凸?fàn)畹木Я！；蛘?，上述微晶半?dǎo)體區(qū)域的大部分也可以包括具有頭端從柵極絕緣層104向第二半導(dǎo)體層108變寬的凸?fàn)畹木Я?。在上述界面區(qū)域中，當(dāng)微晶半導(dǎo)體區(qū)域包括具有頭端從柵極絕緣層104向第二半導(dǎo)體層108變窄的凸?fàn)畹木Яr(shí)，在第一半導(dǎo)體層106 —側(cè)與在第二半導(dǎo)體層108 —側(cè)相比，微晶半導(dǎo)體區(qū)域所占的比率高。微晶半導(dǎo)體區(qū)域從第一半導(dǎo)體層106的表面沿著膜厚度方向生長。當(dāng)在原料氣體中氫相對于硅烷的流量比減小(S卩，稀釋率降低)時(shí)，或者當(dāng)包含氮的原料氣體的濃度增加時(shí)，抑制微晶半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)晶生長，并由此晶粒變成為圓錐形或棱椎形，并且通過沉積形成的半導(dǎo)體的大部分成為非晶。另外，上述界面區(qū)域優(yōu)選包括氮、特別是NH基。這是因?yàn)槿缦戮壒十?dāng)在包括于微晶半導(dǎo)體區(qū)域中的晶體之間的界面，或微晶半導(dǎo)體區(qū)域和非晶半導(dǎo)體區(qū)域之間的界面，氮、 特別是NH基與硅原子的懸空鍵結(jié)合時(shí)，減少缺陷而使載流子容易流過。因此，通過將氮，優(yōu)選是NH基的濃度設(shè)定為IX 102°cnT3至IX 1021cnT3，容易使硅原子的懸空鍵與氮、優(yōu)選是NH 基進(jìn)行交聯(lián)，從而使載流子容易流過。其結(jié)果，在晶粒邊界或缺陷中形成促進(jìn)載流子移動的結(jié)合，由此上述界面區(qū)域的載流子遷移率上升。因此，薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率得到了改進(jìn)。另外，通過降低上述界面區(qū)域的氧濃度，可以減少微晶半導(dǎo)體區(qū)域和非晶半導(dǎo)體區(qū)域之間的界面或晶粒之間的界面處的缺陷以及阻礙載流子移動的結(jié)合。當(dāng)將從柵極絕緣層104的界面到第二半導(dǎo)體層108的凸部的頭端的距離設(shè)定為 3nm以上且SOnm以下時(shí)，優(yōu)選設(shè)定為5nm以上且30nm以下時(shí)，可以有效地減少薄膜晶體管的截止電流。雜質(zhì)半導(dǎo)體層110是以使半導(dǎo)體層和源電極層及漏電極層112實(shí)現(xiàn)互相歐姆接觸為目的而設(shè)置的層，并且可以通過使用包含賦予一種導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的源氣體來形成該雜質(zhì)半導(dǎo)體層110。在形成η-溝道薄膜晶體管的情況下，代表性地，可添加磷作為雜質(zhì)元素；例如，可將諸如磷化氫(PH3)之類的包含賦予η型導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的氣體添加進(jìn)氫化硅。在形成P-溝道薄膜晶體管的情況下，代表性地，可添加硼作為雜質(zhì)元素；例如，可將諸如乙硼烷( )之類的包含賦予ρ型導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的氣體添加進(jìn)氫化硅。對雜質(zhì)半導(dǎo)體層110的結(jié)晶性沒有特別的限制。可以使用結(jié)晶性半導(dǎo)體或非晶半導(dǎo)體來形成雜質(zhì)半導(dǎo)體層110，但是優(yōu)選使用結(jié)晶性半導(dǎo)體來形成。這是因?yàn)楫?dāng)使用結(jié)晶性半導(dǎo)體來形成雜質(zhì)半導(dǎo)體層110時(shí)，導(dǎo)通電流會增大。源電極層及漏電極層112可以由使用導(dǎo)電材料的單層或?qū)盈B的多個(gè)層來形成，但是如后面所描述地，需要使用具有的低功函數(shù)至少在一部分上接觸于第一半導(dǎo)體層106的材料來形成。保護(hù)層114可以以與柵極絕緣層104相似的方式形成，且優(yōu)選使用氮化硅形成。特別地，優(yōu)選采用致密的氮化硅層作為保護(hù)層114，從而可防止包含在大氣中的諸如有機(jī)物、 金屬或水蒸氣之類的污染物雜質(zhì)元素的侵入。例如，可以通過利用頻率大于等于IGHz的等離子體的等離子體CVD法來形成致密的氮化硅層。像素電極層118可以使用包含具有透光性的導(dǎo)電高分子(也稱為導(dǎo)電聚合物)的導(dǎo)電組成物。作為導(dǎo)電高分子，可以使用所謂的η電子共軛導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物以及這些材料中的兩種或兩種以上的共聚物。或者，也可以例如使用如下材料形成像素電極層118 包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦錫氧化物 (以下記載為ΙΤ0)、銦鋅氧化物、添加氧化硅的銦錫氧化物等。為了進(jìn)行比較，參照圖2A和2B說明利用柵電極只對半導(dǎo)體層的一部分進(jìn)行遮光
的薄膜晶體管。圖2A和2B所示的薄膜晶體管包括柵電極層202、半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層206 及第二半導(dǎo)體層208)、設(shè)置在柵電極層202和半導(dǎo)體層之間且與它們相接觸的柵極絕緣層 204、接觸于半導(dǎo)體層設(shè)置的雜質(zhì)半導(dǎo)體層210、以及其一部分接觸于雜質(zhì)半導(dǎo)體層210及半導(dǎo)體層設(shè)置的源電極層及漏電極層212。柵電極層只重疊于半導(dǎo)體層的一部分。另外，與圖IA和IB所示的薄膜晶體管相類似地，圖2A和2B所示的薄膜晶體管由保護(hù)層214覆蓋， 并且設(shè)置像素電極層218以使其通過形成在保護(hù)層214中的開口 216連接到源電極層或漏電極層212。設(shè)置第二半導(dǎo)體層208以使其接觸于第一半導(dǎo)體層206，并且優(yōu)選地使用載流子遷移率低于第一半導(dǎo)體層206的材料來形成第二半導(dǎo)體層208。如圖2A和2B所示，當(dāng)只有薄膜晶體管中半導(dǎo)體層的一部分重疊于柵電極層202 時(shí)，半導(dǎo)體層的不重疊于柵電極層202的一部分暴露于光(主要從襯底200 —側(cè)入射的光)，從而無法減少光漏電流。圖3A和;3B示出表示圖4A和4B所示的薄膜晶體管的漏電流相對于柵極電壓(以下，記載為I-V曲線)的電流-電壓特性的曲線。圖3A表示圖4A所示的薄膜晶體管的I-V 曲線，而圖:3B表示圖4B所示的薄膜晶體管的I-V曲線。如圖3A和所示，截止電流沒有大的差異，這意味著在圖4A所示的薄膜晶體管和圖4B所示的薄膜晶體管之間截止電流沒有大的差異。圖IA和IB所示的薄膜晶體管和圖4A所示的薄膜晶體管的不同之點(diǎn)是是否形成第一半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層優(yōu)選由接觸于源電極層及漏電極層的結(jié)晶性半導(dǎo)體形成。該不同可能導(dǎo)致截止電流的差異。參照圖5A和5B，對圖IA和IB所示的薄膜晶體管和圖2A和2B所示的薄膜晶體管進(jìn)行比較。圖5A是圖IA和IB所示薄膜晶體管的一部分的放大圖。圖5B是圖2A和2B所示的薄膜晶體管的一部分的放大圖。圖5A和5B中的箭頭分別指示截止電流的主要路徑。如上所述，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106為薄時(shí)，導(dǎo)通電流下降，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106為厚時(shí)，第一半導(dǎo)體層106和源電極層及漏電極層112的接觸面積增大，并當(dāng)源電極層及漏電極層112具有高的功函數(shù)時(shí)，截止電流上升。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的薄膜晶體管中，由于使用功函數(shù)低的材料來形成源電極層及漏電極層112，所以第一半導(dǎo)體層106具有的厚度能夠足以使薄膜晶體管獲得充分的導(dǎo)通電流。因此，可以使導(dǎo)通電流相比傳統(tǒng)的薄膜晶體管被增大。在圖5A中，存在有第一半導(dǎo)體層106的一部分和源電極層或漏電極層112(漏電極一側(cè))的一部分互相接觸的部分130。從該部分130注入空穴，而電流流過第一半導(dǎo)體層 106?？梢韵胂蟮牡?，該電流大致分為向用作源區(qū)的雜質(zhì)半導(dǎo)體層110流過部分131的電流和流向部分132的電流，在該部分132中，第一半導(dǎo)體層106的一部分與源電極層或漏電極層112的一部分互相接觸，主要是這兩種電流流過。此外，可能在部分131中，從部分130注入的空穴和從源極注入的電子重新結(jié)合。在圖5B中，可以想象的到，在第二半導(dǎo)體層208的漏極附近的部分230中產(chǎn)生載流子，而且主要是由于該載流子導(dǎo)致的截止電流流過。在部分230中，產(chǎn)生空穴和電子并由此形成耗盡層，且電子流向漏極，空穴流向第一半導(dǎo)體層206，由此電流流過?？赡艿氖牵昭鬟^第一半導(dǎo)體層206而在部分231中與來自源極的電子重新結(jié)合。考慮第一半導(dǎo)體層106的一部分和源電極層或漏電極層112的一部分相接觸的部分130的能帶結(jié)構(gòu)。圖6是部分130的能帶結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖6中，Φ是用于形成源電極層及漏電極層112的材料的功函數(shù)。X是第一半導(dǎo)體層106的電子親和勢(真空能級和第一半導(dǎo)體層106的遷移率邊緣的底部之間的差異)。&是第一半導(dǎo)體層106的禁帶寬度。第一半導(dǎo)體層106和源電極層及漏電極層112 之間的邊界處的勢壘的級別為Ε。它們滿足如下的等式(1)。等式(1)E=X +Eg- Φ邊界處的勢壘的等級E越小，越多的空穴容易注入到第一半導(dǎo)體層106，而電流越容易流過。因此，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體層106的禁帶寬度&寬的時(shí)候，第一半導(dǎo)體層106的電子親和勢χ就大，并且用于形成源電極層及漏電極層112的材料的功函數(shù)Φ就低，邊界處的勢壘的等級E增大，這意味著不容易發(fā)生通過部分130的傳導(dǎo)，在部分130中，第一半導(dǎo)體層106的一部分和源電極層或漏電極層112的一部分互相接觸。因此，為了使流過第一半導(dǎo)體層106的一部分和源電極層或漏電極層112的一部分互相接觸的部分130的電流減小，優(yōu)選用功函數(shù)Φ低的材料形成源電極層及漏電極層 112。為了確認(rèn)這一點(diǎn)，在如下條件下進(jìn)行計(jì)算，即將圖5Α結(jié)構(gòu)中的用于形成源電極層及漏電極層112的材料的功函數(shù)Φ設(shè)定為3. 9eV、4. 2eV和4. 5eV0其他參數(shù)不變。圖7A和 7B及圖8示出該結(jié)果。注意，在此，溝道長度L(用一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層110形成的源區(qū)和漏區(qū)之間的距離)為4 μ m，溝道寬度W(雜質(zhì)半導(dǎo)體層110的寬度)為20 μ m,并且將漏極電壓Vd設(shè)定為IV和IOV。圖7A示出Φ = 3. 9eV時(shí)的I-V曲線。圖7B示出Φ = 4. 2eV時(shí)的I-V曲線。圖 8示出Φ = 4. kV時(shí)的I-V曲線。由圖7A和7B及圖8可清楚地知道，有如下的趨勢功函數(shù)Φ越高，截止電流就越大。圖9Α和9Β分別示出& = 1. IeV至1. 3eV時(shí)相對于勢壘(也稱為肖特基勢壘) EGI^iI)的截止電流I。ff (縱軸)。在此，漏極電壓Vd= 10V，柵極電壓\是^-10￥。圖9A 是在27°C下的圖表，圖9B是在85°C下的圖表。根據(jù)圖9A和9B，無論溫度如何，勢壘E大于等于0』eV，就足以減少截止電流。注意，在此，溝道長度L(用一對雜質(zhì)半導(dǎo)體層110形成的源區(qū)和漏區(qū)之間的距離)為4μπι，溝道寬度W(雜質(zhì)半導(dǎo)體層110的寬度)為20μπι。圖 9Α和9Β中的1. IeV至1. 3eV的&與微晶半導(dǎo)體的能隙大致相對應(yīng)。在表1中示出多種材料的功函數(shù)，但不局限于這些。表 1
1權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括 柵電極層；第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上并與所述第一半導(dǎo)體層相接觸的第二半導(dǎo)體層，其中，所述第二半導(dǎo)體層的載流子遷移率低于所述第一半導(dǎo)體層的載流子遷移率；設(shè)置在所述柵電極層和所述第一半導(dǎo)體層之間并與它們相接觸的柵極絕緣層； 設(shè)置為接觸于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)半導(dǎo)體層；設(shè)置為部分接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的一個(gè)、所述第一半導(dǎo)體層以及所述第二半導(dǎo)體層的源電極層；以及設(shè)置為部分接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的另一個(gè)、所述第一半導(dǎo)體層以及所述第二半導(dǎo)體層的漏電極層，其中，所述第一半導(dǎo)體層在所述柵電極層上的整個(gè)表面重疊于所述柵電極層，且其中，所述第一半導(dǎo)體層和所述源電極層或所述漏電極層相接觸的部分的勢壘大于等于 0. 5eVo
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度大于與所述源電極層及所述漏電極層相接觸的所述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層包括結(jié)晶性半導(dǎo)體，且所述第二半導(dǎo)體層包括非晶半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層使用微晶半導(dǎo)體來形成，且該微晶半導(dǎo)體包括晶粒尺寸大于等于2nm且小于等于200nm的晶粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層包括所述非晶半導(dǎo)體和微小半導(dǎo)體晶粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述非晶半導(dǎo)體包括NH基。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，將從所述柵極絕緣層和所述第一半導(dǎo)體層之間的界面到所述第二半導(dǎo)體層的凸部的頭端的距離設(shè)定為大于等于3nm且小于等于80nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層使用結(jié)晶性半導(dǎo)體形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其特征在于，用于所述源電極層及所述漏電極層的至少一部分的材料包括釔、鋯、鈦和氮化鈦中的至少一種。
10.一種薄膜晶體管，包括 柵電極層；第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上并與所述第一半導(dǎo)體層相接觸的第二半導(dǎo)體層，其中，所述第二半導(dǎo)體層的載流子遷移率低于所述第一半導(dǎo)體層的載流子遷移率；設(shè)置在所述柵電極層和所述第一半導(dǎo)體層之間并與它們相接觸的柵極絕緣層； 設(shè)置為接觸于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)半導(dǎo)體層；設(shè)置為部分接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的一個(gè)、所述第一半導(dǎo)體層以及所述第二半導(dǎo)體層的源電極層；以及設(shè)置為部分接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的另一個(gè)、所述第一半導(dǎo)體層以及所述第二半導(dǎo)體層的漏電極層，其中，所述第一半導(dǎo)體層在所述柵電極層上的整個(gè)表面重疊于所述柵電極層，且其中，用于形成所述源電極層及所述漏電極層的材料的功函數(shù)為Φ，真空能級和所述第一半導(dǎo)體層的遷移率邊緣的底部之間的差異為X，所述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度為&， 并且Eg+ χ - Φ大于等于0. 5eV0
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度大于與所述源電極層及所述漏電極層相接觸的所述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層包括結(jié)晶性半導(dǎo)體，且所述第二半導(dǎo)體層包括非晶半導(dǎo)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層通過使用微晶半導(dǎo)體而形成，該微晶半導(dǎo)體包括晶粒尺寸大于等于2nm且小于等于200nm的晶粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層包括所述非晶半導(dǎo)體和微小半導(dǎo)體晶粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述非晶半導(dǎo)體包括NH基。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其特征在于，將從所述柵極絕緣層和所述第一半導(dǎo)體層之間的界面到所述第二半導(dǎo)體層的凸部的頭端的距離設(shè)定為大于等于3nm且小于等于80nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其特征在于，所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層使用結(jié)晶性半導(dǎo)體形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的薄膜晶體管，其特征在于，用于所述源電極層及所述漏電極層的至少一部分的材料包括釔、鋯、鈦和氮化鈦中的至少一種。
全文摘要
減少利用柵電極對半導(dǎo)體層進(jìn)行遮光的底柵型薄膜晶體管的截止電流。一種薄膜晶體管包括柵電極層；第一半導(dǎo)體層；設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層上并與其接觸的第二半導(dǎo)體層；在所述柵電極層和所述第一半導(dǎo)體層之間并與它們接觸的柵極絕緣層；接觸于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及部分地接觸于所述雜質(zhì)半導(dǎo)體層和所述第一及第二半導(dǎo)體層的源電極層及漏電極層。由所述柵電極層覆蓋所述第一半導(dǎo)體層在柵電極層一側(cè)上的整個(gè)表面，并且所述第一半導(dǎo)體層和所述源電極層及漏電極層接觸的部分的勢壘為0.5eV以上。
文檔編號H01L29/786GK102246310SQ200980150030
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者鄉(xiāng)戶宏充, 伊佐敏行, 宮入秀和, 小林聰, 山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所