專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜晶體管、用于制造該薄膜晶體管的方法、以及顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中所描述的實(shí)施例一般涉及薄膜晶體管、用于制造該薄膜晶體管的方法、以及顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
TFT (薄膜晶體管)已廣泛地用于液晶顯示設(shè)備、有機(jī)EL (電致發(fā)光)顯示設(shè)備等。雖然用于大液晶顯示器的非晶硅TFT因其場(chǎng)效應(yīng)遷移率(遷移率)約為IcmVV s而存在長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)的可靠性問(wèn)題，但是TFT可在大區(qū)域上、以低成本且均勻地形成，因?yàn)槠淇捎眠m于在大區(qū)域上形成膜的等離子體CVD (化學(xué)氣相沉積)形成。另外，雖然用于小尺寸和中等尺寸的液晶顯示器的低溫多晶硅TFT存在成本降低和均勻性的問(wèn)題，但是TFT因其遷移率約為IOOcmVV s而具有長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)的高可靠性。近年來(lái)，已期望顯示設(shè)備在尺寸、高清晰度和成本降低方面有進(jìn)ー步的改進(jìn)。除此以外，已在國(guó)內(nèi)外研究和開(kāi)發(fā)了使用當(dāng)前驅(qū)動(dòng)器的有源矩陣型有機(jī)EL顯示設(shè)備，并且已期望可低成本地形成、且具有高均勻性、高可靠性和高遷移率的新半導(dǎo)體材料。因此，近年來(lái)，氧化物半導(dǎo)體作為T(mén)FT的半導(dǎo)體膜材料已引起了關(guān)注。具體而言，使用非晶氧化物半導(dǎo)體(諸如IGZO (氧化銦鎵鋅))的TFT已引起了關(guān)注。由于氧化物半導(dǎo)體膜在室溫下通過(guò)濺射法在大區(qū)域上均勻地形成，并且在可見(jiàn)光區(qū)域中是透明的，因此有可能甚至在具有低熱阻的塑料膜襯底上也形成柔性和透明的TFT。此外，由于氧化物半導(dǎo)體的遷移率比非晶硅的遷移率高大約10倍，因此高遷移率特性可通過(guò)使用氧化物半導(dǎo)體來(lái)獲得。另外，對(duì)于BTS (偏置溫度應(yīng)力)測(cè)試，高可靠性可通過(guò)在300至400°C的高溫下對(duì)氧化物半導(dǎo)體施加后退火來(lái)獲得。此類(lèi)特征已使該氧化物半導(dǎo)體成為領(lǐng)先者，作為用于顯示設(shè)備的下一代背板設(shè)備的半導(dǎo)體材料。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，薄膜晶體管包括襯底、柵電極、第一絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、第ニ絕緣膜、源電極、以及漏電極。柵電極設(shè)置在襯底的一部分上。第一絕緣膜覆蓋柵電扱。氧化物半導(dǎo)體膜經(jīng)由第一絕緣膜設(shè)置在柵電極上。第二絕緣膜設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上。源電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分。第一部分未用第二絕緣膜覆蓋。漏電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分。第二部分未用第二絕緣膜覆蓋。氧化物半導(dǎo)體膜包括含有銦、鎵和鋅中的至少ー種元素的氧化物半導(dǎo)體。第一絕緣膜中的含氫濃度不小于5 X IO20原子/cm_3，而第二絕緣膜中的含氫濃度不大于IO19原子/cm_3。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，顯示設(shè)備包括薄膜晶體管、第一電極、第二電極、以及顯示層。薄膜晶體管包括襯底、柵電極、第一絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、第二絕緣膜、源電極、以及漏電扱。柵電極設(shè)置在襯底的一部分上。第一絕緣膜覆蓋柵電扱。氧化物半導(dǎo)體膜經(jīng)由第一絕緣膜設(shè)置在柵電極上。第二絕緣膜設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上。源電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分。第一部分未用第二絕緣膜覆蓋。漏電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分。第二部分未用第二絕緣膜覆蓋。氧化物半導(dǎo)體膜包括含有銦、鎵和鋅中的至少ー種元素的氧化物半導(dǎo)體。第一絕緣膜中的含氫濃度不小于5X 102°原子/cm'而第二絕緣膜中的含氫濃度不大于IO19原子/cm_3。第一電極連接到薄膜晶體管的源電極或漏電極。第二電極面向第一電極。顯示層設(shè)置在第一電極和第二電極之間。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)了ー種用于制造薄膜晶體管的方法。該方法可包括在襯底的一部分上形成柵電扱。該方法可包括形成覆蓋柵電極且含氫濃度不小于5X 102°原子/cm—3的第一絕緣膜。該方法可包括通過(guò)使用含有銦、鎵和鋅中的至少ー種元素的氧化物半導(dǎo)體在第一絕緣膜上形成氧化物半導(dǎo)體膜以面向柵電極。該方法可包括在氧化物半導(dǎo)體膜的 一部分上形成第二絕緣膜，該第二絕緣膜的含氫濃度不大于IO19原子/cm_3。另外，該方法可包括形成源電極和漏電極。源電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分。第一部分未用第ニ絕緣膜覆蓋。漏電極連接到氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分。源電極未用第二絕緣膜覆蓋。當(dāng)薄膜晶體管陣列在具有低熱阻的絕緣襯底(作為塑料襯底)上形成時(shí)，薄膜晶體管在低溫エ藝中形成。雖然在不高于300°C的低溫エ藝中形成的薄膜晶體管可獲得與在不低于300°C的高溫エ藝中形成的薄膜晶體管相等的初始特性，但是已存在其無(wú)法獲得高可靠性的情況。各個(gè)實(shí)施例提供了在低溫エ藝中形成的具有高可靠性的薄膜晶體管、用于制造薄膜晶體管的方法、以及顯示設(shè)備。


圖1A和IB是示出根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管的示意性截面圖和示意性俯視圖；圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管的電流電壓特性的曲線(xiàn)圖；圖3是示出根據(jù)比較示例的薄膜晶體管的電流電壓特性的視圖；圖4A至4F是示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管的方法的示意性截面圖；圖5A和5B是示出根據(jù)第一實(shí)施例和比較示例的電流電壓特性的視圖；圖6A至6F是示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施例的薄膜晶體管的方法的示意性截面圖；圖7A至7F是示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施例的薄膜晶體管的方法的示意性截面圖；圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的顯示設(shè)備的平面圖；以及圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的有機(jī)光致發(fā)光層的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中將參考附圖來(lái)描述各個(gè)實(shí)施例。
這些附圖是示意性的或概念性的；并且各部分的厚度和寬度之間、各部分之間的尺寸比例之間的關(guān)系等不一定與其實(shí)際值相同。此外，尺寸和比例在附圖之間(甚至對(duì)于相同部分)也可不同地例示。在本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)和附圖中，與關(guān)于上文中的附圖所描述的那些組件類(lèi)似的組件被標(biāo)示為類(lèi)似的附圖標(biāo)記，并且酌情省略詳細(xì)描述。(第一實(shí)施例)圖1A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管I的結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖1B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管I的結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。圖1A示出沿圖1B的線(xiàn)A-A所取的截面。根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管I包括襯底100 ;設(shè)置在襯底100的ー個(gè)主表面的一部分上的柵電極100 ;覆蓋柵電極110的柵絕緣膜120 (第一絕緣膜);通過(guò)柵絕緣膜120設(shè)置在柵電極110上的氧化物半導(dǎo)體膜130 ;設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜130的一部分上的溝 道保護(hù)膜150 (第二絕緣膜)；以及連接到氧化物半導(dǎo)體膜130的從溝道保護(hù)膜150露出的一部分的源電極140S和漏電極140D。源電極140S連接到氧化物半導(dǎo)體膜130的未用第二絕緣膜(溝道保護(hù)膜150)覆蓋的第一部分130A。源電極140D連接到氧化物半導(dǎo)體膜130未用第二絕緣膜(溝道保護(hù)膜150)覆蓋的第二部分130B。薄膜晶體管I用密封層160覆蓋。在圖1B中省略了密封層160。如圖1B所示，當(dāng)從頂面觀(guān)察薄膜晶體管I時(shí)，源電極140S和漏電極140D通過(guò)溝道保護(hù)膜150面向彼此。即，Z方向是與襯底100的ー個(gè)主表面垂直的方向。另外，溝道保護(hù)膜150覆蓋位于源電極140S和漏電極140D之間的氧化物半導(dǎo)體膜130的一端。襯底100、柵電極110、柵絕緣膜120、氧化物半導(dǎo)體膜130和溝道保護(hù)膜150層疊的方向被定義為Z方向。另外，與襯底100的主表面平行的ー個(gè)方向被定義為X方向，而與X方向和Z方向垂直的方向被定義為Y方向。定義了源電極140S和漏電極140D被設(shè)置成在X方向上面向彼此。當(dāng)在從柵電極110向第一絕緣膜的方向(Z方向)上觀(guān)察時(shí)，柵電極110的至少ー部分設(shè)置在源電極140S和漏電極140D之間。在與襯底100的ー個(gè)主表面平行的面中，沿柵電極110 —側(cè)具有較長(zhǎng)寬度的方向被定義為柵電極110的縱向。柵電極110的縱向與圖1B中的Y方向相對(duì)應(yīng)。氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向與下層?xùn)烹姌O110的縱向正交。即，氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向是X方向。溝道保護(hù)膜150沿著氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向覆蓋端部側(cè)。例如，可使用透光玻璃襯底、塑料襯底、不透明硅襯底和不銹鋼襯底作為襯底100。替換地,可使用柔性或塑料襯底作為襯底100。例如，可使用膜式柔性襯底100。襯底100可在形成有柵電極110的ー個(gè)主表面上具有絕緣層。即，襯底100的形成有柵電極110的ー個(gè)主表面僅僅必需具有絕緣性質(zhì)。在形成柔性顯示設(shè)備時(shí)，例如，可使用由樹(shù)脂材料制成的膜式襯底。各種類(lèi)型的導(dǎo)電材料可用于柵電極110。例如，可使用高熔點(diǎn)金屬，諸如MoW (鑰鎢)、MoTa (鑰鈦)和W (鎢)。除了以上金屬以外，可使用針對(duì)小丘采取措施的基于Al (鋁)的Al合金，并且可使用Al和高熔點(diǎn)金屬的層疊膜。SiO2 (ニ氧化硅)、SiOxNy (氧氮化硅H)、(氮化硅H)等可用于柵絕緣膜120。此夕卜，可使用上述材料的層疊膜。氧化物半導(dǎo)體膜130具有含有銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)中的至少ー種元素的氧化物，并且例如，其由諸如In-Ga-Zn-O (氧化銦鎵鋅，并且在下文中稱(chēng)為IGZ0)之類(lèi)的非晶氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成。由于氧化物半導(dǎo)體膜130即使通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)或X射線(xiàn)衍射(XRD)觀(guān)察也未觀(guān)察到指示結(jié)晶度等的衍射圖案，因此可發(fā)現(xiàn)氧化物半導(dǎo)體膜130處于非晶狀態(tài)。氧化物半導(dǎo)體膜130的膜厚可能約為不小于5nm以確保電特性，并且更具體地，可大致設(shè)置為不小于5且不大于50nm。氧化物半導(dǎo)體膜130的膜質(zhì)量和形狀可通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等觀(guān)察。絕緣材料可用于溝道保護(hù)膜150，并且例如，使用耐酸性高于氧化物半導(dǎo)體膜130·的材料的氧化硅膜。絕緣材料可用于密封層160，并且例如，可使用氧化硅膜、氮化硅膜或其層疊膜。除了以上絕緣材料以外，可使用具有高阻氫性質(zhì)的氧化鋁和氧化鈦。導(dǎo)電材料可用于源電極140S和漏電極140D。例如，可使用Ti (鈦)/Al (招)/Ti(鈦)和Mo (鑰)/Al (鋁)/Mo (鑰)、或氧化銦錫(ITO)等的層疊膜。替換地，通過(guò)將Ar (氬)等離子體處理施加給氧化物半導(dǎo)體膜130的未用溝道保護(hù)膜150覆蓋的一部分，可減小該部分的電阻以使該部分用作源電極140S和漏電極140D。薄膜晶體管I的柵絕緣膜120中的含氫濃度不小于5 XIO2q原子/cm_3，而溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度不大于IO19原子/cm—3。可通過(guò)將柵絕緣膜120中的氫濃度設(shè)為不小于5 XlO2tl原子/cm_3，在氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120的界面中可氫端接(hydrogen-terminate)氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120的材料分子的懸空鍵。此外，由于柵絕緣膜120中的氫擴(kuò)散到氧化物半導(dǎo)體膜130，因此可氫端接氧化物半導(dǎo)體膜130內(nèi)的缺陷。因此，可防止通過(guò)氧化物半導(dǎo)體膜130中含有的過(guò)量氧的載流子捕獲所引起的氧化物半導(dǎo)體膜130內(nèi)的缺陷。通過(guò)將溝道保護(hù)膜150中的氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm_3，可減少?gòu)难趸锇雽?dǎo)體膜130的最外側(cè)表面(其上設(shè)置有溝道保護(hù)膜150的ー個(gè)主表面)到溝道保護(hù)膜150的氫擴(kuò)散，并且可抑制歸因于氫的過(guò)量載流子生成。因此，可防止氧化物半導(dǎo)體膜130的最外側(cè)表面的電阻降低。柵絕緣膜120中的氫濃度可通過(guò)在深度(膜厚)方向上使用次級(jí)離子質(zhì)譜儀(SMS)測(cè)量氫濃度的分布曲線(xiàn)來(lái)量化。溝道保護(hù)膜150中的氫濃度可通過(guò)使用次級(jí)離子質(zhì)譜儀測(cè)量位于源電極140S和漏電極140D之間的溝道保護(hù)膜150的深度方向上的氫濃度的分布曲線(xiàn)來(lái)量化。此時(shí)，優(yōu)選在將次級(jí)離子質(zhì)譜儀的束斑直徑設(shè)為最小值的條件下測(cè)量該分布曲線(xiàn)。當(dāng)將層疊膜用作柵絕緣膜120時(shí)，離氧化物半導(dǎo)體膜130最近的膜的氫濃度被限定為不小于5X 102°原子/cm_3。圖2是示出薄膜晶體管I的電流電壓特性的曲線(xiàn)圖。垂直軸表示漏電流(ID)，而水平軸表示柵電壓(VG)。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜130的寬度在圖1A的示意性截面圖中的Y方向上較短時(shí)，電流電壓特性被示為附圖標(biāo)記130a，而當(dāng)該寬度在Y方向上較長(zhǎng)時(shí)，電流電壓特性被示為附圖標(biāo)記130b。根據(jù)此類(lèi)薄膜晶體管1，不發(fā)生滯后，如圖2所示。另外，取決于在與厚度方向垂直的方向上的寬度，薄膜晶體管I的特性保持不變。因此，薄膜晶體管I在初始特性中具有高可靠性。同吋，當(dāng)柵絕緣膜120中的氫濃度小于5 X IO20原子/cm_3時(shí)，無(wú)法充分地氫端接氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120的界面中的懸空鍵以及氧化物半導(dǎo)體膜130內(nèi)的缺陷。結(jié)果，滯后在電流電壓特性中變大，并且由此薄膜晶體管的可靠性變低。另外，當(dāng)溝道保護(hù)膜150中的氫濃度不大于IO19原子/cm_3時(shí)，發(fā)生從氧化物半導(dǎo)體膜130的最外側(cè)表面向溝道保護(hù)膜150的氫擴(kuò)散，并且由此生成載流子。作為其結(jié)果，通過(guò)柵電壓的耗盡無(wú)法充分地進(jìn)行，并且由此薄膜晶體管的電流電壓特性變成處于常通狀態(tài)。圖3是示出柵絕緣膜中的氫濃度小于5X 102°原子/cm_3而溝道保護(hù)膜中的氫濃 度大于IO19原子/cm_3時(shí)的薄膜晶體管的電流電壓特性的比較曲線(xiàn)圖。垂直軸表示漏電流
(I)，而水平軸表示柵電壓(VG)。每一曲線(xiàn)示出氧化物半導(dǎo)體膜130的寬度在圖1A的示意性截面圖中的Y方向上改變時(shí)的電流電壓特性，并且曲線(xiàn)130a示出該寬度大時(shí)的電流電壓特性，曲線(xiàn)130c示出該寬度小時(shí)的電流電壓特性，而曲線(xiàn)130b示出該寬度是以上所述的兩者之間的中間值時(shí)的電流電壓特性。當(dāng)柵絕緣膜中的氫濃度小于5 X 102°原子/cm_3且溝道保護(hù)膜中的氫濃度大于IO19原子/cm_3時(shí)，氧化物半導(dǎo)體膜的缺陷通過(guò)氫從溝道保護(hù)膜氫端接，并且由此不發(fā)生滯后。然而，在氧化物半導(dǎo)體的膜面(XY面)內(nèi)氫濃度的分布在氧化物半導(dǎo)體膜和柵絕緣膜之間的界面中進(jìn)行，由此電流電壓特性很大程度上取決于氧化物半導(dǎo)體膜的性質(zhì)而改變。因此，柵絕緣膜120中的含氫濃度被設(shè)為不小于5 XlO2tl原子/cm_3，而溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度被設(shè)為不大于IO19原子/cm_3，由此可獲得具有高可靠性的薄膜晶體管1，其中不易發(fā)生滯后，并且其中電流電壓特性不易取決于氧化物半導(dǎo)體膜130的形狀。在下文中，將使用圖4A至圖4F來(lái)描述用于制造第一實(shí)施例的薄膜晶體管I的方法。圖4A至4F是示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施例的薄膜晶體管I的方法的示意性截面圖。圖4A至4F的示意性截面圖與圖1A的示意性截面圖相對(duì)應(yīng),并且示出XZ平面的截面。使用玻璃襯底作為襯底100。另外，使用MoW作為柵電極110。首先，通過(guò)濺射法在襯底100上形成用作柵電極110的MoW膜，以使其厚度可以是200nm，并且將其處理成預(yù)定圖案(圖4A)。光刻法被用于圖案化，并且例如磷酸、醋酸、硝酸和水的混合酸被用于蝕刻。在與襯底100的ー個(gè)主表面平行的面中，沿柵電極110 —側(cè)具有較長(zhǎng)寬度的方向被定義為縱向。柵電極110的縱向與圖4A至圖4F中的Y方向相對(duì)應(yīng)。接下來(lái)，形成覆蓋柵電極110的柵絕緣膜120以使氫濃度不小于5X 102°原子/cm_3(圖4B)。在此，在使用濺射法形成柵絕緣膜120之后，通過(guò)將退火施加給膜來(lái)形成柵絕緣膜120?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡氣體的氫濃度、退火(熱處理)時(shí)間和退火溫度來(lái)將柵絕緣膜120內(nèi)的氫濃度設(shè)為不小于5X 102°原子/cm_3。發(fā)泡氣體中的氫濃度優(yōu)選被設(shè)為不小于0. 5%且不大于10%。退火時(shí)間優(yōu)選被設(shè)為不少于30分鐘。退火溫度優(yōu)選被設(shè)為不低于200°C。例如，通過(guò)濺射法來(lái)將厚度為350nm的氧化硅膜(SiO2)沉積為柵絕緣膜120，以覆蓋襯底100和柵電極110。用氮?dú)庀♂尩?%氫濃度的氣體用于發(fā)泡氣體。在沉積之后,在200°C的溫度下將退火施加給柵絕緣膜120。柵絕緣膜120的膜形成可在不加熱的情況下進(jìn)行。
接下來(lái)，通過(guò)反應(yīng)DC濺射法在柵絕緣膜120上形成IGZO膜，以使厚度為30nm。隨后，使用2%的草酸來(lái)處理IGZ0，從而形成氧化物半導(dǎo)體膜130 (圖4C)。氧化物半導(dǎo)體膜130通過(guò)柵絕緣膜140面向柵電極110。例如，在與襯底100的ー個(gè)主表面平行的面中，可處理氧化物半導(dǎo)體膜130以使氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向與下層?xùn)烹姌O110的縱向正交。SP，氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向是X方向。接下來(lái)，通過(guò)濺射法來(lái)將厚度為150nm的氧化硅膜沉積在氧化物半導(dǎo)體膜130上。氧化硅膜被圖案化為一形狀，從而沿著氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向覆蓋端部側(cè)以形成溝道保護(hù)膜150 (圖4D)。例如，可通過(guò)組合掩模暴露和背側(cè)暴露來(lái)使用圖案化，該圖案化使用柵電極110作為掩摸。例如，可通過(guò)使用四氟甲烷(CF4)氣體的RIE (反應(yīng)離子蝕刻)處理來(lái)進(jìn)行蝕刻。此時(shí)，溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度被設(shè)為不大于IO19原子/cm—3。具體地，例如，當(dāng)通過(guò)濺射法來(lái)形成溝道保護(hù)膜150時(shí)，可在膜形成之前通過(guò)調(diào)節(jié)真空度來(lái)將氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm_3。例如，可通過(guò)將真空度設(shè)為不大于10_4Pa來(lái)將氫濃度設(shè)為不 大于IO19原子/cm 3O接下來(lái)，使用緩沖氫氟酸(BHF)來(lái)蝕刻?hào)沤^緣膜120以形成使柵電極110露出的接觸孔(未示出)。接下來(lái)，通過(guò)DC濺射法來(lái)將用作源電極140S和漏電極140D的T1、Al和Ti層疊在溝道保護(hù)膜150、氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120上，以使T1、Al和Ti的厚度按次序?yàn)?0nm、100nm和50nm。該疊層通過(guò)使用堿和弱酸的混合物以及混合酸來(lái)處理成預(yù)定圖案，從而形成源電極140S和漏電極140D(圖4E)。S卩，源電極140S由Ti膜141S、A1膜142S和Ti膜143S構(gòu)成。漏電極140D由Ti膜141D、Al膜142D和Ti膜143D構(gòu)成。源電極140S和漏電極140D形成為ー圖案，以沿與氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向垂直的方向(Y方向)覆蓋端部側(cè)。源電極140S和漏電極140D連接到氧化物半導(dǎo)體膜130。之后，在200°C的溫度下，在干凈烘箱中進(jìn)行約一個(gè)小時(shí)的退火以在エ藝中消除設(shè)備損壞。此外，通過(guò)PE-CVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)法來(lái)將氧化硅膜沉積為密封層160 (圖4F)。例如，將膜形成時(shí)的襯底溫度設(shè)為200°C，并且將密封層160的厚度設(shè)為150至300nm。例如，可使用硅烷(SiH4)、氧化氮(N2O)和氬氣(Ar)作為用于膜形成的氣體。之后，使用緩沖氫氟酸在密封層160中形成用于使漏電極140D露出的接觸孔170。圖5A是示出在形成柵絕緣膜120之前進(jìn)行退火的薄膜晶體管I的電流電壓特性的曲線(xiàn)圖，而圖5B是示出在形成柵絕緣膜120之前不進(jìn)行退火的薄膜晶體管I的電流電壓特性的比較曲線(xiàn)圖。在垂直軸中示出漏電流(ID)，而在水平軸中示出柵電壓(VG)。相應(yīng)的曲線(xiàn)圖示出將漏電壓設(shè)為0.1V和設(shè)為15V時(shí)的電流電壓特性。在未進(jìn)行退火的薄膜晶體管中發(fā)生滯后。同時(shí)，與未進(jìn)行退火的薄膜晶體管相比，在進(jìn)行退火的薄膜晶體管I中滯后減小，并且由此可獲得具有高可靠性的電特性。如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，可獲取具有高可靠性的薄膜晶體管。(第二實(shí)施例)在下文中，將描述用于制造根據(jù)第二實(shí)施例的薄膜晶體管2的方法。圖6A至6F是示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施例的薄膜晶體管2的方法的示意性截面圖。在第二實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的不同之處在于在形成柵絕緣膜120時(shí)使用氫氣、氬氣和氧氣的混合氣體。由于薄膜晶體管2的配置與第一實(shí)施例中的配置相同，因此對(duì)相同的部分給予相同的
o使用玻璃襯底作為襯底100。另外，使用MoW作為柵電極110。首先，通過(guò)濺射法在襯底100上形成用作柵電極110的MoW膜，以使其厚度為200nm，并且將其處理成預(yù)定圖案(圖6A)。例如，光刻法被用于圖案化，并且例如，磷酸、醋酸、硝酸和水的混合酸可用于蝕亥IJ。接下來(lái)，通過(guò)濺射法將厚度為350nm的氧化硅膜沉積為柵絕緣膜120，以覆蓋襯底100和柵電極110(圖6B)。柵絕緣膜120的膜形成例如在不加熱的情況下進(jìn)行。在形成柵絕緣膜120時(shí),使用含有氫氣(H2)以及??！氣(Ar)和氧氣(O2)的混合氣體?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)混合氣體的氫濃度來(lái)將柵絕緣膜120內(nèi)的氫濃度設(shè)為不小于5X102°原子/cm_3?；旌蠚怏w中的氫濃度優(yōu)選被設(shè)為不小于0.5%且不大于10%。例如，用氮?dú)庀♂尩?%氫濃度的氣體可用于混合氣體。在膜形成之后，例如在200°C的溫度下施加退火。后續(xù)エ藝與第一實(shí)施例中的エ藝相類(lèi)似。即，通過(guò)反應(yīng)DC濺射法在柵絕緣膜120上形成IGZO膜，以使其厚度為30nm。隨后，使用2%的草酸來(lái)處理IGZ0，從而形成氧化物半導(dǎo)體膜130 (圖6C)。氧化物半導(dǎo)體膜130通過(guò)柵絕緣膜140面向柵電極110。接下來(lái)，通過(guò)濺射法來(lái)將氧化硅膜沉積在氧化物半導(dǎo)體膜130上，以使其厚度為150nm。氧化娃膜被圖案化為一形狀,從而沿著氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向覆蓋端部側(cè)以形成溝道保護(hù)膜150 (圖6D)。例如，可通過(guò)組合掩模暴露和背側(cè)暴露來(lái)使用圖案化，該圖案化使用柵電極110作為掩摸。例如，可通過(guò)使用四氟甲烷(CF4)氣體的RIE (反應(yīng)離子蝕刻)處理來(lái)進(jìn)行蝕刻。此時(shí)，溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度被設(shè)為不大于IO19原子/cm_3。具體地，例如，當(dāng)通過(guò)濺射法來(lái)形成溝道保護(hù)膜150時(shí)，可在膜形成之前通過(guò)調(diào)節(jié)真空度來(lái)將氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm_3。例如，可通過(guò)將真空度設(shè)為不大于10_4Pa來(lái)將氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm—3。接下來(lái)，使用緩沖氫氟酸(BHF)來(lái)蝕刻?hào)沤^緣膜120以形成使柵電極110露出的 接觸孔(未示出)。接下來(lái)，通過(guò)DC濺射法來(lái)將用作源電極140S和漏電極140D的T1、Al和Ti層疊在溝道保護(hù)膜150、氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120上，以使T1、Al和Ti的厚度按次序?yàn)?0nm、100nm和50nm。該疊層通過(guò)使用堿和弱酸的混合物以及混合酸處理成預(yù)定圖案，從而形成源電極140S和漏電極140D (圖6E)。源電極140S和漏電極140D連接到氧化物半導(dǎo)體膜130。之后，在200°C的溫度下，在干凈烘箱中進(jìn)行約一個(gè)小時(shí)的退火以在エ藝中消除設(shè)備損壞。此外，通過(guò)PE-CVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)法來(lái)將氧化硅膜沉積為密封層160(圖6F)。之后，使用緩沖氫氟酸在密封層160中形成用于使漏電極140D露出的接觸孔170。同樣在第二實(shí)施例中，與第一實(shí)施例相類(lèi)似，薄膜晶體管2的柵絕緣膜120中的含氫濃度可被設(shè)為不小于5 XlO2tl原子/cm—3，而溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度可被設(shè)為不大于IO19原子/cm—3。因此，如以上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，可獲得具有高可靠性的薄膜晶體管2。
(第三實(shí)施例)在下文中，將描述用于制造根據(jù)第三實(shí)施例的薄膜晶體管3的方法。圖7A至7F是示出用于制造根據(jù)第三實(shí)施例的薄膜晶體管3的方法的示意性截面圖。在第三實(shí)施例中，與第一實(shí)施例的不同之處在于用CVD法形成柵絕緣膜120且使用硅烷(SiH4)、氧化氮(N2O)和氬氣(Ar)的混合氣體。由于薄膜晶體管3的配置與第一實(shí)施例中的配置相同，因此對(duì)相同的部分給予相同的標(biāo)記。使用玻璃襯底作為襯底100。另外，使用MoW作為柵電極110。首先，通過(guò)濺射在襯底100上形成用作柵電極110的MoW膜，以使其厚度為200nm，并且將其處理成預(yù)定圖案(圖7A)。光刻法被用于圖案化，并且例如，磷酸、醋酸、硝酸和水的混合酸用于蝕刻。接下來(lái)，通過(guò)CVD法來(lái)將厚度為350nm的氧化硅膜沉積為柵絕緣膜120，以覆蓋襯底100和柵電極110 (圖7B)。膜形成溫度被設(shè)為200°C。在形成柵絕緣膜時(shí)，使用含有硅烷(SiH4)、氧化氮(N2O)和氬氣(Ar)的混合氣體。具體地，可通過(guò)調(diào)節(jié)混合氣體的硅烷濃度來(lái)將柵絕緣膜120內(nèi)的氫濃度設(shè)為不小于5X 102°原子/cm_3?；旌蠚怏w中的硅烷濃度優(yōu)選 地被設(shè)為不小于0. 5%且不大于10%。例如，混合氣體中的娃燒濃度可被設(shè)為約5%。另外，進(jìn)行PE-CVD時(shí)的膜形成功率例如被設(shè)為300W。后續(xù)エ藝與第一實(shí)施例中的エ藝類(lèi)似。即，通過(guò)反應(yīng)DC濺射法在柵絕緣膜120上形成IGZO膜，以使其厚度為30nm。隨后，使用2%的草酸來(lái)處理IGZ0，從而形成氧化物半導(dǎo)體膜130 (圖7C)。氧化物半導(dǎo)體膜130通過(guò)柵絕緣膜140面向柵電極110。接下來(lái)，通過(guò)濺射法來(lái)將氧化硅膜沉積在氧化物半導(dǎo)體膜130上以使其厚度為150nm。氧化娃膜被圖案化為一形狀,從而沿著氧化物半導(dǎo)體膜130的縱向覆蓋端部側(cè)以形成溝道保護(hù)膜150 (圖7D)。例如，可通過(guò)組合掩模暴露和背側(cè)暴露來(lái)使用圖案化，該圖案化使用柵電極110作為掩摸。例如，可通過(guò)使用四氟甲烷(CF4)氣體的RIE (反應(yīng)離子蝕刻)處理來(lái)進(jìn)行蝕刻。此時(shí)，溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度被設(shè)為不大于IO19原子/cm_3。具體地，例如，當(dāng)通過(guò)濺射法來(lái)形成溝道保護(hù)膜150時(shí)，可在膜形成之前通過(guò)調(diào)節(jié)真空度來(lái)將氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm_3。例如，可通過(guò)將真空度設(shè)為不大于10_4Pa來(lái)將氫濃度設(shè)為不大于IO19原子/cm—3。接下來(lái)，使用緩沖氫氟酸(BHF)來(lái)蝕刻?hào)沤^緣膜120以形成使柵電極110露出的接觸孔(未示出)。接下來(lái)，通過(guò)DC濺射法來(lái)將用作源電極140S和漏電極140D的T1、Al和Ti層疊在溝道保護(hù)膜150、氧化物半導(dǎo)體膜130和柵絕緣膜120上，以使T1、Al和Ti的厚度按次序?yàn)?0nm、100nm和50nm。該疊層通過(guò)使用堿和弱酸的混合物以及混合酸處理成預(yù)定圖案，從而形成源電極140S和漏電極140D (圖7E)。源電極140S和漏電極140D連接到氧化物半導(dǎo)體膜130。之后，在200°C的溫度下，在干凈烘箱中進(jìn)行約一個(gè)小時(shí)的退火以在エ藝中消除設(shè)備損壞。此外，通過(guò)PE-CVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)法來(lái)將氧化硅膜沉積為密封層160(圖7F)。之后，使用緩沖氫氟酸在密封層160中形成用于使漏電極140D露出的接觸孔170。同樣在第三實(shí)施例中，與第一實(shí)施例相類(lèi)似，薄膜晶體管3的柵絕緣膜120中的含氫濃度可被設(shè)為不小于5 X 102°原子/cm—3，而溝道保護(hù)膜150中的含氫濃度可被設(shè)為不大于 IO19 原子 /cnT3。因此，如以上所述的，根據(jù)第二實(shí)施例，可獲得使用氧化物半導(dǎo)體的、具有高可靠性的薄膜晶體管3。(第四實(shí)施例)圖8是示出根據(jù)第四實(shí)施例的顯示設(shè)備的平面圖。顯示設(shè)備20包括其中在與襯底100的ー個(gè)主表面平行的ー個(gè)方向上延伸的控制線(xiàn)CL以及與襯底100的ー個(gè)主表面平行且在與控制線(xiàn)CL垂直的另一方向上延伸的數(shù)字線(xiàn)DL被設(shè)置成矩陣形式的電路。該電路包括設(shè)置成矩陣形式的多個(gè)像素21。在像素21中包括連接到顯示設(shè)備25的薄膜晶體管26。薄膜晶體管26的ー個(gè)端子連接到控制線(xiàn)CL，而其另ー端子連接到數(shù)字線(xiàn)DL。數(shù)字線(xiàn)DL連接到數(shù)字線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器22。另外，控制線(xiàn)CL連接到控 制線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器23。數(shù)字線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器22和控制線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器23由控制器24控制。液晶層和有機(jī)光致發(fā)光層可用于顯示設(shè)備20。在此使用有機(jī)光致發(fā)光層。第一實(shí)施例的薄膜晶體管1、第二實(shí)施例的薄膜晶體管2、以及第三實(shí)施例的薄膜晶體管3可用于薄膜晶體管26。圖9是示出有機(jī)光致發(fā)光層10的截面圖。在圖9中省略電路。有機(jī)光致發(fā)光層10具有在襯底100上順序地形成陽(yáng)極12 (第一電極)、空穴傳輸層13、發(fā)光層14、電子傳輸層15、電子注入層16、以及陰極17 (第二電極)的結(jié)構(gòu)。如果需要，則形成空穴傳輸層13、電子傳輸層15和電子注入層16。設(shè)置在襯底11上的陽(yáng)極12連接到薄膜晶體管的源電極140S或漏電極140D。通過(guò)將發(fā)光摻雜物分散到基質(zhì)(host)材料中來(lái)形成發(fā)光層14。發(fā)光層14是具有接收來(lái)自陽(yáng)極的空穴和來(lái)自明極的電子、為空穴和電子的重組提供空間、并且由此發(fā)光的功能的層。發(fā)光層中的基質(zhì)材料由該重組所生成的能量激發(fā)。通過(guò)從激發(fā)狀態(tài)中的基質(zhì)材料到發(fā)光摻雜物的能量移動(dòng)，發(fā)光摻雜物變成處于激發(fā)狀態(tài)，并且當(dāng)發(fā)光摻雜物再次返回到基態(tài)時(shí)發(fā)光。對(duì)于每一像素21，通過(guò)控制有機(jī)光致發(fā)光層10的發(fā)光來(lái)將圖像顯示在顯示設(shè)備20上。以上所述的薄膜晶體管可在低溫下制造，并且具有高可靠性?？赏ㄟ^(guò)在柔性襯底100上形成薄膜晶體管26來(lái)獲得具有高顯示質(zhì)量的柔性顯示設(shè)備。在上文中，參考具體示例描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明的實(shí)施例并不限于這些具體示例。組件的具體配置可從本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的領(lǐng)域適當(dāng)?shù)剡x取，并且只要此類(lèi)配置也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并達(dá)到類(lèi)似的效果，它們就被涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，具體示例的任何兩個(gè)或更多個(gè)組件可在技術(shù)可行性的程度內(nèi)組合在一起，并且被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)達(dá)包含本發(fā)明主g的程度。在本發(fā)明精神范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可構(gòu)想各種其他變體和修改，并且應(yīng)當(dāng)理解，這些改變和修改也涵蓋在本發(fā)明范圍內(nèi)。盡管已經(jīng)描述了特定實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅作為示例而呈現(xiàn)，并且不g在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，本文中所描述的新穎實(shí)施例可以各種其他形式來(lái)體現(xiàn)；此外，可作出以本文中所描述的實(shí)施例的形式的各種省略、替代和改變，而不背離本發(fā)明的精神。所附權(quán)利要求及其等效方案g在覆蓋落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的這些形式或修改。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括襯底；設(shè)置在所述襯底的一部分上的柵電極；覆蓋所述柵電極的第一絕緣膜；經(jīng)由所述第一絕緣膜設(shè)置在所述柵電極上的氧化物半導(dǎo)體膜；設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上的第二絕緣膜；以及源電極和漏電極，所述源電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分，所述第一部分未用所述第二絕緣膜覆蓋，所述漏電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分，所述第二部分未用所述第二絕緣膜覆蓋，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括含有銦、鎵和鋅中的至少一種元素的氧化物半導(dǎo)體，以及所述第一絕緣膜中的含氫濃度不小于5X 102°原子/cnT3，而所述第二絕緣膜中的含氫濃度不大于IO19原子/cm_3。
2.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體膜是氧化銦鎵鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，當(dāng)在從所述柵電極向所述第一絕緣膜的方向上觀(guān)察時(shí)，所述柵電極的至少一部分設(shè)置在所述源電極和所述漏電極之間。
4.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述第一絕緣膜包括二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述第二絕緣膜的耐酸性比所述氧化物半導(dǎo)體膜的耐酸性高。
6.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述第二絕緣膜包括氧化硅膜。
7.如權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述氧化物半導(dǎo)體膜的厚度不小于5納米，并且不大于50納米。
8.一種顯示設(shè)備，包括薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括襯底；設(shè)置在所述襯底的一部分上的柵電極；覆蓋所述柵電極的第一絕緣膜；經(jīng)由所述第一絕緣膜設(shè)置在所述柵電極上的氧化物半導(dǎo)體膜；設(shè)置在所述氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上的第二絕緣膜；以及源電極和漏電極，所述源電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分，所述第一部分未用所述第二絕緣膜覆蓋，所述漏電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分，所述第二部分未用所述第二絕緣膜覆蓋，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括含有銦、鎵和鋅中的至少一種元素的氧化物半導(dǎo)體，并且所述第一絕緣膜中的含氫濃度不小于5X 102°原子/cnT3，而所述第二絕緣膜中的含氫濃度不大于IO19原子/cnT3 ；連接到所述薄膜晶體管的源電極或漏電極的第一電極；面向所述第一電極的第二電極；以及設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間的顯示層。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述顯示層是有機(jī)電致發(fā)光層。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底是透光的。
11.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底是玻璃襯底或塑料襯底。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底是硅襯底或不銹鋼襯底。
13.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底是柔性的。
14.一種用于制造薄膜晶體管的方法，包括在襯底的一部分上形成柵電極；形成覆蓋所述柵電極且含氫濃度不小于5X 102°原子/cnT3的第一絕緣膜；通過(guò)使用含有銦、鎵和鋅中的至少一種元素的氧化物半導(dǎo)體在所述第一絕緣膜上形成氧化物半導(dǎo)體膜以面向所述柵電極；在所述氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上形成第二絕緣膜，所述第二絕緣膜的含氫濃度不大于IO19原子/cm—3 ;以及形成源電極和漏電極，所述源電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第一部分，所述第一部分未用所述第二絕緣膜覆蓋，所述漏電極連接到所述氧化物半導(dǎo)體膜的第二部分，所述第二部分未用所述第二絕緣膜覆蓋。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一絕緣膜通過(guò)使用濺射法和通過(guò)在形成所述第一絕緣膜之后在不低于200° C的溫度下退火來(lái)進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一絕緣膜通過(guò)使用含氫濃度不小于O. 5%且不大于10%的發(fā)泡氣體的濺射法來(lái)進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述發(fā)泡氣體是含有氮?dú)夂蜌錃獾陌l(fā)泡氣體、或者含有IS氣、氧氣和氫氣的發(fā)泡氣體。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一絕緣膜通過(guò)在使用濺射法的膜形成之后進(jìn)行不少于30分鐘的退火處理來(lái)進(jìn)行。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一絕緣膜通過(guò)使用含有氧化氮、IS氣和娃燒，且娃燒的濃度不小于O. 5%且不大于10%的混合氣體的CVD方法來(lái)進(jìn)行。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述第二絕緣膜通過(guò)使用經(jīng)由將真空度設(shè)為不大于10_4Pa的濺射法來(lái)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了薄膜晶體管、用于制造該薄膜晶體管的方法、以及顯示設(shè)備。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，薄膜晶體管包括襯底、柵電極、第一絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、第二絕緣膜、源電極、以及漏電極。柵電極設(shè)置在襯底的一部分上。第一絕緣膜覆蓋柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜經(jīng)由第一絕緣膜設(shè)置在柵電極上。第二絕緣膜設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜的一部分上。源電極和漏電極分別連接到未用第二絕緣膜覆蓋的氧化物半導(dǎo)體膜的第一和第二部分。氧化物半導(dǎo)體膜包括氧化物半導(dǎo)體。第一和第二絕緣膜中的含氫濃度分別不小于5×1020原子/cm-3，并且不大于1019原子/cm-3。
文檔編號(hào)H01L21/336GK103022143SQ201210177380
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者中野慎太郎, 上田知正, 三浦健太郎, 齊藤信美, 坂野龍則, 山口 一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝