本發(fā)明涉及用于液晶顯示器或有機(jī)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(shù)：
非晶(非晶質(zhì))氧化物半導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)遷移率。以下，有時(shí)僅稱為“遷移率”。)，光學(xué)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(qū)動(dòng)的新一代顯示器或耐熱性低的樹(shù)脂基板等的應(yīng)用(專利文獻(xiàn)1等)。氧化物半導(dǎo)體中，特別是銦、鎵、鋅、以及氧構(gòu)成的非晶氧化物半導(dǎo)體(In-Ga-Zn-O、以下有時(shí)稱作“IGZO”。)因具有非常高的載流子遷移率，而被優(yōu)選使用。例如在非專利文獻(xiàn)1和2中，公開(kāi)了將In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半導(dǎo)體薄膜用于薄膜晶體管(TFT)的半導(dǎo)體層(活性層)。在使用氧化物半導(dǎo)體作為薄膜晶體管的半導(dǎo)體層時(shí)，不僅要求載流子濃度(遷移率)高，而且還要求TFT的開(kāi)關(guān)特性(晶體管特性、TFT特性)優(yōu)異。具體來(lái)說(shuō)，要求(1)通態(tài)電流(對(duì)柵電極和漏電極施加正電壓時(shí)的最大漏電流)高；(2)斷態(tài)電流(分別對(duì)柵電極施加負(fù)電壓，對(duì)漏電極施加正電壓時(shí)的漏電流)低；(3)SS值(SubthresholdSwing，使漏電流提高1位數(shù)量級(jí)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(fù)任意一種電壓時(shí)，漏電流開(kāi)始流通的電壓)在時(shí)間上不發(fā)生變化而保持穩(wěn)定；并且，(5)遷移率高；等。此外，進(jìn)一步要求使用了IGZO等氧化物半導(dǎo)體層的TFT對(duì)于電壓施加或光照射等應(yīng)力的耐受性(應(yīng)力耐受性)優(yōu)異。例如指出的有：在對(duì)柵電極持續(xù)施加電壓時(shí)、或持續(xù)照射在半導(dǎo)體層中發(fā)生吸收的藍(lán)色波段的光時(shí)，在薄膜晶體管的柵極絕緣膜與半導(dǎo)體層界面，電荷被捕獲，由于半導(dǎo)體層內(nèi)部的電荷的變化，閾值電壓向負(fù)側(cè)大幅地變化(偏移)，由此，TFT的開(kāi)關(guān)特性變化。若由于光照射或電壓施加造成的應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)關(guān)特性發(fā)生變化，則會(huì)招致顯示裝置自身的可靠性降低。另外，對(duì)于有機(jī)EL顯示器也同樣，從發(fā)光層泄漏的光會(huì)照射到半導(dǎo)體層上，導(dǎo)致閾值電壓等值散亂的問(wèn)題。由此，尤其是閾值電壓的偏移會(huì)招致具備TFT的液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器等顯示裝置自身的可靠性降低，因此強(qiáng)烈希望提高應(yīng)力耐受性(應(yīng)力施加前后的變化量少)。作為改善了TFT的電學(xué)特性的技術(shù)，可以舉出例如專利文獻(xiàn)2。專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了使與形成溝道區(qū)域的氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體層擴(kuò)散的技術(shù)。若氫向氧化物半導(dǎo)體層擴(kuò)散，則氧化物半導(dǎo)體層內(nèi)的載流子變得過(guò)剩，因此，閾值電壓向負(fù)方向變動(dòng)，即使在未對(duì)柵電極施加電壓的狀態(tài)(Vg＝0V)下，漏電流也流動(dòng)(常導(dǎo)通)，成為電學(xué)特性不良的晶體管。所以在專利文獻(xiàn)2中記載了通過(guò)使與氧化物半導(dǎo)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(dǎo)體層擴(kuò)散，從絕緣層向氧化物半導(dǎo)體層的缺陷供給氧，因此晶體管的電學(xué)特性變得良好。專利文獻(xiàn)2中記載了用于發(fā)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(jié)構(gòu)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(xiàn)2中，完全沒(méi)有留意應(yīng)力耐受性的提高(特別是對(duì)于光或偏壓應(yīng)力的閾值電壓變化降低)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2011-108873號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2012-9845號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1：固體物理、VOL44、P621(2009)非專利文獻(xiàn)2：Nature、VOL432、P488(2004)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供在具備氧化物半導(dǎo)體層薄膜的薄膜晶體管中，對(duì)于光或偏壓應(yīng)力等，閾值電壓的變化量小且應(yīng)力耐受性優(yōu)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能夠解決上述課題的本發(fā)明的薄膜晶體管是具備柵電極、用于溝道層的單層的氧化物半導(dǎo)體層、用于保護(hù)氧化物半導(dǎo)體層的表面的蝕刻阻擋層、源-漏電極和配置于柵電極與溝道層之間的柵極絕緣膜的薄膜晶體管，其具有如下要點(diǎn)：構(gòu)成所述氧化物半導(dǎo)體層的金屬元素由In、Zn及Sn構(gòu)成，并且與所述氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的所述柵極絕緣膜中的氫濃度被控制在4原子％以下。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，上述柵極絕緣膜具有單層結(jié)構(gòu)或兩層以上的層疊結(jié)構(gòu)，在具有所述層疊結(jié)構(gòu)的情況下，與所述氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的層中的氫濃度被控制在4原子％以下。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，將各金屬元素相對(duì)于除了氧的所有金屬元素的含量(原子％)分別設(shè)為[In]、[Zn]及[Sn]時(shí)，所述氧化物半導(dǎo)體層滿足以下的關(guān)系：15≤[In]≤35、50≤[Zn]≤60、15≤[Sn]≤30。本發(fā)明還包括具備上述中任一項(xiàng)所述的薄膜晶體管的顯示裝置。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供由于與氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的柵極絕緣膜中的氫濃度被降低到適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，因而開(kāi)關(guān)特性及應(yīng)力耐受性優(yōu)異的(具體來(lái)說(shuō)，不僅負(fù)偏壓施加前后的閾值電壓的偏移量少，而且光照射及負(fù)偏壓施加前后的閾值電壓的偏移量少)薄膜晶體管。若使用本發(fā)明的薄膜晶體管，能夠得到可靠性高的顯示裝置。附圖說(shuō)明圖1是用于對(duì)本發(fā)明的薄膜晶體管進(jìn)行說(shuō)明的示意剖面圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明人等為了提供將由規(guī)定的金屬元素構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層用于TFT的活性層時(shí)的應(yīng)力耐受性(負(fù)偏壓施加前后、及光照射+負(fù)偏壓施加前后的閾值電壓的偏移量少)優(yōu)異的薄膜晶體管，反復(fù)進(jìn)行了研討。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)若將與氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的柵極絕緣膜中的氫濃度降低到適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，則能達(dá)成預(yù)期的目的。另外，發(fā)現(xiàn)對(duì)于這樣的柵極絕緣膜而言，至少適當(dāng)控制利用等離子體CVD法將與氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的柵極絕緣膜成膜時(shí)的條件(例如溫度、成膜功率密度、作為堆積氣體的SiH4相對(duì)于N2O的流量比)即可，從而完成本發(fā)明。即，本發(fā)明的薄膜晶體管的特征在于，具備柵電極、用于溝道層的單層的氧化物半導(dǎo)體層、用于保護(hù)氧化物半導(dǎo)體層的表面的蝕刻阻擋層、源-漏電極(還有時(shí)稱作“S/D電極”)和配置于柵電極與溝道層之間的柵極絕緣膜的薄膜晶體管，構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體層的金屬元素由In、Zn及Sn構(gòu)成，并且與氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的柵極絕緣膜中的氫濃度被控制在4原子％以下。在本說(shuō)明書(shū)中，[In]、[Zn]、[Sn]是指In、Zn、Sn相對(duì)于除了氧(O)的所有金屬元素(In、Zn、Sn)的各含量(原子％)。在本說(shuō)明書(shū)中，“應(yīng)力耐受性優(yōu)異”是指，在利用后述的實(shí)施例所記載的方法，分別進(jìn)行(a)對(duì)柵電極施加負(fù)偏壓的應(yīng)力施加試驗(yàn)(NBTS)、以及(b)邊對(duì)試樣照射白色光邊對(duì)柵電極持續(xù)施加負(fù)偏壓的應(yīng)力施加試驗(yàn)(LNBTS)2小時(shí)時(shí)，滿足以下的要件。對(duì)于(a)NBTS，應(yīng)力施加試驗(yàn)前后的閾值電壓(Vth)的偏移量ΔVth(絕對(duì)值)低于5.0V。對(duì)于(b)LNBTS，應(yīng)力施加試驗(yàn)前后的閾值電壓(Vth)的偏移量ΔVth(絕對(duì)值)低于5.0V，SS值低于0.55V/decade，且應(yīng)力施加試驗(yàn)前后的通態(tài)電流(Ion)的變化量ΔIon(絕對(duì)值)低于10％。這些測(cè)定方法在后述的實(shí)施例一欄中詳述。需要說(shuō)明的是，在前述的專利文獻(xiàn)2中，也公開(kāi)了降低柵極絕緣層中的氫濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)電學(xué)特性的改善的技術(shù)，但本發(fā)明在以下方面不同。首先，本發(fā)明中，如上所述以提供應(yīng)力施加前后的閾值電壓的變化量少的應(yīng)力耐受性優(yōu)異的薄膜晶體管為解決課題，與此相對(duì)，專利文獻(xiàn)2中，雖然有關(guān)于閾值電壓的記載，但沒(méi)有關(guān)于提高應(yīng)力耐受性的記載。根據(jù)本發(fā)明人等的探討結(jié)果明確了通過(guò)降低柵極絕緣膜的氫量，負(fù)偏壓應(yīng)力耐受性(NBTS)提高。還明確了通過(guò)降低柵極絕緣膜的氫量，對(duì)上述NBTS附加了光照射的負(fù)偏壓+光照射應(yīng)力耐受性(LNBTS)也提高。這些見(jiàn)解沒(méi)有記載于專利文獻(xiàn)2中。另外，嚴(yán)格地說(shuō)，二者的柵極絕緣層中的氫濃度的范圍也不同。這是由于用于得到柵極絕緣層的二者的成膜方法不同引起的(詳細(xì)后述)。即，如上所述在專利文獻(xiàn)2中，作為堆積氣體，不使用通常在柵極絕緣層的成膜中使用的SiH4，而選擇使用通常不使用的SiF4，由此將柵極絕緣層中的氫濃度顯著降低到小于6×1020原子/cm3(即小于0.667原子％)。與此相對(duì)，本發(fā)明中，以使用通常在柵極絕緣層的成膜中使用的SiH4為前提，通過(guò)適當(dāng)控制氣體的流量比、溫度、成膜功率密度等，從而將柵極絕緣層中的氫濃度降低到4原子％以下。若像專利文獻(xiàn)2那樣極端地降低氫量，則柵極絕緣層成膜時(shí)的成膜溫度變得過(guò)高，或輸入功率變得過(guò)高，成膜率極端地變緩，因此TFT制造的周期時(shí)間增加，而不適宜。因此，從實(shí)用化的觀點(diǎn)出發(fā)，希望本發(fā)明中的柵極絕緣層中的氫濃度的下限大于專利文獻(xiàn)2的上限(低于0.667原子％)而為0.667原子％以上。以下，邊參照?qǐng)D1，邊對(duì)本發(fā)明的薄膜晶體管(TFT)及其優(yōu)選制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是，圖1是用于對(duì)本發(fā)明的TFT的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的示意剖面圖，本發(fā)明沒(méi)有限于此的意思。例如圖1中示出底柵型TFT，但并不限于此，可以是從基板側(cè)開(kāi)始依次在氧化物半導(dǎo)體層上具備柵極絕緣膜和柵電極的頂柵型TFT。如圖1所示，本實(shí)施方式的TFT在基板1上依次形成了柵電極2及柵極絕緣膜3，在柵極絕緣膜3上形成了氧化物半導(dǎo)體層4。在氧化物半導(dǎo)體層4上形成了源-漏電極5，在其上形成了保護(hù)膜(絕緣膜)6，經(jīng)由接觸孔7將透明導(dǎo)電膜8電連接于漏電極5。另外，在氧化物半導(dǎo)體層4上，形成了用于保護(hù)氧化物半導(dǎo)體層4的表面的蝕刻阻擋層9。首先，準(zhǔn)備基板。用于本發(fā)明的基板1若為在顯示裝置的領(lǐng)域中通常使用的基板則沒(méi)有特別限定，可例示出例如無(wú)堿玻璃、鈉鈣玻璃等。其中優(yōu)選的是無(wú)堿玻璃。接著，在基板1上形成柵電極2。柵電極2的種類也沒(méi)有特別限定，可以使用在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域中常用的柵電極。具體來(lái)說(shuō)，可以優(yōu)選使用電阻率低的Al或Cu金屬、耐熱性高的Mo、Cr、Ti等高熔點(diǎn)金屬、或它們的合金。形成柵電極2的方法也沒(méi)有特別限定，可以采用通常使用的方法。接下來(lái)，形成柵極絕緣膜3。柵極絕緣膜3配置于柵電極2與用作溝道層的氧化物半導(dǎo)體層4之間。而且本發(fā)明的特征在于，與所述氧化物半導(dǎo)體層直接接觸的柵極絕緣膜3中的氫濃度被控制在4原子％以下。根據(jù)本發(fā)明人等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確了通過(guò)控制與氧化物半導(dǎo)體層4界面相接的柵極絕緣膜3中的氫量，偏壓應(yīng)力、以及對(duì)于光+負(fù)偏壓應(yīng)力的耐受性顯著提高(參照后述的實(shí)施例)。需要說(shuō)明的是，柵極絕緣膜3可以由單層構(gòu)成，也可以層疊兩層以上而構(gòu)成。層疊結(jié)構(gòu)的層數(shù)沒(méi)有特別限定，但考慮到生產(chǎn)率、加工性等，優(yōu)選層疊大約三層以下。柵極絕緣膜3具有層疊結(jié)構(gòu)的情況下，與氧化物半導(dǎo)體層4直接接觸的層中的氫濃度被控制在4原子％以下即可，未直接接觸的層中的氫濃度沒(méi)有特別限定。若從應(yīng)力耐受性提高的觀點(diǎn)出發(fā)，則柵極絕緣膜3中的氫濃度越小越好，優(yōu)選為3.5原子％以下，更優(yōu)選為3原子％以下。從上述特性的觀點(diǎn)出發(fā)，柵極絕緣膜3中的氫濃度的下限沒(méi)有特別限定，但若考慮到后述的柵極絕緣膜3的成膜方法，則優(yōu)選高于專利文獻(xiàn)2的上限(低于0.667原子％)而為0.667原子％以上。本發(fā)明中，柵極絕緣膜中的氫濃度可以通過(guò)適當(dāng)控制等離子體CVD法中的成膜條件而降低到規(guī)定范圍。具體來(lái)說(shuō)，首先優(yōu)選將成膜時(shí)的溫度控制在大約250℃以上。如后述的實(shí)施例中所證實(shí)，若成膜時(shí)的溫度低于250℃，則不能充分降低氫濃度，而應(yīng)力耐受性降低。推測(cè)這是由于，成膜溫度降低造成所形成的膜的密度降低，SiO2膜中的Si-H鍵增加。更優(yōu)選的成膜溫度為270℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為300℃以上。需要說(shuō)明的是，若考慮到所使用的裝置的上限溫度等，則其上限優(yōu)選控制在大約450℃以下。另外，成膜時(shí)的功率密度優(yōu)選控制在大約0.6W/cm2以上。如后述的實(shí)施例中所證實(shí)，成膜時(shí)的功率密度若低于大約0.6W/cm2，則不能充分降低氫濃度，而應(yīng)力耐受性降低。推測(cè)這是由于，若成膜功率密度過(guò)低，則膜密度降低，Si-H鍵被納入膜中。更優(yōu)選的成膜功率密度為0.66W/cm2以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.7W/cm2以上。另外，對(duì)于成膜時(shí)的氣體，優(yōu)選使SiH4相對(duì)于N2O盡量少，即，使SiH4/N2O表示的流量比(體積比)為一定以下。該流量比高時(shí)，可見(jiàn)SiO2的膜密度的降低，可以認(rèn)為大量含有Si-H鍵。上述以外的成膜條件沒(méi)有特別限定，可以采用通常進(jìn)行的條件。例如對(duì)于氣壓而言，作為放電穩(wěn)定程度的氣壓，優(yōu)選控制在大約50～300Pa。通過(guò)上述方法形成的柵極絕緣膜3以硅氧化膜(SiO2)為主，除此之外，在膜中的氫含量不增加的范圍內(nèi)可以包含Si-N鍵。例如，以SiO2為代表的硅氧化膜(SiOx)致密且體現(xiàn)出良好的絕緣特性，但有成膜速度慢的缺點(diǎn)。因此，通過(guò)將成膜速度較快的SiHx膜和SiOx膜層疊而構(gòu)成柵極絕緣膜3，能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣特性和生產(chǎn)率的兼顧。此時(shí)，為了確保絕緣特性，SiNx膜的厚度相對(duì)于SiOx膜的厚度優(yōu)選為50倍以下，更優(yōu)選為25倍以下。接著，在柵極絕緣膜3上形成氧化物半導(dǎo)體層4。該氧化物半導(dǎo)體層4通常夾在上述柵極絕緣膜3與源-漏電極(S/D電極)5之間。本發(fā)明中，氧化物半導(dǎo)體層4的金屬元素由In、Zn及Sn構(gòu)成(氧化物半導(dǎo)體層＝IZTO)。上述金屬元素的作用的概要如下。首先，In具有增多載流子而提高遷移率的作用。但是，若In量變多，則載流子變得過(guò)多而導(dǎo)體化，除此之外，對(duì)于應(yīng)力的穩(wěn)定性降低。Sn具有提高濕蝕刻性等氧化...