專利名稱：薄膜晶體管及其制造方法、以及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本申請涉及一種使用氧化物半導體的薄膜晶體管(TFT)及其制造方法、以及包括這種薄膜晶體管的顯示裝置。
背景技術(shù)：
由氧化鋅、氧化銦鎵鋅(IGZO)等構(gòu)成的氧化物半導體在作為半導體器件的有源層(active layer)時表現(xiàn)出優(yōu)良特性。近年來，已經(jīng)推進了試圖將氧化物半導體應用于 TFT、發(fā)光裝置、透明導電膜等的開發(fā)。例如，在使用氧化物半導體的TFT中，與用于液晶顯示器的使用非晶硅(a_Si:H) 作為溝道的現(xiàn)有TFT相比，電子遷移率高并且其電特性優(yōu)良。此外，使用氧化物半導體的 TFT具有即使在室溫附近的低溫下形成溝道，也能夠預期高遷移率的優(yōu)點。同時，已知在氧化物半導體中，耐熱性不足，從而在TFT的制造處理中由于熱處理而使得氧、鋅等脫離并且形成晶格缺陷。晶格缺陷導致形成電性淺雜質(zhì)能級，并且導致氧化物半導體層電阻較低。因此，在使用氧化物半導體作為有源層的TFT中，其導致常開型操作或者抑制型(expression type)操作(在未施加柵電壓的情況下也有漏電流(drain current)流動)，閾值電壓隨著缺陷能級的增大而降低，并且泄露電流(leakage current) 增大。同時，除了前述晶格缺陷以外，作為形成淺雜質(zhì)能級的元素，已經(jīng)報導了氫(例如，參見 n-type doping of oxides by hydrogen, " Cetin Kilic et al. , Applied Physics Letters, July 1，2002，Vol. 81，No. 1，pp. 73 to 75)。因此，除了晶格缺陷以外， 在TFT制造處理中引入的諸如氫的元素被認為是影響使用氧化物半導體的TFT的特性的物質(zhì)。因此，在使用氧化物半導體作為溝道的晶體管中，溝道中的載流子濃度趨于增加，并且閾值電壓趨于為負。此外，在使用氧化物半導體作為溝道的TFT中，難以形成P溝道。因此，電路需要僅由N溝道晶體管形成。這時，存在如果閾值電壓變負，則電路構(gòu)造變復雜的缺點。為了解決此問題，需要控制閾值電壓。閾值電壓由以下數(shù)學公式來表示。
Qf、\2sss(、qN Α2φ f
_ Vn =φΜ8S - Α ” 在公式中，分別地，VTh表示閾值電壓，ΦΜ5表示柵電極和氧化物半導體膜之間的功函數(shù)差，Qf表示固定電荷，Cox表示柵絕緣膜電容，Of表示作為溝道的氧化物半導體膜的費米能級，Na表示受主濃度，ε 3表示氧化物半導體膜的相對介電常數(shù)，以及ε C1表示真空介電常數(shù)。
作為改變閾值電壓的方法，已經(jīng)進行了通過在薄膜晶體管的溝道和柵絕緣膜的界面處的部分溝道中摻雜、或者通過改變氧化物半導體的元素比率來進行改變閾值電壓的嘗試(例如，參照日本未審查專利申請公開第2007-519256號和第2008-85048號)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，存在溝道的摻雜可能導致薄膜晶體管特性劣化的擔心。此外，氧化物半導體的有源層通常由多元素族(multi-element system)材料制成，并且濺射法被用作形成膜的方法。因此，在通過濺射法進行溝道摻雜的情況下，由于氧化物半導體的有源層由多元素族材料制成，所以控制有源層的元素比率非常困難。鑒于前述問題，期望提供一種在未摻雜溝道的情況下也能夠增加閾值電壓的薄膜晶體管及其制造方法，以及包括這種薄膜晶體管的顯示裝置。在實施方式的薄膜晶體管中，柵電極的從與柵絕緣膜的界面開始的厚度方向上的至少一部分由金屬氧化物構(gòu)成。因此，柵電極的與柵絕緣膜的界面中的功函數(shù)增大。因此， 在以下數(shù)學公式中，柵電極和氧化物半導體膜之間的功函數(shù)差ΦΒ增大，從而閾值電壓vTh 增大。數(shù)學公式Vn =φΜ5+---
^OX^ox在該公式中，分別地，VTh表示閾值電壓，ΦΜ5表示在柵電極和氧化物半導體膜之間的功函數(shù)差，％表示固定電荷，Cra表示柵絕緣膜電容，Of表示作為溝道的氧化物半導體膜的費米能級，Na表示受主濃度，ε 3表示氧化物半導體膜的相對介電常數(shù)，以及ε C1表示真空介電常數(shù)。在實施方式中，提供了一種薄膜晶體管。該薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。在實施方式中，柵電極包括與柵絕緣膜接觸的界面層(interface layer)，其中， 界面層包括金屬氧化物。在實施方式中，柵電極進一步包括與界面層接觸的金屬層。在實施方式中，金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。在實施方式中，柵電極為金屬氧化物。在實施方式中，金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。在實施方式中，柵絕緣膜包括低還原性材料。在實施方式中，低還原性材料選自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜以及其組合組成的組。在實施方式中，薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。在另一實施方式中，提供了一種電子裝置，該電子裝置包括薄膜晶體管，該薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。
在又一實施方式中，提供了一種顯示裝置，該顯示裝置包括薄膜晶體管，該薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。在實施方式中，提供了一種形成薄膜晶體管的方法。該方法包括形成柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。在實施方式中，通過形成金屬層并向該金屬層應用氣體等離子體來形成金屬氧化物。在實施方式中，氣體等離子體含有一氧化氮或者氧。在實施方式中，通過形成金屬層并向該金屬層應用熱處理來形成金屬氧化物。在實施方式中，熱處理在含有氧或者水蒸氣的氣氛中退火。在實施方式中，通過在柵電極形成期間向該金屬層應用氧化氣體來形成金屬氧化物。在實施方式中，柵電極包括與柵絕緣膜接觸的界面層，并且其中，界面層包括金屬氧化物。在實施方式中，柵電極進一步包括與界面層接觸的金屬層。在實施方式中，金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。在實施方式中，柵電極為金屬氧化物。在實施方式中，金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。在實施方式中，柵絕緣膜包括低還原性材料。在實施方式中，低還原性材料選自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜以及其組合的組。在實施方式中，薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。在實施方式中，該方法進一步包括制造電子裝置。在實施方式中，該方法進一步包括制造顯示裝置。根據(jù)實施方式的薄膜晶體管或者實施方式的顯示裝置，柵電極的從與柵絕緣膜的界面開始的厚度方向上的至少一部分由金屬氧化物形成。因此，能夠在未摻雜溝道的情況下提高閾值電壓。根據(jù)實施方式的制造薄膜晶體管的方法，在基底上形成柵電極以后，通過使用熱處理或者等離子體處理來氧化從柵電極的表面開始的厚度方向上的至少一部分，從而柵電極的從表面開始的厚度方向上的至少一部分由金屬氧化物形成。因此，不需要摻雜溝道，并且能夠通過簡單步驟來制造實施方式的薄膜晶體管。根據(jù)實施方式的制造薄膜晶體管的方法，在基底上形成柵電極，并且通過添加氧化氣體來形成柵電極的從表面開始的厚度方向上的至少一部分，從而柵電極的從表面開始的厚度方向上的至少一部分由金屬氧化物形成。因此，不需要摻雜溝道，并且能夠通過簡單步驟來制造實施方式的薄膜晶體管。根據(jù)實施方式的制造薄膜晶體管的方法，在基底上順序形成源電極和漏電極、氧化物半導體膜以及柵絕緣膜以后，在柵絕緣膜上形成柵電極。另外，通過添加氧化氣體來形成柵電極的從與柵絕緣膜的界面開始的厚度方向上的至少一部分，從而柵電極的從與柵絕緣膜的界面開始的厚度方向上的至少一部分由金屬氧化物形成。因此，不需要摻雜溝道，并且能夠通過簡單步驟來制造實施方式的薄膜晶體管。文中描述了其他特性和優(yōu)點，并且根據(jù)以下詳細描述和附圖，其他特性和優(yōu)點將顯而易見。


圖1為示出根據(jù)第一實施方式的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2A 圖2C為以制造步驟的順序示出圖1所示的薄膜晶體管的制造方法的截面圖。圖3A 圖3C為示出圖2A 圖2C之后的步驟的截面圖。圖4示出了在通過等離子體處理來氧化由鉬構(gòu)成的柵電極的情況下深度方向上的功函數(shù)分布圖。圖5示出了在通過等離子體處理來氧化由鈦構(gòu)成的柵電極的情況下深度方向上的功函數(shù)分布圖。圖6示出了在由鉬構(gòu)成的柵電極的表面上層疊氧化硅膜或氮化硅膜的情況下深度方向上的功函數(shù)分布圖。圖7示出了使用由鉬構(gòu)成的柵電極的TFT的傳輸特性。圖8A 圖8C為示出根據(jù)第二實施方式的薄膜晶體管的制造方法的截面圖。圖9A 圖9C為示出圖8A 8C之后的步驟的截面圖。圖10為示出根據(jù)第三實施方式的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖IlA 圖IlC為以制造步驟的順序示出圖10所示的薄膜晶體管的制造方法的截面圖。圖12A和圖12B為示出圖IlA 圖1IC之后的步驟的截面圖。圖13為示出根據(jù)第四實施方式的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖14A 圖14C為以制造步驟的順序示出圖13所示的薄膜晶體管的制造方法的截面圖。圖15A和圖15B為示出圖14A 圖14C之后的步驟的截面圖。圖16為示出根據(jù)第五實施方式的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖17A 圖17D為以制造步驟的順序示出圖16所示的薄膜晶體管的制造方法的截面圖。圖18為示出根據(jù)第一應用例的顯示裝置的電路構(gòu)造的示圖。圖19為示出圖18所示的像素驅(qū)動電路的實例的等效電路圖。圖20為示出第二應用例的外觀的透視圖。圖21A為示出從第三應用例的前側(cè)觀看的外觀的透視圖，并且圖21B為示出從第三應用例的后側(cè)觀看的外觀的透視圖。圖22為示出第四應用例的外觀的透視圖。圖23為示出第五應用例的外觀的透視圖。圖24A為第六應用例在打開狀態(tài)下的正視圖，圖24B為其側(cè)視圖；圖24C為第六應用例在閉合狀態(tài)下的正視圖，圖24D為其左視圖，圖24E為其右視圖，圖24F為其頂視圖，以及圖24G為其底視圖。
具體實施例方式以下將參照關于實施方式的附圖詳細描述本申請。將按以下順序給出描述。1.第一實施方式(底柵型薄膜晶體管通過等離子體處理來氧化柵電極的厚度方向上的一部分，從而柵電極的厚度方向上的該部分由金屬氧化物構(gòu)成的實例)2.第二實施方式(底柵型薄膜晶體管通過添加氧化氣體來形成柵電極的厚度方向上的一部分，從而柵電極的厚度方向上的該部分由金屬氧化物構(gòu)成的實例)3.第三實施方式(底柵型薄膜晶體管厚度方向上的全部柵電極由金屬氧化物構(gòu)成的實例)4.第四實施方式(頂柵型薄膜晶體管柵電極的厚度方向上的一部分由金屬氧化物構(gòu)成的實例)5.第五實施方式(頂柵型薄膜晶體管厚度方向上的全部柵電極由金屬氧化物構(gòu)成的實例)6.應用例第一實施方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的薄膜晶體管1的截面結(jié)構(gòu)。薄膜晶體管 1被用作液晶顯示器、有機EL(電致發(fā)光)顯示器等的驅(qū)動元件，并且例如，具有在基底11 上順序?qū)盈B柵電極20、柵絕緣膜30、氧化物半導體膜40、溝道保護膜50以及源電極60S和漏電極60D的底柵型結(jié)構(gòu)(反向堆疊結(jié)構(gòu)inversely staggered structure)?；?1由玻璃基底、塑料膜等形成。塑料材料的實例包括PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。由于在稍后描述的濺射法中沒有加熱基底11形成氧化物半導體膜40，因此可使用廉價的塑料膜。柵電極20起到將柵電壓施加至薄膜晶體管1的作用，并且通過柵電壓控制氧化物半導體膜40中的電子密度。柵電極20被設置在基底11上的選擇區(qū)域中。例如，柵電極 20的厚度為IOnm以上500nm以下。柵電極20由含有選自由鉬(Pt)、鈦(Ti)、釕(Ru)、鉬 (Mo)、銅(Cu)、鎢(W)以及鎳(Ni)組成的組的至少一種的金屬單質(zhì)或者合金制成。柵電極20在從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的一部分中具有由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。從而，在薄膜晶體管1中，在未摻雜溝道的情況下也能夠增大閾值電壓。具體地，柵電極20的界面層21由含有選自由鉬(Pt)、鈦(Ti)、釕(Ru)、鉬(Mo)、 銅(Cu)、鎢(W)以及鎳(Ni)組成的組的至少一種金屬的金屬氧化物構(gòu)成。柵電極20的厚度方向上的剩余部分為由前述金屬單質(zhì)或者前述合金構(gòu)成的金屬層22。柵絕緣膜30具有兩個相對表面30A和30B。一個表面30A與氧化物半導體膜40 接觸，并且另一表面30B與柵電極20接觸。柵絕緣膜30的厚度例如為50nm以上1 μ m以下。柵絕緣膜30由氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化鋁膜等組成的單層膜或?qū)盈B膜制成。優(yōu)選地，柵絕緣膜30包括與和柵電極20的界面30B接觸并且由諸如氧化硅膜的
8低還原性材料制成的膜。從而，可以防止柵電極20的界面層21被還原，并且防止功函數(shù)降低。作為由低還原性材料制成的這種膜，例如，優(yōu)選通過化學氣相沉積方法形成的氧化硅膜、通過濺射法形成的氧化硅膜、通過濺射法形成的氮化硅膜、通過濺射法形成的氧化鋁膜以及通過濺射法形成的氮化鋁膜中的至少一種。具體地，柵絕緣膜30例如具有從柵電極20側(cè)順序?qū)盈B氧化硅膜31 (作為由低還原性材料制成的膜)、氮化硅膜32以及氧化硅膜33的結(jié)構(gòu)。氧化物半導體膜40具有在源電極60S和漏電極60D之間的溝道區(qū)。氧化物半導體膜40例如由氧化鋅作為主要成分的透明氧化物半導體(諸如IGZO (氧化銦鎵鋅)、氧化鋅、AZO(摻鋁氧化鋅)、以及GZO(摻鎵氧化鋅))構(gòu)成。在這種情況下，氧化物半導體為含有諸如銦、鎵、鋅和錫等元素以及氧的化合物?？紤]到制造過程中的退火的氧供給效率，氧化物半導體膜40的厚度例如期望為5nm以上IOOnm以下。溝道保護膜50被設置在氧化物半導體膜40的溝道區(qū)上。溝道保護膜50例如具有50nm以上500nm以下的厚度，并且由氧化硅膜、氮化硅膜、或者氧化鋁膜制成。源電極60S和漏電極60D被設置在氧化物半導體膜40上并位于溝道保護膜50的兩側(cè)，并且電連接至氧化物半導體膜40。源電極60S和漏電極60D例如由諸如鉬、鋁、銅以及鈦的金屬膜；諸如ITO(氧化銦錫)和氧化鈦的含氧金屬膜；或者其層疊膜制成。具體地， 源電極60S和漏電極60D例如具有順序?qū)盈B具有50nm厚度的鉬層、具有500nm厚度的鋁層以及具有50nm厚度的鉬層的結(jié)構(gòu)。源電極60S和漏電極60D優(yōu)選由諸如ITO和氧化鈦的含氧金屬膜制成。在氧化物半導體膜40與易于攝取氧的金屬接觸的情況下，氧脫離并且形成晶格缺陷。如果源電極 60S和漏電極60D由含氧金屬膜制成，則可以防止氧從氧化物半導體膜40脫離，并穩(wěn)定薄膜晶體管1的電特性。例如，能夠如下制造薄膜晶體管1。圖2A 圖3C以制造步驟的順序示出了薄膜晶體管1的制造方法。首先，例如通過使用濺射法或者蒸發(fā)方法在基底11的整個區(qū)域上形成作為形成柵電極20的材料的金屬膜。接下來，如圖2A所示，例如通過使用光刻法來圖案化形成在基底11上的金屬膜，以形成柵電極20。隨后，如圖2B所示，通過在含有一氧化氮或者氧的氣體等離子體P中暴露柵電極 20的從表面20A開始的厚度方向上的一部分并氧化該部分，來形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。對于用于形成界面層21的表面處理，除前述等離子體處理以外，還可以使用熱處理。在使用熱處理的情況下，通過在含氧或者水蒸氣的氣氛中進行退火處理來氧化柵電極 20的從表面20A開始的厚度方向上的一部分，從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。然后，在基底11和柵電極20的界面層21的整個區(qū)域上形成柵絕緣膜30。這時， 優(yōu)選形成與和柵電極20的界面30B接觸并且由低還原性材料制成的膜。如果通過CVD方法在界面層21上直接形成諸如氮化硅膜的高還原性膜，則界面層21將被還原，并且功函數(shù)降低。作為由低還原性材料制成的膜，例如，優(yōu)選使用通過CVD方法形成的氧化硅膜、通過濺射法形成的氧化硅膜、通過濺射法形成的氮化硅膜、通過濺射法形成的氧化鋁膜以及通過濺射法形成的氮化鋁膜中的至少一種。能夠以低還原性狀態(tài)形成這種膜。形成這種柵絕緣膜30的方法的實例包括通過等離子體CVD(化學氣相沉積)方法形成由氮化硅膜或者氧化硅膜構(gòu)成的層積膜的情況以及通過濺射法等形成氮化硅膜、氧化硅膜、氧化鋁膜或者氮化鋁膜的情況。具體地，如在圖2C中所示，例如，通過等離子體CVD方法，從柵電極20側(cè)順序?qū)盈B氧化硅膜31、氮化硅膜32以及氧化硅膜33，以形成柵絕緣膜30。通過使用諸如硅烷、氨氣、 氮氣的氣體作為原料氣體的等離子體CVD方法來形成氮化硅膜32。通過使用含有硅烷和一氧化氮的氣體作為原料氣體的等離子體CVD方法來形成氧化硅膜31和氧化硅膜33。此外，在使用濺射法的情況下，例如，從柵電極20側(cè)順序?qū)盈B氮化硅膜和氧化硅膜，從而形成柵絕緣膜30。使用硅作為濺射靶。通過在濺射的放電氣氛中使用氧、水蒸氣、 或氮等來執(zhí)行反應等離子體濺射，從而形成氮化硅膜或者氧化硅膜。在這種情況下，優(yōu)選地，在真空中連續(xù)執(zhí)行對柵電極20的表面進行等離子體處理的步驟以及形成柵絕緣膜30的步驟，原因如下。如果表面處理后的產(chǎn)物被暴露在空氣中， 則空氣中的碳污染物將附著至表面，從而可能降低表面處理的效果。在形成柵絕緣膜30以后，如圖3A所示，例如通過濺射法在柵絕緣膜30上形成氧化物半導體膜40，并圖案化為期望形狀。在氧化物半導體膜40由IGZO (氧化銦鎵鋅)構(gòu)成的情況下，通過使用將氧化銦鎵鋅陶瓷作為靶的DC濺射法，通過使用氬氣和氧氣的混合氣體進行等離子體放電，在柵絕緣膜30上形成氧化物半導體膜40。在等離子體放電之前，抽真空直到真空容器中的真空度變?yōu)镮XlO-4Pa以下，之后引入氬氣和氧氣的混合氣體。在氧化物半導體膜40由氧化鋅構(gòu)成的情況下，可通過使用氧化鋅陶瓷作為靶的 RF濺射法，或者通過使用鋅金屬靶并在含有氬氣和氧氣的氣氛中使用DC電源的濺射法，來形成氧化物半導體膜40。這時，可通過在形成氧化物期間改變氬氣和氧氣之間的流量比來控制將成為溝道的氧化物半導體膜40中的載流子濃度。在形成氧化物半導體膜40以后，例如，通過CVD方法或者濺射法在氧化物半導體膜40上形成氧化硅膜或者氮化硅膜，并且進行圖案化。從而，如圖:3B所示，形成具有前述厚度并且由前述材料制成的溝道保護膜50。在形成溝道保護膜50以后，例如通過濺射法來順序形成具有50nm厚度的鉬層、具有500nm厚度的鋁層以及具有50nm厚度的鉬層，以形成三層層疊結(jié)構(gòu)。隨后，使用含有磷酸、硝酸以及乙酸的混合液體通過濕蝕刻方法來圖案化層疊結(jié)構(gòu)。從而，如圖3C所示，形成源電極60S和漏電極60D。從而完成了圖1所示的薄膜晶體管1。在薄膜晶體管1中，當通過配線層(未示出)將大于等于給定閾值電壓的電壓(柵電壓)施加至柵電極20時，在源電極區(qū)域60S和漏電極區(qū)域60D之間的氧化物半導體膜40 的溝道區(qū)中生成電流(漏電流)。在這種情況下，柵電極20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的一部分為由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。因此，柵電極20的與柵絕緣膜30的界面20A中的功函數(shù)增大。因此，在以下數(shù)學公式中，柵電極20和氧化物半導體膜40之間的功函數(shù)差ΦΒ增大，從而閾值電壓VTh增大(在正方向上改變)。數(shù)學公式
Γηι14 τ/ Λ Qf ^ ^SsSoqN^fVn =φΜ8--^ + 2φ +^--
^OX^OX在該公式中，分別地，VTh表示閾值電壓，ΦΜ5表示在柵電極和氧化物半導體膜之間的功函數(shù)差，％表示固定電荷，Cra表示柵絕緣膜電容，Of表示作為溝道的氧化物半導體膜的費米能級，Na表示受主濃度，ε 3表示氧化物半導體膜的相對介電常數(shù)，以及ε C1表示真空介電常數(shù)。圖4和圖5分別示出了在通過等離子體處理來氧化由鉬構(gòu)成的金屬膜的表面以及由鈦構(gòu)成的金屬膜的表面之后，深度方向上的功函數(shù)分析的結(jié)果。在圖4和圖5中，發(fā)現(xiàn)功函數(shù)在金屬膜的表面附近增加。通過使用O2氣體氣氛或者隊0氣體氣氛來進行等離子體處理。發(fā)現(xiàn)當溫度和處理時間增大時，氧化程度增加，并且功函數(shù)增大。圖6分別示出了使用鉬作為柵電極時，在對柵電極的表面進行了氧化處理的情況下以及對柵電極的表面沒有進行氧化處理的情況下的TFT傳輸特性。如通過圖7證實的， 與柵電極的表面沒有進行氧化處理的TFT相比，柵電極的表面進行了氧化處理的TFT的傳輸特性可在正方向上移動約0. 5V。此外，柵絕緣膜30含有與和柵電極20的邊界30Β接觸并且由諸如氧化硅膜的低還原性材料制成的膜。從而阻止了由于柵電極20的界面層21的還原所導致的功函數(shù)降低。 因此，防止了閾值電壓VTh減小(在負方向上改變)。圖7示出了在由鉬構(gòu)成的金屬膜的表面上形成氧化硅膜的情況下、在由鉬構(gòu)成的金屬膜的表面上形成氮化硅膜的情況下以及在由鉬構(gòu)成的金屬膜的表面上沒有形成膜的情況下，功函數(shù)的深度方向分布圖。從圖7可發(fā)現(xiàn)，功函數(shù)以氮化硅膜的情況、氧化硅膜的情況以及在金屬表面上沒有膜的情況的順序依次增大，并且發(fā)現(xiàn)通過形成低還原性膜能夠減少功函數(shù)的降低。如上所述，在該實施方式的薄膜晶體管1中，柵電極20的從與柵絕緣膜30的界面 20A開始的厚度方向上的一部分為由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。從而能夠在未摻雜溝道的情況下增大閾值電壓。因此，在使用薄膜晶體管1配置液晶顯示器、有機EL顯示裝置等的外圍電路的情況下，能夠防止電路構(gòu)造變復雜。在該實施方式的薄膜晶體管1的制造方法中，在基底11上形成柵電極20之后，通過使用熱處理或者等離子體處理來氧化柵電極20的從表面開始的厚度方向上的一部分， 從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。因此，不需要摻雜溝道，并且能夠通過簡單步驟制造本實施方式的薄膜晶體管1。第二實施方式圖8A 圖9C以制造步驟的順序示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的薄膜晶體管1 的制造方法。該制造方法與前述第一實施方式的制造方法的不同之處在于形成柵電極20 期間，通過添加氧化氣體來沉積從而形成界面層21。因此，對于相同的步驟，將參照圖2A 圖3C給出描述。首先，如圖8A所示，例如，通過濺射法在基底11的整個區(qū)域上形成將成為柵電極 20的材料的金屬膜23。這時，通過添加氧化氣體來形成柵電極20的從界面20A開始的厚度方向上的一部分，從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。接下來，如圖8B所示，例如，通過使用光刻方法圖案化金屬膜23和界面層21以形成柵電極20。隨后，在基底11和柵電極20的界面層21的整個區(qū)域上形成柵絕緣膜30。這時， 優(yōu)選與第一實施方式同樣地，形成與和柵電極20的界面30B接觸并且由低還原性材料制成的膜。具體地，如圖8C所示，例如，通過等離子體CVD方法，從柵電極20側(cè)順序?qū)盈B氧化硅膜31 (作為由低還原性材料制成的膜)、氮化硅膜32以及氧化硅膜33，以形成柵絕緣膜30。在形成柵絕緣膜30以后，與第一實施方式同樣地，如圖9A所示，例如通過濺射法在柵絕緣膜30上形成氧化物半導體膜40，并且圖案化為期望形狀。在形成氧化物半導體膜40以后，與第一實施方式同樣地，如圖9B所示，在氧化物半導體膜40上形成具有前述厚度并且由前述材料制成的溝道保護膜50。在形成溝道保護膜50以后，與第一實施方式同樣地，如圖9C所示，形成具有前述厚度并且由前述材料制成的源電極60S和漏電極60D。從而完成了圖1所示的薄膜晶體管 1。在本實施方式的薄膜晶體管1的制造方法中，在基底11上形成柵電極20，通過添加氧化氣體來形成柵電極20的從界面20A開始的厚度方向上的一部分，從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。因此，不需要摻雜溝道，并且如同第一實施方式那樣，可以通過簡單步驟來制造薄膜晶體管1。第三實施方式圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的薄膜晶體管IA的截面結(jié)構(gòu)。除了柵電極 20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的全部柵電極由金屬氧化物膜形成之外，薄膜晶體管IA具有與前述第一實施方式類似的結(jié)構(gòu)。因此，將通過對相應元件使用相同參考標號來給出描述。圖IlA 圖12B以制造步驟的順序示出了薄膜晶體管IA的制造方法。首先，如圖 IlA所示，在基底11上形成柵電極20期間，柵電極20從表面20A開始，在厚度方向上全部由金屬氧化物構(gòu)成。作為形成柵電極20的方法，與第一實施方式同樣地，在基底11上形成柵電極20 以后，可以通過使用熱處理或者等離子體處理來氧化柵電極20的從表面20A開始的厚度方向上的全部柵電極。另外，與第二實施方式同樣地，在例如通過濺射法在基底11的整個表面上形成將成為柵電極20的材料的金屬膜期間，可以通過添加氧氣來形成柵電極20的從表面20A開始的厚度方向上的全部柵電極。接下來，在基底11和柵電極20的界面層21的整個區(qū)域上形成柵絕緣膜30。這時，優(yōu)選與第一實施方式同樣地，形成與和柵電極20的界面30B接觸并且由低還原性材料制成的膜。具體地，如圖IlB所示，例如，通過等離子體CVD方法，從柵電極20側(cè)順序?qū)盈B氧化硅膜31 (作為由低還原性材料制成的膜)、氮化硅膜32以及氧化硅膜33，以形成柵絕緣膜30。在形成柵絕緣膜30以后，與第一實施方式同樣地，如圖IlC所示，例如，通過濺射法在柵絕緣膜30上形成氧化物半導體膜40，并且圖案化為期望形狀。
在形成氧化物半導體膜40以后，與第一實施方式同樣地，如圖12A所示，在氧化物半導體膜40上形成具有前述厚度并且由前述材料制成的溝道保護膜50。在形成溝道保護膜50以后，與第一實施方式同樣地，如圖12B所示，形成具有前述厚度并且由前述材料制成的源電極60S和漏電極60D。從而完成了圖10所示的薄膜晶體管 1A。薄膜晶體管IA的操作和效果與第一實施方式和第二實施方式的薄膜晶體管類似。第四實施方式圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的薄膜晶體管IB的截面結(jié)構(gòu)。除了是在基底11上順序?qū)盈B源電極60S和漏電極60D、氧化物半導體膜40、柵絕緣膜30以及柵電極20 的頂柵型TFT (堆疊結(jié)構(gòu)staggered structure)之外，薄膜晶體管IB具有與前述第一實施方式類似的結(jié)構(gòu)。因此，將通過對相應元件使用相同參考標號來給出描述。圖14A 圖15B以制造步驟的順序示出了薄膜晶體管IB的制造方法。首先，如圖 14A所示，與第一實施方式同樣地，在基底11上形成具有前述厚度并且由前述材料制成的源電極60S和漏電極60D。接下來，如圖14B所示，與第一實施方式同樣地，例如通過濺射法來形成氧化物半導體膜40，并且圖案化為期望形狀。隨后，如圖14C所示，在基底11和氧化物半導體膜40的整個區(qū)域上形成柵絕緣膜 30。作為柵絕緣膜30，例如，可以為通過等離子體CVD方法形成的由氮化硅膜或者氧化硅膜構(gòu)成的層疊膜，或者可以為通過濺射法等形成的氮化硅膜、氧化硅膜、氧化鋁膜或者氮化鋁膜。然后，例如，通過濺射法在柵絕緣膜30上形成柵電極20。這時，首先，如圖15A所示，通過添加氧氣來形成柵電極20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的一部分，從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。隨后，再次如圖15A所示，停止添加氧氣，形成柵電極20的厚度方向上的剩余部分。從而，柵電極20的厚度方向上的剩余部分成為金屬層22。然后，如圖15B所示，例如，例如通過使用光刻法來圖案化金屬層22和界面層21， 從而形成柵電極20。在該實施方式中，在界面層21的表面上覆蓋金屬層22。因此，不需要考慮在形成柵電極20之后柵絕緣膜30的還原作用。然而，難以通過諸如熱處理和等離子體處理的表面處理來形成界面層21。因此，需要在成膜時添加氧氣。因此，完成了圖13所示的薄膜晶體管1B。薄膜晶體管IB的操作和效果與第一實施方式和第二實施方式的薄膜晶體管類似。根據(jù)本實施方式的薄膜晶體管IB的制造方法，在基底11上順序形成源電極60S 和漏電極60D、氧化物半導體膜40以及柵絕緣膜30以后，在柵絕緣膜30上形成柵電極20， 通過添加氧化氣體來形成柵電極20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的一部分，從而形成由金屬氧化物構(gòu)成的界面層21。因此，不需要摻雜溝道，并且可以通過簡單步驟來制造薄膜晶體管1B。第五實施方式
圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的薄膜晶體管IC的截面結(jié)構(gòu)。除了柵電極 20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的全部柵電極由金屬氧化物膜制成以外，薄膜晶體管IC具有與前述第四實施方式類似的結(jié)構(gòu)。因此，將通過對相應元件使用相同參考標號來給出描述。圖17A 圖17D以制造步驟的順序示出了薄膜晶體管IC的制造方法。首先，如圖 17A所示，與第一實施方式同樣地，在基底11上形成具有前述厚度并且由前述材料制成的源電極60S和漏電極60D。接下來，如圖17B所示，與第一實施方式同樣地，例如，通過濺射法來形成氧化物半導體膜40，并且圖案化為期望形狀。隨后，如圖17C所示，在基底11和氧化物半導體膜40的整個區(qū)域上形成柵絕緣膜 30。作為柵絕緣膜30，例如，可以為通過等離子體CVD方法形成的由氮化硅膜或者氧化硅膜構(gòu)成的層疊膜，或者可以為通過濺射法等形成的氮化硅膜、氧化硅膜、氧化鋁膜或者氮化鋁膜。然后，如圖17D所示，例如通過濺射法在柵絕緣膜30上形成柵電極20，并且例如通過光刻法來進行圖案化。這時，通過添加氧化氣體來形成柵電極20的從與柵絕緣膜30的界面20A開始的厚度方向上的全部柵電極，從而整個柵電極20由金屬氧化物構(gòu)成。從而完成了圖16所示的薄膜晶體管1C。薄膜晶體管IC的操作和效果與第一實施方式和第二實施方式的薄膜晶體管類似。第一應用例圖18示出了包括薄膜晶體管1(作為驅(qū)動元件)的顯示裝置的電路構(gòu)造。例如， 顯示裝置70為液晶顯示器、有機EL顯示器等。在顯示裝置70中，在驅(qū)動面板80上形成配置為矩陣狀態(tài)的多個像素10RU0G和IOB以及用于驅(qū)動像素10RU0G和IOB的多種驅(qū)動電路。像素10RU0G和IOB分別為發(fā)出紅色(R 紅色)、綠色(G 綠色)和藍色(B 藍色)的彩色光的液晶顯示器件、有機EL器件等。一個像素組合由三個像素10RU0G和IOB構(gòu)成， 并且多個像素組合構(gòu)成顯示區(qū)域110。在驅(qū)動面板80上，作為驅(qū)動電路，配置有作為用于顯示視頻的驅(qū)動器的信號線驅(qū)動電路120和掃描線驅(qū)動電路130以及像素驅(qū)動電路150。將密封面板(未示出)貼合至驅(qū)動面板80。通過密封面板來密封像素10RU0G和IOB以及前述驅(qū)動電路。圖19為像素驅(qū)動電路150的等效電路圖。像素驅(qū)動電路150為配置有晶體管Trl 和Tr2(作為前述薄膜晶體管1和IA 1C)的有源驅(qū)動電路。電容器Cs被設置在晶體管 Trl和Tr2之間。在第一電源線(Vcc)和第二電源線(GND)之間，像素10R(或像素10G/10B) 串聯(lián)連接至晶體管Trl。在這種像素驅(qū)動電路150中，多條信號線120A被配置在列方向上， 并且多條掃描線130A被配置在行方向上。每條信號線120A連接至信號線驅(qū)動電路120。 從信號線驅(qū)動電路120通過信號線120A向晶體管Tr2的源電極施加圖像信號。每條掃描線130A連接至掃描線驅(qū)動電路130。從掃描線驅(qū)動電路130通過掃描線130A向晶體管Tr2 的柵電極順序施加掃描信號。例如，可以將這種顯示裝置70安裝在以下所述的第二應用例至第六應用例的電子裝置上。第二應用例
圖20示出了電視裝置的外觀。該電視裝置例如具有包括前面板310和濾色玻璃 320的視頻顯示屏幕部300。第三應用例圖21A和圖21B示出了數(shù)碼相機的外觀。該數(shù)碼相機例如具有用于閃光燈410的發(fā)光部、顯示部420、菜單開關430以及快門按鈕440。第四應用例圖22示出了筆記本個人計算機的外觀。該筆記本個人計算機例如具有主機510、 用于輸入字符等的操作的鍵盤520以及用于顯示圖像的顯示部530。第五應用例圖23示出了攝像機的外觀。該攝像機例如具有主體610、用于拍攝對象的設置在主體610的前側(cè)面上的透鏡620、拍攝開始/停止開關630以及顯示部640。第六應用例圖24A 圖24G示出了移動電話的外觀。在移動電話中，例如，通過連接部(鉸接部)730連接上機殼710和下機殼720。移動電話具有顯示器740、子顯示器750、攝像燈760 以及相機770。雖然已經(jīng)參照實施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于前述實施方式，而是可進行多種修改。例如，各層的材料、厚度、成膜方法、成膜條件等不限于前述實施方式所述的情形，而是可以采用其他材料、其他厚度、其他成膜方法以及其他成膜條件。此外，除液晶顯示器和有機EL顯示器以外，還可將本發(fā)明應用于包括諸如無機電致發(fā)光器件、電沉積顯示器件以及電致變色顯示器件的其他顯示器件的顯示裝置。應理解，可對本文所述的目前優(yōu)選實施方式進行各種改變和修改，這對于本領域技術(shù)人員來說是顯而易見的?？稍诓幻撾x主旨和范圍并且未減少其預期優(yōu)點的情況下進行這些改變和修改。因此，旨在通過所附權(quán)利要求來覆蓋這些改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管，包括柵電極、柵絕緣膜、以及氧化物半導體膜，其中，所述柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述柵電極包括與所述柵絕緣膜接觸的界面層，其中，所述界面層包括所述金屬氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜晶體管，其中，所述柵電極進一步包括與所述界面層接觸的金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜晶體管，其中，所述金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、 鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述柵電極為所述金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、 鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述柵絕緣膜包括低還原性材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜晶體管，其中，所述低還原性材料選自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜以及其組合組成的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管，其中，所述薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。
10.一種包含薄膜晶體管的電子裝置，所述薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，所述柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，所述柵電極包括與所述柵絕緣膜接觸的界面層，其中，所述界面層包括所述金屬氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述柵電極進一步包括與所述界面層接觸的金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子裝置，其中，所述金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、 鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，所述柵電極為所述金屬氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，所述金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、 鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，所述柵絕緣膜包括低還原性材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子裝置，其中，所述低還原性材料選自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜以及其組合組成的組。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其中，所述薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。
19.一種包含薄膜晶體管的顯示裝置，所述薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，所述柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示裝置，其中，所述柵電極包括與所述柵絕緣膜接觸的界面層，其中，所述界面層包括所述金屬氧化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示裝置，其中，所述柵電極進一步包括與所述界面層接觸的金屬層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示裝置，其中，所述金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示裝置，其中，所述柵電極為所述金屬氧化物。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示裝置，其中，所述金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、 鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示裝置，其中，所述柵絕緣膜包括低還原性材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的顯示裝置，其中，所述低還原性材料為氧化硅膜。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的顯示裝置，其中，所述薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。
28.一種形成薄膜晶體管的方法，所述方法包括形成柵電極、柵絕緣膜以及氧化物半導體膜，其中，所述柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，通過形成金屬層并且向所述金屬層應用氣體等離子體來形成所述金屬氧化物。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述氣體等離子體含有一氧化氮或者氧。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，通過形成金屬層并且向所述金屬層應用熱處理來形成所述金屬氧化物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述熱處理在含有氧或者水蒸氣的氣氛中退火。
33.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，通過在所述柵電極形成期間向所述金屬層應用氧化氣體來形成所述金屬氧化物。
34.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述柵電極包括與所述柵絕緣膜接觸的界面層，其中，所述界面層包括所述金屬氧化物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述柵電極進一步包括與所述界面層接觸的
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述金屬層包括選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、鎢以及鎳組成的組的金屬物質(zhì)或者其合金。
37.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述柵電極為所述金屬氧化物。
38.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述金屬氧化物含有選自由鉬、鈦、釕、鉬、銅、 鎢以及鎳組成的組的至少一種金屬成分。
39.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述柵絕緣膜包括低還原性材料。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述低還原性材料選自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜以及其組合組成的組。
41.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述薄膜晶體管被配置為頂柵結(jié)構(gòu)或底柵結(jié)構(gòu)。
42.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，進一步包括制作包括所述薄膜晶體管的電子裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，進一步包括制作包括所述薄膜晶體管的顯示裝置。
全文摘要
一種薄膜晶體管及其制造方法、以及顯示裝置。該薄膜晶體管包括柵電極、柵絕緣膜以及半導體氧化物膜，其中，柵電極的至少一部分包括金屬氧化物。除了制造方法以外，還提供了包括該薄膜晶體管的電子裝置和顯示裝置。
文檔編號H01L29/423GK102157558SQ20111003013
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者寺井康浩, 福本繪理, 荒井俊明, 諸沢成浩 申請人:索尼公司