專利名稱：底柵型薄膜晶體管、其制造方法及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及底柵型薄膜晶體管、其制造方法、以及諸如顯示裝置的電光裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及設(shè)置有絕緣膜作為蝕刻阻止體(stopper)的底柵型薄膜晶體管、其制造方法以及顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，使用含有ZnO作為主要成分的透明導(dǎo)電氧化物多晶薄膜作為溝道層的薄膜晶體管(TFT)已被積極開發(fā)(參見日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-76356)。薄膜可以在低溫下形成，并且對(duì)可見光是透明的，因此能夠在諸如塑料板或膜的襯底上形成柔性透明TFT。此外，公開了具有使用ZnO等的透明半導(dǎo)體的薄膜晶體管形成矩陣顯示裝置(美國專利 No. 6563174)。在美國專利No. 6563174中，公開了可通過干蝕刻形成氧化物半導(dǎo)體上的源電極和漏電極。根據(jù)Nature，488，432 (2004)中的文章，公開了使用含有銦、鎵、鋅和氧的透明非晶氧化物半導(dǎo)體膜(a-IGZO)作為TFT的溝道層的技術(shù)。此夕卜，描述了可在室溫下在諸如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate) (PET)膜的襯底上形成具有6 QcmiW1的令人滿意的場效應(yīng)遷移率的柔性透明TFT。此外，在February 2006 NIKKEI MICRODEVICES的第74頁的表2中，描述了操作被識(shí)別為柔性電子紙，所述柔性電子紙使用其中a-IGZO被用作TFT的溝道層的薄膜晶體管。此外，作為在半導(dǎo)體層上形成源電極/漏電極的方法，公開了一種結(jié)構(gòu)，其中，在底柵型薄膜TFT中在半導(dǎo)體層上設(shè)置蝕刻阻止體層，以降低源電極和漏電極之間的泄漏電流(美國專利No. 5403755)。美國專利No. 6563174公開了，在具有其主要成分為ZnO的透明氧化物半導(dǎo)體的底柵型薄膜TFT中，可通過干蝕刻形成氧化物半導(dǎo)體上的源電極和漏電極。美國專利No. 6563174還描述了，通過等離子體CVD (P-CVD)方法將保護(hù)膜形成為氮化硅薄膜，在實(shí)踐上，所述保護(hù)膜在底柵型薄膜TFT中是必要的。在除美國專利No. 6563174以外的所有相關(guān)技術(shù)中，通過剝離技術(shù)形成源電極和漏電極。在剝離中，出現(xiàn)問題，諸如剝離的電極膜的粒子的重新附著，因此難以以高產(chǎn)量制造大面積TFT。
因?yàn)榧词闺姌O材料是金屬或透明氧化物導(dǎo)體，其主要成分為ZnO的氧化物半導(dǎo)體也易受酸的影響并且蝕刻速度高，所以在設(shè)計(jì)TFT時(shí)難以通過使用酸的濕蝕刻形成源電極和漏電極。實(shí)際上，僅通過干蝕刻處理形成源電極和漏電極。然而，在其主要成分為ZnO的氧化物半導(dǎo)體中，易于出現(xiàn)氧空位(vacancy)并且易于產(chǎn)生許多的載流子電子，因而氧化物半導(dǎo)體層可能在蝕刻源電極和漏電極的處理中被損傷。還存在為了減少由蝕刻導(dǎo)致的對(duì)半導(dǎo)體層的損傷而設(shè)置保護(hù)層作為蝕刻阻止體層的方法，但是，即使形成這樣的保護(hù)膜，氧化物半導(dǎo)體層也受損并且關(guān)(OFF)電流變得較大。因而，存在難以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)具有令人滿意的開/關(guān)比的TFT特性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，通過在使用氧化物半導(dǎo)體的底柵型薄膜晶體管中進(jìn)行蝕刻而實(shí)現(xiàn)源電極和漏電極的形成，以由此實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)性優(yōu)異的工藝。本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供具有關(guān)電流被最小化的令人滿意的晶體管特性的薄
膜晶體管。為了解決上述的問題，本發(fā)明提供一種底柵型薄膜晶體管，該底柵型薄膜晶體管在襯底上包含柵電極；作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜；作為溝道層的氧化物半導(dǎo)體層；作為保護(hù)層的第二絕緣膜；源電極；和漏電極，其中氧化物半導(dǎo)體層包含氧化物，所述氧化物包括選自由In、Zn和Sn構(gòu)成的組的至少一種；并且，第二絕緣膜包含被形成為與氧化物半導(dǎo)體層接觸的非晶氧化物絕緣體，并且在其中包含3. 8X IO19分子/cm3或更多的脫附(desorbed)氣體,所述脫附氣體通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析(temperature programmeddesorption massspectrometry)被觀察為氧。溫度編程脫附質(zhì)譜分析(TPD)也被已知為熱脫附譜分析(thermal desorption spectroscopy) (TDS)。此外，本發(fā)明提供一種底柵型薄膜晶體管的制造方法，該底柵型薄膜晶體管在襯底上包含柵電極、作為柵極絕緣膜的第一絕緣膜、作為溝道層的氧化物半導(dǎo)體層、作為保護(hù)層的第二絕緣膜、源電極和漏電極，該方法包括在襯底上形成柵電極；依次形成第一絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體層；對(duì)第一絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖(pattern);在包含氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜；對(duì)第二絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖以覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)域(溝道區(qū)域的至少一部分)；形成源電極和漏電極；以及使用第二絕緣膜作為蝕刻阻止體對(duì)源電極和漏電極進(jìn)行構(gòu)圖。根據(jù)本發(fā)明，可通過蝕刻形成源電極和漏電極，這使得能夠提供這樣的薄膜晶體管，所述薄膜晶體管的大規(guī)模生產(chǎn)性優(yōu)異，并且具有必定具有最小化的關(guān)電流這樣的晶體管特性。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。


圖I是示出具有用作蝕刻阻止體的第二絕緣膜的反交錯(cuò)型TFT的結(jié)構(gòu)的視圖。
圖2是示出使用低電阻η型硅襯底上的熱氧化物膜硅柵極絕緣膜的反交錯(cuò)型TFT的結(jié)構(gòu)的視圖。圖3是示出當(dāng)制造圖2所示的反交錯(cuò)型TFT時(shí)的典型電流_電壓特性的曲線圖。圖4是示出通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析所測量的第二絕緣膜的氧脫附數(shù)據(jù)的例子的曲線圖。圖 5是示出通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析所測量的從非晶SiOx脫附的氧量和作為形成氣氛的Ar中所含有的O2氣的濃度之間的關(guān)系的曲線圖。圖6是作為本發(fā)明實(shí)施例的顯示裝置的例子的截面圖。圖7是作為本發(fā)明實(shí)施例的另一顯示裝置的例子的截面圖。圖8是示出其中二維地(以二維狀態(tài))布置包括有機(jī)EL器件和薄膜晶體管的像素的顯示裝置的結(jié)構(gòu)的視圖。圖9是示出反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件中Vm和氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系的曲線圖。圖10是示出當(dāng)制造9個(gè)具有圖2所示結(jié)構(gòu)的TFT并測量它們的TFT特性時(shí)的所述9個(gè)TFT的傳輸特性的曲線圖。圖11是示出具有保護(hù)膜的反交錯(cuò)型TFT的結(jié)構(gòu)的視圖。圖12是示出當(dāng)制造9個(gè)具有圖11所示結(jié)構(gòu)的TFT并且測量它們的TFT特性時(shí)的所述9個(gè)TFT的傳輸特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖描述本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。在本實(shí)施例的薄膜晶體管(TFT)中，使用非晶SiCUt為柵極絕緣膜材料。還可以通過濺射形成作為非晶氧化物絕緣體的Al2O3和a-SiOxNy。優(yōu)選使用ZnO或包含In、Zn和O的氧化物半導(dǎo)體作為薄膜晶體管的溝道層。溝道層包含In、Zn、0，此外，包含Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge中的至少一種。此外，優(yōu)選使用其電導(dǎo)率在大于等于10_3S/cm和小于等于10_7S/cm之間的非晶氧化物。圖I是作為薄膜晶體管的例子示出其中保護(hù)膜用作蝕刻阻止體的底柵結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的截面圖。在襯底I上設(shè)置柵電極2，并且，進(jìn)一步在其上面設(shè)置第一絕緣膜3、作為溝道層的氧化物半導(dǎo)體層4、第二絕緣膜5、源電極6和漏電極7。當(dāng)使用包含In、Zn和O的非晶氧化物作為氧化物半導(dǎo)體層4時(shí)，可以在室溫下制造它，因而，如果通過濺射形成絕緣膜，那么可以在室溫下執(zhí)行所有的成膜處理。并且，作為襯底，可以使用塑料襯底、塑料膜等。對(duì)氧化物半導(dǎo)體層4進(jìn)行構(gòu)圖以形成溝道區(qū)域。在那之后，在包含氧化氣體的氣氛中形成作為第二絕緣膜5的非晶氧化物絕緣層。通過形成作為保護(hù)層的第二絕緣膜5以使氧化物半導(dǎo)體的電阻不變低，其主要成分為ZnO的氧化物半導(dǎo)體中的氧空位的產(chǎn)生受到抑制，并因而可防止許多載流子電子的產(chǎn)生和大的關(guān)電流。在通過使用CF4氣體的干蝕刻對(duì)第二絕緣膜5進(jìn)行構(gòu)圖之后，形成作為源電極6和漏電極7的ITO、IZO等的透明導(dǎo)電氧化物膜用作蝕刻阻止層的第二絕緣膜保護(hù)溝道區(qū)域，因而，不僅可通過干蝕刻而且可通過濕蝕刻對(duì)源電極和漏電極進(jìn)行構(gòu)圖。理想地，考慮到蝕刻時(shí)對(duì)源電極和漏電極的保護(hù)，優(yōu)選第二絕緣膜覆蓋整個(gè)溝道區(qū)域。然而，當(dāng)對(duì)第二絕緣膜的損傷根據(jù)蝕刻條件或蝕刻時(shí)間基本不使特性降低太多時(shí)，不必將第二絕緣膜設(shè)置成覆蓋整個(gè)溝道區(qū)域。在這種情況下，第二絕緣膜可被設(shè)置為覆蓋溝道區(qū)域的一部分。作為源電極和漏電極，可以使用諸如Ni、Cr、Rh、Mo、Nd、Ti、W、Ta、Pb或Al的金屬，它們的合金，或它們的硅化物。圖2示出底柵反交錯(cuò)型TFT的結(jié)構(gòu)，所述底柵反交錯(cuò)型TFT使用熱氧化物硅絕緣膜2、且以低電阻η-型晶體硅作為柵電極和襯底I。使用圖2所示的結(jié)構(gòu)，檢查當(dāng)使用氧化物半導(dǎo)體時(shí)形成第二絕緣膜的條件對(duì)TFT特性的影響。形成非晶InGaZnO作為氧化物半導(dǎo)體4。通過沉積為Ti/Au/Ti的疊層結(jié)構(gòu)并跟著進(jìn)行剝離，形成源電極6和漏電極7。當(dāng)不存在第二絕緣膜時(shí)，到此完成TFT:A。在那之后，以要成為第二絕緣膜的非晶SiOx作為目標(biāo)，使用SiO2和作為濺射氣體的100% -Ar氣，以通過濺射形成IOOnm的非晶SiOx。通過在源電極6和漏電極7上進(jìn)行濕蝕刻，形成接觸孔，而完成具有第二絕緣膜的TFT:B。圖3是示出以上述方法制造的TFT:A和TFT:B的典型電流-電壓特性的曲線圖。關(guān)于TFT:A，顯示出具有令人滿意的開/關(guān)比并具有最小化的關(guān)電流的TFT特性。然而，關(guān)于其中形成被認(rèn)為是普通氧化物膜絕緣層的非晶SiOx來作為第二絕緣膜的TFT:B，即使當(dāng)柵極電壓為-20V時(shí)，也不表現(xiàn)出關(guān)電流。其原因被認(rèn)為是形成第二絕緣膜時(shí)氧化物半導(dǎo)體層的還原(reduction)或氧化物半導(dǎo)體層中的氧空位的產(chǎn)生。這是由于，在其主要成分為ZnO的氧化物半導(dǎo)體中，易于出現(xiàn)氧空位，并且易于產(chǎn)生許多載流子電子。在圖3中，示出使用濺射來形成第二絕緣膜的結(jié)果。當(dāng)通過P-CVD形成非晶SiOx或非晶SiNy作為第二絕緣膜時(shí)，開/關(guān)比仍較不令人滿意。結(jié)果，實(shí)際上，TFT不作為TFT工作。這意味著，由于氧化物半導(dǎo)體對(duì)于氫極其敏感，因此氧化物半導(dǎo)體的與第二絕緣膜接觸的部分的電阻變得極低。以下將詳細(xì)描述作為本發(fā)明主要部分的在含有氧化氣體的氣氛中形成的第二絕緣膜。(關(guān)于第二絕緣膜)更具體而言，可通過使用SiO2作為靶并使用O2氣和Ar氣的混合氣體(以下稱為O2Ar混合氣體)作為濺射氣體進(jìn)行濺射以形成非晶氧化物絕緣層，實(shí)現(xiàn)第二絕緣膜。02/Ar混合比被表示為[O2氣流率(SCCM) ] / [ (O2氣流率(SCCM)) + (Ar氣流率(SCCM)) ] (vol % )。當(dāng)02/Ar混合比為IOvol %或更大、更優(yōu)選地為50vol %時(shí),看出02/Ar混合氣體的效果。當(dāng)02/Ar混合比為50vol %時(shí)，在當(dāng)不形成第二絕緣膜5時(shí)獲得令人滿意的關(guān)電流特性的幾乎所有的氧化物半導(dǎo)體條件下，獲得令人滿意的關(guān)電流特性。測量作為第二絕緣膜的非晶SiOx的氧含量的方法包括溫度編程脫附質(zhì)譜分析(TPD)。依賴于樣品，從與襯底表面接觸的熱電偶的幾十?dāng)z氏度到約四百攝氏度的溫度，觀察存在于薄 膜中的氧的脫附峰。在本發(fā)明中，當(dāng)通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析進(jìn)行測量時(shí)，氧在400°C從作為第二絕緣膜的非晶SiOx幾乎脫附(脫附氣體)。在與襯底表面接觸的熱電偶的定量分析中使用的測量溫度范圍為50°C至800°C。從與02+對(duì)應(yīng)的質(zhì)量數(shù)(m/z) 32的離子強(qiáng)度，脫附氣體被識(shí)別為氧。圖4是示出通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析所測量的氧脫附數(shù)據(jù)的例子的曲線圖。以這種方式獲得的從作為第二絕緣膜的非晶SiOx脫附的氧量與形成氣氛中的氧濃度成比例。圖5是示出通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析所測量的從非晶SiOx脫附的氧量和作為形成氣氛的Ar中所包含的O2氣的濃度之間的關(guān)系的曲線圖。作為對(duì)使用透明氧化物半導(dǎo)體的TFT的第二絕緣膜的積極研究和開發(fā)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用O2氣和Ar氣的混合氣體(以下稱為02/Ar混合氣體)作為非晶SiOx的濺射氣體(也稱為濺射成膜氣體)。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合比(也稱為混合氣體比)為IOvol %或更大時(shí)，氧化物半導(dǎo)體中的氧空位的產(chǎn)生受到抑制，因而可以防止許多載流子電子的產(chǎn)生和大的關(guān)電流。通過溫度編程脫附質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，有效抑制氧空位產(chǎn)生的非晶SiOx在膜中包含
3.8 X IO19分子/cm3或更多的氧。具有較寬處理裕度并可獲得更穩(wěn)定特性的形成條件是使用這樣的濺射氣體時(shí)的形成條件，在該濺射氣體中的O2氣對(duì)O2氣和Ar氣之和的體積比(02/Ar混合比)為50vol%。當(dāng)例如在這樣的條件下形成氧化物半導(dǎo)體時(shí)，在膜中包含約I. 2XlO2ci分子/cm3的氧。假定在膜中包含氧的非晶SiOx通過沉積處理期間的無意加熱(例如，由沉積處理期間的輸入電力引起的溫度上升)或隨后處理中的加熱而釋放氧，并將氧化物半導(dǎo)體的界面部分氧化，由此抑制電阻的降低。結(jié)果，假定氧化物半導(dǎo)體中氧空位的產(chǎn)生被抑制，并且產(chǎn)生許多的載流子電子，由此防止關(guān)電流的增大。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，用于形成有效抑制氧空位產(chǎn)生的非晶SiOx的條件中的02/Ar混合比沒有上限，并且，即使在O2的比率為100vOl%的情況下，氧空位的產(chǎn)生也被有效抑制。然而，由于膜沉積速率通過增大02/Ar混合比而降低，因此，從生產(chǎn)率和成本的觀點(diǎn)看，優(yōu)選使用50vol%或更小的02/Ar混合比。非晶SiOx的02/Ar混合比和膜沉積速率之間的關(guān)系盡管依賴于諸如成膜氣體壓力以及襯底和靶之間的距離的成膜參數(shù)，但是對(duì)于氧分壓極其敏感。因此，通常很少使用氧分壓高的形成條件。關(guān)于這種情況下的形成條件，以當(dāng)02/Ar混合比為Ovol %時(shí)的膜沉積速率作為基準(zhǔn)值(100% )，當(dāng)02/Ar混合比為IOvol %和50vol%時(shí)的膜沉積速率分別為77%和39%。使用上述非晶SiOJt為第二絕緣膜，制造TFT。TFT的結(jié)構(gòu)如圖11中所示，并且，在相同的條件下形成作為氧化物半導(dǎo)體的非晶InGaZnO。同時(shí)，在相同的處理?xiàng)l件下制造用于測量氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率的TEG器件，并且測量氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。作為TFT的傳輸特性之一的Vm是在漏極電流(Id)上升時(shí)施加到柵極的電壓。圖9示出Vm和氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系。在氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和Vm之間存在強(qiáng)的相關(guān)性。氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率越大，則Vm向負(fù)側(cè)偏移得越多。當(dāng)電導(dǎo)率變得更大時(shí)，即使在-40V或更小處也沒有觀察到
Von。從結(jié)果很清楚，當(dāng)形成第二絕緣膜時(shí)，氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率的增大使表示關(guān)電流和開(ON)電流之間的邊界的Vm向負(fù)側(cè)偏移，而導(dǎo)致劣化。結(jié)果，關(guān)電流特性被劣化。第二絕緣膜的形成條件抑制氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率的增大。當(dāng)02/Ar混合比為IOvol%或更大、并且在膜中包含3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧時(shí)，看出抑制效果。使用非晶SiOx作為第二絕緣膜，所述非晶SiOx是使用其02/Ar混合比為50vol%的濺射氣體形成的，并在膜中包含I. 2X IO20分子/cm3的氧。制造了 9個(gè)具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的TFT，并且測量它們的TFT特性。圖10是示出所述9個(gè)TFT的傳輸特性的曲線圖。Vm被控制成基本上為0V，并且獲得表現(xiàn)出令人滿意的開/關(guān)比的TFT。在以上描述中，第二絕緣膜為非晶SiOx，但是，可以使用非晶氧氮化硅或非晶氧化鋁作為非晶氧化物絕緣體，所述非晶氧化物絕緣體作為第二絕緣膜。此外，以上描述了使用02/Ar混合氣體作為形成第二絕緣膜時(shí)的氧化氣體的情況。然而，必要的是，形成第二絕緣膜以使氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率不增大，因而，氧化氣體不限于氧。此外，對(duì)于作為第二絕緣膜的非晶氧化物絕緣體中的氧含量的條件可能依賴于沉積裝置而改變。但是，當(dāng)改變沉積參數(shù)以研究趨勢時(shí)，可以控制氧的含量以獲得本發(fā)明的有利效果。沉積參數(shù)包括沉積氣體壓力、沉積時(shí)的輸入功率、沉積溫度、襯底-靶距離、對(duì)于襯底或陰極的偏壓(bias)施加等。例如，作為薄膜晶體管，使用能夠形成大面積膜的濺射形成銦、鎵和鋅的成分比為1:1: I的非晶氧化物半導(dǎo)體層(a-IGZO薄膜)。將所述非晶氧化物半導(dǎo)體層應(yīng)用于具有圖I所示的結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管。這可實(shí)現(xiàn)IO5或更大的晶體管的開/關(guān)比。這種情況下的場效應(yīng)遷移率為1cm2V-1S-1 或更大。通過這些效果，可在大規(guī)模生產(chǎn)性優(yōu)異的使用氧化物半導(dǎo)體的底柵型薄膜晶體管中通過各種蝕刻處理形成源電極和漏電極。此外，可提供具有關(guān)電流被最小化的令人滿意的晶體管特性的薄膜晶體管。在以上的描述中，描述了這樣的情況，其中使用ZnO作為主要成分的透明氧化物半導(dǎo)體多晶薄膜或其主要成分為ZnO的包含微晶體的透明氧化物半導(dǎo)體薄膜被用作半導(dǎo)體層(溝道層)。 此外，描述了使用被形成為包含In、Ga、Zn和O的非晶氧化物的情況。然而，氧化物半導(dǎo)體層不限于此。作為被形成為包含In、Ga、Zn和O的非晶氧化物半導(dǎo)體層，可以使用包含Sn、In和Zn之中的至少一種元素的非晶氧化物。此外，當(dāng)選擇Sn作為形成非晶氧化物的元素中的至少一部分時(shí)，可以使用Sni_xM4x (O < X < 1，M4選自其原子序數(shù)比Sn小的第IV族元素，即Si、Ge和Zr)代替Sn。此外，當(dāng)選擇In作為形成非晶氧化物的元素中的至少一部分時(shí)，可以使用IrVyM3y(0 < y < I，M3選自其原子序數(shù)比Lu或In小的第III族元素，即B、Al、Ga和Y)代替In。此外，當(dāng)選擇Zn作為形成非晶氧化物的元素中的至少一部分時(shí)，可以使用Zn1^mz (O < Z < I, M2選自其原子序數(shù)比Zn小的第II族元素，即Mg和Ca)代替Zn?？墒褂玫姆蔷Р牧习⊿n-In-Zn氧化物、In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、In-Sn氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、Zn-Ga氧化物和Sn-In-Zn氧化物。不用說，形成材料的成分比不必要求為I : I。應(yīng)當(dāng)注意，在一些情況下Zn和Sn難以通過它們自己形成非晶性(amorphism),但是,添加In使得較易形成非晶相。例如，在In-Zn氧化物的情況下，成分優(yōu)選為使得In原子對(duì)氧以外的所有原子的數(shù)量之比約為20at. %或更大。在Sn-In氧化物的情況下，成分優(yōu)選為使得In原子對(duì)氧以外的所有原子的數(shù)量之比約為80at. %或更大。在Sn-In-Zn氧化物的情況下，成分優(yōu)選為使得In原子對(duì)氧以外的所有原子的數(shù)量之比約為15at. %或更大。可通過在要以約O. 5度那么低的入射角測量的薄膜的X射線衍射中沒有檢測到清晰的衍射峰(即，觀察到暈圈圖案)的條件，確認(rèn)非晶狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，在本實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)于場效應(yīng)晶體管的溝道層使用上述材料時(shí)，不排除溝道層包含微晶狀態(tài)的形成材料。然后，通過將薄膜晶體管的作為輸出端子的漏極連接到諸如有機(jī)或無機(jī)電致發(fā)光(EL)器件或液晶器件的顯示器件的電極，可以形成顯示裝置。以下參照顯示裝置的截面圖描述顯示裝置結(jié)構(gòu)的具體例子。圖6是作為本發(fā)明實(shí)施例的顯示裝置的例子的截面圖。TFT在襯底611上具有柵電極612、柵極絕緣膜613、氧化物半導(dǎo)體膜614、第二絕緣膜615、源(漏)電極616、和漏(源)電極617。像素電極618經(jīng)由層間絕緣膜619與漏(源)電極617連接。像素電極618與發(fā)光層620接觸，此外，發(fā)光層620與電極621接觸。這種結(jié)構(gòu)使得能夠通過從源(漏)電極616經(jīng)由在氧化物半導(dǎo)體膜614中形成的溝道流到漏(源)電極617的電流的值，控制注入到發(fā)光層620的電流。因此，可通過TFT的柵極612的電壓，控制注入到發(fā)光層620的電流。在這種情況下，電極618、發(fā)光層620和電極621形成作為電光器件的無機(jī)或有機(jī)電致發(fā)光器件。圖7是作為本發(fā)明實(shí)施例的顯示裝置的另一例子的截面圖。漏(源)電極717被延長從而還用作像素電極718。漏(源)電極717可被構(gòu)建成為用于向夾在高電阻膜720和722之間的液晶或電泳粒子721施加電壓的電極723。液晶或電泳粒子721、高電阻膜720和722、像素電極718和電極723形成顯示器件?？赏ㄟ^從源電極716經(jīng)由在氧化物半導(dǎo)體膜714中形成的溝道流到漏電極717的電流的值，控制施加到作為電光器件的顯示器件液晶單元或電泳粒子單元的電壓。因此，能夠通過TFT的柵極712的電壓，控制施加到顯示器件的電壓。在這種情況下，如果顯示器件的顯示介質(zhì)是在絕緣膜中的包封流體和粒子的囊體(capsule)，那么高電阻膜720和722不是必需的。在以上的兩個(gè)例子中，TFT由底柵反交錯(cuò)型TFT代表，但是，本發(fā)明不必限于這種結(jié)構(gòu)。例如，如果TFT的作為輸出端子的漏電極和顯示器件之間的連接在拓?fù)渖鲜窍嗤?，那么諸如共面類型的其它結(jié)構(gòu)也是可能的。此外，在以上的兩個(gè)例子中，用于驅(qū)動(dòng)顯示器件的一對(duì)電極被設(shè)置為與襯底平行，但是本實(shí)施例不必限于這種結(jié)構(gòu)。例如，如果TFT的作為輸出端子的漏電極和顯示器件之間的連接在拓?fù)渖鲜窍嗤模敲纯蓪㈦姌O中的任一個(gè)或兩個(gè)設(shè)置為與襯底垂直。此外，在以上的兩個(gè)例子中，僅示出與顯示器件連接的一個(gè)TFT，但是，本發(fā)明不必限于這種結(jié)構(gòu)。例如，圖中示出的TFT可與根據(jù)本發(fā)明的另一 TFT連接。所要求的是，圖中示出的TFT是在包括這些TFT的電路的最后的級(jí)中。在這種情況下，當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)顯示器件的一對(duì)電極被設(shè)置為與襯底平行時(shí)，如果顯示器件是EL器件或諸如反射型液晶器件的反射型顯示器件，那么要求電極中的任一個(gè)對(duì)發(fā)射光的波長或反射光的波長透明。如果顯示器件是諸如透射型液晶器件的透射型顯示器件，那么要求兩個(gè)電極均對(duì)透射光透明。此外，在根據(jù)本實(shí)施例的TFT中，所有的結(jié)構(gòu)可以是透明的，這使得能夠形成透明的顯示器件。此外，這種顯示器件可被設(shè)置在諸如由樹脂制成的重量輕、柔性和透明的塑料襯底的低耐熱襯底上。接著，參照?qǐng)D8描述其中二維地(以二維狀態(tài))布置像素的顯示裝置，所述像素包括EL器件(在這種情況下，有機(jī)EL器件)和薄膜晶體管。圖8示出用于驅(qū)動(dòng)有機(jī)EL層84的晶體管81、用于選擇像素的晶體管82。電容器83用于維持被選擇的狀態(tài)的目的，并在共用電極線87和晶體管2的源極之間存儲(chǔ)電荷，以維持晶體管I的柵極信號(hào)。通過掃描電極線85和信號(hào)電極線86，進(jìn)行像素選擇。更具體而言，從驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)經(jīng)由掃描電極85向柵電極施加圖像信號(hào)作為脈沖信號(hào)。同時(shí)，還從另一驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)經(jīng)由信號(hào)電極86向晶體管82施加圖像信號(hào)作為脈沖信號(hào)，以選擇像素。在這種情況下，晶體管82被接通，并且電荷被存儲(chǔ)在信號(hào)電極線86和晶體管82的源極之間的電容器83中。這使得晶體管81的柵極電壓維持在期望的水平，并且晶體管81被接通。維持這種狀態(tài)，直到接收到下一信號(hào)。在晶體管81為開的狀態(tài)期間，保持向有機(jī)EL層84供給電壓和電流以維持發(fā)光。在圖8所示的例子中，每個(gè)像素設(shè)置兩個(gè)晶體管和一個(gè)電容器，但是，為了改善性能，可以安裝更多的晶體管等。必要的是，在晶體管部分中 使用含有In、Ga、Zn和O的TFT以獲得有效的EL器件，所述TFT可在低溫下形成、并且是透明的TFT。接著，將參照附圖描述本發(fā)明的例子。(例子I)在本例子中，制造圖11所示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件。首先，通過光刻法和剝離技術(shù)在玻璃襯底上形成5nm的Ti/40nm的Au/5nm的Ti的柵極端子。此外，通過濺射在其上形成厚度為200nm的a_SiOx的絕緣層。在這種情況下，使用SiO2靶作為濺射靶，并且使用Ar氣作為濺射氣體。并且，RF射頻功率為400W，沉積壓力為O. IPa，膜沉積速率為7. 4nm/min。襯底溫度為室溫，并且不執(zhí)行有意的加熱。此外，通過RF濺射以20nm的厚度在室溫下在其上形成用作半導(dǎo)體層的非晶氧化物半導(dǎo)體膜。通過光刻法和使用鹽酸的濕蝕刻形成溝道區(qū)域。在那之后，通過電子束沉積形成5nm的Ti/40nm的Au/5nm的Ti,并且,通過光刻法和剝離技術(shù)形成源極端子和漏極端子。此外，作為第二絕緣膜，通過RF濺射以IOOnm的厚度形成a_SiOx的絕緣層。在這種情況下，使用SiO2作為祀，并且使用其02/Ar混合比為50vol% (5SCCM的O2氣和5SCCM的Ar氣)的氧化氣氛作為濺射氣體。并且，RF射頻功率為400W，沉積壓力為O. IPa，膜沉積速率為2. 9nm/min。襯底溫度為室溫，并且不執(zhí)行有意的加熱。以這種方式，完成9個(gè)如圖11所示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件。在這種情況下，非晶氧化物半導(dǎo)體膜中的金屬成分比為In Ga Zn = I. 00 O. 94 0.65。作為MISFET器件的I_V特性的評(píng)價(jià)結(jié)果，所述9個(gè)TFT具有平均5. 0cm2/Vs的場效應(yīng)遷移率和平均大于IO6的開/關(guān)比。圖12示出傳輸特性。通過使用根據(jù)本發(fā)明的第二絕緣膜，氧化物半導(dǎo)體底柵型薄膜晶體管的關(guān)電流被最小化，因而可以穩(wěn)定地制造具有令人滿意的晶體管特性的薄膜晶體管。(比較例I)在本比較例中，除了第二絕緣膜的形成條件以外，在與例子I相同的條件下制造圖11所示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件。作為第二絕緣膜，通過RF濺射以IOOnm的厚度形成a_SiOx的絕緣層。在這種情況下，使用SiO2作為靶，并且使用其02/Ar混合比為IOvol % (ISCCM的O2氣和5SCCM的Ar氣)的氧化氣氛作為濺射氣體。并且，RF射頻功率為400W，沉積壓力為O. IPa，膜沉積速率為5.7nm/min。襯底溫度為室溫，并且不執(zhí)行有意的加熱。以這種方式，完成9個(gè)如圖11所示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件。
同時(shí)，在相同的處理?xiàng)l件下制造用于測量氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率的TEG器件，并且，測量氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。作為TFT的傳輸特性之一的Vm是在漏極電流(Id)上升時(shí)施加到柵極的電壓。圖9示出Vm和氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系。通過使用IOvol %的02/Ar混合比的派射氣體形成的a_SiOx的第二絕緣膜在其中包含3. 8 X IO19分子/cm3的氧。結(jié)果，通過使用IOvol %的02/Ar混合比的氣體形成的a_SiOx的第二絕緣膜在抑制氧化物半導(dǎo)體中氧空位的產(chǎn)生方 面是有效的，其Vm平均為-40V，并且其開/關(guān)比為IO6或更大，這是令人滿意的。當(dāng)02/Ar混合比為Ivol %或Ovol %時(shí)，特性的變化增大，并且，即使施加-50V的柵極電壓，在一些情況下也沒有觀察到清晰的Vm，并且沒有看出清楚的抑制氧化物半導(dǎo)體中氧空位產(chǎn)生的效果。(例子2)在該例子中，制造圖I所示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件。首先，通過濺射在玻璃襯底上形成具有150nm的厚度的透明導(dǎo)電膜IZO的柵電極層。通過光刻法和使用鹽酸的濕蝕刻形成柵電極。此外，通過RF濺射在其上形成具有200nm的厚度的a_SiOx的絕緣層。在這種情況下，使用SiO2靶作為濺射靶，并且使用Ar氣作為濺射氣體。并且，RF射頻功率為400W，沉積壓力為O. IPa，膜沉積速率為7. 4nm/min。襯底溫度為室溫，并且不執(zhí)行有意的加熱。此外，通過濺射以20nm的厚度在室溫下形成用作半導(dǎo)體層的非晶氧化物半導(dǎo)體膜。通過光刻法和使用鹽酸的濕蝕刻形成溝道區(qū)域。在那之后，作為第二絕緣膜，通過濺射以IOOnm的厚度形成a-SiOx的絕緣層。在這種情況下，使用SiO2作為祀，并且使用其02/Ar混合比為50vol% (5SCCM的O2氣和5SCCM的Ar氣)的氧化氣氛作為濺射氣體。通過光刻法和使用CF4氣體的干蝕刻完成保護(hù)溝道區(qū)域并用作蝕刻阻止層的第二絕緣膜。在那之后，通過濺射以150nm的厚度形成透明導(dǎo)電膜ΙΤ0，并且，通過光刻法和蝕刻而形成源極端子和漏極端子。以這種方式，可以形成圖I所示的反交錯(cuò)(底柵)型透明MISFET器件。作為源電極和漏電極，不僅可以使用諸如IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜，而且可以使用諸如Ni、Cr、Rh、Mo、Nd、Ti、W、Ta、Pb或Al的金屬，它們的合金，或它們的硅化物。此外，源電極和漏電極可由彼此不同的材料形成。可通過蝕刻形成反交錯(cuò)(底柵)型MISFET器件的源電極和漏電極，并且形成薄膜晶體管，所述薄膜晶體管在大規(guī)模生產(chǎn)方面優(yōu)異，并且具有關(guān)電流被最小化的晶體管特性。(例子3)在本例子中，描述圖7所示的使用TFT的顯示裝置。TFT的制造工藝與例子3的類似。
在上述的TFT中，形成漏電極的ITO膜的短邊延伸到100 μ m。在留下90μπι的延長部分并使至源電極和柵電極的布線固定的情況下，用絕緣層覆蓋TFT。在其上涂敷聚酰亞胺膜，并且執(zhí)行摩擦(rubbing)。
另一方面，制備具有ITO膜和類似地在其上形成的并執(zhí)行了摩擦的聚酰亞胺膜的塑料襯底，所述塑料襯底與上 述在其上形成有TFT的襯底相對(duì)，它們之間具有5 μ m的間隙，并且，將向列液晶注入到該間隙中。此外，在結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置一對(duì)偏振片。在這種情況下，通過向TFT的源電極施加電壓并改變施加到柵電極的電壓，光透射僅關(guān)于作為從漏電極延伸的ITO膜的島體的一部分的30 μ mX90 μ m的區(qū)域而被改變。此外，也可在TFT為開的柵極電壓下通過源極-漏極電壓連續(xù)地改變光透射。以這種方式，形成使用與圖7對(duì)應(yīng)的液晶單元作為顯示器件的顯示裝置。在本例子中，使用白色塑料襯底作為用于形成TFT的襯底，金代替TFT的各電極，并且省略聚酰亞胺膜和偏振片。此外，白色襯底和透明塑料襯底之間的間隙在填充有絕緣膜的情況下，填充有包封粒子和流體的囊體。在以這種方式構(gòu)建的顯示裝置中，控制TFT所延伸的漏電極和其之上的ITO膜之間的電壓，并且，囊體中的粒子因而上下移動(dòng)。這使得能夠通過控制從透明襯底側(cè)觀察的延伸的漏電極區(qū)域的反射率來執(zhí)行顯示。并且，在本例子中，可形成多個(gè)相鄰的TFT，以形成例如具有普通結(jié)構(gòu)的電流控制電路，所述普通結(jié)構(gòu)具有四個(gè)晶體管和一個(gè)電容器，并且，最后的級(jí)中的晶體管中的一個(gè)可作為圖6中所示的TFT驅(qū)動(dòng)EL器件。例如，使用將上述的ITO膜用作漏電極的TFT。在作為從漏電極延伸的ITO膜的島體的一部分的30 μ mX90 μ m的區(qū)域中形成有機(jī)電致發(fā)光器件，所述有機(jī)電致發(fā)光器件由電荷注入層和發(fā)光層形成。以這種方式，可形成使用EL器件的顯示裝置。(例子4)二維地布置例子3的顯示器件和TFT。例如，布置7425X1790個(gè)像素從而以沿短邊方向40 μ m和沿長邊方向120μπι的間距形成矩形，每個(gè)所述像素包括諸如例子3的液晶單元或EL器件的顯示器件和TFT、占據(jù)約30 μ mX 115 μ m的面積。設(shè)置1790條柵極布線和7425條信號(hào)線，所述1790條柵極布線沿長邊方向穿過7425個(gè)TFT的柵電極，所述7425條信號(hào)線沿短邊方向穿過1790個(gè)TFT的源電極的延伸出非晶氧化物半導(dǎo)體膜的島體之外5 μ m的部分。柵極布線和信號(hào)布線分別與柵極驅(qū)動(dòng)器電路和源極驅(qū)動(dòng)器電路連接。并且，在液晶顯示器件的情況下，通過在表面上設(shè)置沿長邊方向具有重復(fù)的RGB的濾色器，使得它的尺寸與液晶顯示器件的尺寸相同且使得它與液晶顯示器件對(duì)準(zhǔn)，可以形成具有約211ppi的A4尺寸的有源矩陣彩色圖像顯示裝置。在EL器件的情況下，包含于一個(gè)EL器件中的兩個(gè)TFT中的第一 TFT的柵電極與柵極布線連接，第二 TFT的源電極與信號(hào)布線連接，并且此外，利用RGB沿長邊方向重復(fù)EL器件的發(fā)射波長。以這種方式，可以形成具有相同的分辨率的自發(fā)射型彩色圖像顯示裝置。在這樣的情況下，可通過使用與根據(jù)本發(fā)明的像素相同的TFT來形成用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣的驅(qū)動(dòng)器電路，或者可通過使用可用的IC芯片來形成用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣的驅(qū)動(dòng)器電路。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有的這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。 本申請(qǐng)要求2006年12月5日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2006-328308和2007年10月22日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2007-273863的權(quán)益，在此通過引用并入它們的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種底柵型薄膜晶體管的制造方法，包括 在襯底上形成柵電極； 形成第一絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體層； 對(duì)所述第一絕緣膜和所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖； 在包含氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜；以及 對(duì)所述第二絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，以覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)域的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包括非晶氧化物，所述非晶氧化物包括In和Zn。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包括非晶氧化物，所述非晶氧化物包括In、Zn和Ga。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法， 其中，所述第二絕緣膜通過濺射來形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，形成所述第二絕緣膜的步驟使用的濺射氣體中包含的氧氣和氬氣的混合比大于等于10VOl%且小于等于50vol %。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，還包括如下的步驟 形成源電極和漏電極；以及 使用所述第二絕緣膜作為蝕刻阻止體，對(duì)所述源電極和所述漏電極進(jìn)行構(gòu)圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，形成所述第二絕緣膜的步驟使用的濺射氣體中包含的氧氣和氬氣的混合比大于等于IOvol %且小于等于50νο1% ο
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述第二絕緣膜通過濺射來形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述第二絕緣膜被形成為在其中含有3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述第二絕緣膜被形成為在其中含有3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的底柵型薄膜晶體管的制造方法，其中，所述第二絕緣膜通過濺射來形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及底柵型薄膜晶體管、其制造方法及顯示裝置。提供一種底柵型薄膜晶體管的制造方法，其包括在襯底上形成柵電極；形成第一絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體層；對(duì)所述第一絕緣膜和所述氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；在包含氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜；以及對(duì)所述第二絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，以覆蓋所述氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)域的至少一部分。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102623344SQ20121007453
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
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