[发明专利]薄膜晶体管、显示器件氧化物半导体和具有氧浓度梯度的栅电介质

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括至少包含O和N的非晶硅作为栅绝缘膜的薄膜晶体管，以及一种使用该晶体管的显示器件。

背景技术

近年来，如特开号为2002-076356的日本专利申请也公开的，已经积极地进行了薄膜晶体管(TFT)的开发，每个该薄膜晶体管都将包含ZnO作为主要成分的透明导电氧化物的多晶薄膜用于沟道层。

由于上述薄膜可在低温下形成为膜并且对于可见光是透明的，所以可在基片例如塑料板或膜上形成柔性的透明TFT。

此外，特开号为2003-086808的日本专利申请公开了：在具有使用ZnO等的透明半导体的薄膜晶体管中，绝缘层形成为两层结构。这里，据称可旨在通过在半导体界面侧使用氧化物(例如，SiO₂)而在栅电极侧使用高度绝缘的SiN_x等，提高半导体层中的结晶度，并降低半导体与绝缘膜之间的界面的缺陷水平。

另外，Nature，488，432，(2004)中公开了将由铟、镓、锌和氧制成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)用于TFT的沟道层的技术。此外，示出可在室温下在基片例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜上形成显示6-9cm²V^-1s^-1的良好场效应迁移率的柔性且透明的TFT。

此外，在Nikkei Micro Device，February2006的第74页的表2中，描述了将SiON用于薄膜晶体管的绝缘层，该薄膜晶体管将a-IGZO用于TFT的沟道层。

由于在包含ZnO作为主要成分的导电透明氧化物中可容易地生成氧缺陷并且生成大量载流子电子，所以难以使导电率小。

另一方面，一般来说，通过PFCVD法形成的非晶氮化硅(SiN_x)被用作非晶硅TFT的栅绝缘膜。但是，当SiN_x在其中包含ZnO作为主要成分的导电透明氧化物被用作有源层的TFT中用作栅绝缘膜时，在不施加栅电压时，源极端子和漏极端子之间也会有大电流流动。因此，变得难以增大晶体管的开/关比(on/off ratio)。如特开号为2002-076356的日本专利申请也说明的，作为其主要原因，提到了由于在导电透明氧化物沟道层与栅绝缘膜之间的界面中从氧化物半导体取走氧，因而在界面附近ZnO结晶度降低。

另外，作为除结晶度降低之外的事项，当如Nature，488，432，(2004)中公开的将由铟、镓、锌和氧制成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)用于TFT的沟道层时，存在以下问题。即，存在产生导电率增加的情况，这被认为是基于在导电透明氧化物沟道层和栅绝缘膜之间的界面中的缺陷的生成。还在此情况中，即使在没有施加栅电压时，在源极端子和漏极端子之间也会有大电流流动，因而难以实现TFT的常关断(normally-off)操作。此外，增大晶体管的开/关比并不必然容易。

此外，当如特开号为2002-076356的日本专利申请公开的，绝缘层具有在半导体界面侧使用氧化物(例如，SiO₂)而在栅电极侧使用高度绝缘的SiN_x等的两层结构时，存在以下问题。即，存在由于在绝缘层中构成界面以生成缺陷，所以TFT特性的滞后被放大而TFT特性的可再现性差的问题。另外，当在低温下在膜上形成TFT并且执行弯曲试验时，发现TFT特性的恶化，这被认为是由于在具有两层结构的绝缘层中生成的界面缺陷造成的。

此外，当在300℃或更低的低温下或室温下形成由氧化物例如Al₂O₃、Y₂O₃和HfO₂制成的具有高介电常数的绝缘膜时，这些具有高介电常数的绝缘膜变成多晶物质。于是，通常难以使晶体取向和多晶晶粒大小均匀，并提高稳定性和可靠性。另外，由于在早期沿厚度方向存在其中晶粒大小改变的部分，所以其多晶结构容易变得不均匀。由于绝缘膜表面具有根据晶粒大小的表面形态，所以会出现沟道层与栅绝缘膜之间的界面或栅绝缘膜与栅电极金属之间的界面变得不平的问题。

因而，本发明的目的是提供一种在氧化物半导体和绝缘层之间具有良好界面的薄膜晶体管。

发明内容