[发明专利]氧化物半导体、薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及氧化物半导体、薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示装置。更详细而言，涉及适合作为薄膜晶体管的沟道层的氧化物半导体、包括使用该氧化物半导体形成沟道层的薄膜晶体管的薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和包括该薄膜晶体管阵列基板的显示装置。

背景技术

氧化物半导体是具有电子迁移率比非晶硅(a-Si)等硅系(类)材料高的半导体材料。例如，由于考虑到在薄膜晶体管(TFT)的沟道层使用氧化物半导体的情况下，能够实现可靠性优异且在不施加电压时流通的漏电流低的TFT，因此使用氧化物半导体的TFT的开发得到推进。

在氧化物半导体中包含铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)和氧(O)作为构成原子的四元型(quaternary)的氧化物半导体(以下也称为IGZO半导体)，不仅迁移率高，还具有如下所述的特性，因此被认为更适合于TFT。

首先，IGZO半导体在室温～150℃左右的比较低的温度下能够成膜。由于上述硅系材料在300℃以上的高温下成膜，因此在像使用膜基材的柔性基板那样不适于高温气氛下的基材上不能直接形成TFT，但是，通过使用氧化物半导体，则能够在柔性基板直接形成TFT。另外，IGZO半导体能够用溅射装置进行成膜，能够通过简易工序制造。

而且，包含IGZO半导体的薄膜能够使可见光透过，透明性也优良。因此，也能够应用于使用氧化铟锡(Indium Tin Oxide：ITO)等的透明电极的用途。

这里，IGZO半导体的特性因构成原子的组成不同而变化。因此，在专利文献1中，关于适合作为TFT的沟道层的氧化物半导体，公开了表示构成原子的优选组成的相图(phase diagram)，在专利文献2中，关于适合作为TFT等的透明电极的氧化物半导体，公开了构成原子的优选组成。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-281409号公报

专利文献2：日本特开2000-44236号公报

发明内容

发明要解决的课题

具有上述专利文献1、2中所记载的组成的IGZO半导体(氧化物半导体)和使用IGZO半导体而形成的半导体层本身，在迁移率和透明性等方面优秀。然而，例如在以半导体层作为TFT的沟道层而使用IGZO半导体时，存在不能够维持稳定且较高的晶体管特性的情况。

这被认为是基于以下理由而导致的。TFT包括信号电极、漏极电极、栅极电极这3个端子，在信号电极与漏极电极之间设置的被称为沟道层的区域流通电流，以施加于栅极电极的电压来控制电流，进行导通/断开动作。IGZO半导体构成沟道层，在沟道层形成后，进行信号电极、漏极电极的形成。进一步，还形成：用于保护TFT的保护层；和用于使形成有TFT的基板的表面平坦化的层间绝缘膜。

IGZO半导体如上所述能够在比较低的温度下成膜，但是存在以下情况，即，在形成电极、保护层、层间绝缘膜等时，需要比IGZO半导体的成膜温度高的温度，特别是，在形成保护层、层间绝缘膜时需要200℃以上的高温。

IGZO半导体以In、Ga、Zn和O为构成原子，但是当施加比成膜温度高的温度时，膜所包含的氧脱离，氧的含有量发生变化。发生氧脱离时，膜的原子组成与IGZO半导体的组成(化学计量，stoichiometry)差异很大，由此，产生关断电流(off current，关态电流)的上升、电子迁移率的降低、晶体管特性发生滞后等现象，成为不能够得到稳定的TFT特性的一个原因。

另外，在上述说明中，以使用IGZO半导体作为TFT的沟道层的情况为例进行说明，但是在应用于其他领域的情况下，包含成为实际产品后的IGZO半导体的膜的氧含量，有时化学计量上的偏差也较大。

另外，在上述专利文献1中，包括有关氧化物半导体的氧含量的记载，组成的确定是利用荧光X射线分析法来确定的。该分析法虽然能够测定膜(试样)的表面，但是由于不具有厚度方向上的分辨率(resolution，分解度)，因此即使In、Ga和Zn的组成能够确定，也不能够精确地测定膜整体所包含的氧的含有量。从而，能够认为专利文献1中记载的氧含量，不是成为产品后的构成原子的组成，而是换算为使用IGZO半导体而形成的膜(半导体层)的组成(化学计量)时的值。

另外，在专利文献2中包括关于氧缺损(oxygen loss，氧损失)量的记载，氧缺损量也与阳离子相关联，并非唯一地被决定，而是由载流子电子的量定义的，并非如本说明书中记载的氧含量那样能够定量地确定。