[发明专利]薄膜晶体管和显示装置

说明书

相关申请的参考

本申请要求于2010年6月17日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-138375的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及利用氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)和包括该薄膜晶体管的显示装置。

背景技术

氧化物半导体，例如氧化锌和氧化锌铟镓(IGZO)具有作为半导体器件的有源层的优越特性，并且近年来已经发展施加至TFT、发光器件、透明导电薄膜等。

例如，氧化物半导体TFT比已经在液晶显示装置中应用的具有非晶硅(a-Si:H)沟道的TFT具有更高的电子迁移率，并且因此具有优越的电气特性。此外，可以预期即使在室温左右的低温下形成的沟道也具有高迁移率。

然而，氧化物半导体没有足够的耐热性。众所周知，在TFT制造过程中通过热处理将氧原子、锌原子等分散在氧化物半导体中来形成晶格缺陷。该晶格缺陷产生浅杂质水平以降低氧化物半导体层的电阻。因此，在具有氧化物半导体有源层的TFT中，即使未施加栅极电压(常开操作或耗尽操作)也有漏极电流流过。因此，随着缺陷水平的增加阈值电压降低，并且因此漏极电流增大。

据报道，氢是一种可以在氧化物半导体中产生浅杂质水平的元素(例如，Cetin Kilic等，“n-Type doping of oxides by hydrogen”，Applied Physics Letters，第81卷，No.1，第73-75页，2002年7月1日)。因此，在TFT制造过程中引入的氢或其他元素，和晶格缺陷一起，很可能影响氧化物半导体TFT的特性。因此在具有氧化物半导体沟道的晶体管中，沟道中的载流子浓度趋于增加，并且阈值电压容易变为负。

由于在具有氧化物半导体沟道的TFT中形成P-沟道是困难的，所以仅由N-沟道晶体管构成电路。在这种情况下，如果阈值电压是负的，则电路结构变得不合要求地复杂。为了解决该问题，建议控制阈值电压。所述阈值电压通过下面的等式表达：

VTH=φMS-QfCOX+2φf+2ϵsϵ0qNA2φfCOX]]>

在该等式中，V_Th代表阈值电压，代表在栅极和氧化物半导体层之间的功函差，Q_f代表固定电荷，C_OX代表栅极绝缘膜的电容，代表用作沟道的氧化物半导体层的费密能级(Fermi level)，N_A代表受体(acceptor)浓度，ε_S代表氧化物半导体层的介电常数，和ε₀代表真空介电常数。

通过掺杂在沟道和栅极绝缘膜之间的界面处的沟道的一部分，或者通过改变氧化物半导体的构成元素的比例来改变用作沟道的氧化物半导体的费密能级，可以改变TFT的阈值电压(例如，日本待审专利申请公布(PCT申请的译本)第2007-519256号和日本待审专利申请公布第2008-85048号。

发明内容

然而，沟道的掺杂可能导致TFT性能的劣化。通常，通过溅射法由多元素材料形成氧化物半导体有源层。因此，如果通过溅射法进行沟道的掺杂，则由于有源层由多元素制成，所以难以控制有源层的组分比率。