[发明专利]薄膜晶体管和显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示器或有机EL显示器等显示装置的薄膜晶体管(TFT)和具备该TFT的显示装置。

背景技术

非晶(非晶质)氧化物半导体，与通用的非晶硅(a-Si)相比，具有高载流子迁移率(也称为场效应迁移率。以下，有时仅称为“迁移率”。)，光学带隙大，能够以低温成膜。因此，期待其面向要求大型、高分辨率、高速驱动的新一代显示器或耐热性低的树脂基板等的应用。

作为上述氧化物半导体，可列举由铟、镓、锌和氧构成的非晶氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，以下有时称为“IGZO”。)。例如在非专利文献1和2中，公开的是将In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半导体薄膜用于薄膜晶体管(TFT)的半导体层(活性层)。另外，在专利文献1中公开有一种由In、Ga、Zn和O构成的非晶氧化物半导体(IGZO)。

另一方面，在专利文献2中，使用的是由铟、锌、锡和氧构成的非晶氧化物半导体(In-Zn-Sn-O，以下有时称为“IZTO”。)。

为了应对近年来的显示装置的大画面化、高精细化和高速驱动化，就要求具有优异的特性的材料。具体来说，就是在使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子迁移率高，而且还要求TFT的开关特性(晶体管特性、TFT特性)优异。即，要求(1)通态电流(对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流)高；(2)断态电流(分别对栅电极施加负电压，对漏电极施加正电压时的漏电流)低；(3)S值(Subthreshold Swing，亚阈值摆幅，使漏电流提高1位数量级所需要的栅电压)低；(4)阈值(向漏电极施加正电压，向栅电压施加正负任意一种电压时，漏电流开始流通的电压，也称为阈值电压)在时间上不发生变化而保持稳定(意味着在基板面内均匀)；并且，(5)迁移率高；等。

此外，要求使用上述氧化物半导体层的薄膜晶体管对于电压施加或光照射等应力的耐受性(应力耐受性)优异。例如指出的有：在对于栅电极持续施加电压时、或持续照射光吸收开始的蓝色波段时，在薄膜晶体管的保护膜与半导体层界面，电荷被捕获，发生阈值电压偏移这样的开关特性变化。另外，在液晶面板驱动之时、或对栅电极施加负偏压而使像素点亮时等情况下，从液晶元件泄漏的光会照射到薄膜晶体管上，而该光对于薄膜晶体管施加应力而成为使特性劣化的原因。在实际使用薄膜晶体管时，若由于电压施加造成的应力导致开关特性发生变化，则会招致液晶显示器或有机EL显示器等显示装置自身的可靠性降低。因此期望应力耐受性的提高(应力施加前后的变化量少)。特别是，有显示器越大型化、高速驱动化，迁移率就越高，就越要求应力耐受性提高的倾向。

已知：上述的电压施加或光照射等应力导致的TFT特性的劣化的原因在于，在应力施加过程中，会在氧化物半导体本身形成缺陷，或在氧化物半导体层表面与保护该氧化物半导体层等的保护膜的界面形成缺陷等。或者，已知：虽然在蚀刻源-漏电极时，出于防止因氧化物半导体层受到损伤而使TFT特性降低的目的，会在氧化物半导体层之上形成蚀刻阻挡层，但在这种情况下，也会在氧化物半导体层表面与蚀刻阻挡层的界面形成缺陷，使TFT特性降低。作为上述保护膜和蚀刻阻挡层，一般经常使用SiO₂、Al₂O₃、HfO₂这样的氧化物系膜。但是，在氧化物半导体层的表面(与保护膜或蚀刻阻挡层的界面)若有水分子和氧分子吸附，则氧化物半导体层中的载流子发生增减，因此发生阈值电压的偏移，招致可靠性的降低。

为了能够应对像近年来这样的显示器的大型化、高速驱动化，进一步要求TFT特性和应力耐受性优异的材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4568828号公报

专利文献2：日本特开2008-243928号公报

非专利文献

非专利文献1：固体物理，Vol44，P621(2009)

非专利文献2：Nature，Vol432，P488(2004)

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于，提供一种具备氧化物半导体层的薄膜晶体管的开关特性和应力耐受性良好，特别是应力施加前后的阈值电压变化量小、稳定性优异并具有高迁移率的薄膜晶体管，以及具备该薄膜晶体管的显示装置。