使用氧化物半导体的薄膜晶体管和显示器制造技术

薄膜晶体管包括在衬底上形成的栅电极、栅极绝缘层、沟道层、源电极和漏电极，其中：该沟道层含有铟、锗和氧；并且该沟道层具有０．５－０．９７的由Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇｅ）表示的组成比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用氧化物半导体的薄膜晶体管。更具体地，本专利技术涉及用于有机电 致发光显示器、无机电致发光显示器或液晶显示器的薄膜晶体管和使用该薄膜晶体管的显 不器。
技术介绍
场效应晶体管(FET)具有栅电极、源电极和漏电极。其为用于对栅电极施加电压 以控制流过沟道层的电流并且对在源电极和漏电极之间流动的电流进行开关的电子有源 元件。特别地，通过将由例如陶瓷、玻璃或塑料制成的绝缘衬底上形成的薄膜用于沟道 层而形成的FET称为薄膜晶体管(TFT)。在众多用途中使用的大量的薄膜晶体管(TFT)形成在具有大面积的衬底上。例 如，TFT是平板显示器的主要元件。以往，在玻璃衬底上制造TFT和相关电子器件。除了具有较高性能外，要求未来的显示系统尺寸更大并且更便携。随着玻璃衬底 的尺寸增加，显示器的重量更要紧。解决方案之一是开发使用柔性塑料衬底的显示系统。换言之，需要开发新型薄膜 晶体管技术，该技术能够在比现有工艺温度低的工艺温度下在塑料衬底上制造器件并且提 供更好的显示性能。目前最为广泛使用的TFT是具有由多晶硅膜或无定形硅膜形成的沟道层的元件。 为了驱动像素，将无定形硅TFT投入实际应用，并且为了驱动和控制整个图像，将具有高性 能的多晶硅TFT投入实际应用。但是，由于高温工艺对于形成器件是必需的，因此难以在衬底例如塑料板或膜上 形成包括无定形硅TFT和多晶TFT的目前为止一直在开发的TFT。另一方面，近年来，已积极地进行通过在聚合物板或膜上形成TFT并且使用该TFT 作为IXD或OLED的驱动电路来实现柔性显示器的开发。作为能够在塑料膜等上形成的材料，能够在低温下形成并且展示导电性的有机半 导体膜已受到关注。例如，作为有机半导体膜，进行了并五苯等的研究和开发。其载流子迁移率报道为 约0. 5cm2 (Vsr1，其与无定形Si-MOSFET的载流子迁移率相当。但是，有机半导体例如并五苯具有低热稳定性(< 150°C )并且有毒，因此没有实 现实用的器件。最近，作为可应用于TFT的沟道层的材料，氧化物材料已引人关注。例如，已积极 地进行将主要由ZnO制成的透明导电性氧化物多晶薄膜用作沟道层的TFT的开发。上述薄膜能够在相对低的温度下形成并且能够在衬底例如塑料板或膜上形成。但是，主要由ZnO制成的化合物在室温下不能形成稳定的无定形相，并且形成多晶相。因此，由于在多晶颗粒界面的散射，不可能提高电子迁移率。此外，多晶颗粒的每一 个的形状和它们之间的相互连接取决于成膜法在大程度上变化，因此TFT器件的特性也变 化。最近，K.Nomura 等，Nature，第 432 卷，第 488-492 页(2004-11)(以下称为非专利 文献1)报道了使用In-Ga-Zn-O-基无定形氧化物的薄膜晶体管。该晶体管能够在室温下在塑料衬底或玻璃衬底上形成。此外，当场效应迁移率约 为6-9cm7Vs时得到常关型晶体管的晶体管特性。此外，该晶体管具有对于可见光透明的特性。在上述文献中，将组成比为In Ga Zn = 1. 1 1. 1 0.9(at% )的无定形氧 化物用于TFT的沟道层。以往的In-Ga-Zn-O-基氧化物(非专利文献1，WO 2007/032294A1 (以下称为专利 文献1))的报道已知作为含有三种不同金属元素的多元氧化物半导体的实例。这些报道吸引了来自研究人员和工业的大量关注。为了将由氧化物材料制成的TFT投入工业应用，所需的氧化物材料是使TFT在宽 组成范围(即具有大的组成裕度)中工作并且含有较少的不同金属元素的氧化物材料。使 用这样的氧化物材料在TFT特性的较好控制、均勻性和制造成本方面非常有利。要求有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)的驱动TFT和开关TFT除了 TFT特性以 外，具有高的经时器件稳定性和经时工作稳定性。还要求进一步提高金属元素组成裕度(例如，In/ (In+Ga+Zn)或Zn (Zn+In+Ga))。 本专利技术公开In-Ge-Zn-O-基氧化物作为氧化物半导体，其含有三种不同金属元素。当用于 TFT中时本专利技术的氧化物半导体(In-Ge-Zn-Ο-基)的效果是组成裕度大于以往的采用两种 或三种不同金属元素的氧化物基半导体。相对于TFT工作的组成裕度大幅度取决于沟道材 料是否具有半导体的电特性和沟道材料是否为无定形。具有大的组成裕度在需要在大面积和/或以高速形成膜的大量生产中是重要的 优点。此外，为了保持成本低，要求用于TFT中的半导体材料含有的贵元素或稀有元素(In、 Ga等)的量少。因此本专利技术的目的在于提供解决上述问题的薄膜晶体管。
技术实现思路
作为解决上述问题的手段，本专利技术提供薄膜晶体管，其包括在衬底上形成的栅电 极、栅极绝缘层、沟道层、源电极和漏电极，其中该沟道层含有铟、锗和氧；并且该沟道层 具有0. 5-0. 97的由In/(In+Ge)表示的组成比。此外，根据本专利技术，该沟道层具有0.5-0. 90的由In/dn+Ge)表示的组成比。这样在开/关比和亚阈值摆幅(subthreshold swing value)方面得到优良的TFT 特性。此外，根据本专利技术，该沟道层具有0.6-0. 9的由In/dn+Ge)表示的组成比。这样在开/关比、亚阈值摆幅和迁移率方面得到优良的TFT特性。此外，根据本专利技术，该沟道层具有0.5-0. 85的由In/dn+Ge)表示的组成比。这样在开/关比、迁移率、亚阈值摆幅和阈值电压方面得到优良的TFT特性。5此外，根据本专利技术，该沟道层具有0.6-0. 75的由In/dn+Ge)表示的组成比。这样得到优异的常关晶体管特性例如优良的亚阈值摆幅、开/关比、阈值电压和 迁移率。此外，根据本专利技术，该沟道层具有IO3 Ω · cm-IO6 Ω · cm的比电阻。此外，根据本专利技术，该沟道层为无定形。这样实现具有对于环境的高稳定性和高驱动稳定性(驱动时经历较少的特性波 动)的晶体管。TFT不仅用作有机发光二极管(OLED)的开关器件而且用作模拟电流驱动器，其中 阈值电压Vth的变化改变各个像素亮度(发射亮度)。因此长期稳定性对于模拟器件重要。本专利技术在0. 5-0. 75的In/dn+Ge)组成范围内实现了在周围环境条件下的非常高 的器件稳定性和驱动应力稳定性。此外，根据本专利技术，该栅极绝缘层由氧化硅制成。这样能够提供其中在μ FE、开/关比、Vth和S值方面具有优异的晶体管特性的高 可靠场效应晶体管。作为由两种不同金属元素构成的氧化物的实例，已报道了 In-Zn-O-基材料 (Applied Physics Letters，第89卷，第06期，2006，第2103页，以下称为非专利文献2)。 另一实例为 In-Ga-O-基材料(Solid-State Electronics，第 50 卷，2006，第 500-503 页，以 下称为非专利文献3)。根据由我们研究的实验结果，使用In-Zn-O-基材料的TFT具有取决于组成的环境 稳定性，并且TFT稳定地显示优良特性的In/(In+Zn)组成范围并不太宽。另一方面，使用 In-Ga-O-基材料的TFT具有小的开/关比和大的S值。与使用两金属元素氧化物的其他TFT，包括In-Zn-O-基TFT相比，本专利技术的 In-本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄膜晶体管，其包括在衬底上形成的栅电极、栅极绝缘层、沟道层、源电极和漏电极，其中：该沟道层含有铟、锗和氧；并且该沟道层具有０．５－０．９７的由Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｇｅ）表示的组成比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米达高亚，板垣奈穗，岩崎达哉，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]