薄膜晶体管及其制造方法、以及显示装置制造方法及图纸

一种薄膜晶体管及其制造方法、以及显示装置。该薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘膜以及半导体氧化物膜，其中，栅电极的至少一部分包括金属氧化物。除了制造方法以外，还提供了包括该薄膜晶体管的电子装置和显示装置。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种使用氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)及其制造方法、以及包括这种薄膜晶体管的显示装置。
技术介绍
由氧化锌、氧化铟镓锌(IGZO)等构成的氧化物半导体在作为半导体器件的有源层(active layer)时表现出优良特性。近年来，已经推进了试图将氧化物半导体应用于 TFT、发光装置、透明导电膜等的开发。例如，在使用氧化物半导体的TFT中，与用于液晶显示器的使用非晶硅(a_Si:H) 作为沟道的现有TFT相比，电子迁移率高并且其电特性优良。此外，使用氧化物半导体的 TFT具有即使在室温附近的低温下形成沟道，也能够预期高迁移率的优点。同时，已知在氧化物半导体中，耐热性不足，从而在TFT的制造处理中由于热处理而使得氧、锌等脱离并且形成晶格缺陷。晶格缺陷导致形成电性浅杂质能级，并且导致氧化物半导体层电阻较低。因此，在使用氧化物半导体作为有源层的TFT中，其导致常开型操作或者抑制型(expression type)操作(在未施加栅电压的情况下也有漏电流(drain current)流动)，阈值电压随着缺陷能级的增大而降低，并且泄露电流(leakage current) 增大。同时，除了前述晶格缺陷以外，作为形成浅杂质能级的元素，已经报导了氢(例如，参见 n-type doping of oxides by hydrogen, " Cetin Kilic et al. , Applied Physics Letters, July 1，2002，Vol. 81，No. 1，pp. 73 to 75)。因此，除了晶格缺陷以外， 在TFT制造处理中引入的诸如氢的元素被认为是影响使用氧化物半导体的TFT的特性的物质。因此，在使用氧化物半导体作为沟道的晶体管中，沟道中的载流子浓度趋于增加，并且阈值电压趋于为负。此外，在使用氧化物半导体作为沟道的TFT中，难以形成P沟道。因此，电路需要仅由N沟道晶体管形成。这时，存在如果阈值电压变负，则电路构造变复杂的缺点。为了解决此问题，需要控制阈值电压。阈值电压由以下数学公式来表示。Qf、\2sss(、qN Α2φ f_ Vn =φΜ8S - Α ” 在公式中，分别地，VTh表示阈值电压，ΦΜ5表示栅电极和氧化物半导体膜之间的功函数差，Qf表示固定电荷，Cox表示栅绝缘膜电容，Of表示作为沟道的氧化物半导体膜的费米能级，Na表示受主浓度，ε 3表示氧化物半导体膜的相对介电常数，以及ε C1表示真空介电常数。作为改变阈值电压的方法，已经进行了通过在薄膜晶体管的沟道和栅绝缘膜的界面处的部分沟道中掺杂、或者通过改变氧化物半导体的元素比率来进行改变阈值电压的尝试(例如，参照日本未审查专利申请公开第2007-519256号和第2008-85048号)。
技术实现思路
然而，存在沟道的掺杂可能导致薄膜晶体管特性劣化的担心。此外，氧化物半导体的有源层通常由多元素族(multi-element system)材料制成，并且溅射法被用作形成膜的方法。因此，在通过溅射法进行沟道掺杂的情况下，由于氧化物半导体的有源层由多元素族材料制成，所以控制有源层的元素比率非常困难。鉴于前述问题，期望提供一种在未掺杂沟道的情况下也能够增加阈值电压的薄膜晶体管及其制造方法，以及包括这种薄膜晶体管的显示装置。在实施方式的薄膜晶体管中，栅电极的从与栅绝缘膜的界面开始的厚度方向上的至少一部分由金属氧化物构成。因此，栅电极的与栅绝缘膜的界面中的功函数增大。因此， 在以下数学公式中，栅电极和氧化物半导体膜之间的功函数差ΦΒ增大，从而阈值电压vTh 增大。数学公式Vn =φΜ5+---^OX^ox在该公式中，分别地，VTh表示阈值电压，ΦΜ5表示在栅电极和氧化物半导体膜之间的功函数差，％表示固定电荷，Cra表示栅绝缘膜电容，Of表示作为沟道的氧化物半导体膜的费米能级，Na表示受主浓度，ε 3表示氧化物半导体膜的相对介电常数，以及ε C1表示真空介电常数。在实施方式中，提供了一种薄膜晶体管。该薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘膜以及氧化物半导体膜，其中，栅电极的至少一部分包括金属氧化物。在实施方式中，栅电极包括与栅绝缘膜接触的界面层(interface layer)，其中， 界面层包括金属氧化物。在实施方式中，栅电极进一步包括与界面层接触的金属层。在实施方式中，金属层包括选自由钼、钛、钌、钼、铜、钨以及镍组成的组的金属物质或者其合金。在实施方式中，栅电极为金属氧化物。在实施方式中，金属氧化物含有选自由钼、钛、钌、钼、铜、钨以及镍组成的组的至少一种金属成分。在实施方式中，栅绝缘膜包括低还原性材料。在实施方式中，低还原性材料选自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜以及其组合组成的组。在实施方式中，薄膜晶体管被配置为顶栅结构或底栅结构。在另一实施方式中，提供了一种电子装置，该电子装置包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘膜以及氧化物半导体膜，其中，栅电极的至少一部分包括金属氧化物。在又一实施方式中，提供了一种显示装置，该显示装置包括薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括栅电极、栅绝缘膜以及氧化物半导体膜，其中，栅电极的至少一部分包括金属氧化物。在实施方式中，提供了一种形成薄膜晶体管的方法。该方法包括形成栅电极、栅绝缘膜以及氧化物半导体膜，其中，栅电极的至少一部分包括金属氧化物。在实施方式中，通过形成金属层并向该金属层应用气体等离子体来形成金属氧化物。在实施方式中，气体等离子体含有一氧化氮或者氧。在实施方式中，通过形成金属层并向该金属层应用热处理来形成金属氧化物。在实施方式中，热处理在含有氧或者水蒸气的气氛中退火。在实施方式中，通过在栅电极形成期间向该金属层应用氧化气体来形成金属氧化物。在实施方式中，栅电极包括与栅绝缘膜接触的界面层，并且其中，界面层包括金属氧化物。在实施方式中，栅电极进一步包括与界面层接触的金属层。在实施方式中，金属层包括选自由钼、钛、钌、钼、铜、钨以及镍组成的组的金属物质或者其合金。在实施方式中，栅电极为金属氧化物。在实施方式中，金属氧化物含有选自由钼、钛、钌、钼、铜、钨以及镍组成的组的至少一种金属成分。在实施方式中，栅绝缘膜包括低还原性材料。在实施方式中，低还原性材料选自由氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜以及其组合的组。在实施方式中，薄膜晶体管被配置为顶栅结构或底栅结构。在实施方式中，该方法进一步包括制造电子装置。在实施方式中，该方法进一步包括制造显示装置。根据实施方式的薄膜晶体管或者实施方式的显示装置，栅电极的从与栅绝缘膜的界面开始的厚度方向上的至少一部分由金属氧化物形成。因此，能够在未掺杂沟道的情况下提高阈值电压。根据实施方式的制造薄膜晶体管的方法，在基底上形成栅电极以后，通过使用热处理或者等离子体处理来氧化从栅电极的表面开始的厚度方向上的至少一部分，从而栅电极的从表面开始的厚度方向上的至少一部分由金属氧化物形成。因此，不需要掺杂沟道，并且能够通过简单步骤来制造实施方式的薄膜晶体管。根据实施方式的制造薄膜晶体管的方法，在基底上形成栅电极，并且通过添加氧化气体来形成栅电极的从表面开始的厚度方向上的至少一部分，从而栅电极的从表面开始的厚度方向上的至少一部分由金属氧化物形成。因此，不需要掺杂沟道，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种薄膜晶体管，包括：栅电极、栅绝缘膜、以及氧化物半导体膜，其中，所述栅电极的至少一部分包括金属氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：寺井康浩，福本绘理，荒井俊明，诸沢成浩，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP