TWI355746B - Bottom gate type thin film transistor, method of m - Google Patents

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Nobuyuki Kaji
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Description

1355746 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於底部閘型薄膜電晶體，其製造方法， 及諸如顯示裝置等電光裝置。尤其是’本發明係相關於設 置有絕緣膜當作蝕刻停止層的底部閘型薄膜電晶體，其製 造方法，及顯示裝置。 【先前技術】 近年來，已積極發展使用含ZnO當作主要成分的透明 傳導氧化物複晶薄膜當作通道層之薄膜電晶體（TFT )( 見曰本專利申請書先行公開號碼2002-763 5 6 )。 可在低溫中形成薄膜並且在可見光下是透明的，因此 能夠在諸如塑膠板或膜等基板上形成撓性透明TFT。 另外，其揭示具有使用Zn〇等的透明半導體之薄膜電 晶體形成矩陣顯示裝置（US專利號碼6,563,174)。 在US專利號碼6,563，174中，其揭示可以乾飩刻在 氧化物半導體上形成源極電極和汲極電極。 根據Nature，488，432 (2004)中的文章，揭示有使 用含銦、鎵、鋅、及氧的透明非晶氧化物半導體膜（a-IGZO)當作TFT的通道層。 另外，其說明可以室溫將具有6至9 cm2V·、·1之令人 滿意的場效遷移率之撓性和透明TFT形成在諸如聚對苯二 甲酸乙二酯（PET)膜等基板上。 另外，在 2006 年二月 NIKKEI MICRODEVICES 的 74 -5- ^355746 頁之表2中，其說明此操作被視作使用將a-1GZO使用當 作TFT的通道層之薄膜電晶體的撓性電子紙。 另外，當作在半導體層上形成源極/汲極電極之方法 ，揭示將蝕刻停止層設置在底部閘型薄膜TFT中的半導體 層上以降低源極電極和汲極電極之間的漏流之結構（US 專利號碼5,403,755)。 US專利號碼6,5 63，174揭示在具有主要成分是ZnO 的透明氧化物半導體之底部閘型薄膜TFT中，可以乾蝕刻 在氧化物半導體上形成源極電極和汲極電極。US專利號 碼6,563，174亦說明以電漿CVD(P-CVD)法形成在底部 閘型薄膜TFT中實際上不可或缺之保護膜當作氮化矽薄膜 〇 在除了 US專利號碼6,5 63，174之外的所有相關技術 中，以舉離技術形成源極電極和汲極電極。 在舉離法中，產生諸如舉離電極膜的粒子之
readherence等問題，因此難以以高產量生產大面積的TFT 〇 在設計TFT中，難以以使用酸的濕蝕刻來形成源極電 極和汲極電極，因爲即使電極材料是金屬或透明氧化物導 體，主要成分是ZnO的氧化物半導體仍易受酸的影響且鈾 刻速度高。 實際上，只藉由乾蝕刻處理來形成源極電極和汲極電 極。 然而，在主要成分是ZnO的氧化物半導體中，易發生 -6 - ^355746 氧空位及易產生許多載送電子’因此’在蝕刻源極電極和 汲極電極的處理中，氧化物半導體層會被破壞。 亦有提供保護層當作蝕刻停止層之方法’以減少由於 ' 蝕刻所產生之半導體層的破壞，但是，即使形成此種保護 膜，氧化物半導體層仍被破壞且OFF (斷）電流變大。 因此，有難以穩定實現具有令人滿意的〇n/〇ff (開/斷 )比之T F T特性的問題。 【發明內容】 因此，本發明的目的係達成藉由蝕刻使用氧化物半導 體的底部閘型薄膜電晶體來形成源極電極和汲極電極，藉 以達成大量生產佳的處理。 本發明的另一目的係設置一具有有著最小化的OFF電 流之令人滿意的電晶體特性之薄膜電晶體。 爲了解決上述問題，本發明設置一底部閘型薄膜電晶 φ 體，其在基板上包括一閘電極；一第一絕緣膜，其當作閘 絕緣膜；一氧化物半導體層，其當作通道層；一第二絕緣 、 膜，其當作保護層；一源極電極；及一汲極電極，其中： 氧化物半導體層包括氧化物，此氧化物包括選自銦、鋅、 及錫的至少其中之一’及第二絕緣膜包括被形成與氧化物 半導體層接觸之非晶氧化物絕緣體，和包含3.8xl019分子 /立方公分或更多的解吸氣體在其內，溫度程式化解吸質 譜儀觀察解吸氣體係爲氧氣。溫度程式化解析質譜儀（ TPD)亦稱作熱解析光譜學（TDS)。 1355746 另外，本發明提供一底部閘型薄膜電晶體製造方 此底部閘型薄膜電晶體在基板上包含一閘電極、當作 緣膜之一第一絕緣膜、當作通道層之一氧化物半導體 當作保護層之一第二絕緣膜、一源極電極、及一汲極 ，此方法包括：將閘電極形成於基板上；以陳述的順 形成第一絕緣膜和氧化物半導體層；圖型化第一絕緣 氧化物半導體層；在包括氧化氣體的大氣中形成第二 膜；將第二絕緣膜圖型化成覆蓋氧化物半導體層的通 (通道區的至少一部分）：形成源極電極和汲極電極 使用第二絕緣膜當作蝕刻停止層來圖型化源極電極和 電極。 根據本發明，可藉由蝕刻來形成源極電極和汲極 ，如此能夠設置大量生產佳且必須具有最小化的OFF 之此種電晶體特性的薄膜電晶體。 參考附圖的下面例示實施例之說明，將可更加明 發明的其他特徵。 【實施方式】 下面將參考附圖說明完成本發明的最佳模式。 在此實施例的薄膜電晶體（TFT )中，使用非晶 當作閘絕緣膜材料。亦可以藉由濺鍍非晶氧化物絕緣 Al2〇3和a-Si〇xNy來开多成。 使用Zn〇當作薄膜電晶體的通道層較佳。 通道層包含In (銦）、Zn (鋅）、0 (氧），此 法， 閘絕 層、 電極 序來 膜和 絕緣 道區 :及 汲極 電極 電流 白本
Si〇> 體的 外， 1355746
Ga (鎵）、A1 (鋁）、Fe (鐵）、Sn (錫）、Mg (鎂） 、Ca(銘）、Si (砍）、及Ge (鍺）的其中至少之一。 另外，使用傳導性在1(T3 S/cm或更多和1(r7s/Cm或更少 之間的非晶氧化物較佳。 圖1爲保護層當作蝕刻停止層的底部閘結構之結構當 作薄膜電晶體的例子之剖面圖。 將閘電極2設置在基板1上，另外，將第一絕緣膜3 、當作通道層的氧化物半導體層4、第二絕緣膜5、源極 電極6、和汲極電極設置在其上。 當使用含In、Zn、及0的非晶氧化物當作氧化物半 導體層4時’可以室溫生產，因此，若藉由濺鍍形成絕緣 膜，則可在室溫執行所有薄膜形成處理。另外，可使用塑 膠基板、塑膠膜等當作基板。 圖型化氧化物半導體層4以形成通道區。之後，在含 氧化氣體的大氣中形成第二絕緣膜5的非晶氧化物絕緣層 〇 藉由將保護層的第二絕緣膜5形成氧化物半導體的電 阻不變低，可抑制在主要成分是ZnO的氧化半導體中產生 氧空位，因此，可防止產生載送電子和大的OFF電流。 在由使用CF 4氣體的乾蝕刻來圖型化第二絕緣膜5之 後，形成當作源極電極6和汲極電極7之ITO、IZO等透 明傳導氧化物膜。 當作蝕刻停止層的第二絕緣膜保護通道區，因此，不 僅可藉由乾蝕刻而且亦可藉由濕蝕刻來圖型化源極電極和 -9- 1355746 汲極電極。 理想上，就在飩刻時保護源極電極和汲極電極甶 來看，第二絕緣膜覆蓋整個通道區較佳。然而，當衽 刻條件或鈾刻時間，對第二絕緣膜的破壞實際上並牙 性降低很多時，不需要設置覆蓋整個通道區的第二箱 。在此例中，可將第二絕緣膜設置成覆蓋部分通道區 可使用諸如Ni (鎳）、Cr (鉻）、Rh (铑）、 鉬）、Nd (鈸）、Ti (鈦）、W (鎢）、Ta (鉬）、 鉛）、或A1 (鋁）等金屬，其合金，或其矽化物當竹 電極和汲極電極。 圖2爲使用具有低電阻η型結晶矽當作閘極電極 板1之熱氧化物矽絕緣膜2的底部閘反向交錯型TFT 構圖。 使用圖2所示的結構來檢視當使用氧化物半導體 之在TFT特性上形成第二絕緣膜之條件的影響。 非晶InGaZnO被形成當作氧化物半導體4。藉由 當作由舉離法所產生之Ti/Au/Ti的疊層結構來形成源 極6和汲極電極7。 當沒有第二絕緣膜時，此處完成TFT : A。 之後，利用非晶SiOx當作成爲目標的第二絕緣 使用當作濺鍍氣體的8丨02和100%-Ar氣體以藉由灘 成 lOOnm 非晶 SiOx。 藉由以濕蝕刻在源極電極6和汲極電極7上形成 孔’完成具有第二絕緣膜的TFT : B。 I角度 :據蝕 :將特 ，緣膜 〇 Mo ( Pb ( 源極 和基 之結 層時 沈積 極電 膜， 鍍形 接觸 -10- 1355746 圖3爲以上述方法所生產之TFT : A和TFT : B的典 型電流-壓特性圖。 關於TFT : A，顯現出具有令人滿意的on/off比和具 有最小的OFF電流之TFT特性。然而，關於被認爲是原 有氧化物膜絕緣層的非晶SiOx被形成當作第二絕緣膜之 TFT : B，甚至當閘電壓是-20V仍未顯現出OFF電流。 原因被認爲是當形成第二絕緣膜時在氧化物半導體層 中產生氧空位或還原氧化物半導體層。 這是因爲在主要成分是ZnO的氧化物半導體中，易發 生氧空位和亦產生許多載送電子》 在圖3中，圖解使用用以形成第二絕緣膜之濺鍍的結 果。當藉由P-CVD來形成非晶SiOx或非晶SiNy當作第二 絕緣膜時，ο η / 〇 f f比仍很少令人滿意。 結果，實際上，TFT無法操作當作TFT。 此意味著因爲氧化物半導體對氫極爲敏感，所以與第 二絕緣膜接觸之氧化物半導體的部位之電阻變得極低。 下面將詳細說明本發明的主要部分之在含氧化氣體的 大氣中所形成之第二絕緣膜。 (關於第二絕緣膜） 尤其是，藉由使用Si02當作目標和使用02氣體和Ar 氣體的混合氣體當作濺鍍氣體（下面稱作02/Ar混合氣體 )之濺鍍以形成非晶氧化物絕緣層來實現第二絕緣膜。 〇2/Ar混合比被表示成[02-氣體流量比（SCCM ) -11 - 1355746 ]/[(02-氣體流量比（SCCM) ) + (Ar-氣體流量比（SCCM))] (vol%)。當02/Ar混合比是10 vol%或更多’ 50 vol%更好 時，認可〇2/Αι:混合氣體的效果。 當〇2/Ar混合比是50 vol %時，在當未形成第二絕緣 膜5時獲得令人滿意的OFF電流特性之幾乎所有氧化物半 導體條件下獲得令人滿意的OFF電流特性。 量測當作第二絕緣膜之非晶SiOx的氧含量之方法包 括溫度程式化解吸質譜儀（TPD)。 視樣本而定，從與基板的表面接觸之熱偶的溫度之攝 氏幾十度到約攝氏四百度，觀察存在於薄膜中的氧之解吸 峰値。 在本發明中，當由溫度程式化解吸質譜儀來量測時， 從當作第二絕緣膜的非晶SiOx，在400°C幾乎解吸氧（解 吸氣體）。 與基板的表面接觸之熱偶的量分析中所使用之量測溫 度範圍是50°C至800°C。 從對應於02 +之質量數（m/z ) 32的離子強度，解吸 氣體被辨識爲氧。 圖4爲溫度程式化解吸質譜儀所量測之氧解吸資料的 例子圖。 以此方式獲得之從當作第二絕緣膜的非晶Si0χ所解 吸之氧量與形成大氣中的氧濃度成比例。 圖5爲溫度程式化解吸質譜儀所量測之從非晶s i 0χ 解吸的氧量與當作形成大氣的含在Ar (氬）中之〇2氣體 -12- 1355746 的濃度之間的關係圖。 由於強力硏發使用透明氧化物半導體的TFT之第二絕 緣膜’發現，使用〇2氣體和Ar氣體的混合氣體（下面稱 作02/Ar混合氣體）當作非晶SiOx的濺鍍氣體（又稱作 濺鍍膜形成氣體）。 另外’發現’當混合比（又稱作混合氣體比）是10 ν〇ι %或更多時，抑制產生氧化物半導體中的氧空位，因此 ，可防止產生許多載送電子和大的OFF電流。 溫度程式化解吸質譜儀發現有效抑制氧空位的產生之 非晶SiOx在膜中包含3.8X1019分子/立方公分或更多的氧 〇 具有較大的處理限度和可獲得更穩定的特性之形成條 件是當使用〇2氣體對濺鍍氣體中的〇2氣體和Ar氣體（ 〇2/Ar混合比）之總和的體積比是50 vol%之濺鍍氣體時 者。當例如在此種條件下形成氧化物半導體時，在膜中包 含約1.2xl02()分子/立方公分的氧。 假設在膜中含氧的非晶SiOx藉由沈積處理期間無意 識的熱（如沈積處理期間由於輸入電力所增加的溫度）或 隨後的處理中的熱來釋出氧，和氧化氧化物半導體的介面 部位，藉以抑制電阻的下降。結果，抑制產生氧化物半導 體中的氧空位，藉以防止OFF電流的增壓。 根據本發明的發明人之發現，用以形成有效抑制氧空 位的產生之非晶SiOx的條件中之02/Ar混合比無上限， 及甚至在〇2的比例是100 vol%時，仍能有效抑制氧空位 -13- 1355746 的產生。然而，因爲膜沈積率係藉由增加〇2/Ar混合比來 增加，所以從產量和成本的觀點來看，使用50 vol%或.更 少的02/Ar混合比較佳。雖然視諸如膜形成氣壓及基板和 目標之間的距離等膜形成參數而定，但是非晶SiOx的 〇2/Αγ混合比與膜沈積率之間的關係對氧的部分壓力極爲 敏感。因此，通常，極少使用氧的部分壓力是高之形成條 件。關於此例中的形成條件，利用當〇2/Ar混合比是0 vol%時的膜沈積率是參考値（100%)，當02/Ar混合比是 1 0 v ο 1 %和5 0 v ο 1 %時之膜沈積率分別是7 7 %和3 9 %。 使用上述非晶SiOx當作第二絕緣膜來生產TFT。圖 11圖解TFT的結構，及在相同條件下形成當作氧化物半 導體的非晶InGaZnO。 同時，在相同處理條件下生產用以量測氧化物半導體 的傳導.性之TEG裝置，及量測氧化物半導體層的傳導性 〇 TFT的移轉特性之一的ν〇η是汲極電流（Id )上升時 施加到閘的電壓。 圖9爲氧化物半導體的和傳導性之間的關係圖。 氧化物半導體的傳導性和Vu之間具有強烈的關聯性 。氧化物半導體的傳導性越大，Vu位移至負數側越多。 當傳導性變得越大，甚至在-40 V或更少中未觀察到Vm 〇 從結果相當明顯可見，當形成第二絕緣膜時，氧化物 半導體的傳導性增加位移指出OFF電流和ON電流之間的 -14- 1355746 邊界之到負數側而產生退化。結果，使0FF電流特性 退化。 藉由第二絕緣膜的形成條件來抑制氧化物半導體的傳 導性之增加。 當〇2/Ar混合比是10 vol%或更多時抑制效果被認可 ，及在膜中含有3.8x10"分子/立方公分的氧。 當作第二絕緣膜，使用〇2/Αγ混合比是50 vol%的濺 鍍氣體所形成和在膜中含有1.2x1 02〇分子/立方公分的氧 之非晶SiOx被使用。生產具有圖2所示的結構之九TFT ，及量測它們的T F T特性。 圖10爲九TFT的移轉特性圖。將VQn控制成實際上 是0V，及獲得展現令人滿意的οη/off比之TFT。在上述 說明中，第二絕緣膜是非晶SiOx，但是非晶氮氧化矽或非 晶氧化鋁亦可被使用當作作爲第二絕緣膜的非晶氧化物絕 緣體。 另外，在上文說明於形成第二絕緣膜時使用02/Ar混 合氣體當作氧化氣體的例子。然而，形成氧化物半導體的 傳導性不增加之第二絕緣膜是必要的，因此，氧化氣體並 不ί局限於氧。 此外，依據沈積裝置可能改變用於當作第二絕緣膜的 非晶氧化物絕緣體中之氧含量的條件。然而，當改變硏究 傾向的沈積參數時，能夠控制氧的含量，藉以獲得本發明 的有利效果。沈積參數包括沈積氣壓、沈積時的輸入電力 、沈積溫度、基板-目標距離、施加到基板或陰極的偏壓 -15- 1355746 等。
例如，使用能夠形成大面積膜的濺鍍來形成銦、鎵、 及鋅的組成比是1 : 1 : 1之非晶氧化物半導體層（a-IGZO 薄膜）當作薄膜電晶體。 將非晶氧化物半導體層應用到具有圖1所示之結構的 薄膜電晶體。 此能夠達成1〇5或更多之電晶體的on/off比。此例中 的場效遷移率是1 或更多。 藉由那些效果，在使用大生產量佳之氧化半導體的底 部閘型薄膜電晶體中，可藉由各種蝕刻處理來形成源極電 極和汲極電極。 另外，可設置具有有著最小OFF電流之令人滿意的電 晶體特性之薄膜電晶體。 在上述說明中，說明使用ZnO當作主要成分的透明氧 化物半導體複晶薄膜或主要成分是含微晶的ZnO之透明氧 化物半導體薄膜被使用當作半導體層（通道層）的例子。 另外，說明使用被形成包含In、Ga、Zn、及0之非 晶氧化物的例子。然而，氧化物半導體層並不侷限於此。 可使用包含Sn、In、及Zn中的至少一元素之非晶氧 化物當作被形成包含I η、G a、Ζ η、及0之非晶氧化物半 導體層。 另外’當選擇Sn當作形成非晶氧化物的元素之至少 —部分時，可使用Si^.xMhCOfxcl，M4選自從原子數小 於Sn的原子數之iv族元素）來取代Sn。 -16 - 1355746 另外’當選擇In當作形成非晶氧化物的元素之至少 一部分時’可使用InuyJVUyCOqq，M3選自從原子數小 於Lu (鍇）或In的原子數之in族元素，即B (硼）、A1 、Ga、及Y (釔））來取代Sn。 另外’當選擇Zn當作形成非晶氧化物的元素之至少 一部分時，可使用Zni-zM2z ( 0<Z<1，M2選自從原子數小 於Zn的原子數之II族元素，即Mg及Ca )來取代Zn。 能夠使用的非晶材料包括Sn-In-Zn氧化物、In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、In-Sn氧化物、In-Ga氧化物 、In-Zn氧化物、Zn-Ga氧化物、及Sn-In-Zn氧化物。 不用說，形成材料的組成比不需要一定爲1: 1，應注 意的是，在某些例子中，Zn和Sn難以由本身來形成非晶 性，但是添加In能夠較容易形成非晶相 例如，在In-Zn氧化物的例子中，組成爲In原子對除 了氧之外的所有原子之數量的比約20 at· %或更多較佳。 在Sn-In氧化物的例子中，組成爲In原子對除了氧之 外的所有原子之數量的比約80 at·%或更多較佳。在Sn-In-Zn氧化物的例子中，組成爲In原子對除了氧之外的所 有原子之數量的比約15 at. %或更多較佳。 藉由未偵測到以入射角低至約〇.5度來量測之X射線 繞射的清楚繞射峰値之條件來確認非晶性（即、觀察到暈 圏圖型）。 應注意的是，在本實施例中’當上述材料被用於場效 電晶體的通道層時，未排除通道層包括微晶狀態中的形成 -17- 1355746 材料。 然後，藉由將輸出終端之薄膜電晶體的源極連接至諸 如有機或無機電激發光（EL)裝置或液晶裝置等顯示裝置 的電極，可形成顯示裝置。 下面參考顯示裝置的剖面圖來說明顯示裝置結構之特 定例子。 圖6爲當作本發明的實施例之顯示裝置的例子之剖面 圖。一 TFT，其在基板611上具有閘電極612、閘絕緣膜 613、氧化物半導體膜614、第二絕緣膜615、源極（汲極 )電極616、和汲極（源極）電極617。 透過中間層絕緣膜619將像素電極618連接至汲極（ 源極）電極617。像素電極618與發光層620接觸，另外 ，發光層620與電極621接觸。 此種結構能夠由透過形成在氧化物半導體膜614中的 通道從源極（汲極）電極61 6流到汲極（源極）電極6 1 7 之電流的値來控制注入到發光層620的電流。 因此，注入到發光層620的電流係可由TFT的閘612 之電壓來控制。在此例中，電極618、發光層620、及電 極62 1形成無機或有機電激發光裝置來當作電光裝置。 圖7爲當作本發明的實施例之顯示裝置的另一例子之 剖面圖。將汲極（源極）電極7 1 7延伸成亦可當作像素電 極718。汲極（源極）電極717可被構成爲用以施加電壓 至夾置在高電阻膜720和722之間的液晶或電泳粒子721 之電極723。 -18- 1355746 液晶或電泳粒子721、高電阻膜720及722、像素電 極718、及電極72 3形成顯示裝置。 施加到當作電光裝置之顯示裝置液晶胞格或電泳粒子 胞格的電壓係可由透過形成在氧化物半導體膜714中的通 道從源極電極7 1 6流至汲極電極7 1 7之電流的値來控制。 因此，施加到顯示裝置的電壓係可由TFT的閘7 1 2之 電壓來控制。在此例中，若顯示裝置的顯示媒體是可將流 體和粒子封裝在絕緣膜中之囊，則不需要高電阻膜720和 722。 在上述兩例子中，TFT以底部閘反向交錯型TFT爲代 表，但是本發明並不一定侷限於此種結構。 例如，若TFT的輸出終端之汲極電極與顯示裝置之間 的連接在拓樸上是相同的，則諸如共面型等其他結構亦可 以。 另外，在上述兩例子中，用以驅動顯示裝置的成對電 極被設置成與基板平行，但是本實施例並不一定侷限於此 種結構。 例如，若T F T的輸出終端之汲極電極與顯示裝置之間 的連接在拓樸上是相同的，可將電極的其中之一或二者設 製成與基板垂直。 另外，在上述兩例子中，只圖解一 TFT連接至顯示裝 置，但是本發明並不一定侷限於此種結構。例如，根據本 發明可將圖式中所示的TFT連接至另一TFT。所需的是圖 式中所示的TFT是包括那些TFT的電路之最後階段。 1355746 在此例中，當用以驅動顯示裝置的成對電極被設置成 與基板平行時’若顯示裝置是EL裝置或諸如反射型液晶 裝置等反射型顯示裝置，則需要電極的任一個在發出的光 之波長或反射光的波長之下是透明的。 若顯示裝置是諸如透射型液晶裝置等透射型顯示裝置 ，則需要電極二者在透射光之下都是透明的。 另外，在根據本實施例的TFT中，所有結構都是透明 的，如此能夠形成透明顯示裝置。 另外，可將此種顯示裝置設置在抗熱性低的基板上， 諸如由樹脂製成的量輕、撓性、及透明塑膠基板等。 接著，參考圖8說明以二維排列包括EL裝置（在此 例中是有機EL裝置）和薄膜電晶體的像素（在二維狀態 )之顯示裝置。 圖8圖解用以驅動有機El層84之電晶體81、用以 選擇像素之電晶體82。 電容器83係用於維持選定的狀態，和儲存共用電極 線87與電晶體2的源極之間的電荷以維持電晶體1的閘 信號。 像素選擇係由掃描電極線85和信號電極線86來進行 〇 尤其是’影像信號被應用當作透過掃描電極85從驅 動器電路（未圖示）到閘電極之脈衝信號。 同時’影像信號亦被-用當作透過信號電極8 6從另 —驅動器電路（未圖示）到選擇像素的電晶體82之脈衝 -20- 1355746 信號。 在此例中，在信號電極線86和電晶體82的 ，將電晶體82接通且將電荷儲存在電容器83中 此使電晶體8 1的閘電壓維持在想要的位準 被接通。此狀態被維持直到接收到下一信號爲止 在電晶體81是ON的狀態期間，將電壓和 供應至有機EL層84以維持光發射。 在圖8所示的例子中，每一像素設置兩電晶 容器，但是爲了提高性能可安裝更多電晶體等。 在電晶體部位使用能夠在低溫中形成之含 Zn、及〇的TFT且是透明的TFT是必要的，藉 效的EL裝置。 (例子1 ) 在此例中，生產圖11所示之反向交錯型（ MISFET 裝置。 首先，藉由照相平板印刷術和舉離技術在玻 形成5 nm的Ti /40nm的Au / 5 nm的Ti之閘終i 另外’藉由濺鍍在其上形成厚度200 nm的 絕緣層。在此例中，使用Si 02目標當作濺鍍目 用Ar氣體當作濺鍍氣體。再者，R]p射頻功率是 沈積壓力是0.1 Pa，及膜沈積率是7.4 nm/min。 是室溫’及未執行蓄意的加熱。 另外’藉由RF濺鍍在室溫中以厚度20nm 源極之間 〇 且電晶體 〇 電流保持 體和一電 In、Ga、 以獲得有 底部閘） 璃基板上 U ° a-SiOx 之 標，及使 400 W · 基板溫度 將被使用 -21 - 1355746 當作半導體層之非晶氧化物半導體膜形成在其上。 通道區係藉由照相平板印刷術和使用鹽酸的濕蝕刻所 形成的。 之後，以電子束沈積來形成5 nm的Ti/ 40 nm的 Au/5 nm的Ti，及以照相平板印刷術和舉離法來形成源極 和汲極終端。 另外，藉由RF濺鍍以厚度lOOnm來形成絕緣層a-SiOx當作第二絕緣膜。 在此例中，使用Si〇2當作目標和使用〇2/Ar混合比 是50 vol%(5 SCCM 02和5 SCCM Ar氣體）的氧化大氣 當作濺鍍氣體。再者，RF射頻功率是400 W，沈積壓力是 O.lPa，及膜沈積率是2.9 nm/min。基板溫度是室溫，及 未刻意執行加熱。 以此方式，完成圖11所示的九反向交錯型（底部閘 )MIS FET裝置。在此例中，非晶氧化物半導體膜中之金 屬組成比是 In: Ga: Zn= 1.00: 0.94: 0.65。 平均此九TFT具有場效遷移率5.0 cm2/Vs和平均大 於1〇6的on/off比當作MISFET裝置的I-V特性之估算結 果。圖12圖式移轉特性。 藉由使用根據本發明的第二絕緣膜，將氧化物半導體 底部閘型薄膜電晶體的OFF電流最小化，因此可穩定地生 產具有令人滿意的電晶體特性之薄膜電晶體。 (比較例子1 ) -22- 1355746 在此比較例子中，除了第二絕緣膜的形成條件之外， 在其他條件都與例子1的條件相同下來形成圖1 1所示之 反向交錯型（底部閘）MISFET裝置。 當作第二絕緣膜，藉由RF濺鍍以厚度lOOnm形成絕 緣層a-SiOx。在此例中，使用Si02當作目標和使用02/Ar 混合比是10 vol%(l SCCM 02和5 SCCM Ar氣體）的氧 化大氣當作濺鍍氣體，再者，RF射頻功率是400 W，沈積 壓力是O.lPa，及膜沈積率是5.7 nm/min。基板溫度是室 溫，及未刻意執行加熱。以此方式，完成圖1 1所示的九 反向交錯型（底部閘）MISFET裝置。 同時，在相同處理條件下生產用以量測氧化物半導體 的傳導性之TEG裝置，及量測氧化物半導體的傳導性。 TFT的移轉特性之一的Vu s是汲極電流（Id)上升 時施加到閘的電壓。 圖9爲Vu和氧化物半導體的傳導性之間的關係圖。 藉由使用〇2/Ar混合比是10 vol%之濺鍍氣體所形成 的第二絕緣膜a-SiOx包含3.8xl019分子/立方公分的氧在 其內。 結果，藉由使用〇2/Ar混合比是10 vol%之濺鍍氣體 所形成的第二絕緣膜a-SiOx有效抑制氧化物半導體中的氧 空位之產生，平均上其Van爲-40 V，及其on/off比是令 人滿意的1〇6或更多。 當02/Ar混合比是1 vol %或0 vol%時，特性中的變化 增加，即使施加-50V的閘電壓，在一些例子中仍未觀察 -23- 1355746 到清楚的Vm，抑制氧化物半導體中的氧空位之產生的效 果未被認可。 (例子2 ) 在此例中，生產圖1所示之反向交錯型（底部閘） MISFET 裝置 ° 首先，以濺鍍在玻璃基板上形成厚度150 nm的透明 傳導膜IZO之閘電極層。 藉由照相平板印刷術和使用鹽酸的濕蝕刻來形成閘電 極。 另外，藉由濺鍍在其上形成厚度2 00 nm的a-SiOx之 絕緣層。在此例中，使用Si02目標當作濺鍍目標，及使 用Ar氣體當作濺鍍氣體。再者，RF射頻功率是400 W， 沈積壓力是0.1 Pa，及膜沈積率是7.4 nm/min。基板溫度 是室溫，及未執行蓄意的加熱。 另外，藉由RF濺鍍在室溫中以厚度20nm來形成被 使用當作半導體層之非晶氧化物半導體膜。 通道區係藉由照相平板印刷術和使用鹽酸的濕蝕刻所 形成的。之後，藉由RF濺鍍以厚度10 〇nm來形成絕緣層 a-SiOx當作第二絕緣膜。 在此例中，使用Si02當作目標和使用〇2/Ar混合比 是50 vol%(5 SCCM 〇2和5 SCCM Ar氣體）的氧化大氣 當作濺鍍氣體。 保護通道區和當作蝕刻停止層的第二絕緣膜係藉由照 -24- 1355746 相平板印刷術和使用CF4氣體的乾蝕刻來完成。 之後，藉由濺鍍以厚度15 Onm來形成透明傳導膜ITO ，及藉由照相平板印刷術和蝕刻來形成源極和汲極終端。 以此方式，可形成圖1所示之反向交錯型（底部閘） 透明MISFET裝置。 不僅可使用諸如IZO等透明傳導氧化物膜，亦可使用 諸如 Ni、Cr、Rh、Mo、Nd、Ti、W、Ta、Pb、或 A1 等余 屬，其合金，或其矽化物當作源極電極和汲極電極。另外 ，源極電極和汲極電極係可由彼此不同的材料所形成。 可藉由蝕刻來形成反向交錯型（底部閘）MISFET裝 置的源極電極和汲極電極，和形成大量生產佳且具有最小 化的OFF電流之電晶體特性的薄膜電晶體。 (例子3 ) 在此例中，說明使用圖7所示之TFT的顯示裝置。 TFT的生產處理類似於例子3的生產處理。 在上述TFT中，將形成汲極電極的ITO膜之短側延 伸至1〇〇μπι。憑藉留下90μιη的延伸部位和固定到源極電 極和閘電極的導線，TFT被覆蓋有絕緣層。 將聚亞醯胺膜塗敷在其上並且完成摩擦。 另一方面，備製完成摩擦之具有同樣形成·在其上的 ITO膜和聚亞醯胺膜之塑膠基板，塑膠基板與具有TFT形 成在其上的上述基板其間以間隙5 μιη相對，及將向列液晶 注入至間隙內。 -25- 1355746 另外，將一對極化板設置在結構的兩側上》 在此例中，藉由施加電壓至TFT的源極電極和改變施 加到閘電極之電壓，只關於從汲極電極延伸出的ITO膜之 島的一部分之30μιηχ90μιη的區域改變光透射。 另外，亦可藉由在TFT是ON的閘電壓之下的源極汲 極電壓來連續改變光透射。以此方式，形成使用對應於圖 7之液晶胞格的顯示裝置當作顯示裝置。 在此例中，使用白色塑膠基板當作形成TFT的基板， 金取代TFT的各自電極，及省略聚亞醯胺膜和極化板。 另外，白色和透明塑膠基板之間的間隙被塡滿將粒子 和流體封裝在絕緣膜中之囊。 在以此方式所構成的顯示裝置中，控制以其上的ITO 膜和TFT所延伸之汲極電極之間的電壓，因此，囊中的粒 子上下移動。 如此能夠藉由控制從透明基板側所觀察到的延伸汲極 電極之反射比來完成顯示》 另外，在此例中，可形成複數毗連TFT以形成例如具 有有著四電晶體和一電容器的原始結構之電流控制電路， 及最後階段中之電晶體的其中之一可驅動當作圖6所示的 TFT之EL裝置。 例如，使用上述ITO膜當作汲極電極之TFT被使用 〇 在從汲極電極延伸的ITO膜之島的一部分之30μίηχ 90μιη的區域中形成由電荷注入層和發光層所形成之有機 -26- 1355746 電激發光裝置。 以此方式’可形成使用EL裝置的顯示裝置。 (例子4 ) 以兩維來排列例子3的T F T和顯示裝置。 例如，包括諸如液晶胞格或例子3的EL裝置 裝置與TFT之各個佔有約30 μηιχ115 μηι的面積之 1,790像素被排列作形成在短側方向是間距4〇μιη 方向是120μηι的矩形。設置在長側方向穿過7,425 閘電極的1，79 0閘導線，和在短側方向以5 μιη穿 晶氧化物半導體膜的島延伸出之1，790 TFT的源極 部位的7,425信號導線。 將閘導線和信號導線分別連接至閘驅動器電路 驅動器電路。 另外，在液晶顯示裝置的例子中，藉由以其尺 晶顯示裝置的尺寸相同且與液晶顯示裝置校直之方 長側的方向中，在表面上設置具有重複RGB的彩 器，可形成約21 1 ppi之A4尺寸的主動式矩陣彩 顯示裝置。 在EL裝置的例子中，將包括在一EL裝置中之 的第一 TFT之閘電極連接至閘導線，將第二TFT 電極連接至信號導線，另外，在具有RGB之長側 複EL裝置的發射波長。 以此方式，可形成具有相同解析度之自發射型 等顯不 7,425χ 而長側 TFT之 過從非 電極之 和源極 寸與液 式，在 色濾波 色影像 兩TFT 的源極 方向重 彩色影 -27- 1355746 像顯示裝置。 在此種例子中，用以驅動主動型矩陣之驅動器電路係 可藉由使用與根據本發明的像素之TFT相同的TFT來形 成’或可藉由使用可買得到的1C晶片來形成。 儘管已參考例示實施例來說明本發明，但是應明白本 發明並不侷限於所揭示的例示實施例。下面申請專利範圍 的範疇係符合最廣義的解釋，包含所有此種修正和同等結 構和功能。 本申請案申請2007年10月22日所發表之日本申請 案號碼2007-2 73863和2006年12月5日所發表之日本申 請案號碼2006-3 283 08的益處，並藉以倂入其全文作爲參 考。 【圖式簡單說明】 圖1爲具有當作蝕刻停止層的第二絕緣膜之反向交錯 型TFT的結構圖。 圖2爲在低電阻n型矽基板上使用熱氧化物膜矽閘絕 緣膜之反向交錯型TFT的結構圖。 圖3爲當生產圖2所示之反向交錯型TFT時的典型電 流電壓特性圖。 圖4爲溫度程式化解吸質譜儀所量測之第二絕緣膜的 氧解吸資料之例子圖。 圖5爲溫度程式化解吸質譜儀所量測之從非晶si〇, 解吸的氧量與當作形成大氣的含在Ar (氬）中之〇2氣體 -28- 1355746 的濃度之間的關係圖。 圖6爲當作本發明的實施例之顯示裝置的例子之剖面 圖7爲當作本發明的實施例之另一顯示裝置的例子之 剖面圖。 圖8爲將包括有機EL裝置和薄膜電晶體的像素以二 維排列（在二維狀態）之顯示裝置的結構圖。 圖9爲反向交錯型（底部閘）型MIS FET裝置中的氧 化物半導體之V。。和傳導性之間的關係圖。 圖1〇爲當生產具有圖2所示的結構之九TFT且量測 它們的TFT特性時之此九TFT的轉移特性圖。 圖11爲具有保護膜的反向交錯型TFT之結構圖。 圖1 2爲當生產具有圖1 1所示的結構之九TFT且量測 它們的TFT特性時之此九TFT的轉移特性圖。 【主要元件符號說明】 1 :基板 2 :聞電極 3 :第一絕緣膜 4 :氧化物半導體層 5 :第二絕緣膜 6 源極電極 7 :汲極電極 8 1 :電晶體 82 :電晶體 -29- 1355746 83 :電容器 84=有機電激發光層 85 :掃描電極線 8 6 :信號電極線 87 :共用電極線 61 1 :基板 6 1 2 :閘電極 6 1 3 :閘絕緣膜 6 1 4 :氧化物半導體膜 6 1 5 :第二絕緣膜 61 6 :源極（汲極）電極 61 7 :汲極（源極）電極 6 1 8 :像素電極 6 1 9 :中間層絕緣膜 620 :發光層 62 1 :電極 712 :閘 7 1 4 :氧化物半導體膜 7 1 6 :源極電極 7 1 7 :汲極電極 7 1 8 :像素電極 720 :高電阻膜 7 2 1 :電泳粒子 722 :高電阻膜 1355746 723 :電極

Claims (1)

100.10.1 2 1355746 年月日修正替換頁 第096144280號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年10月12日修正 十、申請專利範圍 1.一種底部閘型薄膜電晶體，在基板上包含： —閘電極； 一第一絕緣膜，其當作閘絕緣膜； 一氧化物半導體層，其當作通道層； 一第二絕緣膜，其當作保護層； 一源極電極；及 一汲極電極， 其中該氧化物半導體層包括氧化物，該氧化物包括選 自銦、鋅、及錫的至少其中之一，且 其中該第二絕緣膜包括被形成與該氧化物半導體層接 觸之非晶氧化物絕緣體，和包含3 . 8 ' X 1 0 1 9分子/立方公分 或更多的解吸氣體在其內，溫度程式化解吸質譜儀觀察該 解吸氣體係爲氧氣。 2 _根據申請專利範圍第1項之底部閘型薄膜電晶體， 其中該氧化物半導體層包含非晶氧化物，該非晶氧化物包 括銦、鋅、及鎵。 3.—種裝置，包含： —電光裝置，其具有像素電極；及 根據申請專利範圍第1項之該底部閘型薄膜電晶體， 其中將該像素電極連接至該底部閘型薄膜電晶體之該 源極電極和該汲極電極的其中之一。 1355746 100.10.1· 2 年月日修正替換頁 4. 根據申請專利範圍第3項之裝置，其中該電光裝置 是電激發光裝置。 5. 根據申請專利範圍第3項之裝置，其中該電光裝置 是液晶胞格。 6. 根據申請專利範圍第3至5項的任一項之裝置，其 中在基板上將複數該電光裝置和複數該底部閘型薄膜電晶 體配置成二維。 7. —種底部閘型薄膜電晶體製造方法，該底部閘型薄 膜電晶體在基板上包含一閘電極、當作閘絕緣膜之一第一 絕緣膜、當作通道層之一氧化物半導體層、當作保護層之 一第二絕緣膜、一源極電極、及一汲極電極，該方法包含 將該閘電極形成於該基板上； 以該陳述的順序來形成該第一絕緣膜和該氧化物半導 體層； 圖型化該第一絕緣膜和該氧化物半導體層； 在包括氧化氣體的大氣中形成該第二絕緣膜； 將該第二絕緣膜圖型化成覆蓋該氧化物半導體層的通 道區之至少一部分； 形成該源極電極和該汲極電極；及 使用該第二絕緣膜當作蝕刻停止層來圖型化該源極電 極和該汲極電極， 其中將該第二絕緣膜形成包含3.8 X 1019分子/立方公 分或更多的氧氣在其內。 -2- 1355746 100.10.12_ 年月日修正替換頁 8.根據申請專利範圍第7項之底部閘型薄膜電晶體製 造方法，其中形成該第二絕緣膜的該步驟使用在濺鍍氣體 中包含大於或等於10 vol%且小於或等於50 vol%的氧氣 和Μ氣的混合比。 -3-
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