[发明专利]非晶态氧化物半导体材料、场效应晶体管和显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及非晶态氧化物半导体材料、场效应晶体管和显示装置。

背景技术

场效应晶体管被广泛地用作半导体存储器用集成电路的单位元件，高频信号放大元件，和用于驱动显示元件例如液晶显示元件的元件，并且已经被制备成薄膜的晶体管称为薄膜晶体管(TFT)。另外，具有包含可以大面积形成的非晶态硅的活性层的硅TFT被用于平板显示器中。

近年来，平板显示器技术(大屏、薄、重量轻)已经经历了显著的进步，并且已经尝试将这些平板显示器技术应用于柔性基板(重量轻并且弯曲的显示器)使得它们变得更薄并且重量更轻。另一方面，当前作为驱动显示器的TFT的主流的硅TFT的制造温度高，并且难以在柔性基板上形成硅TFT。

在此背景中，作为TFT的活性层，氧化物半导体当前正受到关注。特别是，由东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的Hosono等报道的In-Ga-Zn-O(以下简称为IGZO)显现了作为用于新型TFT的材料的希望，因为它可以在室温形成，并且即使在处于非晶态时，也表现出作为半导体的优异特性，并且关于IGZO的研究正在极其活跃地进行(参见以下所列出的非专利文献1和2)。

在这些研究中，关于非晶态IGZO的光学性能，当将具有包含非晶态IGZO的活性层的TFT应用于显示装置例如有机EL显示器时，有时该活性层被光照射，如在以下列出的非专利文献3至6中所述的，已经报道了许多关于非晶态IGZO的光照射性能的研究结果。

在非专利文献3和4中，对将TFT在暗处用单色光照射时的TFT性能进行了报道，所述TFT的栅电极包含n-型Si，其栅绝缘膜包含热氧化膜，其源电极和漏电极包含Al，并且其活性层包含非晶态IGZO(In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1)。

具体地，可以证实的是，在使得照射量不变而单色光波长改变的情况下，当用460nm≤λ≤660nm的单色光照射TFT时，TFT性能几乎不改变(漏极电流略微位移)，而当用λ≤420nm的单色光照射TFT时，TFT性能大大改变(当用λ＝365nm(3.4eV)单色光照射TFT时，阈值电压Vth经历7V的负位移)。另外，可以证实的是，此外在固定单色光波长(λ＝420nm)并且改变照射强度时，TFT性能的变化(Vth的负位移)随照射强度增大也变得更大。而且，应理解，除Vth以外，迁移率、亚阈值摆幅(sub-thresholdswing)(S值)和断态电流(off-state current)也大大地改变，并且IGZO受可见光短波长区域的影响。

在非专利文献3和4中记载的是，可以在不使用遮光膜的情况下驱动有机EL元件，因为蓝色滤光片的透过波长峰和有机电致发光元件(有机EL元件)的蓝光的波长峰为450nm。然而，考虑到蓝色滤光片通过约70％的400nm光，有机EL元件的蓝光的发射光谱的边缘(skirt)持续到420nm，并且考虑到透明装置的制备而使所述装置暴露于日光，还没有表明具有通过这些文献制备的IGZO作为其活性层的TFT是足够的。

类似地，在非专利文献5和6中也报道了关于非晶态IGZO的光照射性能的研究结果。

具体地，首先，将其中In∶Ga∶Zn＝1∶1∶1的多晶IGZO用作靶以形成非晶态IGZO膜(In∶Ga∶Zn＝1.01∶1.00∶0.76)。TFT从其基板侧具有下列构造：玻璃/Mo(栅电极)/SiO2或SiNx∶H(栅绝缘膜)/IGZO(活性层)/SiO2/SiN(钝化层)/Mo(源电极和漏电极)。可以证实，通过用λ≤440nm的单色光照射此TFT，TFT性能改变(Vth的负位移)。而且，还可以证实，随着TFT被单色光照射的时间量变得更长，TFT性能的改变量变得更大。此外，通过在120℃进行热处理，得到的结果是TFT性能恢复，从而得到与初始性能相同的性能。

作为以上研究结果的结论，应理解，当用可见光照射TFT的包含非晶态IGZO的活性层时，对于可见光短波长区域中的光(其波长在400nm至420nm附近的光)，TFT性能(断态电流的增大、Vth的位移等)大大地改变。另外，这些性能变化对TFT驱动时的稳定运行具有大的影响。

因而，当将非晶态IGZO用于其活性层的TFT被用作用于驱动显示元件的TFT时，为了使TFT稳定地运行，在专利文献1中，使用了对于非晶态IGZO的遮光手段。此外，在专利文献2中，使用了不将非晶态IGZO暴露于蓝光(在可见光短波长区域中的光)中的结构。