[发明专利]薄膜晶体管及其制造方法、显示装置、图像传感器、X射线传感器以及X射线数字摄影装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法、显示装置、图像传感器、X射线传感器以及X射线数字摄影装置。

背景技术

近年来，在活性层(沟道层)中使用In-Ga-Zn-O系(以下称作IGZO)的氧化物半导体薄膜的薄膜晶体管的研究开发很活跃。氧化物半导体薄膜可以低温成膜，并且显示出较非晶硅高的迁移率，而且对可见光透明，因此可以在塑料板或膜等基板上形成可挠式薄膜晶体管。

这里，表1中显示各种晶体管特性的场效迁移率或工艺温度等的比较结果。

【表1】

如表1所示，虽然活性层为多晶硅的薄膜晶体管可以得到100cm²/Vs左右的迁移率，但工艺温度非常高，达到450℃以上，因此只能在耐热性高的基板上形成，不适合廉价、大面积、可挠化。此外，活性层为非晶硅的薄膜晶体管可以在300。℃左右的较低温度下形成，因此与多晶硅相比基板的选择性广，但顶多也只能得到1cm²/Vs左右的迁移率，不适合高精细的显示器用途。另一方面，从低温成膜的观点考虑，活性层为有机物的薄膜晶体管可以在100。℃以下形成，因此期待着在使用了耐热性低的塑料膜基板等的可挠性显示器用途等中应用，但在迁移率方面只得到了与非晶硅相同程度的结果。

例如，日本专利特开2010-21555号公报中揭示了一种薄膜晶体管，其中作为活性层，在距栅极电极(gate electrode)近的一侧配置包含氧化銦鋅(IZO)、氧化銦锡(ITO)、氧化镓锌(GZO)、或氧化铝锌(AZO)的氧化物的高迁移率层、而在距栅极电极远的一侧配置含Zn的氧化物层。

日本专利特开2009-170905号公报中揭示了一种显示基板，所述显示基板至少在栅极配线上包含：第1半导体图案，其中包含非晶硅；以及第2半导体图案，其中包含Ga、In、Zn、Sn、Co、T和Mg中的至少一种元素和氧元素0。

日本专利特开2010-161339号公报中揭示了一种场效晶体管，所述场效晶体管至少具备半导体层和栅极电极，所述栅极电极经由栅极绝缘层设于所述半导体层上，其中所述半导体层包括：第1非晶质氧化物半导体层，其中包括选自Zn或In的至少一种元素；以及第2非晶质氧化物半导体层，其中包括选自Ge或Si的至少一种元素和选自Zn或In的至少一种元素。

此外，在K.小池(K.Koike)等人，《应用物理学快报(Applied Physics Letters)》，87(2005)112106中，揭示了一种杂结构场效晶体管，其中通过接合电子亲和力不同的ZnO和ZnMgO，载流子移动层形成单一量子井。

发明内容

发明要解决的课题

然而，在日本专利特开2010-21555号公报所揭示的薄膜晶体管中，断开电流值高、待机时(栅极电压(Vg)＝0V)的耗电量大。此外，由于使用IZO系等作为电流路径层，因此与使用IGZO系时相比，相对于驱动时的电压施加的特性劣化大。

在日本专利特开2009-170905号公报所揭示的显示基板中，由于在作为量子井部的载流子移动层中使用迁移率较氧化物半导体低一位数左右的非晶硅，因此无法得到足够的迁移率。

在日本专利特开2010-161339号公报所揭示的薄膜晶体管中，断开电流值有时会变高，不足以实现低耗电量。

此外，在K.小池(K.Koike)等人，《应用物理学快报(Applied Physics Letters)》，87(2005)112106中，为了获得高迁移率，通过利用分子束外延(epitaXy)法(MBE法)进行外延生长，制作杂结构场效晶体管(高电子迁移率晶体管(HEMT))，必须使基板与半导体膜层的晶格不匹配变得极小。因此，必须将基板加热至温度超过700℃，导致基材的选择性显著降低。

即，在低温下(例如400℃以下)难以兼具高迁移率(例如30cm²/Vs以上)和常断状态(normally off)。

本发明的目的在于提供：即使在400℃以下也可以制作且兼具20cm²/Vs以上的高场效迁移率和作为常断状态的低断开电流的薄膜晶体管及其制造方法；以及通过低耗电量显示出良好的特性的显示装置、图像传感器、X射线传感器和X射线数字摄影装置。

解决问题的技术手段

为了达到所述目的，提供以下的发明。

＜1>一种薄膜晶体管，具有：

栅极电极；