[发明专利]薄膜晶体管及显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示器或有机EL显示器等显示装置的薄膜晶体管(TFT)、以及具备该薄膜晶体管的显示装置。

背景技术

非晶(非晶质)氧化物半导体与通用的非晶硅(a-Si)相比，具有高载流子迁移率(也称为场效应迁移率。以下，有时仅称为“迁移率”。)，光学带隙大，能够以低温成膜。因此，期待其面向要求大型、高分辨率、高速驱动的新一代显示器或耐热性低的树脂基板等的应用(专利文献1等)。

氧化物半导体中，特别是铟、镓、锌、以及氧构成的非晶氧化物半导体(In-Ga-Zn-O、以下有时称作“IGZO”。)因具有非常高的载流子迁移率，而被优选使用。例如在非专利文献1和2中，公开了将In∶Ga∶Zn＝1.1∶1.1∶0.9(原子％比)的氧化物半导体薄膜用于薄膜晶体管(TFT)的半导体层(活性层)。

在使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子浓度(迁移率)高，而且还要求TFT的开关特性(晶体管特性、TFT特性)优异。具体来说，要求(1)通态电流(对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流)高；(2)断态电流(分别对栅电极施加负电压，对漏电极施加正电压时的漏电流)低；(3)SS值(Subthreshold Swing，使漏电流提高1位数量级所需要的栅电压)低；(4)阈值电压(向漏电极施加正电压，向栅电压施加正负任意一种电压时，漏电流开始流通的电压)在时间上不发生变化而保持稳定；并且，(5)迁移率高；等。

此外，进一步要求使用了IGZO等氧化物半导体层的TFT对于电压施加或光照射等应力的耐受性(应力耐受性)优异。例如指出的有：在对栅电极持续施加电压时、或持续照射在半导体层中发生吸收的蓝色波段的光时，在薄膜晶体管的栅极绝缘膜与半导体层界面，电荷被捕获，由于半导体层内部的电荷的变化，阈值电压向负侧大幅地变化(偏移)，由此，TFT的开关特性变化。若由于光照射或电压施加造成的应力导致开关特性发生变化，则会招致显示装置自身的可靠性降低。

另外，对于有机EL显示器也同样，从发光层泄漏的光会照射到半导体层上，导致阈值电压等值散乱的问题。

由此，尤其是阈值电压的偏移会招致具备TFT的液晶显示器或有机EL显示器等显示装置自身的可靠性降低，因此强烈希望提高应力耐受性(应力施加前后的变化量少)。

作为改善了TFT的电学特性的技术，可以举出例如专利文献2。专利文献2中公开了使与形成沟道区域的氧化物半导体层相接的绝缘层(包括栅极绝缘层)的氢浓度降低到小于6×10²⁰原子/cm³，抑制氢向氧化物半导体层扩散的技术。若氢向氧化物半导体层扩散，则氧化物半导体层内的载流子变得过剩，因此，阈值电压向负方向变动，即使在未对栅电极施加电压的状态(Vg＝0V)下，漏电流也流动(常导通)，成为电学特性不良的晶体管。所以在专利文献2中记载了通过使与氧化物半导体层相接的绝缘层成为氢浓度降低了的氧化物绝缘层，从而抑制氢向氧化物半导体层扩散，从绝缘层向氧化物半导体层的缺陷供给氧，因此晶体管的电学特性变得良好。专利文献2中记载了用于发挥该效果的绝缘层中的氢浓度必须降低到小于6×10²⁰原子/cm³。另外，还记载了在利用等离子体CVD法形成这样的降低了氢浓度的绝缘层的情况下，必须选择分子结构中不含氢的气体(即，不使用通常使用的SiH₄而使用SiF₄)作为堆积性气体使用。但是，在上述专利文献2中，完全没有留意应力耐受性的提高(特别是对于光或偏压应力的阈值电压变化降低)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-108873号公报

专利文献2：日本特开2012-9845号公报

非专利文献

非专利文献1：固体物理、VOL44、P621(2009)

非专利文献2：Nature、VOL432、P488(2004)

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供在具备氧化物半导体层薄膜的薄膜晶体管中，对于光或偏压应力等，阈值电压的变化量小且应力耐受性优异的薄膜晶体管、以及具备薄膜晶体管的显示装置。

用于解决课题的手段