晶体管及显示设备制造技术

本发明专利技术提供一种具有有利的电特性和高可靠性的晶体管以及包括该晶体管的显示设备。该晶体管是将氧化物半导体用于沟道区而形成的底栅晶体管。经过通过热处理进行的脱水或脱氢的氧化物半导体层被用作活动层。该活动层包括微晶化的浅表部分的第一区以及其余部分的第二区。通过使用具有该结构的氧化物半导体层，能够抑制归因于湿气进入浅表部分或者氧自浅表部分排除的转变为n型以及寄生沟道的产生。另外，还能够降低在氧化物半导体层与源极和漏极电极之间的接触电阻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用氧化物半导体形成的晶体管以及包括晶体管的显示设备。
技术介绍
近年来，使用形成于具有绝缘表面的基板之上的半导体薄膜(具有大约几纳米到几百纳米的厚度)来形成晶体管的技术已经引起了人们的注意。晶体管广泛应用于诸如IC 之类的电子器件及光电器件，并且特别地被人们预期将快速发展成为图像显示设备的开关元件。各种金属氧化物被用于各种应用中。氧化铟是众所周知的材料，并且被用作液晶显示器等所需的透光电极材料。某些金属氧化物具有半导体特性。此类具有半导体特性的金属氧化物的实例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟及氧化锌。各自使用此类具有半导体特性的金属氧化物形成沟道形成区的晶体管是已知的(专利文献1和2)。在非结晶晶体管当中，其中应用了氧化物半导体的晶体管具有相对较高的场效应迁移率。因此，显示设备等的驱动电路同样能够使用晶体管来形成。日本公开专利申请No.2007-123861日本公开专利申请No. 2007-09605
技术实现思路
在将像素部分(也称为像素电路)和驱动电路部分形成于显示设备等中的一个基板之上的情形中，诸如高通断比之类的卓越的开关特性为用于像素部分的晶体管所需，而高操作速度为用于驱动电路的晶体管所需。特别地，用于驱动电路的晶体管优选地以高速操作，因为显示图像的写入时间随着显示设备的像素密度的增加而减少。本说明书所公开的本专利技术的实施例涉及达成以上目标的晶体管和显示设备。本说明书所公开的本专利技术的实施例是一种晶体管，在该晶体管中用于形成沟道区的氧化物半导体层是非晶的或者由非晶质和微晶的混合物形成，其中除了包括由微晶层形成的结晶区的浅表部分之外，非晶区以微晶体来点缀或者由微晶群形成。此外，本说明书所公开的本专利技术的实施例是通过将由此类晶体管所构成的驱动电路部分和像素部分形成于一个基板之上而获得的显示设备。本说明书所公开的本专利技术的实施例是一种晶体管，包括栅极电极层、在栅极电极层之上的栅极绝缘层、在栅极绝缘层之上的氧化物半导体层、在栅极绝缘层之上与部分氧化物半导体层重叠的源极电极层和漏极电极层、以及与氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。氧化物半导体层包括浅表部分的第一区和其余部分的第二区。注意，本说明书中诸如“第一”和“第二”之类的序数词是出于简便而使用的，而并不表示步骤顺序和各层的堆叠顺序。另外，本说明书中的序数词不表示指定本专利技术的特定名称。本说明书所公开的本专利技术的实施例是一种晶体管，包括栅极电极层、在栅极电极层之上的绝缘层栅极、在栅极绝缘层之上的源极电极层和漏极电极层、在栅极绝缘层之上与源极电极层和漏极电极层的一部分重叠的氧化物半导体层、以及与氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。氧化物半导体层包括浅表部分的第一区和其余部分的第二区。氧化物半导体层的第一区由沿垂直于该层表面的方向的c轴取向的微晶形成。氧化物半导体层的第二区是非晶的或者由非晶质和微晶的混合物形成，其中非晶区以微晶体来点缀或者由微晶形成。作为氧化物半导体层，使用以RTA法等在高温下对其执行短时间的脱水或脱氢的那一种。通过该加热步骤，氧化物半导体层的浅表部分成为包括由微晶形成的结晶区，而其余部分成为非晶的或者由非晶质和微晶的混合物形成，其中非晶区以微晶来点缀或者由微晶群形成。通过使用具有该结构的氧化物半导体层，能够防止由归因于湿气进入浅表部分或者氧自浅表部分排除的转变为η型所致的电特性降低。此外，由于氧化物半导体层的浅表部分位于背沟道侧并且具有包括微晶的结晶区，因而能够抑制寄生沟道的产生。而且，在沟道蚀刻结构中，能够降低在其处电导由于结晶区的存在而增加的浅表部分与源极和漏极电极之间的接触电阻。此外，通过使用根据本专利技术的实施例的晶体管而将驱动电路部分和像素部分形成于一个基板之上，并且使用液晶元件、发光元件或电泳元件等，能够制造出显示设备。本说明书所公开的本专利技术的实施例是一种显示设备，包括在一个基板之上的含有晶体管的像素部分和驱动电路部分。晶体管每个都包括栅极电极层、在栅极电极层之上的栅极绝缘层、在栅极绝缘层之上的氧化物半导体层、在栅极绝缘层之上与部分氧化物半导体层重叠的源极电极层和漏极电极层、以及与氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。氧化物半导体层包括浅表部分的第一区和其余部分的第二区。本说明书所公开的本专利技术的实施例是一种显示设备，包括在一个基板之上的含有晶体管的像素部分和驱动电路部分。晶体管每个都包括栅极电极层、在栅极电极层之上的栅极绝缘层、在栅极绝缘层之上的源极电极层和漏极电极层、在栅极绝缘层之上与源极电极层和漏极电极层的一部分重叠的氧化物半导体层、以及与氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。氧化物半导体层包括浅表部分的第一区和其余部分的第二区。氧化物半导体层的第一区由沿垂直于该层表面的方向的c轴取向的微晶形成。第二区是非晶的或者由非晶质和微晶的混合物形成，其中非晶区以微晶体来点缀或者由微晶形成。在包括氧化物半导体层的晶体管中，氧化物半导体层的浅表部分包括结晶区，而其余部分是非晶的或者由非晶质和微晶的混合物形成，或者由微晶形成，由此晶体管能够具有有利的电特性和高可靠性，并且能够制造出具有有利的电特性和高可靠性的显示设备。附图说明图IA和IB是各自示出晶体管的截面图。图2A到2C是晶体管的过程截面图。图3A到3C是晶体管的过程截面图。图4A和4B是示出晶体管的平面图。图5是示出晶体管的平面图。图6是示出晶体管的平面图。图7是示出晶体管的平面图。图8A1、8A2、8B1和8B2是示出栅极接线端子部分的平面图和截面图。图9是示出晶体管的平面图。图IOA和IOB是各自示出晶体管的截面图。图IlA和IlB是各自示出显示设备的应用实例的示意图。图12是示出显示设备的实例的外观图。图13是示出显示设备的截面图。图14A和14B是示出液晶显示设备的框图。图15A和15B分别是信号线驱动电路的配置图和时序图。图16A到16D是各自示出移位寄存器的配置的电路图。图17A和17B分别是示出移位寄存器的配置的电路图和示出移位寄存器的操作的时序图。图18示出了显示设备的像素等效电路。图19A到19C是各自示出显示设备的截面图。图20A1、20A2、20B是示出显示设备的平面图和截面图。图21是示出显示设备的截面图。图22A和22B分别是示出显示设备的平面图和截面图。图23A和2 分别是示出电视装置和数字相框的实例的外观图。图24A和24B是示出游戏机的实例的外观图。图25A和25B是示出移动电话的实例的外观图。图26A和26B是氧化物半导体层的截面的TEM照片。图27A和27B是氧化物半导体层的截面的TEM照片。图28A和28B是氧化物半导体层的截面的TEM照片。图29A和29B分别是氧化物半导体层的截面的TEM照片和电子衍射图。图30是氧化物半导体层的EDX分析频谱。图31是氧化物半导体层的X光衍射图。图32A到32C是氧化物半导体层的SIMS分析深度分布。图33是简要说明科学计算的示意图。图34A和34B是简要说明科学计算的示意图。图35A和35B是说明科学计算机的示意图。图36是示出氧化物半导体的晶体结构的示意图。图37A和37B示出了还没有经过-BT测试的和已经经过-BT测试的晶体管的I_V 特性。图38A到38C是氧化物半导体层的SIMS分析深度分布。图39本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂仓真之，渡边了介，坂田淳一郎，秋元健吾，宫永昭治，广桥拓也，岸田英幸，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：