專利名稱：薄膜晶體管制造方法和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造其中在溝道層中使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管 的方法和利用所獲得的薄膜晶體管的顯示裝置。
背景技術(shù)：
日本專利申請?zhí)亻_No. 2002-76356公開了 一種技術(shù)，該技術(shù)涉及 在溝道層中使用透明導(dǎo)電氧化物多晶薄膜的薄膜晶體管(TFT),所 述透明導(dǎo)電氧化物多晶薄膜利用ZnO作為其主要成分。注意，此薄膜 可在低溫下形成并對可見光透明，由此可在諸如塑料片或膜之類的基 板上制造柔性透明TFT。國際公布WO 2005/088726 Al Pamphlet and Nature, 488， Vol. 432 (2004)也公開了在TFT的溝道層中使用由銦、鎵、鋅和氧構(gòu)成 的透明非晶氧化物半導(dǎo)體膜(a-IGZO膜)的技術(shù)。還公開了可以在 室溫下在諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜之類的基板上制造表 現(xiàn)出6 9cm "s"的好的電場效應(yīng)遷移率的柔性透明TFT。Nikkei Microdevice, page 73， Fig. 7， the February issue, 2006進 一步公開了在溝道層中使用a-IGZO的薄膜晶體管的絕緣層和元件間 隔離區(qū)域中使用SiON。包括非晶硅薄膜晶體管(TFT)在內(nèi)，TFT—般是通過許多精細 處理步驟制造的。為了以低成本制造可享有穩(wěn)定操作的TFT，簡化這 些精細處理步驟是重要的。在如在以上的日本專利申請?zhí)亻_No. 2002-76356和國際^>布WO 2005/088726 Al Pamphlet and Nature, 488， Vol. 432 ( 2004 )中公開的 那樣在TFT的溝道區(qū)域中使用包含鋅和氧的透明半導(dǎo)體膜的情況下，涉及以下困難。導(dǎo)電透明氧化物溝道區(qū)域是通過光刻法并通過干法蝕刻或濕法蝕 刻形成的。通常使用昂貴的真空系統(tǒng)實施干法蝕刻，這是增加制造成 本的一個因素。濕法蝕刻在考慮成本降低方面是有效的。但是，在濕法蝕刻中，存在以下情況即，由于例如低的精細處理精度和由濕法 處理導(dǎo)致的溝道區(qū)域?qū)τ谒值奈?，因而使得器件尺寸受到限制?以及，由于必須增加干燥化步驟，因而會導(dǎo)致生產(chǎn)率低下。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是，提供用于以低成本制造其中使用氧化物 半導(dǎo)體的薄膜晶體管的方法，該薄膜晶體管由于其制造步驟的簡化而 可以是穩(wěn)定的，并且提供利用通過這種方法獲得的薄膜晶體管的顯示 裝置。作為用于解決以上主題的手段，本發(fā)明提供一種用于制造其中要 在基板上形成柵電極的薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟 在所述基板上形成所述柵電極； 以覆蓋所述柵電極的方式形成金屬氧化物層； 形成源電極和漏電極；以及在惰性氣體中實施熱處理，以將所述金屬氧化物層的一部分變成 溝道區(qū)域。本發(fā)明還提供一種用于制造其中要在基板上形成柵電極的薄膜晶 體管的方法，該方法包括以下步驟 在所述基板上形成所述柵電極； 以覆蓋所述柵電極的方式形成柵絕緣膜； 在所述柵絕緣膜上形成金屬氧化物層； 形成源電極和漏電極；以及在惰性氣體中實施熱處理，以將所述金屬氧化物層的一部分變成 溝道區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，在一次的成膜步驟中形成用于在其中形成高電阻區(qū)域和溝道區(qū)域的金屬氧化物層。例如，形成高電阻金屬氧化物層，并 且，高電阻層的一部分經(jīng)受熱處理以使得其電阻局部降低。然后，利 用電阻降低的區(qū)域作為溝道區(qū)域。結(jié)果，可通過利用在同一成膜步驟 中形成的金屬氧化物層形成高電阻區(qū)域和溝道區(qū)域。通過以這種方式 使得金屬氧化物層(高電阻層)的一部分局部改性以形成用作高電阻 區(qū)域和溝道層的區(qū)域(溝道區(qū)域)，使得能夠省略常規(guī)需要的半導(dǎo)體 區(qū)域的蝕刻步驟。通過使用此氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制造方法，能夠以低成 本提供由穩(wěn)定的薄膜晶體管形成的電子元件。通過參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征 將變得清晰。


圖l是示出作為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的薄膜晶體管的底柵結(jié) 構(gòu)薄膜晶體管的配置的截面圖。圖2是示出作為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的薄膜晶體管的底柵結(jié) 構(gòu)薄膜晶體管的配置的截面圖。圖3是示出當(dāng)在Ar氣體中對高電阻非晶In-Ga-Zn-O膜進行退火 時引起的電阻率變化的曲線圖。圖4是示出其中使用作為顯示元件的電致發(fā)光元件的顯示裝置的 一個例子的截面圖。圖5是示出其中使用作為顯示元件的液晶單元的顯示裝置的一個 例子的截面圖。圖6是示出顯示裝置的電路的電路圖，其中，二維地布置各包含 電致發(fā)光顯示元件和薄膜晶體管的像素。圖7是示出膜的電阻率和泄漏電流之間的關(guān)系的曲線圖。圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的制造方法的步驟的圖。圖9是用于說明根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的另 一制造方法的步驟的圖。
具體實施方式
以下參照附圖描述用于實施本發(fā)明的最佳模式的實施例。根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜晶體管的特征在于，高電阻區(qū)域和溝 道區(qū)域由同一金屬氧化物層構(gòu)成。然后，在本發(fā)明中，下面描述的特定金屬氧化物材料經(jīng)受特定的 熱處理，以局部改變金屬氧化物材料的特性，由此通過使用同一非晶 氧化物層形成高電阻區(qū)域和溝道區(qū)域。在本發(fā)明中，措詞"將金屬氧化物層的一部分變成溝道區(qū)域，，意 味著通過熱處理局部改變金屬氧化物層的至少一些區(qū)域的性質(zhì)，以使 其變?yōu)榫哂袧M足作為半導(dǎo)體器件的溝道層的功能的電氣特性?，F(xiàn)在，圖8示出用于說明作為本發(fā)明的一個實施例的薄膜晶體管 的制造方法的步驟的流程圖。與該方法的步驟一起描述其中在基板上 形成柵電極的薄膜晶體管的制造方法。 (形成柵電極的步驟)在此步驟中，根據(jù)使用的基板的尺寸及其目的，事先考慮電壓降 或增大的熱量來計算和設(shè)計用于柵電極的材料、柵電極寬度和柵電極 膜厚?？赏ㄟ^氣相沉積或濺射方法以及光刻工藝來形成柵電極。 (形成金屬氧化物層的步驟)在此步驟中，在形成柵電極之后，以覆蓋柵電極的方式形成金屬 氧化物層。通過例如濺射方法形成還可被用作柵絕緣層的高電阻膜。 在此步驟中，可以省略通過光刻工藝進行的構(gòu)圖。 (形成源電極和漏電極的步驟)在此步驟中，通過借助光刻工藝進行構(gòu)圖在所需的位置上由例如 金屬形成源電極和漏電極。(將金屬氧化物層的一部分變?yōu)闇系绤^(qū)域的步驟)此步驟是本發(fā)明中的重要步驟之一。在此步驟中，通過在惰性氣 體中實施熱處理，金屬氧化物層(高電阻層)的一部分被局部改性，以形成高電阻區(qū)域和能夠用作溝道層的區(qū)域(溝道區(qū)域)。并且，可 以多次重復(fù)此步驟以提供所需的溝道區(qū)域。由此，通過上述的步驟制造所需的薄膜晶體管。下面，圖9示出用于說明作為本發(fā)明的另一實施例的薄膜晶體管 的制造方法的步驟的流程圖。該方法具有單獨的形成柵絕緣層的步驟。 以與圖8相同的方式描述圖9所示的方法的各步驟。 (在基板上形成柵電極的步驟) 在此步驟中，根據(jù)在基板上形成柵電極時使用的基板的尺寸及其 目的，事先考慮電壓降或增大的熱量來計算和設(shè)計用于柵電極的材料、 柵電極寬度和柵電極膜厚。可通過氣相沉積或濺射方法以及光刻工藝 形成柵電極。(形成柵絕緣膜的步驟) 在此步驟中，以覆蓋柵電極的方式形成柵絕緣膜。柵絕緣膜必須 至少具有使得柵極泄漏電流不對薄膜晶體管的工作造成不利影響的程 度的膜特性、膜厚和柵電極覆蓋率。 (形成金屬氧化物層的步驟)在此步驟中，在形成柵絕緣膜之后，形成金屬氧化物層。通過例 如濺射方法以薄膜形成還可被用作柵絕緣膜的高電阻膜。由于金屬氧 化物層不必需滿足作為柵絕緣膜的功能，因此它可形成為薄膜。在此 步驟中，可以省略通過光刻工藝進行的構(gòu)圖。 (形成源電極和漏電極的步驟)在此步驟中，通過借助例如光刻工藝進行構(gòu)圖在所需的位置上由 例如金屬形成源電極和漏電極。(將金屬氧化物層的一部分變?yōu)闇系绤^(qū)域的步驟)此步驟是本發(fā)明中的重要步驟之一。在此步驟中，通過在惰性氣 體中實施熱處理，金屬氧化物層(高電阻層)的一部分被局部改性， 以形成高電阻區(qū)域和能夠用作溝道層的區(qū)域(溝道區(qū)域)。并且，可 以多次重復(fù)此步驟以提供所需的溝道區(qū)域。由此，通過上述的步驟制造所需的薄膜晶體管。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜晶體管的高電阻區(qū)域和溝道區(qū)域中，優(yōu)選使用包含Zn和In的氧化物。在高電阻區(qū)域中，優(yōu)選使用包含Zn并且包含In、 Ga、 Al、 Fe、 Sn、 Mg、 Ca、 Si和Ge中的至少一種并且電阻率為108Q.cm或更大 的非晶氧化物。還優(yōu)選使用電阻率為10"Q.cm或更大的非晶氧化物。由根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜晶體管制成的電子元件可被用作顯 示裝置的驅(qū)動晶體管。在這種情況下，如根據(jù)200dpi的像素尺寸假定 的那樣，彼此相鄰的TFT的源電極和漏電極之間的距離可以為約 10|im，并且，各像素中的各TFT的寬度可以為約100pm。假定將這些元件相互電隔離的高電阻區(qū)域的層厚為50nm,在該 區(qū)域(也稱為元件間隔離膜)的電阻率被設(shè)為變量時估計其泄漏電流， 得到圖7所示的關(guān)系。由于以上的泄漏電流需要為10-"A或更小，因 此要將薄膜晶體管用作有機EL器件驅(qū)動TFT，高電阻區(qū)域(元件間 隔離膜)需要如上面說明的那樣具有10"Q.cm或更大的膜電阻率。接著進一步描述使得本發(fā)明中的非晶氧化物半導(dǎo)體用作高電阻區(qū) 域(高電阻層)的情況。在主要由ZnO構(gòu)成的多晶透明導(dǎo)電氧化物的情況下，趨于出現(xiàn)氧 缺陷以導(dǎo)致大量的載流子電子。并且，由于存在晶粒界面(crystal grain boundary)，因此，電阻率變得比以上的值低，由此難以提供本發(fā)明 意圖得到的高電阻區(qū)域。在本發(fā)明中，添加控制氧化物半導(dǎo)體中的載流子電子的產(chǎn)生、并 且還使得氧化物容易形成非晶結(jié)構(gòu)的化學(xué)元素(具體而言為Ga)，這 使得能夠形成足以用作元件間隔離區(qū)域的、具有101GQ.cm或更大的高 電阻率的氧化物膜(高電阻層)。作為本發(fā)明中的高電阻區(qū)域所需要的電氣特性，它可優(yōu)選具有大 于或等于1()Sn.cm且小于或等于10"n.cm的電阻率。如果它具有大于 或等于101GQ.cm的高電阻率，那么難以在退火之后將該區(qū)域制成溝道 層。另一方面，如果它具有小于108Q.cm的電阻率，那么大的泄漏電 流會太大，以導(dǎo)致作為元件間隔離區(qū)域(元件間隔離膜)的功能低。同時，本發(fā)明中的溝道區(qū)域是通過使高電阻區(qū)域(高電阻層)經(jīng) 受熱處理使氧化物半導(dǎo)體改變電氣特性而形成以用作溝道層的溝道區(qū) 域。作為本發(fā)明中的溝道區(qū)域所需要的電氣特性，它可優(yōu)選具有大于或等于10"Q.cm且小于或等于107Q.cm的電阻率。如果它具有超出此 范圍的電阻率，那么當(dāng)制成薄膜晶體管時，會得到低的特性。在本發(fā) 明中，為了使高電阻區(qū)域改性以用作溝道區(qū)域，實施以下的熱處理(退 火)。即，在選自從真空到大氣壓(例如，從l.lxl()5pa到1.0xl0'3pa) 的范圍的壓力下并且在惰性氣體(諸如]\2、 Ar、 He、 Ne、 Kr或Xe) 的氣氛中，在150。C 250。C的溫度范圍內(nèi)實施幾十秒到幾十分鐘的熱 處理。在本發(fā)明中，在溝道區(qū)域經(jīng)受了以上的熱處理(退火)之后，該 區(qū)域保持非晶狀態(tài)是重要的。例如，如果熱處理(退火)的溫度范圍 條件與本發(fā)明中的以上范圍不同，那么溝道區(qū)域會結(jié)晶。如果溝道區(qū) 域由此結(jié)晶，那么該溝道區(qū)域可能未必具有低的電阻，使得它作為溝 道可能具有低的特性，或者可能不能用作溝道。在本發(fā)明中，作為使得金屬氧化物層(或膜)局部改變電阻率(改 性成溝道區(qū)域)的特定方法，以下的方法是可用的。在源電極或漏電極中使用具有比諸如ITO或IZO之類的氧化物 絕緣層的帶隙小的帶隙的金屬或材料，這里，通過使用紫外線燈、可 見光燈、紅外線燈、近紅外線燈、遠紅外線燈或可見光激光來照射電 極。作為這種照射的結(jié)果，源電極或漏電極被選擇性加熱，由此可使 得鄰接電極的區(qū)域的電阻局部變低。在這種情況下也是同樣，與以上 情況類似，在熱處理(退火)前后保持經(jīng)受了熱處理(退火)的區(qū)域 的非晶狀態(tài)是重要的。此外，在源電極或漏電極中使用金屬，這里，通過使用紫外線激 光或準分子激光照射氧化物半導(dǎo)體。由金屬形成的電極反射(或不能 容易地吸收)紫外線激光或準分子激光。因此，作為這種照射的結(jié)果，為溝道區(qū)域。在這種情況下也是同樣，與以上情況類似，在熱處理(退 火)前后保持經(jīng)受了熱處理(退火)的區(qū)域的非晶狀態(tài)是重要的。當(dāng)使用頂柵型TFT時，形成源電極和漏電極。然后，在源電極和 漏電極二者上形成可被用作柵絕緣層的高電阻金屬氧化物膜，由此在 所需的位置上形成柵電極?？梢詮幕宓暮髠?cè)在惰性氣體中用上述的 光源照射源電極和漏電極的附近，由此執(zhí)行與上述的熱處理相同的熱 處理(退火)。通過所述熱處理，可以形成高電阻區(qū)域和能夠用作溝 道層的區(qū)域(溝道區(qū)域)。在這種情況下也是同樣，在熱處理(退火) 前后保持經(jīng)受了熱處理(退火)的區(qū)域的非晶狀態(tài)是重要的。并且，在頂柵型TFT中，在基板上形成源電極和漏電極，然后， 在源電極和漏電極上形成柵絕緣層。然后，形成還可被用作柵絕緣層 的高電阻金屬氧化物膜。然后，在所需的位置上形成柵電極，并且進 行上述的熱處理以制造薄膜晶體管。在這種情況下，由于高電阻金屬 氧化物膜不總是滿足作為柵絕緣層的功能，因此，可以在退火之后形 成膜厚足以提供用作溝道層(溝道區(qū)域)的區(qū)域的金屬氧化物膜。在本發(fā)明中，在使用包含In、 Zn和O的非晶氧化物作為高電阻 區(qū)域和溝道區(qū)域的情況下，可以在室溫下制造薄膜晶體管，因此，只 要通過賊射方法形成絕緣層，就可在室溫下實施所有的成膜步驟。作為基板，金屬基板和玻璃基板當(dāng)然是可用的，并且，塑料基板 和塑料膜也是可用的。第一實施例反交錯型TFT ( reverse stagger type TFT )圖l是示出作為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的薄膜晶體管的底柵型 結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的配置的截面圖。在基板1上設(shè)置柵電極4，并且在其上設(shè)置高電阻氧化物層7作 為金屬氧化物層，該金屬氧化物層表現(xiàn)出101()Q.cm或更大的高電阻 率。在該層7上，設(shè)置源電極6和漏電極5。作為用于這些電極的材 料，例如，選自Mo、 Ti、 W和Al的金屬或這些金屬中的任意金屬的 合金是可用的。對于各電極，可形成由這些材料中的任意材料構(gòu)成的 至少一個層。具體而言，可以以三層結(jié)構(gòu)形成各電極，在所述三層結(jié)構(gòu)中，由具有相對較低的電阻的金屬構(gòu)成的導(dǎo)體#^呆持在頂部和底部的不同的導(dǎo)體之間(諸如Mo/W/Mo、 Mo/Al/Mo、 Ti/Al/Ti、 Ti/Mo/Ti 和MoW/Al/MoW)。然后，基于當(dāng)高電阻氧化物層在Ar氣體中經(jīng)受熱處理(以下稱 為"退火")時引起的如圖3所示的電阻率的變化，在所需的溫度下 實施退火，以使得高電阻氧化物層的一部分的電阻變低以提供溝道區(qū) 域2。在此退火中，希望使得半導(dǎo)體區(qū)域具有大于或等于1(^f2.cm且小 于或等于107Q.cm的電阻率。使該區(qū)域具有此電阻率使得薄膜晶體管 能夠?qū)崿F(xiàn)lcmVVs或更大的電場效應(yīng)遷移率。在此，在大氣壓下在Ar 氣體的氣氛中使用可見光燈實施10分鐘的照射，以使得鄰接源電極和 漏電極的區(qū)域的電阻局部變低，由此形成溝道區(qū)域。以這種方式，可以制造反交錯型底柵薄膜晶體管，其中，不使用 任何蝕刻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的步驟而整體地形成元件間隔離區(qū)域和氧 化物半導(dǎo)體區(qū)域。因此，氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的蝕刻步驟的這種省略提高制造生產(chǎn)率。 此外，在氧化物半導(dǎo)體層和柵絕緣層之間不存在可能由于對它們的成 膜而出現(xiàn)的任何物理界面，因此，界面水平會降低以使得能夠補救滯 后作用，并且還提高長期穩(wěn)定性。可通過這樣一種事實來確認非晶狀態(tài)，該事實即當(dāng)在低入射角 下、例如在約0.5度的入射角下通過X射線衍射分析用于測量的膜時， 檢測不到任何清晰的衍射峰。檢測不到任何清晰的衍射峰的事實在于 觀察到暈圏圖案。順便提及，本實施例決不排除這樣一種情況，即，在電場效應(yīng)型 晶體管的元件間隔離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中使用以上的材料的情 況下，元件間隔離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域包含微晶構(gòu)成材料 (constituent material standing microcrystalline)。第二實施例反交錯型TFT圖2是示出作為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的薄膜晶體管的底柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管的配置的截面圖。在基板1上設(shè)置柵電極4，并在其上進一步設(shè)置柵絕緣膜3。在此 膜3上，設(shè)置高電阻氧化物層7作為金屬氧化物層，該金屬氧化物層 表現(xiàn)出10"Q.cm或更大的高電阻率。在此層7上，設(shè)置源電極6和漏 電極5。然后，基于在高電阻氧化物層在惰性氣體中經(jīng)受退火時引起的如 圖3所示的電阻率的變化，在所需的溫度下實施退火，以使得高電阻 氧化物層的一部分的電阻變低以提供溝道區(qū)域2。使用He氣體作為實 施退火時使用的惰性氣體。在此退火中，希望使氧化物半導(dǎo)體區(qū)域具有大于或等于103Q.cm 且小于或等于1(TQ.cm的電阻率。使該區(qū)域具有此電阻率使得薄膜晶 體管能夠?qū)崿F(xiàn)lcmVVs或更大的電場效應(yīng)遷移率。這里，在大氣壓下 在He氣體的氣氛中使用近紅外線燈實施15分鐘的照射，以使得鄰接 源電極和漏電極的區(qū)域的電阻局部變低，由此形成溝道區(qū)域。以這種方式，可以制造反交錯型底柵薄膜晶體管，其中，不使用 任何蝕刻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的步驟而整體地形成元件間隔離區(qū)域和氧 化物半導(dǎo)體區(qū)域?？赏ㄟ^這樣一種事實確認非晶狀態(tài)，該事實即當(dāng)在低入射角下、 例如在約0.5度的入射角下通過X射線衍射分析用于測量的膜時，檢 測不到任何清晰的衍射峰。檢測不到任何清晰衍射峰的事實在于觀察 到暈圏圖案。順便提及，本實施例決不排除這樣一種情況，即，在電場效應(yīng)型 晶體管的元件間隔離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域中使用以上的材料的情 況下，元件間隔離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域包含微晶構(gòu)成材料。第三實施例顯示裝置諸如電致發(fā)光(EL)元件或液晶元件之類的顯示元件的電極可連 接到作為以上的薄膜晶體管的輸出端子的漏電極，以構(gòu)成顯示裝置。 以下參照顯示裝置的附圖描述如何具體構(gòu)建顯示裝置的例子。圖4是示出其中使用作為顯示元件的電致發(fā)光元件的顯示裝置的例子的截面圖。例如，如圖4所示，在基板411上形成柵電極416和柵絕緣膜415， 然后在柵絕緣膜415上形成表現(xiàn)出高電阻率的高電阻氧化物層421。 進一步地，形成源電極413和漏電極414，然后，在惰性氣體中實施 退火以使高電阻氧化物層421的一部分的電阻變低，以提供溝道區(qū)域 412，由此制造薄膜晶體管。然后，電極418通過層間絕緣膜417連接到漏電極414。在電極 418上疊置發(fā)光層419，并進一步在電極418上疊置電極420。通過這種配置，可通過從源電極413通過溝道區(qū)域412流向漏電 極414的電流的值來控制饋送到發(fā)光層419中的電流。因此，可通過薄膜晶體管的柵電極416的電壓來控制它。這里， 電極418、電極419和電極420構(gòu)成無機或有機電致發(fā)光元件。圖5是示出其中使用作為顯示元件的液晶單元的顯示裝置的例子 的截面圖。如圖5所示，漏電極514延展以便還用作電極518，并且，顯示 裝置可被設(shè)置為使得此電極可以是電極518，其中通過所述電極518 向保持在高電阻膜522和524之間的液晶單元或電泳型顆粒單元523 施加電壓。液晶單元或電泳型顆粒單元523、高電阻膜522和524、電極518 和電極520構(gòu)成顯示元件?？赏ㄟ^從源電極513通過溝道區(qū)域512流向漏電極514的電流的 值控制要向這些顯示元件中的任一個施加的電壓。因此，可通過薄膜晶體管的柵電極516的電壓控制它。這里，只 要顯示元件的顯示介質(zhì)是通過在絕緣涂層膜包封中密封流體和顆粒形 成的艙體(capsule)，高電阻膜522和524就不是必需的。在以上的兩個例子中，各示出與基板平行地設(shè)置用于驅(qū)動顯示元 件的一對電極的例子。本實施例決不限于這種構(gòu)造。例如，只要TFT 輸出端子漏電極和顯示元件之間的連接在相位幾何上是相同的，就可 以與基板垂直地設(shè)置電極中的任一個或兩個電極。進一步地，在以上的兩個例子中，僅示出與顯示元件連接的一個 薄膜晶體管。實施例決不限于這種構(gòu)造。例如，在各圖中示出的薄膜 晶體管可進一步與其它的(一個或多個)薄膜晶體管連接。圖中的薄 膜晶體管可至少為由這種薄膜晶體管構(gòu)成的電路的最后的級。這里，在與基板平行地設(shè)置用于驅(qū)動顯示元件的一對電極的情況 下，只要顯示元件是諸如電致發(fā)光顯示元件或反射型液晶顯示元件之 類的反射型顯示元件，電極中的任一個就必須對于發(fā)射光或反射光透 明。而在諸如透射型液晶顯示元件之類的透射型顯示元件的情況下， 兩個電極均必須對于透射光透明。進一步地，在本實施例的顯示裝置中的薄膜晶體管中，所有的構(gòu) 成構(gòu)件可被設(shè)為透明的，并且，這使得能夠制造透明顯示裝置。還可通過使用諸如重量輕、柔軟、透明并由樹脂制成的塑料基板 之類的低熱阻基板制造這種顯示裝置。圖6是示出顯示裝置的電路的電路圖，其中，二維布置各包含電 致發(fā)光顯示元件(這里為有機電致發(fā)光顯示元件)和薄膜晶體管的像 素。在圖6中，附圖標記61表示驅(qū)動有機EL層的晶體管；62是選 擇像素的晶體管。電容器63是用于保持已被選擇的像素的狀態(tài)的器 件，并且存儲共用電極線67和晶體管62的源極部分之間的電荷，以 保持晶體管61的柵極信號。像素的選擇由掃描電極線65和信號電極 線66決定。更具體而言，從驅(qū)動器電路(未示出)通過掃描電極線65向柵電 極施加作為脈沖信號的圖像信號。同時，還從另一驅(qū)動器電路(未示 出)通過信號電極線66向晶體管62施加作為脈沖信號的圖像信號， 由此，該像素被選擇。此時，晶體管62進入導(dǎo)通狀態(tài)，并且，電荷被存儲在位于信號電 極線66和晶體管62的源極之間的電容器63中，由此，晶體管61的 柵極電壓保持為所需的電壓，并且晶體管61進入導(dǎo)通狀態(tài)。該狀態(tài)被 保持，直到接收到之后的信號。在晶體管61處于導(dǎo)通狀態(tài)的同時，電壓和電流持續(xù)被饋送到有機EL層64，由此維持光的發(fā)射。在圖6所示的此例子中，各像素由兩個晶體管和一個電容器構(gòu)成。 為了改善顯示性能，可以在各像素中加入更多的晶體管等。必要的是，在晶體管部分中使用作為根據(jù)本發(fā)明的薄膜晶體管的、 可在低溫下被制造并且透明的In-Ga-Zn-O型薄膜晶體管，并且，這 可帶來有效的電致發(fā)光顯示元件。以下參照

本發(fā)明的例子。例子1在此例子中，呈現(xiàn)出圖1所示的反交錯(底柵)型MISFET (金 屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)元件的制造方法。首先，在玻璃基板(1737，可從Corning Incorporated得到)上， 通過光刻法和剝離過程形成Ti 10nm/Au lOOnm柵極端子。進一步地， 在其上，作為表現(xiàn)出高電阻率的高電阻氧化物層，通過濺射在室溫下 形成厚度為400nm并且金屬成分比In:Ga:Zn = 1.00:0.94:0.65的非晶 In-Ga-Zn-O膜。使用In:Ga:Zn = 1:1:1的燒結(jié)體作為濺射靶。在濺射 中，使用氧氣-氬氣混合氣體作為濺射氣體。氧氣-氬氣混合氣體被 設(shè)為具有5.0xlO"Pa的總壓和7.0xlO-2Pa的氧分壓。可以獲得由此獲得的膜作為具有10"Q.cm或更大的高電阻率的、 足以用作元件間隔離區(qū)域的薄氧化物膜。然后，通過電子束真空沉積形成Mo 100nm/Ti5nm膜，然后通過 光刻法和剝離過程形成源電極和漏電極。再然后，在惰性氣體的氣氛中用燈加熱對于可見光區(qū)域的光透明 的熱處理非晶In-Ga-Zn-O膜。這里，在大氣壓下并且使用可見光燈 在Ar氣體的氣氛中實施10分鐘的照射，以使得鄰接源電極和漏電極 的區(qū)域的電阻局部變低，使得形成溝道區(qū)域。源電極和漏電極吸收和反射燈的光，并且，這使得源電極和漏電 極能夠被局部加熱到大于或等于150。C且小于或等于250。C，以形成 氧化物半導(dǎo)體區(qū)域(溝道區(qū)域)。因此，能夠完成圖1所示的反交錯(底柵)型MISFET元件，其中，不使用任何蝕刻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的步驟而整體地形成元件間隔 離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域。
該MIS FET元件可實現(xiàn)lcmVVs或更大的電場效應(yīng)遷移率和 1E-11A或更小的截止電流。 例子2
在本例子中，呈現(xiàn)出圖2所示的反交錯(底柵)型MISFET元件 的制造方法。
首先，在玻璃基板(1737，可從Corning Incorporated得到)上， 通過光刻法和剝離過程形成Ti 10nm/Au lOOnm柵極端子。進一步地， 在其上，以100nm的厚度通過濺射形成由a-SiOx構(gòu)成的絕緣層。在 濺射中，使用Si02耙作為濺射靶，并且，使用氧氣-氬氣混合氣體作 為濺射氣體。
然后，在此絕緣層上，在室溫下通過濺射形成要被用作元件間隔 離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的非晶In-Ga-Zn-O膜，該非晶 In-Ga-Zn-O膜具有35nm的厚度并且金屬成分比In:Ga:Zn -1.00:0.94:0.65。在該濺射中，使用氧氣-氬氣混合氣體作為濺射氣體。 氧氣-氬氣混合氣體被設(shè)為具有5.1xlO"Pa的總壓和6.5xl(T2Pa的氧 分壓。
可以獲得由此獲得的膜作為具有1(TQ.cm或更大的高電阻率的、 足以用作元件間隔離區(qū)域的薄氧化物膜。
然后，在惰性氣體(He氣體)的氣氛中用燈加熱對于可見光區(qū)域 的光透明的作為絕緣層的a-SiOx膜和高電阻非晶In-Ga-Zn-O膜。這 里，在大氣壓下并且使用近紅外線燈在He氣體的氣氛中實施15分鐘 的照射，以使得鄰接源電極和漏電極的區(qū)域的電阻局部變低，使得形 成溝道區(qū)域。
只有柵電極吸收和反射燈的光，并且，這使得只有柵電極被局部 加熱到大于或等于150。C且小于或等于200。C,以形成氧化物半導(dǎo)體 區(qū)域(溝道區(qū)域)。
最后，通過電子束真空沉積形成Au 100nm/Ti5nm膜，然后通過光刻法和剝離過程形成源極端子和漏極端子。
因此，能夠完成圖2所示的反交錯(底柵)型MISFET元件，其 中，不使用任何蝕刻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域的步驟而整體地形成元件間隔 離區(qū)域和氧化物半導(dǎo)體區(qū)域。
該MIS FET元件可實現(xiàn)lcmVVs或更大的電場效應(yīng)遷移率和 IO-UA或更小的截止電流。
例子3
在此例子中，描述圖5所示的利用液晶單元作為顯示元件的顯示 裝置。
重復(fù)例子2中的薄膜晶體管的制造步驟以制造圖5所示的薄膜晶 體管。
在以上的薄膜晶體管中，用作漏電極的ITO膜的島狀體的短邊延 伸達100|am。這樣延伸的膜的90|xm的部分被留下以確保到源電極和 柵電極的布線。在該狀態(tài)中，薄膜晶體管被絕緣層覆蓋以獲得基板構(gòu) 件。在該構(gòu)件上，通過涂敷形成聚酰亞胺膜，該聚酰亞胺膜然后經(jīng)受 摩擦(rubbing)。
同時，以相同的方式在塑料基板上形成ITO膜和聚酰亞胺膜，然 后通過摩擦制備基板構(gòu)件，并且，將其與形成有薄膜晶體管的上述基 板構(gòu)件上形成的聚酰亞胺膜對置，留有5nm的氣隙，向列型液晶被注 入該氣隙中。
進一步在由此獲得的結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置一對偏振片。
這里，向薄膜晶體管的源電極施加電壓，并且，改變向柵電極施 加的電壓，于是，光透射率僅在與從漏電極延伸的ITO膜島狀體的一 部分對應(yīng)的3(Himx卯iim的區(qū)域中變化。也可在使得薄膜晶體管進入 導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓的施加下通過源-漏電壓連續(xù)改變此光透射率。
由此制造與圖5器件對應(yīng)的利用液晶單元作為顯示元件的顯示裝置。
并且，在此例子中，可以這樣構(gòu)建器件，即，使用白色塑料基板 作為要在上面制造薄膜晶體管的基板，用金電極代替薄膜晶體管的各電極，并且去除聚酰亞胺膜和偏振片。
然后，這樣構(gòu)建器件，即，用通過在絕緣涂層膜包封中密封顆粒 和流體形成的艙體填充白色基板和透明基板之間的氣隙。
在以這種方式構(gòu)建顯示裝置的情況下，控制跨著根據(jù)該薄膜晶體
管延伸的漏電極和上部ITO膜施加的電壓，由此搶體中的顆粒上下移 動。借助于這種移動，延伸的漏電極區(qū)域的從透明基板側(cè)觀看的反射 率被控制，并且這使得能夠顯示。
在此例子中，還可制造多個薄膜晶體管，使得各薄膜晶體管可相 互相鄰地排列。例如，可構(gòu)建由四個晶體管和一個電容器構(gòu)成的電流 控制電路，這里，其最后級的晶體管中的一個被設(shè)置成圖4所示的薄 膜晶體管以驅(qū)動電致發(fā)光元件。
例如，使用其中上述的ITO膜被設(shè)置為漏電極的薄膜晶體管。然 后，在與從漏電極延伸的ITO膜島狀體的一部分對應(yīng)的30pmx90nm 的區(qū)域上形成主要包含電荷注入層和發(fā)光層的有機電致發(fā)光元件。由 此，可制造利用電致發(fā)光元件的顯示裝置。
例子4
在此例子中，二維布置例子3中的顯示元件和薄膜晶體管(TFT )。 例如，沿短邊方向以400nm的間隔、并且沿長邊方向以120nm 的間隔配置7425xl7卯個1象素，每個《象素保持約30|nmxll5Kim的面積， 該面積包含例子3中的顯示元件(諸如液晶單元和電致發(fā)光元件)和 TFT的面積。
然后，設(shè)置柵極布線的17卯條線和信號布線的7425條線；前者 沿長邊方向穿過7425個TFT的柵電極，后者在1790個TFT的源電 極的從非晶氧化物半導(dǎo)體膜的島狀體突出5pm的部分上沿短邊方向 穿過所述1790個TFT的源電極。然后，這些布線與柵極驅(qū)動器電路 和源極驅(qū)動器電路連接。
并且，在液晶顯示元件的情況下，可以在表面上設(shè)置濾色器，在 所述濾色器中，RGB以與液晶顯示元件相同的尺寸在位置對準的情況 下沿長邊方向重復(fù)排列，使得可以構(gòu)建具有約211ppi和A4尺寸的有源矩陣型彩色圖像顯示裝置。
在電致發(fā)光元件的情況下也是同樣，包含于一個電致發(fā)光元件中
的兩個TFT中的第一 TFT的柵電極和第二 TFT的源電極可分別被布 線連接到柵極線和信號線。然后，可沿長邊方向以RGB重復(fù)電致發(fā) 光元件的發(fā)光波長。由此可以構(gòu)建對于各元件具有相同分辨率的發(fā)光 彩色圖像顯示裝置。
這里，可使用與像素的TFT相同的根據(jù)本發(fā)明的TFT、或者使 用任何現(xiàn)有的IC芯片構(gòu)建驅(qū)動有源矩陣的驅(qū)動器電路。
例子5
在此例子中，描述與圖5所示的液晶單元類似地構(gòu)建的電泳型顯 示裝置。
制造薄膜晶體管的步驟與例子2中的步驟相同。但是，作為薄膜 晶體管的尺寸，溝道長度為7(^un，溝道寬度為140pm，并且柵極重 疊長度為5pm，由此使用適于像素尺寸的薄膜晶體管。
在以上的薄膜晶體管中，用作漏電極的ITO膜的島狀體的短邊延 伸達338jim。由此延伸的膜的230|am的一部分被留下以確保到源電極 和柵電極的布線。在此狀態(tài)中，用絕緣層覆蓋薄膜晶體管。
還在透明基板(未示出)上形成電極，并且其電極側(cè)被設(shè)置為與 以上的ITO膜側(cè)相對，留下氣隙，并且，此氣隙被隔板等密封，使得 包含電泳顆粒的著色的溶劑不會泄漏。因此，80pm的電極間距離衫L 確保。用黑色著色物質(zhì)著色的溶劑和白色電泳顆粒(平均粒徑為6iam 的氧化鈦)分散于這些電極之間。從薄膜晶體管側(cè)向其施加電壓，并 且，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)黑白顯示。
也可執(zhí)行這樣的黑白顯示，其中，使用通過在聚苯乙烯樹脂中混 入碳獲得的顆粒作為硅油中的著色電泳顆粒(平均粒徑為1.5nm)， 該硅油是無色透明液體。但是，這種情況下的電極可能更優(yōu)選由高反 射率金屬形成，原因是這樣可保證更高的對比度。
作為著色電泳顆粒，也可使用具有10pm或更小的小粒徑的彩色 調(diào)色劑，并且這使得能夠容易地實現(xiàn)彩色顯示。膽齒相液晶(cholesteric liquid crystal)也可被注入到被i殳為彼此 相對的這些電極之間的空間中，以反射適于此膽甾相液晶的特性的光。 這也使得能夠?qū)崿F(xiàn)彩色顯示。
雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限 于公開的示例性實施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋 以包含所有這些變型以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
本申請要求在2007年2月20日提交的日本專利申請No. 2007-039363 、在2007年5月23日提交的日本專利申請No.
2007- 136697和在2008年2月7日提交的日本專利申請No.
2008- 028001的權(quán)益，在此以引用方式包含它們的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于制造其中要在基板上形成柵電極的薄膜晶體管的方法，該方法包括以下步驟在所述基板上形成所述柵電極；以覆蓋所述柵電極的方式形成金屬氧化物層；形成源電極和漏電極；以及在惰性氣體中實施熱處理，以將所述金屬氧化物層的一部分變成溝道區(qū)域。
2. —種用于制造其中要在基板上形成柵電極的薄膜晶體管的方 法，該方法包括以下步驟在所述基板上形成所述柵電極； 以覆蓋所述柵電極的方式形成柵絕緣膜； 在所述柵絕緣膜上形成金屬氧化物層； 形成源電極和漏電極；以及在惰性氣體中實施熱處理，以將所述金屬氧化物層的一部分變成 溝道區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于制造薄膜晶體管的方法，其中，所述金屬氧化物層包含Zn作為材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的用于制造薄膜晶體管的方法，其中，所述金 屬氧化物層還包含In、 Ga、 Al、 Fe、 Sn、 Mg、 Ca、 Si和Ge中的至 少一種，具有1()SQ.cm或更大的電阻率，并且為非晶的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的用于制造薄膜晶體管的方法，其中，所述惰 性氣體為Ar氣體。
6. —種顯示裝置，包括通過根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項的用于 制造薄膜晶體管的方法制造的薄膜晶體管，該晶體管的源電極或漏電 極與顯示元件的電極連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述顯示元件是電致發(fā)光 元件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中，所述顯示元件是液晶單元。
全文摘要
在其中要在基板1上形成柵電極4的薄膜晶體管的制造方法中，該方法具有以下步驟在基板1上形成柵電極4；以覆蓋所述柵電極4的方式形成金屬氧化物層7；形成源電極6和漏電極5；以及在惰性氣體中實施退火，以將金屬氧化物層7的一部分變成溝道區(qū)域。
文檔編號H01L29/786GK101617408SQ200880005310
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月20日
發(fā)明者佐野政史, 享 林 申請人:佳能株式會社