液晶顯示器件及包括該液晶顯示器件的電子設備的制造方法
【專利說明】液晶顯示器件及包括該液晶顯示器件的電子設備
[0001 ] 本發(fā)明申請是申請?zhí)枮?01080049068.9，申請日為2010年9月29日，名稱為“液晶顯示器件及包括該液晶顯示器件的電子設備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領域
[0002]本發(fā)明的一個實施方式涉及包括使用氧化物半導體的場效應晶體管的半導體器件。
[0003]在本說明書中，半導體器件指的是能夠通過利用半導體特性工作的所有基型的器件，并且諸如液晶顯示器件的電光器件、半導體電路以及電子設備都是半導體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜形成薄膜晶體管的技術(shù)備受關注。薄膜晶體管被用于以液晶電視為典型的顯示設備。作為可應用于薄膜晶體管的半導體薄膜，硅基半導體材料是公知的。但是，作為另一材料，氧化物半導體備受關注。
[0005]作為氧化物半導體的材料，氧化鋅或含有氧化鋅作為其成分的材料是公知的。而且，已公開了使用電子載流子濃度低于11Vcm3的非晶氧化物(氧化物半導體)形成的薄膜晶體管(專利文獻I至3)。
[0006][專利文獻I]日本專利申請公開2006-165527號公報
[0007][專利文獻2]日本專利申請公開2006-165528號公報
[0008][專利文獻3]日本專利申請公開2006-165529號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]然而，在形成工藝中產(chǎn)生的與氧化物半導體膜的化學計量組成的差異在一些情形中會成為問題。例如，在膜中氧過剩或缺乏的情況下或所包含的作為雜質(zhì)的氫成為電子供體的情況下，導電率改變。
[0010]即使在電子載流子濃度低于11Vcm3時，氧化物半導體也是基本為η型的氧化物半導體，且上述專利文獻所公開的薄膜晶體管的開關比僅為約103。這種薄膜晶體管的開關比低的原因是截止電流大。
[0011]本發(fā)明的一個實施方式是一種包括具有穩(wěn)定電特性(例如，截止電流極低)的薄膜晶體管的顯示器件。
[0012]本發(fā)明的一個實施方式是一種包括薄膜晶體管的液晶顯示器件，在該薄膜晶體管中使用作為通過去除在氧化物半導體中用作電子供體(供體)的雜質(zhì)獲得的本征或基本上本征的半導體、且其能隙大于硅半導體的氧化物半導體來形成溝道區(qū)。
[0013]S卩，本發(fā)明的一個實施方式是一種包括使用氧化物半導體膜形成溝道區(qū)的薄膜晶體管的液晶顯示器件。氧化物半導體所包含的氫或OH鍵極少，以使氧化物半導體所包含的氫為小于或等于5 X 11Vcm3，優(yōu)選為小于或等于5 X 11Vcm3，更優(yōu)選為小于或等于5 X 117/cm3，并且使氧化物半導體膜的載流子濃度設置為小于或等于5 X 11Vcm3，優(yōu)選為小于或等于5 X 11Vcm30
[0014]氧化物半導體的能隙為大于或等于2eV，優(yōu)選為大于或等于2.5eV，更優(yōu)選為大于或等于3eV，且形成供體的諸如氫的雜質(zhì)被極大地減少，以使載流子濃度為小于或等于I X11Vcm3，優(yōu)選為小于或等于I X 11Vcm3。
[0015]當這樣的高度純化的氧化物半導體被用于薄膜晶體管的溝道形成區(qū)時，即使溝道寬度為1mm且漏電壓為10V，氧化物半導體也工作以使在柵電壓為-5V至-20V時漏電流為小于或等于I X 10—13A。本說明書所公開的本發(fā)明的一個實施方式是一種液晶顯示器件。在該液晶顯示器件中，薄膜晶體管設置在像素部中所設置的信號線和像素電極之間，該薄膜晶體管包括:柵電極;設置成與柵電極重疊的柵極絕緣層;設置成隔著柵極絕緣層與柵電極重疊的氧化物半導體層；以及設置成與氧化物半導體層的一部分重疊的源電極和漏電極。不形成與所述像素電極電連接的輔助電容器。
[0016]本發(fā)明的另一個實施方式是一種液晶顯示器件。在該液晶顯示器件中，薄膜晶體管包括:柵電極;與柵電極重疊地設置的柵極絕緣層;隔著柵極絕緣層與柵電極重疊地設置的氧化物半導體層；以及設置成與氧化物半導體層的一部分重疊的源電極和漏電極。該薄膜晶體管設置在信號線和像素電極之間，信號線和像素電極分別設置在一個像素中的多個子像素中。不形成與像素電極電連接的輔助電容器。
[0017]注意，輔助電容器是指意圖性地設置的電容器，并且可以形成有非意圖性地設置的寄生電容。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，因為截止電流降到小于或等于IX 10—13A,所以不必設置用來保持施加到像素的信號電壓的電容器。也就是說，因為不必在每個像素中設置輔助電容器，所以可以提高開口率。此外，由于使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的薄膜晶體管的像素可保持在特定狀態(tài)(寫入視頻信號的狀態(tài))下，因此甚至在顯示靜態(tài)圖像時也可進行穩(wěn)定的工作。
【附圖說明】
[0019]圖1A和IB是液晶顯示器件的俯視圖和截面圖；
[0020]圖2A和2B是液晶顯示器件的俯視圖和截面圖；
[0021 ]圖3A至3D是液晶顯示器件的制造方法的截面圖；
[0022]圖4示出其中使用氧化物半導體的薄膜晶體管的Vg-1d特性；
[0023]圖5A和5B是其中使用氧化物半導體的薄膜晶體管的照片；
[0024]圖6A和6B是其中使用氧化物半導體的薄膜晶體管的Vg-1d特性(溫度特性)；
[0025]圖7示出液晶顯示器件；
[0026]圖8是其中使用氧化物半導體的具有反交錯型結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的縱向截面圖；
[0027I圖9A和9B是沿圖8所示的A-A’截面的能帶圖(示意圖)；
[0028]圖1OA和1B是沿圖8所示的B-B’截面的能帶圖(示意圖)；圖1OA示出對柵極(GI)施加正電壓(+Vg)的狀態(tài)，而圖1OB示出對柵極(Gl)施加負電壓(-Vg)的狀態(tài)；
[0029]圖11示出真空能級和金屬的功函數(shù)(φΜ)之間的關系以及真空能級和氧化物半導體的電子親和力(X)之間的關系；
[0030]圖12Α和12Β各自示出一液晶顯示器件；
[0031]圖13A和13B各自示出一液晶顯示器件；
[0032]圖14A和14B示出液晶顯示器件；
[0033]圖15A和15B各自示出一液晶顯示器件；
[0034]圖16A和16B各自不出一液晶顯不器件；
[0035]圖17A至17C各自示出一電子設備；
[0036]圖18A至18C各自不出一電子設備；
[0037 ]圖19示出娃MOS晶體管的源極與漏極之間的帶結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明的各個實施方式將參照附圖進行詳細說明。但是，本發(fā)明不限于下面的說明，所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員可以容易地理解本文中所揭示的實施方式和細節(jié)可以各種方式修改而不脫離本發(fā)明的宗旨及范圍。因此，本發(fā)明不應該被解釋為限定在本文中所包括的實施方式的內(nèi)容中。注意，在下面所說明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重復說明。
[0039]注意，有時為了簡單起見，本說明書中附圖所示的每一個結(jié)構(gòu)的大小、層的厚度、或區(qū)域放大表示。因此，本發(fā)明的各個實施方式不限于這種比例。
[0040]注意，本發(fā)明所使用的諸如“第一”、“第二”和“第三”的術(shù)語用于避免多個元件的混淆，并且并不意味著限制這些結(jié)構(gòu)元件的個數(shù)。因此，例如可以將術(shù)語“第一”適當?shù)刂脫Q為術(shù)語“第二”、“第三”等。
[0041](實施方式I)
[0042]下面說明其中使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的薄膜晶體管構(gòu)成液晶顯示器件的像素的例子。在本實施方式中，在液晶顯示器件中，作為一示例將示出并描述像素中所包括的薄膜晶體管以及與該薄膜晶體管連接的電極(也稱為像素電極)。注意，像素包括設置在顯示器件的每個像素中的元件，例如，薄膜晶體管、用作像素電極的電極以及向元件供給電信號的布線等。另外，像素可以包括濾色片等。例如，在包括R、G和B色素的彩色顯示器件中，圖像的最小單元由三種像素，即R像素、G像素及B像素構(gòu)成。
[0043]注意，當記載為“A與B相連接”時，本文中包括A與B彼此電連接的情況以及A與B彼此直接連接的情況。此處，A與B是對象物(例如，器件、元件、電路、布線、電極、端子、導電膜或?qū)拥?。
[0044]存儲電容是液晶元件的電容和單獨設置的電容器的電容的組合。前者稱為液晶電容，后者稱為輔助電容以作區(qū)分。
[0045]首先，作為常規(guī)液晶顯示器件中的像素部的示例，圖2A示出俯視圖。圖2A所示的薄膜晶體管具有稱為反交錯型結(jié)構(gòu)的一種底柵型結(jié)構(gòu)，其中在與柵電極重疊的氧化物半導體層上設置用作源電極和漏電極的布線層。
[0046]圖2A所示的像素部包括用作掃描線的第一布線2101、用作信號線的第二布線2102A、氧化物半導體層2103、電容線2104以及像素電極2105。此外，圖2A中的像素部包括用來使氧化物半導體層2103和像素電極2105電連接的第三布線2102B。
[0047]第一布線2101還用作薄膜晶體管2106的柵電極。
[0048]第二布線2102A還用作薄膜晶體管2106的源電極和漏電極之一以及電容器的一個電極。
[0049]第三布線2102B還用作薄膜晶體管2106的源電極和漏電極中的另一個。
[0050]電容線2104用作電容器的另一個電極。注意，第一布線2101及電容線2104形成在同一層中，而第二布線2102A及第三布線2102B形成在同一層中。此外，第三布線2102B和電容線2104彼此部分地重疊，以形成液晶元件的輔助電容器(電容器)。薄膜晶體管2106中所包括的氧化物半導體層2103隔著柵極絕緣膜2113(未示出)設置在第一布線2101上。
[0051 ]圖2B示出沿圖2A中的點劃線A1-A2的截面結(jié)構(gòu)。
[0052]在圖2B所示的截面結(jié)構(gòu)中，在襯底2111上隔著基底膜2112設置電容線2104和用作柵電極的第一布線2101。柵極絕緣膜2113設置成覆蓋第一布線2101及電容線2104。在柵極絕緣膜2113上設置有氧化物半導體層2103。此外，在氧化物半導體層2103上設置有第二布線2102A和第三布線2102B，且在其上設置有用作鈍化膜的氧化物絕緣層2114。在氧化物絕緣層2114中形成有開口部。在開口部中像素電極2105和第三布線2102B彼此連接。電容器通過將柵極絕緣膜2113用作電介質(zhì)由第三布線2102B和電容線2104構(gòu)成。
[0053]注意，如圖7所示，圖2A和2B中所示的像素對應于襯底700上排列成