液晶显示器件及包括该液晶显示器件的电子设备的制造方法
【专利说明】液晶显示器件及包括该液晶显示器件的电子设备
[0001 ] 本发明申请是申请号为201080049068.9，申请日为2010年9月29日，名称为“液晶显示器件及包括该液晶显示器件的电子设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明的一个实施方式涉及包括使用氧化物半导体的场效应晶体管的半导体器件。
[0003]在本说明书中，半导体器件指的是能够通过利用半导体特性工作的所有基型的器件，并且诸如液晶显示器件的电光器件、半导体电路以及电子设备都是半导体器件。
【背景技术】
[0004]使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜形成薄膜晶体管的技术备受关注。薄膜晶体管被用于以液晶电视为典型的显示设备。作为可应用于薄膜晶体管的半导体薄膜，硅基半导体材料是公知的。但是，作为另一材料，氧化物半导体备受关注。
[0005]作为氧化物半导体的材料，氧化锌或含有氧化锌作为其成分的材料是公知的。而且，已公开了使用电子载流子浓度低于11Vcm3的非晶氧化物(氧化物半导体)形成的薄膜晶体管(专利文献I至3)。
[0006][专利文献I]日本专利申请公开2006-165527号公报
[0007][专利文献2]日本专利申请公开2006-165528号公报
[0008][专利文献3]日本专利申请公开2006-165529号公报
【发明内容】
[0009]然而，在形成工艺中产生的与氧化物半导体膜的化学计量组成的差异在一些情形中会成为问题。例如，在膜中氧过剩或缺乏的情况下或所包含的作为杂质的氢成为电子供体的情况下，导电率改变。
[0010]即使在电子载流子浓度低于11Vcm3时，氧化物半导体也是基本为η型的氧化物半导体，且上述专利文献所公开的薄膜晶体管的开关比仅为约103。这种薄膜晶体管的开关比低的原因是截止电流大。
[0011]本发明的一个实施方式是一种包括具有稳定电特性(例如，截止电流极低)的薄膜晶体管的显示器件。
[0012]本发明的一个实施方式是一种包括薄膜晶体管的液晶显示器件，在该薄膜晶体管中使用作为通过去除在氧化物半导体中用作电子供体(供体)的杂质获得的本征或基本上本征的半导体、且其能隙大于硅半导体的氧化物半导体来形成沟道区。
[0013]S卩，本发明的一个实施方式是一种包括使用氧化物半导体膜形成沟道区的薄膜晶体管的液晶显示器件。氧化物半导体所包含的氢或OH键极少，以使氧化物半导体所包含的氢为小于或等于5 X 11Vcm3，优选为小于或等于5 X 11Vcm3，更优选为小于或等于5 X 117/cm3，并且使氧化物半导体膜的载流子浓度设置为小于或等于5 X 11Vcm3，优选为小于或等于5 X 11Vcm30
[0014]氧化物半导体的能隙为大于或等于2eV，优选为大于或等于2.5eV，更优选为大于或等于3eV，且形成供体的诸如氢的杂质被极大地减少，以使载流子浓度为小于或等于I X11Vcm3，优选为小于或等于I X 11Vcm3。
[0015]当这样的高度纯化的氧化物半导体被用于薄膜晶体管的沟道形成区时，即使沟道宽度为1mm且漏电压为10V，氧化物半导体也工作以使在栅电压为-5V至-20V时漏电流为小于或等于I X 10—13A。本说明书所公开的本发明的一个实施方式是一种液晶显示器件。在该液晶显示器件中，薄膜晶体管设置在像素部中所设置的信号线和像素电极之间，该薄膜晶体管包括:栅电极;设置成与栅电极重叠的栅极绝缘层;设置成隔着栅极绝缘层与栅电极重叠的氧化物半导体层；以及设置成与氧化物半导体层的一部分重叠的源电极和漏电极。不形成与所述像素电极电连接的辅助电容器。
[0016]本发明的另一个实施方式是一种液晶显示器件。在该液晶显示器件中，薄膜晶体管包括:栅电极;与栅电极重叠地设置的栅极绝缘层;隔着栅极绝缘层与栅电极重叠地设置的氧化物半导体层；以及设置成与氧化物半导体层的一部分重叠的源电极和漏电极。该薄膜晶体管设置在信号线和像素电极之间，信号线和像素电极分别设置在一个像素中的多个子像素中。不形成与像素电极电连接的辅助电容器。
[0017]注意，辅助电容器是指意图性地设置的电容器，并且可以形成有非意图性地设置的寄生电容。
[0018]根据本发明的一个实施方式，因为截止电流降到小于或等于IX 10—13A,所以不必设置用来保持施加到像素的信号电压的电容器。也就是说，因为不必在每个像素中设置辅助电容器，所以可以提高开口率。此外，由于使用根据本发明的一个实施方式的薄膜晶体管的像素可保持在特定状态(写入视频信号的状态)下，因此甚至在显示静态图像时也可进行稳定的工作。
【附图说明】
[0019]图1A和IB是液晶显示器件的俯视图和截面图；
[0020]图2A和2B是液晶显示器件的俯视图和截面图；
[0021 ]图3A至3D是液晶显示器件的制造方法的截面图；
[0022]图4示出其中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的Vg-1d特性；
[0023]图5A和5B是其中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的照片；
[0024]图6A和6B是其中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的Vg-1d特性(温度特性)；
[0025]图7示出液晶显示器件；
[0026]图8是其中使用氧化物半导体的具有反交错型结构的薄膜晶体管的纵向截面图；
[0027I图9A和9B是沿图8所示的A-A’截面的能带图(示意图)；
[0028]图1OA和1B是沿图8所示的B-B’截面的能带图(示意图)；图1OA示出对栅极(GI)施加正电压(+Vg)的状态，而图1OB示出对栅极(Gl)施加负电压(-Vg)的状态；
[0029]图11示出真空能级和金属的功函数(φΜ)之间的关系以及真空能级和氧化物半导体的电子亲和力(X)之间的关系；
[0030]图12Α和12Β各自示出一液晶显示器件；
[0031]图13A和13B各自示出一液晶显示器件；
[0032]图14A和14B示出液晶显示器件；
[0033]图15A和15B各自示出一液晶显示器件；
[0034]图16A和16B各自不出一液晶显不器件；
[0035]图17A至17C各自示出一电子设备；
[0036]图18A至18C各自不出一电子设备；
[0037 ]图19示出娃MOS晶体管的源极与漏极之间的带结构。
【具体实施方式】
[0038]本发明的各个实施方式将参照附图进行详细说明。但是，本发明不限于下面的说明，所属技术领域的普通技术人员可以容易地理解本文中所揭示的实施方式和细节可以各种方式修改而不脱离本发明的宗旨及范围。因此，本发明不应该被解释为限定在本文中所包括的实施方式的内容中。注意，在下面所说明的本发明的结构中，使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。
[0039]注意，有时为了简单起见，本说明书中附图所示的每一个结构的大小、层的厚度、或区域放大表示。因此，本发明的各个实施方式不限于这种比例。
[0040]注意，本发明所使用的诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语用于避免多个元件的混淆，并且并不意味着限制这些结构元件的个数。因此，例如可以将术语“第一”适当地置换为术语“第二”、“第三”等。
[0041](实施方式I)
[0042]下面说明其中使用根据本发明的一个实施方式的薄膜晶体管构成液晶显示器件的像素的例子。在本实施方式中，在液晶显示器件中，作为一示例将示出并描述像素中所包括的薄膜晶体管以及与该薄膜晶体管连接的电极(也称为像素电极)。注意，像素包括设置在显示器件的每个像素中的元件，例如，薄膜晶体管、用作像素电极的电极以及向元件供给电信号的布线等。另外，像素可以包括滤色片等。例如，在包括R、G和B色素的彩色显示器件中，图像的最小单元由三种像素，即R像素、G像素及B像素构成。
[0043]注意，当记载为“A与B相连接”时，本文中包括A与B彼此电连接的情况以及A与B彼此直接连接的情况。此处，A与B是对象物(例如，器件、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜或层等)。
[0044]存储电容是液晶元件的电容和单独设置的电容器的电容的组合。前者称为液晶电容，后者称为辅助电容以作区分。
[0045]首先，作为常规液晶显示器件中的像素部的示例，图2A示出俯视图。图2A所示的薄膜晶体管具有称为反交错型结构的一种底栅型结构，其中在与栅电极重叠的氧化物半导体层上设置用作源电极和漏电极的布线层。
[0046]图2A所示的像素部包括用作扫描线的第一布线2101、用作信号线的第二布线2102A、氧化物半导体层2103、电容线2104以及像素电极2105。此外，图2A中的像素部包括用来使氧化物半导体层2103和像素电极2105电连接的第三布线2102B。
[0047]第一布线2101还用作薄膜晶体管2106的栅电极。
[0048]第二布线2102A还用作薄膜晶体管2106的源电极和漏电极之一以及电容器的一个电极。
[0049]第三布线2102B还用作薄膜晶体管2106的源电极和漏电极中的另一个。
[0050]电容线2104用作电容器的另一个电极。注意，第一布线2101及电容线2104形成在同一层中，而第二布线2102A及第三布线2102B形成在同一层中。此外，第三布线2102B和电容线2104彼此部分地重叠，以形成液晶元件的辅助电容器(电容器)。薄膜晶体管2106中所包括的氧化物半导体层2103隔着栅极绝缘膜2113(未示出)设置在第一布线2101上。
[0051 ]图2B示出沿图2A中的点划线A1-A2的截面结构。
[0052]在图2B所示的截面结构中，在衬底2111上隔着基底膜2112设置电容线2104和用作栅电极的第一布线2101。栅极绝缘膜2113设置成覆盖第一布线2101及电容线2104。在栅极绝缘膜2113上设置有氧化物半导体层2103。此外，在氧化物半导体层2103上设置有第二布线2102A和第三布线2102B，且在其上设置有用作钝化膜的氧化物绝缘层2114。在氧化物绝缘层2114中形成有开口部。在开口部中像素电极2105和第三布线2102B彼此连接。电容器通过将栅极绝缘膜2113用作电介质由第三布线2102B和电容线2104构成。
[0053]注意，如图7所示，图2A和2B中所示的像素对应于衬底700上排列成