TW201030983A

TW201030983A - Oxide semiconductor, thin film transistor, and display device

Info

Publication number: TW201030983A
Application number: TW98135431A
Authority: TW
Inventors: Shunpei Yamazaki; Toshinari Sasaki; Miyuki Hosoba; Shunichi Ito; Junichiro Sakata
Original assignee: Semiconductor Energy Lab
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2010-08-16
Also published as: JP2010103340A; KR101643535B1; KR101669427B1; JP5616012B2; TWI585984B; US9136389B2; CN105118856A; KR20100045913A; CN101728425A; US20100102312A1; KR20160086801A

Description

201030983 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】 * 本發明係關於一種氧化物半導體，其中使用了該氧化 • 物半導體的薄膜電晶體，以及其中使用了該薄膜電晶體的顯示裝置。矽晶 up 1 多術的技化前氫先晶 S 胃膜薄於用作用被要主 \ly Η

體的材料。氫化的非晶矽可以在300°C或更低的低溫被沉積爲薄膜。但是，a-Si : Η具有的缺點在於，它僅僅有約 lcm2/V’sec的遷移率（在薄膜電晶體的情況下爲場效應遷移率）。公開了一種透明的薄膜場效應電晶體，其中同系化合物（homologous compound ) InM〇3(ZnO)m ( Μ 是 In、Fe 、Ga或Al，以及m是大於或等於1且小於50的整數）的薄膜，其作爲可以形成爲如同a-Si: Η —樣的薄膜的氧化物半導體，被用作主動層（參見專利文獻1)。此外，公開了一種薄膜電晶體，其中電子載流子濃度小於1018/cm3的非晶氧化物被用於通道層，且其是包含 In、Ga和Zn的氧化物，這裏In原子與Ga和Zn原子的比率是1 : 1 : m(m<6)(參見專利文獻2 )。 [專利文獻1] 日本公佈的專利申請No. 2004-103957 [專利文獻2] -5- 201030983 PCT 國際公開 No. 05/088726 【發明內容】但是’利用其中使用氧化物半導體的習知薄膜電晶體僅僅獲得約1〇3的通斷比（0n-0ff ratio )。換句話說，即使薄膜電晶體具有預定的導通電流，只要關斷電流是大的，它就不能是常斷型。因此，薄膜電晶體不具有用作顯示面板的驅動元件的優點。這是因爲甚至用其中使用非晶矽的習知薄膜電晶體也可以容易地實現約1〇3的通斷比。本發明的目的是控制氧化物半導體的組分或缺陷。本發明的另一目的是增加薄膜電晶體的場效應遷移率以及獲得足夠通斷比並抑制關斷電流。根據被給出作爲例子的實施例，一種氧化物半導體包含作爲成分的In、Ga和Zn，且還包含氫。該氧化物半導體可以包含諸如氟或氯的鹵素，以便該氧化物半導體具有與氫的等效的效果。該氧化物半導體包含作爲成分的In 、Ga和Zn，以及Zn的濃度較佳的低於In的濃度和Ga 的濃度。此外，該氧化物半導體較佳的具有非晶結構。根據被給出作爲例子的實施例，一種氧化物半導體由 ΙηΜ03(Ζη0)η 表示（Μ 是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co 和 Α1 的一種或多種元素，以及η是大於或等於1且小於50的非整數），且還包含氫。在該情況下，Zn的濃度較佳的低於In的濃度和Μ的濃度（Μ是選自Ga、Fe、Ni、Μη 、Co和Α1的一種或多種元素）。此外，該氧化物半導體 -6- 201030983 較佳的具有非晶結構。這裏’ η較佳的是大於或等於1且小於50的非整數，更較佳的小於10。儘管η可以是大於或等於5〇的非整 * 數’但是η的値的增加使得難以保持非晶態。結果，不能獲得足夠的氫的修復缺陷的效果。根據被給出作爲例子的實施例，氧化物半導體是包含 In、Ga以及Ζη的氧化物，其中In原子與Ga和Ζη原子參的比率是l:l:x(x<10)，並且還包含氫。此外，該氧化物半導體較佳的具有非晶結構。根據被給出作爲例子的實施例，一種氧化物半導體由 • InM〇3(ZnO)m 表不（M 是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co 和 A1的一種或多種元素，m是大於或等於1且小於50的整數）’且還包含氫。此外，該氧化物半導體較佳的具有非晶結構。這裏，m較佳的是大於或等於1且小於50的整數， ❹ 更佳的小於1 〇。m値增加太多使得難以保持非晶態。結果，不能獲得足夠的氫的修復缺陷的效果，並增加了導電性；因此，不能獲得常斷電晶體。根據被給出作爲例子的實施例，在薄膜電晶體中，使 ' 用根據上述實施例的任意氧化物半導體作爲通道形成區。 ' 較佳的與氧化物半導體接觸地提供一種含氫的氧化物絕緣層。更佳的，在該氧化物半導體的上下側中的每一側上提供該含氫的氧化物絕緣層。較佳的在該氧化物半導體外面提供氮化物絕緣層。 201030983 根據被給出作爲例子的實施例，在顯示裝置中，爲至少一個像素提供任意的上述實施例的薄膜電晶體。根據被給出作爲例子的實施例，在顯示裝置中，爲至少一個像素和驅動器電路提供上述實施例的薄膜電晶體，該驅動器電路用於控制要被傳輸到該像素中提供的薄膜電晶體的信號。在該氧化物半導體中還包含作爲成分的氫，由此可以減少氧化物半導體的缺陷。在被包含作爲該氧化物半導體的成分的In、Ga和Zn 中’ Zn濃度低於in的濃度和Ga的濃度，由此可以減小載流子濃度’並且該氧化物半導體也可以具有非晶結構。這種氧化物半導體被用作通道形成區，由此可以減小薄膜電晶體的關斷電流，以及可以增加其通斷比。【實施方式】下面，將參考附圖描述所公開的本發明的實施例。注意’所屬領域的技術人員容易理解，所公開的本發明可以以許多不同的模式進行’並且在此公開的模式和細節可以用多種方式進行改進而不脫離本發明的精神和範圍。因此 ’所公開的本發明不應該被解釋爲限於以下實施例的描述 (氧化物半導體（1 )) 根據被給出作爲例子的本實施例的氧化物半導體包含 -8 - 201030983 作爲成分的In、Ga和Zn，還包含氫。例如，根據被給出作爲例子的本實施例的氧化物半導體是包含氫並由 ' ΙηΜ03(Ζη0)η表示的氧化物半導體（下面，爲了方便起見 • ’這種氧化物半導體也被稱爲“第一氧化物半導體”）。這裏，Μ表示選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Α1的一種或多種金屬元素。例如，除了 Ga被包含作爲Μ的情況之外，還有Ga和除Ga以外的上述金屬元素的情況，例如，Ga φ 和Ni或者Ga和Fe被包含作爲Μ。此外，在以上的氧化物半導體中，在某些情況下，除被包含作爲Μ的金屬元素之外，還包含諸如Fe或Ni的過渡金屬元素或者過渡金 . 屬的氧化物作爲雜質元素。在由 ΙηΜ03(Ζη0)η(Μ 是選自 Ga、Fe、Ni、Mn'Co 和A1的一種或多種元素，以及η是大於或等於1且小於 50的非整數）表示的第一氧化物半導體中，η表示大於或等於1且小於50的非整數。已知其晶態中的組分由 Q InGa03 ( ZnO ) η表示的、其中η是大於或等於1且小於 50的整數的氧化物半導體。但是，考慮到製造過程中的控制，ΙηΜ03(Ζπ0)η其中η是非整數的組分是較佳的，在該情況下，容易進行控制。此外，η較佳的是非整數，以 ' 便穩定地保持第一氧化物半導體的非晶結構。 • 這裏，η較佳的是大於或等於1且小於50的非整數，更佳的小於10。儘管η可以是大於或等於50的非整數，但是η値的增加使得難以保持非晶態。結果，不能獲得足夠的氫的修復缺陷的效果。 -9- 201030983 透過二次離子質譜法檢測的第一氧化物半導的濃度，較佳的大於或等於1 xl018/cm3且小 5 X 1 02()/Cm3。第一氧化物半導體膜的表面側上氫佳的高於第一氧化物半導體膜中氬的濃度。在由 ΙηΜ03(ΖηΟ)η ( Μ 是選自 Ga、Fe、Ni 和A1的一種或多種元素，以及n是大於或等於 50的非整數）表示並還包含氫的第一氧化物半以下組分是較佳的：當In、Μ、Ζη和Ο的總濃爲100%時，包含小於20原子％的濃度的In，包原子％的濃度的Μ (例如，Ga )，以及包含小於的濃度的Ζη。包含In、作爲Μ的Ga以及Ζη的物半導體的更較佳的組分如下：以大於或等於1: 且小於或等於20.0原子％的濃度包含In和Ga中以及以大於或等於5.0原子％且小於或等於1 〇 . 0 濃度包含Ζη。第一氧化物半導體具有非晶結構，因此即使氣氛中的在500°C的熱處理，它也不被晶化。當溫度增加到700°C時，在某些情況下，在非晶結奈米晶體。在任何一種情況下，第一氧化物半導晶半導體。

使Ζη的濃度低於In的濃度和Ga的濃度，氧化物半導體具有非晶結構。在第一氧化物半導的濃度較佳的小於或等於In的濃度和Ga的濃度個的一半。在第一氧化物半導體中的Ζη或ZnO 體膜中氫於或等於的濃度較、Mn、Co 1且小於導體中，度被定義含小於20 1 〇原子％第一氧化 ;.0原子％的每個，原子％的過在氮氣熱處理的構中產生體是非單以便第一體中，Ζη 中的每一的比例爲 201030983 高的情況下，透過濺射方法形成的膜是晶化的膜。在第一氧化物半導體中的Zn或Zn〇的比例爲高的 ' ，即使在初始狀態中第一氧化物半導體是非結晶的 • 在幾百攝氏度下的熱處理它也容易被晶化。另一方

Zn的濃度低於In的濃度和Ga的濃度，由此可以第一氧化物半導體中獲得非晶結構的組分範圍。 φ (氧化物半導體（2)) 根據被給出作爲例子的本實施例的氧化物半導 In、Ga和Zn，其中In原子與Ga和Zn原子的比率 . 1: x(x < 10)，並且該氧化物半導體還包含氫。物半導體是，例如，包含氫並由InM03(Zn0)m表化物半導體（下面，爲了方便起見，這種氧化物半被稱爲“第二氧化物半導體”）。這裏，Μ表示選自 Fe、Ni、Mn、Co和 A1的金屬元素。此外，在以 Q 化物半導體中，在某些情況下，除被包含作爲Μ 元素之外，還包含諸如Fe或Ni的過渡金屬元素或屬的氧化物作爲雜質元素。在由InM03(Zn0)m表示的第二氧化物半導體中 . 佳的是大於或等於1且小於50的整數’更佳的小 - m値增加太多使得難以保持非晶態。換句話說’隨比例的增加，第二氧化物半導體容易被晶化。因此二氧化物半導體中，m較佳的小於1〇。In原子與 Zn原子的比率也指示了這點。相對於In的比例和此外，情況下，透過面，使擴大在體包含是1 : 該氧化示的氧導體也丨Ga、上的氧的金屬過渡金，m較冷10 ° 著ZnO ，在第 G a和 Ga的 -11 - 201030983 比例’ Zn的比例被設置爲小於或等於1 〇，由此可以抑制結晶化。透過二次離子質譜法檢測的第二氧化物半導體膜中氫的濃度，較佳的大於或等於1 X 1 018/cm3且小於或等於 5 X 1 02O/cm3。氫修復第二氧化物半導體的缺陷。氫被鍵合到元素的懸垂鍵，由此減小平均配位數，有助於第二氧化物半導體的結構的鬆弛。以上濃度範圍使得第二氧化物半導體能夠容易地形成爲具有非晶結構的膜。此外，在從第二氧化物半導體不漏出氫的溫度，獲得抑制結晶化的效果。 (形成氧化物半導體膜的方法）可以在預定基板上將上述第一氧化物半導體和第二氧化物半導體形成爲薄膜。第一氧化物半導體和第二氧化物半導體可以透過相同的形成方法來形成。該氧化物半導體膜較佳的透過物理氣相沉積（PVD ) 方法形成。儘管濺射方法、電阻加熱蒸發方法、電子束蒸發方法、離子束沉積方法等等可以被用作用於形成氧化物半導體膜的PVD方法，但是較佳的採用濺射方法，以使得可以容易地執行大的基板上的氧化物半導體膜的沉積。作爲較佳的的沉積方法，可以採用其中使用由In、Μ (Μ是選自 Ga、Fe、Ni、Μη、Co和Α1的一種或多種元素）、Zn等等製成的金屬靶以及使該金屬靶與氧起反應以在基板上沉積氧化物半導體膜的反應濺射方法。作爲另 -12- 201030983 一沉積方法，可以採用其中使用透過燒結In、M(M是選自Ga、Fe、Ni、Μη、Co和A1的一種或多種元素）和Zn ' 的氧化物製成的靶的濺射方法。此外，作爲另一種沉積方 • 法，可以採用其中使用透過燒結In、M(M是選自Ga、 Fe、Ni、Μη、Co和A1的一種或多種元素）以及Zn製成的耙並使該靶反應以在基板上沉積氧化物半導體膜的反應濺射方法。 φ 作爲濺射方法中使用的靶的例子，可以採用Ιη203、

Ga203和ZnO的燒結體。這種靶的組分較佳的被如下設置 :ln203、Ga203和ZnO的比例被設爲相同的値，或者 . ZnO的比例小於Ιη203的比例和Ga203的比例。儘管在基板上沉積的氧化物半導體膜的組分根據靶材料對濺射氣體的濺射率而改變，但是靶的至少上述組分的使用使得可以獲得其中包含In、Ga和Zn作爲成分並且Zn的濃度低於 In的濃度和Ga的濃度的氧化物半導體膜。換句話說，靶 φ 的上述組分使得該氧化物半導體膜能夠穩定地獲得非晶結構。濺射以這樣的方式執行：直流電源被施加到上述靶，以在沉積室中產生電漿。脈衝直流電源的使用是較佳的， ‘ 在該情況下，可以減少灰塵，以及可以使薄膜厚度分佈均 - 句〇在濺射氣氛中可以包含氫或H20，以便在該氧化物半導體膜中可以包含氫。換句話說，除將氣或H2〇添加到諸如氬氣的濺射氣體之外，還可以進行沉積使得氫或h2o -13- 201030983 保留在濺射設備的沉積室中。替換的，在該氧化物半導體膜的沉積之後，在氫氣氛或包含氫的氣氛中執行熱處理，由此在該氧化物半導體膜中可以包含氫。例如，在包含氫的氣氛中執行熱處理，其中氫氣與諸如氮氣或氬氣的惰性氣體混合，由此可以在氧化物半導體膜中包含氫。作爲另一種方法，該氧化物半導體膜可以暴露於氫自由基，以包含氫。氫自由基可以透過產生氫氣的輝光放電電漿而獲得〇透過二次離子質譜法檢測的氧化物半導體膜中的氫的濃度被設爲大於或等於 lxl018/cm3且小於或等於 5 X 1 02()/Cm3。在氧化物半導體中包含氫，由此可以減少氧化物半導體的缺陷。注意，在該氧化物半導體中氫可以被包含作爲OH，以及透過鍵合到諸如In、Ga或Zn的成分而被包含。透過氫或OH減少了該氧化物半導體中的懸垂鍵，由此可以使其中使用該氧化物半導體膜用於通道形成區的薄膜電晶體的亞臨界値擺動（S値）較小。 (薄膜電晶體）作爲用於製造將第一氧化物半導體或第二氧化物半導體用於通道形成區的薄膜電晶體的基板，可以使用玻璃基板、塑膠基板、塑膠膜等等。作爲玻璃基板，可以使用鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等的玻璃基板。例如，較佳的使用包含組分比比氧化硼（B2〇3 )的組分比更高的氧化鋇（BaO)並具有730°C或更高的應變 201030983 點的玻璃基板。該氧化物半導體膜可以透過濺射 200 °C或更低形成，並且可以使用以聚對苯二甲酸 '酯（PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN )、聚醚碾 • )或聚酰亞胺爲代表的塑膠材料製成的基板’具有或更低的厚度的上述塑膠材料的塑膠膜。圖1A和1B圖示了在這種基板101的表面上薄膜電晶體的例子。圖1A是薄膜電晶體的平面圖 φ ，圖1 B是沿線A 1 -B 1截取的剖面圖。圖1A和1B所示的薄膜電晶體具有底閘極結中在基板101上順序地形成閘極電極102和閘極 . 1〇3以及在閘極絕緣層103上形成氧化物半導體層源極電極104和汲極電極105被設置在閘極絕緣層氧化物半導體層106之間。換句話說，氧化物半 106被設置爲與閘極電極102重疊，並與閘極絕緣的部分上部和源極電極104和汲極電極105的側部參的一部分接觸。其中早於氧化物半導體層106，在緣層103上設置源極電極104和汲極電極105的結利之處在於，在其上形成氧化物半導體層106之前透過電漿處理清洗底表面。閘極電極102較佳的由諸如Ti、Mo、Cr、Ta$ * 難熔金屬形成。替換的，閘極電極102可以具有這構’其中在A1膜或向其添加了 Si、Ti、Nd、Sc、寺等的A1膜上，設置以Mo、Cr或Ti爲代表的難的層》方法在乙二醇 ,(PES 2 0 0 μιη 製造的的例子構，其絕緣層 106° 103和導體層層103 和上部聞極絕構的有，可以 K W的樣的結或 Cu 熔金屬 -15- 201030983 閘極絕緣層103較佳的由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等形成。這是因爲閘極絕緣層103可以被製成爲包含氫或OH基團，並且可以使氫或OH基團作用於氧化物半導體層106。特別的，當閘極絕緣層103由氧化矽形成時，源極電極和閘極電極之間以及汲極電極和閘極電極之間的漏電流可以低至約A或更低。這些絕緣層可以透過電漿CVD方法或濺射方法等等形成。例如，作爲閘極絕緣層103，可以使用有機矽烷氣體透過CVD方法形成氧化矽層。作爲有機矽烷氣體，可以使用諸如四乙氧基矽烷（TEOS)(化學式：Si(OC2H5)4) 、四甲基矽烷（TMS)(化學式：Si(CH3)4)、四甲基環四矽氧烷（TMCTS )、八甲基環四矽氧烷（OMCTS )、六甲基二矽氮烷（HMDS )、三乙氧基甲矽烷 (SiH(OC2H5)3)或二—甲氣基砂院（trisdimethylaminosilane ,SiH(N(CH3)2)3 )的含矽化合物。使用有機矽烷氣體形成的氧化矽膜在其膜中或在其表面上可以包含OH基團，並且可以使OH基團作用於氧化物半導體層1〇6，由此可以使缺陷不活性化（可以終止懸垂鍵）。源極電極104和汲極電極1〇5較佳的由諸如Ti、Mo 、Cr、Ta或W的難熔金屬形成。特別的，較佳的使用對於氧具有高親合力的金屬材料，以Ti爲代表。這是因爲，這種金屬材料容易與氧化物半導體層106產生歐姆接觸。除Ti之外’也可以使用Mo獲得類似的效果。源極電極1 0 4和汲極電極1 〇 5較佳的透過刻蝕進行處理，以具有 -16- 201030983 錐形末端形狀。這是因爲它們與氧化物觸面積可以增加。在源極電極和汲極電 ' 氧化物半導體層106之間，可以設置具 - 物半導體層（具有比用於通道形成區的低電阻的氧化物半導體層）。作爲源極電極104和汲極電極105 極可以具有其中在A1膜或向其添加了 φ Cu等等的A1膜上和/或下設置以Mo、難熔金屬的層的結構。當在同時並利用極104和汲極電極105的層相同的層來 . 的佈線時，該結構是有利的。較佳的提接觸的難熔金屬的層，以防止在A1膜狀物。注意該術語“丘狀物”指其中隨著進行，生長成分互相碰撞從而形成凸泡狀物”指其中由於異常生長，A1生長爲S 〇透過以濺射方法爲代表的PVD方體層1 06。作爲濺射靶，如上所述，較 Μ 是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co 和 A1 )以及Zn的氧化物的燒結體。例如， ' 和ZnO的燒結镡作爲靶，透過濺射方 • 導體膜。作爲濺射氣體，使用以氬氣爲代表控制該氧化物半導體膜的缺氧缺陷，可添加到稀有氣體。濺射氣體中的氧氣對半導體層106的接極104和105以及有缺氧缺陷的氧化氧化物半導體層更的另一模式，該電 Si、Ti、Nd、Sc 或 Cr或Ti爲代表的與用於形成源極電形成用於傳送信號供被設置與A1膜上形成丘狀物或須 A1的晶體生長的 3的現象。術語“須汁狀的現象。法形成氧化物半導佳的使用In、Μ ( 的一種或多種元素使用 In2〇3、Ga2〇3 法形成該氧化物半的稀有氣體。爲了以將預定量的氧氣稀有氣體的比率增 -17- 201030983 加，由此可以減少該氧化物半導體中的缺氧缺陷。該氧化物半導體中的缺氧缺陷的控制使得能夠控制薄膜電晶體的臨界値電壓。在形成氧化物半導體層1〇6之前，較佳的透過引入氬氣到濺射設備的沉積室中並產生電漿，來執行用於清洗沉積表面的處理。代替氬氣氣氛，可以使用氮氣或氦氣等等。替換的，該處理可以在透過添加氧氣、氫氣或n2o等等到氬氣氣氛而獲得的氣氛中執行。再替換的，該處理可以在透過添加C12或CF4等等到氬氣氣氛而獲得的氣氛中執行。在形成氧化物半導體層106之後，在空氣中或在氮氣氣氛中，執行在200°C至600°C較佳的在300°C至400°C的熱處理。透過該熱處理，可以增加薄膜電晶體的場效應遷移率。具有該實施例中描述的氧化物半導體的薄膜電晶體的場效應遷移率可以高達5cm2/Vsec或更高。當在如上所述的這種薄膜電晶體的源極電極和汲極電極之間施加約5V的電壓時，並且當不將電壓施加到閘極電極時，源極電極和汲極電極之間流動的電流可以低至 1 xltT1、或更低。即使在其中-10V的電壓被施加到閘極電極的狀態下，源極電極和汲極電極之間流動的電流也是 1 χιό·1、或更低。圖2Α和2Β圖示了在基板101的表面上製造的薄膜電晶體的例子。圖2Α是薄膜電晶體的平面圖的例子，圖 2Β是沿線Α2-Β2截取的剖面圖。 -18- 201030983 圖2A和2B中所示的薄膜電晶體具有底閘極結構，其中在基板101上順序形成閘極電極102和閘極絕緣層 ' 103，並在閘極絕緣層103上形成氧化物半導體層106。 • 在該結構中，源極電極1〇4和汲極電極105與氧化物半導體層106的側表面和上表面接觸。在具有這種結構的薄膜電晶體中，可以相繼地形成閘極絕緣層103、氧化物半導體層106以及用於形成源極電 φ 極104和汲極電極105的導電層。換句話說，這些層可以被層疊，而不將閘極絕緣層103和氧化物半導體層106之間的介面以及氧化物半導體層106和導電層之間的介面曝 . 露於空氣；因此，可以防止每個介面被污染。此外，透過執行刻蝕來去除在源極電極104和汲極電極105之間暴露的氧化物半導體層106的表面部分，可以減少關斷電流。此外，透過對氧化物半導體層106的暴露部分或透過刻蝕去除而獲得的表面執行氧電漿處理，可以 φ 增加暴露於電漿的表面部分的電阻。這是因爲該氧化物半導體中的缺氧缺陷被氧化，且因此減小載流子濃度（電子濃度）。透過該氧電漿處理，還可以減小薄膜電晶體的關斷電流。 ' 圖3A和3B圖示了在基板101的表面上製造的薄膜 • 電晶體的例子。圖3A是薄膜電晶體的平面圖的例子，圖 3B是沿線A3-B3截取的剖面圖》圖3A和3B中所示的薄膜電晶體具有頂閘極結構，其中在基板101上順序形成源極電極104和汲極電極105 -19- 201030983 、氧化物半導體層106、閘極絕緣層l〇3以及閘極電極 102。在如下的情況下也可以減小薄膜電晶體的關斷電流並且也可以增加其通斷比：具有這種結構的薄膜電晶體的氧化物半導體層106形成有由ΙπΜ〇3(ΖηΟ)η(Μ是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Α1的一種或多種元素’以及η 是大於或等於1且小於50的非整數）表示的且還包含氫的氧化物半導體，並具有以下組分：當Ιη、Μ、Ζη和0 的總濃度被定義爲1 〇〇%時’包含小於20原子％的濃度的 In，包含小於20原子％的濃度的Μ (例如’ Ga ) ’以及包含小於1 〇原子％濃度的Zn。替換的’作爲氧化物半導體層106，可以使用由InM03(Zn0)m ( Μ是選自Ga、Fe、 Ni、Μη、Co和A1的元素，以及m是大於或等於1且小於50的整數）表示的並包含氫的氧化物半導體。該包含氫的氧化物半導體層1〇6被用作薄膜電晶體的通道形成區，由此可以增加通斷比。如利用圖1A和1 B所示的薄膜電晶體所描述，在閘極絕緣層1〇3中包含氫或OH，以減少氧化物半導體層 106的缺陷。圖4A圖示了其中除該結構之外，還在氧化物半導體層1 06的與閘極絕緣層1 03相反的側上（在背通道側上）設置氧化物絕緣層1 07的例子。對於氧化物絕緣層1 07，使用氧化鋁、氮氧化鋁、氧化釔或氧化铪以及上述的氧化矽。利用圖4A的結構，在該結構中氧化物半導體層106被夾在聞極絕緣層103 (其是氧化砂）和氧化物絕緣層107之間，可以防止由於來自氧化物半導體層106 -20- 201030983 的氧的釋放形成的缺氧缺陷。圖4B圖示了其中在氧化物絕緣層1〇7外面設置氮化 ' 物絕緣層1〇8的結構。對於氮化物絕緣層108，可以使用 * 氮化矽或氮化鋁等等。利用氮化物絕緣層1 08，可以防止透過來自外界環境的水蒸氣、有機物質和離子金屬的污染。注意，在圖4B的結構中，具有氮化矽層和氧化矽層的雙層結構的閘極絕緣層103也是有效的。在該情況下，氧 φ 化物半導體層1 〇6被夾在上氧化物和氮化物絕緣層以及下氧化物和氮化物絕緣層之間；因此，可以進一步增強上述效果。 (其中使用薄膜電晶體的裝置）由於其高的場效應遷移率和高的通斷比，本實施例中描述的具有氧化物半導體的薄膜電晶體可以用於多種應用。將描述顯示裝置的模式作爲例子。 φ 圖5圖示了其中在基板ιοί上設置像素部分11〇、掃描線驅動器電路111以及信號線側上的選擇器電路112的顯示裝置109。像素部分110中設置的開關元件、掃描線驅動器電路111以及信號線側上的選擇器電路112包括若 ' 干薄膜電晶體，其通道形成區每個都由氧化物半導體層形 - 成。利用其通道形成區由氧化物半導體層形成並且其場效應遷移率是5 cm2/V.sec至20 cm2/V.sec的薄膜電晶體，可以形成掃描線驅動器電路111和信號線側上的選擇器電路112。選擇器電路112是選擇信號線116並將從驅動器 -21 - 201030983 IC 114傳送的視頻信號在預定定時分配給預定信號線116 的電路。在該例子中，薄膜電晶體是η-通道型，且因此掃描線驅動器電路111和信號線側上的選擇器電路112包 ^ 括η-通道薄膜電晶體。 - 在包括多個掃描線115和與掃描線115相交的多個信號線116的像素部分11〇中，設置了像素電晶體117。像素電晶體117按矩陣佈置。透過掃描線115輸入掃描信號到像素電晶體117，以及透過信號線116輸入視頻信號到 _ 像素電晶體117。視頻信號從驅動器1C 114輸入到輸入端子113。驅動器1C 114形成在單晶基板上並透過帶載自動接合（TAB)方法或玻璃上晶片（COG)方法安裝。圖6圖示了包括η-通道薄膜電晶體的選擇器電路112 的結構的例子。選擇器電路112包括多個佈置的開關電路 119。在每個開關電路119中，一個視頻信號輸入線120 設有延伸至像素部分110的多個信號線116 (S1至S3) 。開關電路119設有開關元件121，其數目對應於信號線 ❹ 116的數目。當這些開關元件121包括其通道形成區每一都由氧化物半導體層形成的薄膜電晶體時，開關電路119 可以根據視頻信號的頻率高速操作。圖6圖示了其中信號線1 16 ( S1 )、信號線1 16 ( S2 )以及信號線1 16 ( S3 ) ' 分別設有開關元件1 2 1 a、開關元件1 2 1 b以及開關元件 - 121c的開關電路119的例子。利用透過同步信號輸入線 122輸入的信號控制是否導通或關斷開關元件ι21的判定 ’同步信號輸入線122是不同於視頻信號輸入線120的路 -22- 201030983 線（Γ 〇 u t e )。下面將參考圖7所示的時序圖描述圖6所示的選擇器 ' 電路112的操作。作爲例子，圖7中的時序圖圖示了第i ' 列的掃描線被選擇以及給定列的視頻信號轍入線120被連接到選擇器電路112的情況。第i列的掃描線的選擇周期被分爲第一子選擇周期T1、第二子選擇周期T2以及第三子選擇周期T3。該時序圖還圖示了開關元件121a、開關 φ 元件〗21b以及開關元件121c被導通或關斷的時序以及被輸入到視頻信號輸入線120的信號。如圖7所不，在第一子選擇周期T1中，開關元件 121a被導通並且開關元件121b和開關元件121c被關斷。此時，輸入到視頻信號輸入線120的視頻信號VD(1) 經由開關元件1 2 1 a輸出到信號線1 1 6 ( S 1 )。在第二子選擇周期T2中’開關元件121b被導通且開關元件121a 和開關元件1 2 1 c被關斷，並且視頻信號Vd ( 2 )經由開 φ 關元件121b輸出到信號線1 16 ( S2 )。在第三子選擇周期T3中，開關元件121c被導通且開關元件121a和開關元件121b被關斷，並且視頻信號VD(3)經由開關元件 121c輸出到信號線116 (S3)。 ' 透過如上所述將一個閘選擇周期分爲三個，在一個閘 - 選擇周期過程中，圖6的選擇器電路112可以透過一個視頻信號輸入線120將視頻信號輸入到三個信號線116 (S1 至S3)。因此’當在基板101上與像素電晶體117—起設置選擇器電路112時，對其輸入驅動器IC的信號的輸 -23- 201030983 入端子113的數目可以被減小至其中不設置選擇器電路 1 1 2的情況中的1 /3。由此，可以降低驅動器1C和輸入端子1 1 3之間產生接觸缺陷的可能性。掃描線驅動器電路ill也可以形成有其通道形成區每個都由氧化物半導體層形成的若干薄膜電晶體。掃描線驅動器電路111包括移位暫存器作爲元件。當時鐘信號（ CLK)和開始脈衝信號（SP)被輸入到移位暫存器時，產生選擇信號。所產生的選擇信號被暫存器緩存並放大，並且所得到的信號被提供給相應的掃描線1 1 5。向每個掃描線115連接一條線的像素電晶體117的閘極電極。這裏將參考圖8和圖9描述掃描線驅動器電路111的部分中包括的移位暫存器123的模式。圖8圖示了移位暫存器123的結構。移位暫存器123 包括被連接的多級正反器電路124。圖9中圖示了正反器電路124的例子。圖9所示的正反器電路124包括多個薄膜電晶體（下面在圖9的描述中稱爲“TFT”）。圖9所示的正反器電路124包括若干η·通道TFT，它們是TFT (1 )125、TFT ( 2 ) 126、TFT ( 3 ) 127、TFT ( 4) 128、 TFT(5) 129 ' TFT ( 6 ) 130' TFT ( 7 ) 131 以及 TFT(8 )132。當閘極-源極電壓（Vgs )超過臨界値電壓（vth ) 時’其通道形成區由氧化物半導體形成的n-通道TFT被導通。儘管描述了其中圖9所示的正反器電路124中包括的所有TFT是增強模式n_通道電晶體的情況，但是，如果 201030983 使用耗盡模式η-通道電晶體例如作爲TFT ( 也可以驅動該驅動器電路。 • TFT ( 1 ) 125的第一電極（源極電極和 • )被連接到佈線（4 ) 1 36，並且TFT ( 1 ) 極（源極電極和汲極電極中的另一個.）被 )135° TFT (2) 126的第一電極被連接到佈線 φ 且TFT ( 2) 126的第二電極被連接到佈線（ TFT (3) 127的第一電極被連接到佈 TFT ( 3 ) 127的第二電極被連接到TFT (: . 電極；而TFT ( 3 ) 127的閘極電極被連| 137 « TFT (4) 128的第一電極被連接到佈 TFT (4) 128的第二電極被連接到TFT (: 電極；而TFT(4) 128的閘極電極被連g φ 125的閘極電極。 TFT (5) 129的第一電極被連接到佈 TFT (5) 129的第二電極被連接到TFT (】電極：而TFT(5) 129的閘極電極被連ί 133。 - TFT (6) 130的第一電極被連接到佈 TFT (6) 130的第二電極被連接到TFT (] 電極；而TFT (6) 130的閘極電極被連g 1 2 6的閘極電極。 3 ) 127，那麽汲極電極之一 125的第二電 I接到佈線（3 (6 ) 138，並 3 ) 135° 線（5 ) 1 3 7 ; )1 2 6的閘極 ?到佈線（5 ) 線（6) 138 ; :)126的閘極 =3\ TFT ( 1 ) 線（5 ) 137 ; )125的閘極 I到佈線（1 ) 線（6) 138 ; )125的閘極 $ 到 TFT ( 2) -25- 201030983 TFT (7) 131的第一電極被連接到佈線（6) 138; TFT 電極 134 TFT 電極 133 ' 有尚。此驅動幀頻化。晶兀介質差媒透過 118 發光因爲過時多個 (7) 131的第二電極被連接到TFT (1) 125的閘極 :而TFT(7) 131的閘極電極被連接到佈線（2) - 。TFT ( 8 ) 132的第一電極被連接到佈線（6 ) 138 ; _ (8) 132的第二電極被連接到TFT (2) 126的閘極 :而TFT ( 8 ) 132的閘極電極被連接到佈線（1 )

D 其通道形成區由氧化物半導體層形成的薄膜電晶體具的場效應遷移率，且因此其工作頻率可以被設置得高外，因爲薄膜電晶體的頻率特性是高的，所以掃描線器電路111可以高速操作，並且顯示裝置可以用高的率操作。在圖5中，像素部分110的結構隨顯示介質118而變 ‘ 當顯示介質118是其中在電極之間插入液晶材料的液件時，可以透過圖5所示的像素電晶體1 1 7控制顯示 118。上述情況也適用於其中在一對電極之間插入反 ^ 質（電子墨水或電泳材料）的顯示介質118的情況。與上述驅動器電路結合，可以操作包括這些顯示介質的像素部分1 1 〇。當用作顯示介質1 1 8時，與液晶元件相比，使用場致 - 材料形成的發光元件更適合於時間灰度級方法，這是 . 其回應速度高於液晶元件等的回應速度。例如，在透間灰度級方法執行顯示的情況下’一個幀周期被分爲子幀周期。然後，根據視頻信號，在每個子幀周期過 -26- 201030983 程中，發光元件被設置在發光狀態或非發光狀態。透過將一個幀周期分爲多個子幀周期，可以用視頻信號控制其中 ' 在一個幀周期中多個像素實際上發光的總時間長度，從而可以顯示灰度級。圖10圖示了像素部分110包括若干發光元件的情況中的像素例子。圖10圖示了可以對其應用數位時間灰度級驅動的像素的結構。這裏描述了其中在一個像素中包括 φ 兩個η-通道薄膜電晶體的例子，每個薄膜電晶體是對於通道形成區使用氧化物半導體形成的。像素139包括開關TFT 140、驅動TFT 141、發光元件142以及電容器145。開關TFT 140的閘極被連接到掃描線1 15 ;開關TFT 140的第一電極（源極電極和汲極電極之一）被連接到信號線116;而開關TFT 140的第二電極（源極電極和汲極電極中的另一個）被連接到驅動TFT 141的閘極。驅動TFT 141的閘極透過電容器145連接到 φ 電源線146 ;驅動TFT Ml的第一電極被連接到電源線 146 ;而驅動TFT 141的第二電極被連接到發光元件142 的第一電極（像素電極）143。發光元件142的第二電極 (相對電極）1 4 4被連接到公共電位線1 4 7。 ' 發光元件142的第二電極（相對電極）144被設爲具 - 有低電源電位。注意，低電源電位指基於被設置給電源線 1 4 6的高電源電位滿足公式（低電源電位）<(高電源電位）的電位。作爲低電源電位，例如，可以設置GND或〇V等等。爲了透過將高電源電位和低電源電位之間的電 -27- 201030983 位差施加到發光元件1 42，以使得電流被提供給發光元件 142’從而使發光元件142發光’將每個所述電位設置爲使得高電源電位和低電源電位之間的電位差等於或高於發光元件142的正向臨界値電壓。在電壓-輸入電壓驅動方法的情況下，視頻信號被輸入到驅動TFT 141的閘極，以使得驅動TFT 141處於被充分導通和關斷的兩種狀態中的任何一種。比電源線146的電壓高的電壓被施加到驅動TFT 1 4 1的閘極，以使得驅動 TFT 141在線性區工作。注意，與由公式（電源線的電壓 )+(驅動TFT 141的臨界値電壓）表示的電壓相等或更高的電壓被施加到信號線116。代替數位時間灰度級驅動，類比灰度級驅動也可以被應用於圖10所示的像素的結構。在類比灰度級驅動的情況下，等於或高於具有發光元件142的正向電壓的電壓且高於驅動TFT 141的臨界値電壓的電壓被施加到驅動TFT 141的閘極。發光元件142的正向電壓指對於期望的亮度所需的電壓，且至少包括正向臨界値電壓。注意，當輸入使驅動TFT 141在飽和區中工作的視頻信號時，電流可以被提供給發光元件142。電源線146的電位被設置得高於驅動TFT 141的閘極電位，以使得驅動TFT 141在飽和區中工作。當視頻信號是類比信號時，根據視頻信號的電流可以被提供給發光元件142，並且可以執行類比灰度級驅動。儘管圖10圖示了其中控制發光元件M2的驅動的驅 -28 - 201030983 動TFT 141被電連接到發光元件的例子，但是也可以採用其中在驅動TFT 141和發光元件142之間連接電流控制 ' TFT的結構。 • 儘管圖5圖示了其中設置用於選擇信號線116的選擇電路112的顯示裝置109的例子，但是，當其中氧化物半導體被用作通道形成區的薄膜電晶體具有高達10 cm/V，SeC或更高的場效應遷移率時，可以利用該薄膜電晶 φ 體實現驅動器1C 114的功能。亦即，可以用在其每一個中都使用氧化物半導體層作爲通道形成區的薄膜電晶體在基板101上形成掃描線驅動器電路和信號線驅動器電路。 (發光裝置）下面將參考圖11和圖12A和12B描述作爲顯示裝置的一種模式的發光裝置的像素結構。圖11是像素的平面圖的例子；圖12A是沿線C1-D1截取的剖面圖；而圖 φ 12B是沿線C2-D2截取的剖面圖。在下面的描述中，涉及圖1 1和圖12A以及12B。注意，圖1 1所示的像素的等效電路類似於圖10中所示的。在氧化物半導體層153中形成開關TFT 140的通道形 ' 成區。氧化物半導體層153類似於本實施例中描述的氧化物半導體層。開關TFT 140具有用與掃描線115相同的層形成的閘極電極148，並且氧化物半導體層153被設置在閘極絕緣層152上。氧化物半導體層153與源/汲極電極 155和源/汲極電極156接觸，源/汲極電極155和源/汲極 -29 - 201030983 電極156是用與閘極絕緣層152上的信號線U6相同的層形成的。源/汲極電極156經由閘極絕緣層152中設置的接觸孔159連接到驅動TFT 141的閘極電極149。注意’術語“源/汲極電極”指在包括源極、汲極以及閘極作爲其主要部件的薄膜電晶體中在用作源極或汲極的部分處設置的電極。信號線116、源/汲極電極155以及源/汲極電極156 較佳的用A1膜或添加了 Si、Ti、Nd、Sc或Cu等等的A1 膜形成，以便可以降低佈線或電極的電阻。較佳的在該 A1膜上和/或下設置以Mo、Cr或Ti爲代表的難熔金屬的層，以便可以防止在A1膜上產生丘狀物或須狀物。閘極電極149也用作電容器145的電容器電極150。電容器電極150、閘極絕緣層152以及用與電源線146相同的層形成的電容器電極151被層叠，以形成電容器145 驅動TFT 141的閫極電極149用與掃描線1 1 5相同的 Q 層形成，並在閘極絕緣層152上設置氧化物半導體層154 。氧化物半導體層154與源/汲極電極157和源/汲極電極 158接觸，源/汲極電極157和源/汲極電極158是用與閘極絕緣層152上的電源線146相同的層形成的。 · 在氧化物半導體層153和氧化物半導體層154上設置氧化物絕緣層107。在氧化物絕緣層107上設置第一電極 (像素電極）143。第一電極（像素電極）143和源/汲極電極158經由氧化物絕緣層107中設置的接觸孔160互相 -30- 201030983 連接。具有到第一電極（像素電極）143的開口的分隔層 161用無機絕緣材料或有機絕緣材料形成。分隔層161被 ' 形成使得其在開口處的端部具有緩和地彎曲的表面。 - 發光元件M2具有其中在第一電極（像素電極）143 和第二電極（相對電極）144之間設置EL層1 62的結構。第一電極（像素電極）143和第二電極（相對電極） 144之一是電洞注入電極；另一電極是電子注入電極。電 φ 洞注入電極較佳的甩具有4eV或更高的功函數的材料形成，並使用諸如含氧化鎢的氧化銦、含氧化鎢的氧化銦鋅、含氧化鈦的氧化銦、含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫、氧化銦鋅、或添加了氧化矽的氧化銦錫。電子注入電極較佳的用具有低於4eV的功函數的材料形成，並且Ca、A卜 CaF、MgAg或AlLi等等是希望的。EL層162是用於透過電致發光獲得光發射的層，並透過適當地結合載流子（電洞或電子）傳輸層和發光層而形成。〇圖13A至13C圖示了發光裝置的輸入端子113的結構。圖13A是輸入端子113的平面圖。輸入端子113被設置在基板101的端部。在圖13B或圖13C中，圖示了沿圖1 3 A中的線G-H截取的剖面圖。圖13B圖示了其中用與掃描線115相同的層形成輸入 ' 端子層UO的例子。在輸入端子層170上，層疊閘極絕緣層152和氧化物絕緣層1〇7，並且在這些絕緣層中設置了開口 173’以便透過絕緣層中的開口 173露出輸入端子層 170。開口 173覆有透明導電膜172，該透明導電膜172 -31 - 201030983 與輸入端子層170接觸。設置透明導電膜172以避免在連接撓性印刷佈線和輸入端子113時的高接觸電阻。由金屬形成的輸入端子層170的表面的氧化導致接觸電阻增加；在設置用氧化物導電材料形成的透明導電薄膜172的情況下，可以防止接觸電阻增加。圖13C圖示了其中用與信號線116相同的層形成輸入端子層171的例子。在輸入端子層171上，設置氧化物絕緣層107，並在該絕緣層中設置開口 173，以便透過絕緣層中的開口 173露出輸入端子層171。出於如上相同的原因設置透明導電膜172。 (反差媒質顯示裝置）圖14圖示了其中使用反差媒質163的顯示裝置的一種模式（這種顯示裝置也被稱爲“電子紙”）。反差媒質 163連同塡料164 —起被保持在第一電極（像素電極） 143和第二電極（相對電極）144之間，並且當在該電極之間施加電位差時反差媒質163改變其對比度。第二電極 (相對電極）144被設置在對基板165上。例如，有這樣一種顯示方法，其被稱作扭轉球顯示方法，其中在第一電極（像素電極）143和第二電極（相對電極）144之間佈置每個用白色和黑色著色的球狀顆粒，並透過該電極之間產生的電位差控制球狀顆粒的取向。代替扭轉球，也可以使用電泳元件。使用具有約 ΙΟμιη至200μιη直徑的微囊，其中包封了透明塡料164、 201030983 帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒。該微囊被夾在第 —電極（像素電極）143和第二電極（相對電極）144之間，並且透過電極之間的電位差，使帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒在不同方向上分開地移動。使用該原理的顯示元件是電泳顯示元件，並通稱爲電子紙。該電泳顯示元件具有比液晶顯示器元件更高的反射率，由此不需要輔助光並消耗較少的功率，並且即使在昏暗的位置也能夠 φ 識別顯示部分。此外，即使當電源沒有被提供給顯示部分時，也可以保持曾經顯示的圖像。因此，即使具有顯示功能的半導體裝置（其可以稱簡單地稱爲顯示裝置或設有顯 . 示裝置的半導體裝置）遠離電波源，也可以儲存顯示的圖像。 (液晶顯示裝置）下面將參考圖15和圖16描述作爲顯示裝置的一種模 ❹ 式的液晶顯示裝置的像素結構。圖15是像素的平面圖的例子，而圖16是沿線E1-F1截取的剖面圖。在以下描述中，參照圖15和圖16。圖15和圖16所示的液晶顯示裝置的像素包括連接到掃描線115和信號線116的開關TFT 140。開關TFT 140 ' 的源/汲極電極1 5 5被連接到信號線1 1 6，並且其源/汲極電極156經由氧化物絕緣層107中設置的接觸孔167連接到第一電極（像素電極）143。透過層疊電容器線路166 、閘極絕緣層1 03以及源/汲極電極1 5 6，形成電容器1 45 -33- 201030983 ，該電容器線路166用與閘極電極102相同的層形成。開關TFT 140控制信號到第一電極（像素電極）143的輸入。開關TFT 140的結構與圖12A所示的結構類似。在第一電極（像素電極）143和第二電極（相對電極 - )144之間設置液晶層169。在氧化物絕緣層107上設置第一電極（像素電極）143。在第一電極（像素電極）143 和第二電極（相對電極）144上設置對準膜168。如上所述，可以用其中通道形成區由根據本實施例的 A 氧化物半導體形成的薄膜電晶體來完成具有優異工作特性的顯示裝置。 [例1] (氧化物半導體膜的組分）在下述條件下’透過濺射方法’在玻璃基板上形成氧化物半導體膜。參 (條件1 ) 祀組分：In2〇3: Ga2〇3: ZnO=l : 1 : 1 (In ： Ga ·· Zn=l : 1 : 0.5 )

Ar氣體流速：40sccm 壓力：0.4Pa 電功率（DC ) ： 500W 基板溫度：室溫 -34- 201030983 (條件2 ) 靶組分：ln203 : Ga203 : ZnO=l : 1 : 1 (In : Ga ： Zn=l : 1 ： 0.5 )

Ar氣體流速：lOsccm 氧氣流速：5sccm 壓力：0.4P a 電功率（DC) ： 500W 基板溫度：室溫表1示出了在以上條件下形成的氧化物半導體膜的定量分析的典型結果，該定量分析透過盧瑟福背散射能譜法 (RBS )執行。 [表1] 組分圆 F%) 組分公式 In Ga Zn 0 Ar 條件1 17 15.8 7.5 59.4 0.3 hGao^Zno^Os 49 條件2 16 14.7 7.2 61.7 0.4 InGao.92Zno.45O3.86 根據透過RBS執行的對條件1下形成的樣品的測量結果，該氧化物半導體膜具有由下式表示的組分： InGa〇.93ZnG.4403.49。此外，根據透過RBS執行的對條件2 下形成的樣品的測量結果’該氧化物半導體膜具有由下式表示的組分：InGaQ.92Zn().45〇3.86。如上所述，透過RBS 測量證實InM03(ZnO)m中的m不是整數。此外，成分的 -35- 201030983 比例證實Zn的濃度低於In的濃度和Ga的濃度。 (氧化物半導體膜的結構）透過X射線衍射評估在如上所述的條件2下在玻璃基板上形成至400nm厚度的氧化物半導體膜的結構。圖1 7示出了條件2下形成的樣品（如沉積的）、在沉積之後經受在氮氣氣氛中在350 °C的熱處理一小時之後的樣品、以及在沉積之後經受在氮氣氣氛中在5 0 0 °C的熱處理之後的樣品的X射線衍射圖案。在所有樣品中觀察到光暈圖案（halo pattern )，這證實樣品具有非晶結構〇注意，當也透過X射線衍射來評估使用其In2〇3對 Ga203和ZnO的成分比是1: 1: 2的靶形成的樣品時，獲得類似的評估結果，這證實本例子中形成的氧化物半導體膜具有非晶結構。 (包含的氫）圖18示出了透過二次離子質譜法執行的氧化物半導體膜的組分評估結果。條件2下形成的氧化物半導體膜被用作樣品。在圖1 8中，左側的垂直軸表示氫濃度，而右側的垂直軸表示二次離子的數量。在玻璃基板上形成100 nm厚度的該氧化物半導體膜。圖18示出了在深度方向上距氧化物半導體膜的表面的 In、Ga、Zn ( Ζιι = Ζη + 0 )的二次離子強度和氫濃度的分析 201030983 結果。在觀察到In、Ga、Zn ( Zn = Zn + 〇)的二次離子強度平坦的區域（存在氧化物半導體膜的區域）中，觀察到 ' 2χ1019原子/cm3至3χ1019原子/cm3的氫濃度作爲氫的量 • 値。以上結果清楚地表明在氧化物半導體膜中包含氫。 (薄膜電晶體的特性） φ 圖19示出了薄膜電晶體的閘極電壓（Vg)-汲極電流 (Id )特性。薄膜電晶體具有圖2 A和2B所示的底閘極結構，通道長度是ΙΟΟμπι且通道寬度是ΙΟΟμιη。氧化物 . 半導體膜在如上所述的條件2下形成。獲得大於或等於 15cm2/V’sec的場效應遷移率、小於或等於ΐχΐίΓ^Α的關斷電流，以及大於或等於108的導通電流對關斷電流的比率（通斷比）。如上所述，可以獲得具有不能由習知薄膜電晶體獲得的高通斷比的薄膜電晶體。【圖式簡單說明】在附圖中：圖1Α是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結構 . 的平面圖，而圖1B是圖示該TFT的結構的剖面圖； - 圖2A是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT的結構的平面圖’而圖2B是圖示該TFT的結構的剖面圖；圖3A是圖示了其中使用氧化物半導體的TFt的結構的平面圖’而圖3B是圖示該TFT的結構的剖面圖； -37- 201030983 圖4A和4B是圖示了其中使用氧化物半導體的TFT 的結構的剖面圖；圖5是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的顯示裝置的一種模式的視圖；圖6是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的選擇器電路的結構的電路圖；圖7是圖示了選擇器電路的操作的例子的時序圖；圖8是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的移位暫存器的方塊圖；圖9是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的正反器電路的電路圖；圖是包括其中使用了氧化物半導體的TFT和發光元件的像素的等效電路圖；圖11是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的發光裝置的像素結構的平面圖；圖12A和12B是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的發光裝置的像素結構的剖面圖；圖13A至13C是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT的發光裝置的輸入端部分的結構的視圖；圖14是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的反差媒質（contrast medium)顯示裝置（電子紙）的結構的剖面圖；圖15是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的液晶顯示裝置的像素結構的平面圖； -38- 201030983 圖16是圖示了包括其中使用了氧化物半導體的TFT 的液晶顯示裝置的像素結構的剖面圖；

’圖17是示出了氧化物半導體（在沉積之後’在 - 350°C的熱處理之後，以及在50 0°C的熱處理之後）的X 射線衍射圖形的曲線圖；圖18是示出了透過二次離子質譜法的氧化物半導體的組分評估的結果的曲線圖；以及 φ 圖19是示出了薄膜電晶體的閘極電壓（Vg )-汲極電流（Id)特性的曲線圖。 . 【主要元件符號說明】 101 :基板 102 :閘極電極 103 :閘極絕緣層 104 :源極電極 φ 1〇5 :汲極電極 106 :氧化物半導體層 107 :氧化物絕緣層 108 :氮化物絕緣層 • 109 :顯示裝置 • 11 0 :像素部份 111 :掃描線驅動器電路 11 2 :選擇器電路 Π3 :輸入端子 -39- 201030983

1 1 4 :驅動器IC 1 1 5 :掃描線 1 1 6 :信號線 1 1 7 :像素電晶體 1 1 9 :開關電路 120 :視頻信號輸入線 1 2 1 :開關元件

122 :同步信號輸入線 123 :移位暫存器 1 2 4 :正反器電路 125 ： TFT ( 1 ) 126: TFT ( 2) 127: TFT ( 3) 128 ： TFT ( 4) 129 ： TFT ( 5)

130： TFT ( 6) 131： TFT ( 7) 132: TFT ( 8) 1 3 3 :佈線（1 ) 1 3 4 :佈線（2 ) 1 3 5 :佈線（3 ) 1 36 :佈線（4 ) 1 3 7 :佈線（5 ) 1 3 8 :佈線（6 ) -40- 201030983 118：顯示介質 139 : 像素 ' 140 : 開關TFT • 141 : 驅動TFT 142 : 發光元件 143 ：第一電極 144 ：第二電極 Φ 145 : 電容器 146 ：電源線 147 : 公共電位線 148 ：閘極電極 149 ：閘極電極 150 ：電容器電極 15 1：電容器電極 152：閘極絕緣層 φ 153：氧化物半導體層 154 ：氧化物半導體層 155 ：源/汲極電極 156: 源/汲極電極 ' 157: 源/汲極電極 158 ：源/汲極電極 159：接觸孔 160 ：接觸孔 161 ：分隔層 -41 - 201030983 162 ： 163 ： 164 ： 165 ： 166 ： 167 ： 168 : 169 : 170 ： 171 : 172 : 173 : EL層反差媒質塡充物相對基板電容器線接觸孔對準膜液晶層輸入端子層輸入端子層透明導電膜開口 -42-

Claims

201030983 七、申請專利範圍： i一種氧化物半導體，包含：作爲成分的In、Ga和Zn， • 其中該氧化物半導體還包含氫。 2. 如申請專利範圍第1項的氧化物半導體，其中包含大於或等於15.0原子％且小於或等於20.0原子％的濃度的 In和Ga中的每一個，以及包含大於或等於5.0原子％且 φ 小於或等於10.0原子％濃度的Zn。 3. —種氧化物半導體，其中該氧化物半導體由ΙηΜ03(Ζη0)η表示（Μ是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Α1構成的組中的一種或多種元素，以及η是大於或等於1且小於50的非整數），並且還包含氫。 4. 如申請專利範圍第3項的氧化物半導體，其中Zn 的濃度低於In的濃度和Μ的濃度（Μ是選自由Ga、Fe、 φ Ni、Μη、Co和Α1構成的組中的一種或多種元素）。 5. —種氧化物半導體，其中該氧化物半導體是包含In、Ga和Zn的氧化物，其中In原子對Ga和Zn原子的比率是1 : 1 : X ( X < 10) ' ，並且該氧化物半導體還包含氫。 - 6.—種氧化物半導體，其中該氧化物半導體由InM03(Zn0)m表示（M是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和A1構成的組中的一種或多種元件，以及m是大於或等於1且小於50的整數）’並且還包 -43- 201030983 含氫。 7. 如申請專利範圍第1項的氧化物半導體’其中該氧化物半導體具有非晶結構。 ‘ 8. 如申請專利範圍第3項的氧化物半導體’其中該 _ 氧化物半導體具有非晶結構。 9_如申請專利範圍第5項的氧化物半導體，其中該氧化物半導體具有非晶結構。 10. 如申請專利範圍第6項的氧化物半導體，其中該 _ 氧化物半導體具有非晶結構。 11. —種薄膜電晶體，包含：作爲通道形成區的氧化物半導體，該氧化物半導體包含：作爲成分的In、Ga和Zn;以及氫。 12. 姐申請專利範圍第11項的薄膜電晶體，其中包含大於或等於15.0原子％且小於或等於20.0原子％的濃度的 @ In和Ga中每一個，以及包含大於或等於5.0原子％且小於或等於10.0原子％濃度的Zn。 13. —種薄膜電晶體，包含·· 作爲通道形成區的氧化物半導體， _ 其中該氧化物半導體是由InM03(Zn〇)e ( Μ是選自由 - Ga、Fe、Ni、Mu、Co和Α1構成的組中的一種或多種元素 ’以及η是大於或等於1且小於50的非整數）表示的並且還包含氫的氧化物半導體。 -44- 201030983 14.如申請專利範圍第13項的薄膜電晶體，其中Zn 的濃度低於In的濃度和Μ的濃度（Μ是選自由Ga、Fe、 _ Ni、Μη、Co和A1構成的組中的一種或多種元素）。， 15. —種薄膜電晶體，包含：作爲通道形成區的氧化物半導體，其中該氧化物半導體是包含In、Ga和Zn的氧化物，其中In原子對Ga和Zn原子的比率是1 : 1 : X ( X < 10) φ ，並且該氧化物半導體還包含氫。 16. —種薄膜電晶體，包含：作爲通道形成區的氧化物半導體， . 其中該氧化物半導體由InM03(ZnO)m表示（Μ是選自 Ga、Fe、Ni、Mn、Co和Α1構成的組中的一種或多種元件，以及m是大於或等於1且小於50的非整數），以及還包含氫。 17. 如申請專利範圍第1 1項的薄膜電晶體，其中該 φ 氧化物半導體具有非晶結構。 1 8 ·如申請專利範圔第1 3項的薄膜電晶體，其中該氧化物半導體具有非晶結構。 19. 如申請專利範圍第15項的薄膜電晶體，其中該 ' 氧化物半導體具有非晶結構。 20. 如申請專利範圍第16項的薄膜電晶體，其中該氧化物半導體具有非晶結構。 21. 如申請專利範圍第11項的薄膜電晶體，其中含氫的氧化物絕緣層設置以接觸該氧化物半導體。 -45- 201030983 22. 如申請專利範圍第13項的薄膜電晶體，其中含氫的氧化物絕緣層設置以接觸該氧化物半導體。 23. 如申請專利範圍第15項的薄膜電晶體，其中含 · 氫的氧化物絕緣層設置以接觸該氧化物半導體。 - 24. 如申請專利範圍第16項的薄膜電晶體’其中含氫的氧化物絕緣層設置以接觸該氧化物半導體。 25. 如申請專利範圍第11項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體的上下側中的每一個上設置氧化物絕緣層 Q 〇 26. 如申請專利範圍第13項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體的上下側中的每一個上設置氧化物絕緣層〇 27. 如申請專利範圍第15項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體的上下側中的每一個上設置氧化物絕緣層〇 28. 如申請專利範圍第16項的薄膜電晶體’其中在 0 該氧化物半導體的上下側中的每一個上設置氧化物絕緣層〇 29. 如申請專利範圍第1丨項的薄膜電晶體’其中在該氧化物半導體上設置氮化物絕緣層。 _ 3〇.如申請專利範圍第13項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體上設置氮化物絕緣層。 31.如申請專利範圍第15項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體上設置氮化物絕緣層。 -46 - 201030983 32. 如申請專利範圍第16項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體上設置氮化物絕緣層。 33. 如申請專利範圍第11項的薄膜電晶體，其中在 •該氧化物半導體下面設置氮化物絕緣層。 3 4.如申請專利範圍第13項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體下面設置氮化物絕緣層。 35.如申請專利範圍第1 5項的薄膜電晶體，其中在 φ 該氧化物半導體下面設置氮化物絕緣層。 3 6 .如申請專利範圍第1 6項的薄膜電晶體，其中在該氧化物半導體下面設置氮化物絕緣層。 37.如申請專利範圍第11項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在至少一個像素中。 3 8 .如申請專利範圍第1 3項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在至少一個像素中。 3 9 .如申請專利範圍第1 5項的薄膜電晶體，其中該 φ 薄膜電晶體被設置在至少一個像素中。 40.如申請專利範圍第1 6項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在至少一個像素中。 4 1 .如申請專利範圍第3 7項的薄膜電晶體，其中該 ’ 薄膜電晶體被設置在驅動器電路中，該驅動器電路用於控 - 制要被傳輸到像素中設置的薄膜電晶體的信號。 42.如申請專利範圍第38項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在驅動器電路中，該驅動器電路用於控制要被傳輸到像素中設置的薄膜電晶體的信號。 -47- 201030983 43 .如申請專利範圍第3 9項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在驅動器電路中，該驅動器電路用於控制要被傳輸到像素中設置的薄膜電晶體的信號。 44.如申請專利範圍第40項的薄膜電晶體，其中該薄膜電晶體被設置在驅動器電路中，該驅動器電路用於控制要被傳輸到像素中設置的薄膜電晶體的信號。 -48-