CN101405869A - 薄膜晶体管、显示器件氧化物半导体和具有氧浓度梯度的栅电介质 - Google Patents

薄膜晶体管、显示器件氧化物半导体和具有氧浓度梯度的栅电介质 Download PDF

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Abstract

本发明的薄膜晶体管至少具有半导体层，包括：在基片上的源电极、漏电极和沟道区；栅绝缘膜；和栅电极，其中所述半导体层是氧化物半导体层，并且其中，所述栅绝缘膜是至少包含O和N的非晶硅，且所述栅绝缘膜沿厚度方向具有氧浓度分布，使得氧浓度在与氧化物半导体层的界面侧高，而氧浓度朝栅电极侧降低。

Description

薄膜晶体管、显示器件氧化物半导体和具有氧浓度梯度的栅电介质
技术领域
本发明涉及一种包括至少包含O和N的非晶硅作为栅绝缘膜的薄膜晶体管，以及一种使用该晶体管的显示器件。
背景技术
近年来，如特开号为2002-076356的日本专利申请也公开的，已经积极地进行了薄膜晶体管(TFT)的开发，每个该薄膜晶体管都将包含ZnO作为主要成分的透明导电氧化物的多晶薄膜用于沟道层。
由于上述薄膜可在低温下形成为膜并且对于可见光是透明的，所以可在基片例如塑料板或膜上形成柔性的透明TFT。
此外，特开号为2003-086808的日本专利申请公开了：在具有使用ZnO等的透明半导体的薄膜晶体管中，绝缘层形成为两层结构。这里，据称可旨在通过在半导体界面侧使用氧化物(例如，SiO2)而在栅电极侧使用高度绝缘的SiNx等，提高半导体层中的结晶度，并降低半导体与绝缘膜之间的界面的缺陷水平。
另外，Nature，488，432，(2004)中公开了将由铟、镓、锌和氧制成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)用于TFT的沟道层的技术。此外，示出可在室温下在基片例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜上形成显示6-9cm2V-1s-1的良好场效应迁移率的柔性且透明的TFT。
此外，在Nikkei Micro Device，February 2006的第74页的表2中，描述了将SiON用于薄膜晶体管的绝缘层，该薄膜晶体管将a-IGZO用于TFT的沟道层。
由于在包含ZnO作为主要成分的导电透明氧化物中可容易地生成氧缺陷并且生成大量载流子电子，所以难以使导电率小。
另一方面，一般来说，通过PFCVD法形成的非晶氮化硅(SiNx)被用作非晶硅TFT的栅绝缘膜。但是，当SiNx在其中包含ZnO作为主要成分的导电透明氧化物被用作有源层的TFT中用作栅绝缘膜时，在不施加栅电压时，源极端子和漏极端子之间也会有大电流流动。因此，变得难以增大晶体管的开/关比(on/off ratio)。如特开号为2002-076356的日本专利申请也说明的，作为其主要原因，提到了由于在导电透明氧化物沟道层与栅绝缘膜之间的界面中从氧化物半导体取走氧，因而在界面附近ZnO结晶度降低。
另外，作为除结晶度降低之外的事项，当如Nature，488，432，(2004)中公开的将由铟、镓、锌和氧制成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)用于TFT的沟道层时，存在以下问题。即，存在产生导电率增加的情况，这被认为是基于在导电透明氧化物沟道层和栅绝缘膜之间的界面中的缺陷的生成。还在此情况中，即使在没有施加栅电压时，在源极端子和漏极端子之间也会有大电流流动，因而难以实现TFT的常关断(normally-off)操作。此外，增大晶体管的开/关比并不必然容易。
此外，当如特开号为2002-076356的日本专利申请公开的，绝缘层具有在半导体界面侧使用氧化物(例如，SiO2)而在栅电极侧使用高度绝缘的SiNx等的两层结构时，存在以下问题。即，存在由于在绝缘层中构成界面以生成缺陷，所以TFT特性的滞后被放大而TFT特性的可再现性差的问题。另外，当在低温下在膜上形成TFT并且执行弯曲试验时，发现TFT特性的恶化，这被认为是由于在具有两层结构的绝缘层中生成的界面缺陷造成的。
此外，当在300℃或更低的低温下或室温下形成由氧化物例如Al2O3、Y2O3和HfO2制成的具有高介电常数的绝缘膜时，这些具有高介电常数的绝缘膜变成多晶物质。于是，通常难以使晶体取向和多晶晶粒大小均匀，并提高稳定性和可靠性。另外，由于在早期沿厚度方向存在其中晶粒大小改变的部分，所以其多晶结构容易变得不均匀。由于绝缘膜表面具有根据晶粒大小的表面形态，所以会出现沟道层与栅绝缘膜之间的界面或栅绝缘膜与栅电极金属之间的界面变得不平的问题。
因而，本发明的目的是提供一种在氧化物半导体和绝缘层之间具有良好界面的薄膜晶体管。
发明内容
由于对使用透明氧化物半导体的TFT进行积极先进的研究和开发，本发明人得出通过使用下述结构可解决上述问题的下述发现。因此，它是使用这样的绝缘膜作为上述栅绝缘膜的结构，该绝缘膜由至少包含O和N的非晶硅组成，并且沿厚度方向具有氧浓度分布，使得氧浓度在与氧化物半导体层的界面侧高，而氧浓度朝栅电极降低。通过使用这种绝缘膜，可稳定地制备具有良好界面特性的薄膜TFT。
下文将具体说明本发明。
本发明的薄膜晶体管是这样的薄膜晶体管，包括：在基片上包含源电极、漏电极和沟道区的至少一半导体层；栅绝缘层；和栅电极，
其中，上述半导体层是氧化物半导体层，并且
其中，上述栅绝缘膜由至少包含O和N的非晶硅组成，并且上述栅绝缘膜沿厚度方向具有氧浓度分布，使得氧浓度在与氧化物半导体层的界面侧高，而氧浓度朝栅电极侧降低。
附图说明
图1是其中将非晶氮氧化硅用于栅绝缘膜的反交错TFT的结构视图；
图2是其中将非晶氮氧化硅用于栅绝缘膜的交错TFT的结构视图；
图3是示出非晶氮氧化硅绝缘膜内的氧浓度分布的曲线图；
图4是示出示例1中产生的反交错(底栅型)MISFET元件的电流-电压特性的曲线图；
图5是示出非晶氮氧化硅绝缘膜内的另一个氧浓度分布的曲线图；
图6是根据本发明的显示器件的示例的剖视图；
图7是根据本发明的显示器件的另一个示例的剖视图；以及
图8是示出其中像素被二维布置的显示器件的结构的视图，每个该像素均包括有机EL元件和薄膜晶体管。
具体实施方式
在此实施例的薄膜晶体管(TFT)中，至少包含O和N的非晶硅(a-SiOxNy：在下文也被称为“非晶氮氧化硅”)用作栅绝缘膜的材料。
优选地，将ZnO或包含In、Zn和O的氧化物半导体用于薄膜晶体管的沟道层。然后，优选地，将包含In、Zn和O且还包含从由Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge组成的组中选择的至少一种，并且具有小于1010Ω·cm的阻抗(resistance)值的非晶氧化物用作沟道层。当沟道层的阻抗值变得大于1010Ω·cm时，其难以作为TFT起作用。更优选地，其为103Ω·cm或更高且小于109Ω·cm。通过将此范围内的阻抗值用于非晶氧化物半导体层，可获得场效应迁移率超过1cm2/(V·sec)的高值，并且将开/关比设定为大于103。
作为根据此实施例的薄膜晶体管的示例，图1示出具有底栅结构的薄膜晶体管的构造。该薄膜晶体管是这样构造成的，即将栅电极6设置在基片1上，进一步在其上设置栅绝缘膜5，并进一步在其上设置由氧化物半导体制成的沟道层2、源电极3和漏电极4。
可通过PECVD(等离子CVD)法在350℃或更低的较低温度下制备栅绝缘膜5的a-SiOxNy，并使用玻璃基片作为基片1。
另外，由于当将包含In、Zn和O的非晶氧化物用于沟道层2时可在室温下制备沟道层2，所以当将溅射法也用于绝缘膜时，可在室温下形成所有膜形成阶段。此外，可进一步使用塑料板、塑料膜等作为基片。
(关于栅绝缘膜)
当采用图1的结构，通过使用可执行大面积成膜的溅射法形成a-IGZO薄膜以将其用于沟道层，并且将通过PECVD法制成的非晶氮化硅(SiNx)用于栅绝缘层时，会出现如下问题。因而，可能处于这样的状态，即使当将负电压施加到栅电极上时，也会在源极端子和漏极端子之间有大电流流动，因此TFT不操作(Id未关断)。
根据此实施例的栅绝缘膜的a-SiOxNy被设定为在与氧化物半导体的界面侧具有高氧浓度，从而氧化物半导体不会从其取走氧。
此外，作为栅绝缘膜的值的综合标准，还需要具有高耐压和高介电常数。然后，期望分布氧浓度使得在与氧化物半导体的界面侧高于在栅电极侧，而不是使得栅绝缘膜中的氧浓度是均匀的。于是，使得氧浓度朝栅电极侧减小。从而，可利用这样的非晶氮化硅(a-SiNx)，即几乎不会通过与氧化物半导体的界面从其取走氧，并且其具有比a-SiO2大的介电常数值和耐压值。作为氧浓度的分布，可使用例如图3和5中所示的分布之一。图3和5是示出非晶氮氧化硅绝缘膜中的氧浓度分布的曲线图。这些附图的横轴示出距与氧化物半导体的界面的深度(高度)，而这些附图的竖轴示出氧浓度(任意单位；对数值)。
另外，根据此实施例，由于绝缘层由一个层构成，所以可将绝缘层中的缺陷生成抑制到最小。另外，由于绝缘层中没有界面，所以可抑制当对在低温下在膜上形成的TFT进行弯曲试验时的TFT的特性恶化。因而，当绝缘层在300℃或更低、尤其在200℃或更低的低温下、或在室温下形成时，与例如具有作为氧化物绝缘层的a-SiO2和a-SiNx的堆叠结构的绝缘层相比，变得可使由于绝缘层中的缺陷密度导致的滞后小。因此，还可提高TFT特性的可再现性和稳定性。
对于a-SiOxNy的氧浓度分布，可通过改变作为PECVD的制备条件的原料气体的流量比，增加在与氧化物半导体的界面侧的氧浓度。另外，可通过改变溅射法的溅射气体的氧浓度在绝缘膜中分布氧浓度。此外，可通过在将具有恒定氧浓度的a-SiOxNy或a-SiNx形成为膜之后执行氧化在绝缘膜中分布氧浓度。由于这样获得的绝缘层具有非晶结构，所以其表面性能变得非常平坦。栅绝缘膜继承了基部的表面平坦性，而且图1所示的反交错结构中的绝缘层保持了基片的平坦性。
使用非晶氮氧化硅作为栅绝缘膜材料的效果在底栅和顶栅结构两者中也是有效的。图2中示出交错结构作为顶栅结构的示例。绝缘层还在该交错结构内平坦地形成的沟道层2上保持平坦性。因此，栅绝缘膜5和沟道层(半导体层)2之间的界面可保持其相对面积最小，并且可抑制界面的缺陷数。另外，由于非晶结构，所以不像多晶结构中一样存在晶粒边界。一般来说，缺陷趋向于在晶粒边界中生成，并且其易于变成载流子陷阱。另外，尽管栅绝缘膜中的晶粒边界容易变成栅泄漏电流的起源，但是还可使用具有非晶结构的绝缘层对此进行抑制。根据这些效果，可抑制电子迁移率降低以及在晶体管特性中具有滞后的问题。
另外，在作为栅绝缘膜的非晶氮氧化硅中作为杂质的少量碳或卤素不会对TFT特性和稳定性有很大影响。
(关于氧化物半导体)
当通过PFCVD法在SiNx绝缘膜上堆叠包含在300℃或更低温度下形成的ZnO作为主要成分的透明导电氧化物半导体多晶薄膜、或包含包括微晶的ZnO作为主要成分的透明导电氧化物半导体薄膜时，会出现以下问题。即，存在显示出比在热氧化SiO2上淀积的情况大1到3个量级的导电率的情况，并且在这一情况下，难以降低TFT的关断状态(off-state)电流。在此实施例中，上述透明导电氧化物半导体多晶薄膜或透明导电氧化物半导体薄膜堆叠在非晶氮氧化硅(a-SiOxNy)绝缘膜上。因此，获得与在热氧化SiO2上执行淀积的情况相等的导电率。
如上所述，此实施例的使用a-SiOxNy绝缘膜的氧化物半导体TFT抑制了在半导体层与绝缘层之间的界面中的氧缺陷的出现，并且具有降低TFT的关断状态电流的效果。
另外，Nature，488，432，(2004)公开了将由铟、镓、锌和氧组成的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)用于TFT的沟道层的结构。并且其公开了可在室温下在基片例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜上形成显示6-9cm2V-1s-1的良好场效应迁移率的柔性且透明的TFT。例如，使用溅射法形成用于薄膜晶体管的铟、镓和锌的组分比为1∶1∶1的非晶氧化物半导体层(a-IGZO薄膜)，该溅射法可形成大面积的膜。然后，通过将此非晶氧化物半导体层应用于此实施例的使用非晶氮化硅(a-SiNx)绝缘层的薄膜晶体管，形成图1所示的结构。从而，变得也可将晶体管的开/关比增加到105或更高。此时，场效应迁移率显示出7cm2V-1S-1或更高，并且其还对晶体管特性中的滞后的出现有抑制效果。
根据此实施例，由于这些效果，所以可通过在使用氧化物半导体的薄膜晶体管中将非晶氮氧化硅用作为绝缘层，提供一种在氧化物半导体和绝缘层之间具有良好界面的薄膜晶体管。另外，由于该非晶氮氧化硅绝缘层沿厚度方向具有这样的分布，其中氧浓度在与氧化物半导体的界面侧较高，变得可提供一种更加稳定且均匀的薄膜晶体管。
在上述说明中，说明了使用包含ZnO作为主要成分的透明导电氧化物半导体多晶薄膜用于半导体层(沟道层)、或者使用包含包括微晶的ZnO作为主要成分的透明导电氧化物半导体薄膜的示例。此外，尽管说明了使用由In、Ga、Zn和O组成的非晶氧化物的示例，但是氧化物半导体层并不局限于此。
作为包含In、Ga、Zn和O的非晶氧化物半导体层，可使用包含Sn、In和Zn中的至少一种元素的非晶氧化物。
此外，当在该非晶氧化物的构成元素的至少一部分中选择Sn时，也可用Sn1-xM4x(0＜x＜1，并且M4选自Si、Ge或Zr，其是第四族元素，原子序数小于Sn的原子序数)代替Sn。
另外，当In被选作该非晶氧化物的构成元素的至少一部分时，也可用In1-yM3y(0＜y＜1，并且M3选自Lu，或者B、Al、Ga或Y，其是第三族元素，原子序数小于In的原子序数)代替In。
另外，当Zn被选作该非晶氧化物的构成元素的至少一部分时，也可用Zn1-zM2z(0＜z＜1，并且M2选自Mg或Ca，其是第二族元素，原子序数小于Zn的原子序数)代替Zn。
特别地，可应用于此实施例的非晶材料是Sn-In-Zn氧化物、In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、In-Sn氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、Zn-Ga氧化物、Sn-In-Zn氧化物等。当然，构成材料的组分比不必总是1∶1。另外，尽管存在难以将Zn或Sn单独形成非晶相的情况，但是通过向其中添加In变得容易形成非晶相。例如，在In-Zn体系的情况下，形成这样的组分是好的，即关于除氧之外的原子数比，包含大约20原子％或更高的In。在Sn-In体系的情况下，形成这样的组分是好的，即关于除氧之外的原子数比，包含大约80原子％或更高的In。在Sn-In-Zn体系的情况下，形成这样的组分是好的，即关于除氧之外的原子数比，包含大约15原子％或更高的In。
另外，当以大约0.5°入射角的的低入射角对将被测量的薄膜执行X射线衍射时，没有检测到清晰的衍射峰(即，观察到光晕(halo)图案)，可确认非晶相。另外，在此实施例中，当将上述材料用于场效应晶体管的沟道层时，并不排除该沟道层包含微晶态的构成材料。
接下来，可通过将显示元件例如有机或无机电致发光(EL)元件或液晶元件的电极连接到作为上述薄膜晶体管的输出端子的漏极，来构成显示器件。下文将使用显示器件的剖视图说明特定显示器件结构的示例。
例如，如图6所示，在基片11上形成由上述非晶氧化物半导体膜12、源电极13、漏电极14、栅绝缘层15和栅电极16构成的TFT。然后，电极18通过层间绝缘膜17连接到漏电极14，电极18接触发光层19，并且发光层19进一步接触电极20。此结构使得从源电极13通过由非晶氧化物半导体膜12形成的沟道流入漏电极14的电流的值能够控制注入发光层19中的电流。因而，可通过TFT的栅极6的电压对此进行控制。这里，电极18、发光层19和电极20构成无机或有机电致发光元件。
可选择地，如图7所示，可具有这样的配置，其中漏电极14延伸以还用作电极18，并且这用作用于向被高阻抗膜21和22夹在中间的液晶单元或电泳粒子单元23施加电压的电极18。液晶单元或电泳粒子单元23、高阻抗层21和22、电极18以及电极20构成显示元件。变得可用从源电极13通过由非晶氧化物半导体膜12形成的沟道流入漏电极14的电流的值来控制施加到这些显示元件的电压。因此，可通过TFT的栅极6的电压对此进行控制。这里，如果显示元件的显示介质是将流体和粒子包封在绝缘膜中的囊状物(capsule)，则高阻抗膜21和22不是必需的。
尽管在上述两个示例中TFT被表示为顶栅型共面结构，但是本发明并不一定局限于此结构。例如，当作为TFT的输出端子的漏电极的连接和显示元件的连接在拓扑(topology)中相同时，还可使用例如交错型的其它结构。
另外，尽管上述两个示例示出用于驱动显示元件的一对电极设置成平行于基片的结构，但是此实施例并不一定局限于此结构。例如，只要作为TFT的输出端子的漏电极的连接和显示元件的连接在拓扑中相同，还可将一个电极或两个电极设置成垂直于基片。
此外，尽管上述两个示例示出只有一个TFT连接到显示元件的结构，但是本发明并不一定局限于此结构。例如，只要附图中的TFT是由TFT构成的电路的末级，则附图中所示的TFT还可连接到本发明的另一个TFT。
这里，当驱动显示元件的一对电极设置成平行于基片时，如果显示元件是EL元件或反射型显示元件例如反射型液晶元件，则任何一个电极必须对于光发射波长或反射光的波长是透明的。可选择地，如果它是透射型显示元件例如透射型液晶元件，则两个电极都必须对于透射光是透明的。
此外，在此实施例的TFT中，还可使所有构成部件是透明的，从而还可形成透明显示元件。另外，这种显示元件可设置在低耐热性的基片例如由树脂制成的重量轻、柔性且透明的塑料板上。
接下来，将使用图8说明由二维布置的像素构成的显示器件，每个像素包括EL元件(这里，有机EL元件)和薄膜晶体管。
在图8中，标号81指示用于驱动有机EL层84的晶体管，而标号82指示用于选择像素的晶体管。另外，电容器83用于保持所选的状态，并且在公共电极线87和晶体管82的源极部分之间存储电荷以保持晶体管81的栅极的信号。像素选择由扫描电极线85和信号电极线86确定。
更具体地说，图像信号被作为脉冲信号从驱动电路(未示出)通过扫描电极85施加于栅电极。同时，脉冲信号也被从另一个驱动电路(未示出)通过信号电极86施加于晶体管82，以选择像素。此时，晶体管82导通，并且电荷被存储在信号电极线86和晶体管82的源极之间的电容器83内。从而，晶体管81的栅电压被保持在期望的电压，且晶体管81导通。此状态被一直保持，直到接收到下一个信号为止。在晶体管81的导通状态期间，电压和电流被持续供给有机EL层84，并且维持发光。
尽管在该图8所示的示例具有由这样的单元组成的结构，每个单元具有两个晶体管和一个电容器，但是在一个像素中并入更多的晶体管等以便提高性能。基本上，可通过将本发明的基于In-Ga-Zn-O的TFT用作晶体管部分得到有效的EL元件，该TFT可在低温下形成并且是透明TFT。
接下来，将参照附图说明本发明的示例。
(示例1)
在此示例中，制备图1所示的反交错(底栅型)MISFET元件，从而用于形成栅绝缘膜的非晶氮氧化硅沿其厚度方向具有这样的氧浓度分布，其中该氧浓度在与氧化物半导体的界面侧变高。首先，使用光刻法和剥离法在玻璃基片上形成具有厚度Ti：10nm/Au：100nm的栅极端子。此外，用溅射法在其上形成厚度为100nm的a-SiOxNy的绝缘层。此时，将Si2N3靶用作溅射靶，并将Ar/O2混合气体用作溅射气体。改变Ar/O2混合气体的氧浓度以使绝缘层具有上述氧浓度分布。然后，用溅射法在室温下在其上形成厚度为50nm的将用作沟道层的非晶氧化物半导体膜。使用光刻法和干法蚀刻形成图1所示的结构。最后，使用电子束气相淀积法形成具有厚度Au：100nm/Ti：5nm的膜，并且使用光刻法和剥离法形成源极和漏极端子。这样，完成了图1所示的反交错(底栅)型MISFET元件。该情况下的非晶氧化物半导体膜的金属组分比为In∶Ga∶Zn＝1.00∶0.94∶0.65。作为此MISFET元件的I-V特性的评测结果，场效应迁移率为7cm2/Vs，而开/关比大于106。图4中示出其传输特性。图4是示出漏极电流(ID；安培)对栅电压(Vg；伏特)的特性的曲线图。对沿此示例中使用的非晶氮氧化硅的厚度方向的氧浓度进行测量。结果在图3中示出。
到此为止，制备了使用非晶氮氧化硅(a-SiOxNy)的TFT，该TFT沿绝缘层的厚度方向具有氧浓度分布，使得该绝缘层的氧浓度在与氧化物半导体的界面侧变高。然后，证明(turn out)此TFT可将关断状态电流抑制在较小的值，并且增大晶体管的开/关比。
(比较示例)
在比较示例中，按以下方式制备包含绝缘层具有恒定氧浓度的非晶氮氧化硅(a-SiOxNy)的如图1所示的反交错(底栅)型MISFET元件。首先，使用光刻法和剥离法在玻璃基片上形成厚度为100nm的Ni栅极端子。另外，使用氮氧化硅靶通过溅射法在其上形成100nm厚的a-SiOxNy的绝缘层。此时，使用具有恒定流比的Ar/O2混合气体。另外，可使用PECVD法等作为a-SiOxNy的成膜法。然后，用溅射法在室温下进一步在其上形成将用作沟道层的厚度为50nm的非晶氧化物半导体膜。使用光刻法和干法蚀刻执行半导体层和绝缘层的隔离。最后，使用电子束气相淀积法形成具有厚度Au：100nm/Ti：5nm的膜，并且用光刻法和剥离法形成源极和漏极端子。这样，完成如图1所示的反交错(底栅)型MISFET元件。在该情况下的非晶氧化物半导体膜的金属组分比为In∶Ga∶Zn＝1.00∶0.94∶0.65。作为此MISFET元件的I-V特性的评测结果，场效应迁移率为7cm2/Vs，而开/关比大于105。
示例1中的开/关比变得比比较示例的开/关比大一个量级，这是由于在示例1中主要抑制了关断状态电流。
(示例2)
在此示例中，制备图2所示的交错(顶栅)型MISFET元件，首先，在玻璃基片1上堆叠具有厚度Ti：5nm/Au：40nm的膜，并且通过光刻法和剥离法形成漏极端子4和源极端子3。用溅射法形成用作沟道层2的厚度为30nm的非晶In-Ga-Zn-O膜，该膜具有金属组分比In∶Ga∶Zn＝1.00∶0.94∶0.65。此外，用溅射法在其上形成100nm厚的a-SiOxNy的绝缘层5。此时，使用Si2N3靶作为溅射靶，并使用Ar/O2混合气体作为溅射气体。通过改变Ar/O2混合气体的氧浓度使绝缘层具有氧浓度分布，从而该绝缘层的氧浓度在与氧化物半导体的界面侧变高。此外，在其上堆叠具有厚度Ti：5nm/Au：40nm的膜，并且通过光刻法和剥离法形成栅极端子6。
作为此MISFET元件的I-V特性的评测结果，场效应迁移率为7cm2/Vs，而开/关比大于106。
到此为止，也制备了使用非晶氮氧化硅(a-SiOxNy)的交错(顶栅)型MISFET元件，该MISFET元件沿绝缘层的厚度方向具有氧浓度分布，使得该绝缘层的氧浓度在与氧化物半导体的界面侧变高。证明此TFT可将关断状态电流抑制在较小的值，并且可增大晶体管的开/关比。
(示例3)
在此示例中，将说明使用如图7所示的TFT的显示器件。该TFT的制备过程与示例2的相同。在上述TFT中，用于形成漏电极的ITO膜的岛的短边延伸到100μm，留下该延伸的90μm部分，并且在将布线固定到源电极和栅电极之后，用绝缘层覆盖该TFT。将聚酰亚胺膜涂覆在其上并使所得物受到摩擦(rubbing)处理。另一方面，类似地，制备在其上形成ITO膜和聚酰亚胺膜并受到摩擦处理的塑料基片。使此基片与上文制备的在其上形成有上述TFT的基片相对且具有5μm的间隙，并将向列液晶注入该间隙。在此结构的两侧进一步设置一对偏振(polarizing)板。这里，当电压被施加到该TFT的源电极，而栅电极的施加电压改变时，透光率仅在30μm ×90μm的区域内改变，该区域是从该漏电极延伸出的ITO膜的岛的一部分。另外，在设定TFT的ON状态的栅电压处，还通过源漏电压连续改变透射率。这样，制备了使用液晶单元作为显示元件的如图7所示的显示器件。
在此示例中，还制备了这样的显示器件，其中白塑料基片被用作用于形成TFT的基片，该TFT的每个电极改变为金，设置聚酰亚胺膜和偏振板，并且每个通过用绝缘涂层覆盖粒子和流体形成的囊状物被填充在该白基片和透明塑料基片之间的间隙内。在具有此结构的显示器件的情况中，控制在从此TFT延伸出的漏电极与设置在其上部位置处的ITO膜之间的电压，从而囊状物内的粒子上下移动。因而，可通过控制从透明基片侧看的延伸出的漏电极区域的反射率来执行显示。
另外，在此示例中，也可如相邻地形成多个TFT的情况一样，通过构造具有例如四个晶体管和一个电容器的通常结构的电流控制电路，并且将如图6所示的TFT用作末级的一个晶体管，来驱动EL元件。例如，使用上述ITO膜被用作漏电极的TFT。然后，在30μm×90μm的区域中形成由电荷注入层和发光层组成的有机电致发光元件，该区域是从漏电极延伸出的ITO膜的岛的一部分。这样，可形成使用EL元件的显示器件。
(示例4)
示例3中的显示元件和TFT被二维布置。具体地说，7425×1790个像素分别沿短边方向以40μm的间距并沿长边方向以120μm的间距矩形地排列，每个像素占据大约30μm×115μm的面积，且包括显示元件例如液晶单元或EL元件以及示例3中的TFT。然后，沿长边方向设置1790条栅极布线，每条栅极布线连接7425个TFT的栅电极，且沿短边方向设置7425条信号布线，每条该信号布线连接1790个TFT的从非晶氧化物半导体膜的岛突出5μm的源电极部分。然后，该栅极布线和信号布线分别连接到栅驱动电路或源驱动电路。此外，在液晶显示元件的情况下，在液晶显示元件的表面上设置滤色器并将其与该液晶显示元件对齐，每个该滤色器的大小与该液晶显示元件的相同，从而对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)像素区(在下文，被称为“RGB”)沿长边方向按所述顺序重复布置液晶显示元件。因此，可以大约211ppi构造A4大小的有源矩阵型彩色图像显示装置。
另外，还对于包括两个TFT的EL元件，第一TFT的栅电极连线到栅极线，而第二TFT的源电极连线到信号线，并且进一步地，EL元件的发光波长被对应于RGB沿长边方向按所述顺序重复布置。从而，可构造具有相同分辨率的发光型彩色图像显示装置。
这里，用于驱动有源矩阵的驱动电路可使用与像素的TFT相同的本发明的TFT或已有IC芯片构成。
根据本发明的薄膜晶体管(TFT)可用作LCD或有机EL显示器的开关元件。另外，可在低温下在所有过程中在包含塑料膜的柔性材料上形成TFT，这可广泛应用于柔性显示器、IC卡、ID标签等等。
根据本发明，可提供一种在氧化物半导体层和绝缘层之间具有良好界面的薄膜晶体管。
本申请要求2006年3月17日提交的日本专利申请No.2006-074627的优先权，该日本专利申请在此通过参考而并入。

Claims (7)

1.一种薄膜晶体管，包括：在基片上包含源电极、漏电极和沟道区的半导体层；栅绝缘膜；和栅电极，
其中，所述半导体层是氧化物半导体层，并且
其中，所述栅绝缘膜是至少包含O和N的非晶硅，并且所述栅绝缘膜沿厚度方向具有氧浓度分布，使得氧浓度在与所述氧化物半导体层的界面侧高，而氧浓度朝所述栅电极侧降低。
2.根据权利要求1的薄膜晶体管，其中，所述半导体层是包含In、Zn和O的氧化物半导体层。
3.根据权利要求2的薄膜晶体管，其中，所述半导体层还包含选自由Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge构成的组中的至少一种，并且所述半导体层是阻抗值小于1010Ω·cm的非晶氧化物。
4.一种显示器件，该显示器件在基片上包括显示元件和根据权利要求1-3中任一项的薄膜晶体管，其中所述薄膜晶体管的源电极或漏电极连接到所述显示元件的电极。
5.根据权利要求4的显示器件，其中，所述显示元件是电致发光元件。
6.根据权利要求4的显示器件，其中，所述显示元件是液晶单元。
7.根据权利要求4-6中任一项的显示器件，其中，多个所述显示元件和多个所述薄膜晶体管在所述基片上二维布置。
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