CN102148258A - 薄膜晶体管、其制造方法、显示单元和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄膜晶体管、该薄膜晶体管的制造方法、包括该薄膜晶体管的显示单元和电子装置。该薄膜晶体管包括：栅极电极；一对源极/漏极电极；第一氧化物半导体层，其设于所述栅极电极和所述一对源极/漏极电极之间，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及第二氧化物半导体层，其设于所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧上，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。根据本发明，能够实现容易控制阈值电压的薄膜晶体管。
Description
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年1月26日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-014339的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及使用氧化物半导体的薄膜晶体管(TFT)、该薄膜晶体管的制造方法、包括该薄膜晶体管的显示单元和电子装置。
背景技术
在诸如液晶显示器和有机EL(电致发光)显示器之类的平板显示器中，硅(Si)材料在驱动薄膜晶体管中典型地用作沟道层(有源层)。具体地，硅材料的示例包括非晶Si和多晶Si。
然而，在非晶Si用作沟道层的情况下，尽管能够容易增加显示器的尺寸，但载流子(例如，电子)的迁移率低至大约1cm2/V·s，因而难以实现显示器的高性能。同时，在多晶Si用作沟道层的情况下，尽管载流子的迁移率高至大约30cm2/V·s到300cm2/V·s，但平面中的晶体管特性的变化较大，因而难以增加显示器的尺寸。
由于这些原因，期望开发与非晶Si同等级的平面内一致性以及与多晶Si同等级的载流子迁移率的沟道材料，以实现平板显示器的尺寸的增加和高性能。
因而，已普遍地认为诸如氧化锌、铟镓锌氧化物(InGaZnO)，特别是非晶InGaZnO4等之类的氧化物半导体是沟道材料的候选材料(例如，日本未审查专利公开公报2007-281409号)。
可通过使用溅射法将这类有利于增加尺寸的氧化物半导体形成为膜。而且，尽管氧化物半导体的非晶相，载流子迁移率仍大约为10cm2/V·s，因而能够获得高于非晶Si的迁移率。
同时，从长期用作气敏元件的氧化物半导体来看，由氧气的吸收/解吸所导致的氧化物半导体特性的变化是显著的。因此，在氧化物半导体用作TFT的沟道层的情况下，存在晶体管特性(传输特性)在氧化物半导体层与外部空气接触时发生变化的问题。
于是利用各种保护膜来抑制上述特性的变化。保护膜的示例包括通过使用例如PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)形成的SiO2或SiN的高性能保护膜。
然而，当形成这些保护膜时，存在作为供体的氢气混入氧化物半导体层中的可能，出现氧气解吸，由此，晶体管特性容易改变。因而，在形成保护膜之后，特性恢复需要氧气环境下的退火过程。
即使不出现氢气的混入和氧气的解吸的情况下，由于过程中的热量的原因，氧化物半导体层中的载流子密度增加，这可能使阈值电压偏移到负(-)侧。在这种情况下，例如需要通过在氧气环境下进行长时间退火使阈值电压返回到正(+)侧。或者，在预期到上述负侧偏移量的情况下，使氧化物半导体层自身的膜厚度变薄，因而能够将阈值电压控制为处于正侧。然而，在这种情况下，膜厚度必须非常薄，难以保证过程的再现性。
以这种方式，在使用氧化物半导体作为沟道层的TFT中，由于保护膜的形成过程和退火所引起的氧化物半导体自身的载流子密度的增加，难以控制阈值电压。因此，期望实现能够容易控制阈值电压的薄膜晶体管。
发明内容
鉴于上述原因，期望提供能够容易控制阈值电压的薄膜晶体管、该薄膜晶体管的制造方法、使用该薄膜晶体管的显示单元和电子装置。
根据本发明的实施例，提供一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：栅极电极；一对源极/漏极电极；第一氧化物半导体层，其设于所述栅极电极和所述一对源极/漏极电极之间，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及第二氧化物半导体层，其设于所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧上，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
根据本发明的实施例，提供一种制造薄膜晶体管的方法，所述方法包括以下步骤：形成第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及形成第二氧化物半导体层，所述第二氧化物半导体层设于所述第一氧化物半导体层的上方，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
在根据本发明的实施例的所述薄膜晶体管和所述薄膜晶体管的所述制造方法中，极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性的所述第二氧化物半导体层设于形成所述沟道的所述第一氧化物半导体层的上方(在所述一对源极/漏极电极侧)。由此，在所述第一氧化物半导体层中抑制载流子的积聚，因而控制阈值电压。
根据本发明的实施例，提供一种显示单元，所述显示单元包括：显示元件；及驱动所述显示元件的所述薄膜晶体管。
根据本发明的实施例，提供一种包括所述显示单元的电子装置。
根据本发明实施例的所述薄膜晶体管和制造所述薄膜晶体管的所述方法，极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性的所述第二氧化物半导体层设于形成所述沟道的所述第一氧化物半导体层的上方(在所述一对源极/漏极电极侧)。由此，减小了所述第一氧化物半导体层中的载流子密度，所述阈值电压可以保持为正(+)值。换句话说，不需要单独执行其它用于将所述阈值电压从负侧偏移到正侧的诸如长时间退火和使所述氧化物半导体层变薄之类的过程。因此，容易控制所述阈值电压。
通过下面的说明，本发明的其它或更多目的、特征或优点将更加明显。
附图说明
图1是表示根据本发明的第一实施例的TFT结构的横剖面图。
图2A～图2C是以步骤顺序表示制造图1所示的TFT的方法的横剖面图。
图3A～图3C是表示图2A～图2C之后的步骤的横剖面图。
图4是表示根据对比示例的TFT结构的横剖面图。
图5A和图5B是表示临近图4所示的氧化物半导体层的能量带结构的图。
图6是表示临近图1所示的氧化物半导体层的能量带结构的图。
图7是表示根据本发明的第二实施例的TFT结构的横剖面图。
图8A～图8D是以步骤顺序表示制造图7所示的TFT的方法的横剖面图。
图9A和图9B是表示图8A～图8D之后的步骤的横剖面图。
图10是表示根据本发明的第三实施例的TFT结构的横剖面图。
图11A～图11D是以步骤顺序表示制造图10所示的TFT的方法的横剖面图。
图12是表示根据变型的TFT结构的横剖面图。
图13是表示包括根据每个实施例和变型的TFT的显示单元的结构示例的框图。
图14是表示图13所示的像素的详细结构示例的电路图。
图15是表示包括图13所示的显示单元的模块的示意性结构的平面图。
图16是表示图13所示的显示单元的第一应用示例的外观的立体图。
图17A是表示第二应用示例的外观的前视图，图17B是表示第二应用示例的外观的后视图。
图18是表示第三应用示例的外观的立体图。
图19是表示第四应用示例的外观的立体图。
图20A是第五应用示例未合上时的立体图，图20B是第五应用示例未合上时的侧视图，图20C是第五应用示例合上时的立体图，图20D是第五应用示例合上时的左侧视图，图20E是第五应用示例合上时的右侧视图，图20F是第五应用示例合上时的俯视图，图20G是第五应用示例合上时的仰视图。
具体实施方式
下文将参照附图详细说明本发明的实施例。将以以下顺序给出说明：
1.第一实施例(通过氧化处理形成p型氧化物半导体层的示例)
2.第二实施例(通过图案化形成p型氧化物半导体层的示例)
3.第三实施例(通过杂质引入处理形成p型氧化物半导体层的示例)
4.变型(顶部栅极型TFT的示例)
5.应用示例(显示单元和电子装置的应用示例)
1.第一实施例
TFT1的结构
图1表示根据本发明的第一实施例的薄膜晶体管(TFT1)的横剖面结构。TFT1是所谓的底栅极型(逆交错结构)TFT，TFT1在基板11上依次包括绝缘膜12、栅极电极13、栅极绝缘膜14和n型氧化物半导体层15。源极/漏极电极17A和17B隔着p型氧化物半导体层16A(第二氧化物半导体层)和金属层16设于n型氧化物半导体层15(第一氧化物半导体层)的上方。在此实施例中，n型氧化物半导体层15用作沟道层，在n型氧化物半导体层15的上方的预定区域中形成p型氧化物半导体层16A。换句话说，TFT1具有如下双层结构，即，堆叠用作沟道层的n型氧化物半导体层15和表现出与n型氧化物半导体层15极性相反的p型氧化物半导体层16A以形成pn结。
尽管基板11是例如硅基板，但基板11也可以是由诸如石英、玻璃、金属、树脂或树脂膜之类的其它材料制成。绝缘膜12是由例如包括硅(Si)的绝缘膜材料构成。
栅极电极13是根据施加到TFT1的栅极电压控制n型氧化物半导体层15中的沟道部分的载流子密度(这里是电子密度)的电极。栅极电极13是例如钼(Mo)、铝(Al)或铝合金的单层膜或这些材料的多层膜。另外，铝合金的示例包括铝-钕合金。
例如，与绝缘膜12相似，栅极绝缘膜14是由包括硅的绝缘膜材料构成。例如，在包括栅极电极13的整个基板11的上方形成栅极绝缘膜14。
n型氧化物半导体层15例如包含作为主要成分的MO(M是Al、Ga、In、Zn、Sn和Ti中的一个或多个)。此氧化物半导体中的载流子迁移率高于非晶Si的载流子迁移率，尽管存在非晶相，但例如非晶InGaZnO4中的载流子迁移率高至大约10cm2/V·S。在n型氧化物半导体层15中，厚度为例如10nm～100nm(包括两个端点)，载流子密度保持在例如1014cm-3～1016cm-3的范围内(包括两个端点)。在此实施例中，n型氧化物半导体层15用作沟道层，电子用作载流子。
例如，p型氧化物半导体层16A包含作为主要成分的MO(M是Ni、Mn、Cu和Co中的一个或多个)。在这个实施例中，p型氧化物半导体层16A设于n型氧化物半导体层15上方的部分区域中，通过在部分金属层16上进行氧化处理形成所述部分区域。换句话说，金属层16是由将要成为p型氧化物半导体层16A的基材的金属(氧化之前的金属)构成，在面内方向上连续形成金属层16与p型氧化物半导体层16A。具体地，在面对源极/漏极电极17A和17B之间的隔离沟槽17C的区域中形成p型氧化物半导体层16A，而其它区域是金属层16。
在p型氧化物半导体层16A中，厚度为例如10nm～100nm(包括两个端点)，载流子密度保持在例如1014cm-3～1016cm-3范围内(包括两个端点)。根据n型氧化物半导体层15的材料、膜厚度和载流子密度的组合，适当设置p型氧化物半导体层16A的材料和膜厚度。然而，优选地将p型氧化物半导体层16A的能级中价带的上端位置设定成高于n型氧化物半导体层15的能级中价带的上端位置，后面将详细描述。
源极/漏极电极17A和17B例如均是由诸如钼、铝和钛之类的金属或这些金属的多层膜形成，源极/漏极电极17A和17B隔着栅极绝缘膜布置于栅极电极13的上方。源极/漏极电极17A和17B通过面对栅极电极13的区域中的隔离沟槽17C相互隔离，源极/漏极电极17A和17B中的一方用作源极，而另一方用作漏极。
源极/漏极电极17A和17B上的保护膜18例如是由与绝缘膜12相同的材料形成。在保护膜18中，贯通电极(接触部分)18A和18B设置成分别对应于源极/漏极电极17A和17B。布线19A和19B通过贯通电极18A和18B电连接至源极/漏极电极17A和17B。
制造TFT1的方法
图2A～图2C和图3A～图3C表示TFT1的制造过程示例的横剖面图。例如，可如接下来所描述的方法制造TFT1。
首先，如图2A所示，通过例如CVD(化学气相沉积)在玻璃等制成的基板11上形成SiOx(硅氧化物)层，因而形成绝缘膜12。接下来，在通过例如溅镀形成钼(Mo)层之后，通过光刻和干蚀刻形成栅极电极13。接下来，通过例如等离子体CVD在基板11的整个表面的上方形成栅极绝缘膜14。此后，通过使用由上述材料制成的氧化物半导体的靶材的溅镀(例如，DC/RF溅镀)或脉冲激光沉积形成n型氧化物半导体层15。
接下来，如图2B所示，通过溅镀(例如，DC/RF溅镀等)、脉冲激光沉积等在真空中在n型氧化物半导体层15上形成上述材料制成的金属层16。此时，优选地，在不暴露于空气的情况下，连续进行一系列形成n型氧化物半导体层15和金属层16的步骤。
接下来，如图2C所示，在通过例如溅镀将Mo层形成为大约100nm的厚度之后，通过例如使用含氧气的Cl2CF4气体的干蚀刻，在面对栅极电极13的区域中设置隔离沟槽17C。由此，形成源极/漏极电极17A和17B。
接下来，如图3A所示，使用形成的源极/漏极电极17A和17B作为掩模，进行诸如热氧化和等离子体氧化之类的氧化处理。由此，在金属层16中，氧化面对源极/漏极电极17A和17B之间的隔离沟槽17C的区域，因而形成p型氧化物半导体层16A。同时，金属层16未被氧化，且在由源极/漏极电极17A和17B所遮挡的区域中保持原样(图3B)。
接下来，如图3C所示，通过例如CVD在整个表面上形成SiN(氮化硅)膜，因而形成保护膜18。接下来，通过例如使用含氧气的C2HF5气体的干蚀刻，选择性地去除部分保护膜18，形成贯通孔180A和180B。通过例如溅镀在贯通孔180A和180B中掩埋贯通电极18A和18B，然后形成布线19A和19B。如上所述，完成了如图1所示的底栅极型TFT1。TFT1的操作和效果
在TFT1中，当等于或大于预定阈值电压的电压(栅极电压)施加到栅极电极13时，在n型氧化物半导体层15中形成沟道。由此，电流(漏极电流)在源极/漏极电极17A和17B之间流动，于是TFT1用作晶体管。
这里，将参照比较示例说明临近用作沟道的氧化物半导体层的能带结构。图4表示根据比较示例的TFT100的横剖面结构，图5A和图5B表示临近氧化物半导体层105(栅极电极103、栅极绝缘膜104、氧化物半导体层105和源极/漏极电极107A和107B)的能带结构。在图5A和图5B中，“EF”代表费米能量(Fermi energy)。而且，“Ev0”和“Ev1”分别代表栅极绝缘膜104和氧化物半导体层105中的价带的上端水平，“Ec0”和“Ec1”分别代表栅极绝缘膜104和氧化物半导体层105中的导带的下端水平。
TFT100是底栅极型TFT，在基板101上依次包括绝缘膜102、栅极电极103、栅极绝缘膜104和氧化物半导体层105。源极/漏极电极107A和107B设于氧化物半导体层105上，在源极/漏极电极107A和107B上形成保护膜108。源极/漏极电极107A和107B通过掩埋在保护膜108中的贯通电极108A和108B连接至布线109A和109B。
在TFT100的制造过程中，在形成氧化物半导体层105之后，通过源极/漏极电极107A和107B的形成过程，形成保护膜108。由于下面将要说明的原因，在形成保护膜108之后，在氧气环境下进行退火。在形成氧化物半导体层105之后，存在如下情况，即，在形成源极/漏极电极107A和107B之前形成未图示的蚀刻阻止层(沟道保护膜)，即使在这种情况下，在形成保护膜108之后也进行退火。
在比较示例的保护膜108和蚀刻阻止层的形成过程中，作为供体的氢气混合到氧化物半导体层中，由此晶体管特性容易变化。如图5A中的B所示，考虑到由于氢气混入氧化物半导体层105的表面(源极/漏极电极侧的表面)、氧气从表面的解吸等而引起载流子在氧化物半导体层105的表面侧积聚，因而，在形成保护膜108和蚀刻阻止层之后，需要在氧气环境下进行退火过程以恢复特性。
即使在氢气和氧气不进出的情况下，由于过程等期间的热量的原因，氧化物半导体层105自身的载流子密度也会增加，如图5B中的B所示，载流子在栅极绝缘膜104侧积聚，阈值电压偏移到负侧。在这种情况下，需要在氧气环境下长时间执行退火以使阈值电压返回到正侧。或者，当氧化物半导体层105自身的膜厚度变薄时，阈值电压容易偏移到正侧。然而，在这种情况下，特别是，当氧化物半导体层105的初始载流子密度高时，膜厚度必须十分薄，难以保证过程的再现性。
同时，在这个实施例中，在用作沟道层的n型氧化物半导体层15的源极/漏极电极17A和17B侧上，堆叠表现出与n型氧化物半导体层15极性相反的p型氧化物半导体层16A，即，形成pn结。这里，图6表示临近n型氧化物半导体层15(栅极电极13、栅极绝缘膜14、n型氧化物半导体层15、p型氧化物半导体层16A和源极/漏极电极17A和17B)的能带结构。在图6中，“EF”代表费米能量(Fermi energy)。而且，栅极绝缘膜14、n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16A中的价带的上端水平分别表示为“Ev0”、“Ev1”和“Ev2”，栅极绝缘膜14、n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16A中的导带的下端水平分别表示为“Ec0”、“Ec1”和“Ec2”。
由于在n型氧化物半导体层15上设置p型氧化物半导体层16A，所以n型氧化物半导体层15的能带具有如图6所示的形状，获得了难以保持累积的载流子的结构。因此，阈值电压保持为正值。换句话说，不需要使阈值电压从负侧向正侧偏移的诸如长时间退火和使n型氧化物半导体层15变薄之类的过程。
而且，改善了n型氧化物半导体层15中的过程抵抗力(在过程期间防止氢气混入和氧气解吸的能力)。因而，即使在通过上述PECVD等在p型氧化物半导体层16A上形成保护膜18的情况下，也能够在过程期间避免对TFT特性的影响。而且，能够通过适当选择p型氧化物半导体层16A的材料和膜厚度，使n型氧化物半导体层15具有更高的过程抵抗力。换句话说，不需要相关技术中的形成保护膜之后所进行的用于恢复特性的退火过程。
如图6所示，p型氧化物半导体层16A中的价带的上端水平Ev2优选地低于n型氧化物半导体层15中的价带的上端水平Ev1(Ev2＜Ev1)。因此，在临近n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16A之间的pn界面处抑制了空穴的累积。在电子用作载流子的情况下，由于电子在临近pn界面处跃迁，所以空穴优选地不在临近pn界面处累积。同时，并未具体限制导带侧上的能带结构。这里，p型氧化物半导体层16A中的导带的低端水平Ec2高于n型氧化物半导体层15中的导带的低端水平Ec1(Ec2＞Ec1)。
如上所述，在这个实施例中，在用作沟道层的n型氧化物半导体层15上，设置表现出与n型氧化物半导体层15极性相反的p型氧化物半导体层16A，即，形成pn结。由此，减小了n型氧化物半导体层15中的载流子密度，阈值电压可以保持为正值。换句话说，不需要单独执行用于使所述阈值电压从负侧向正侧偏移的诸如长时间退火和使n型氧化物半导体层15变薄之类的其它过程。而且，由于改善了n型氧化物半导体层15的过程抵抗力，所以即使在形成保护膜18的情况下也不需要用于恢复特性的退火过程。换句话说，阈值电压是容易控制的。
2.第二实施例
TFT2的结构
图7表示根据本发明的第二实施例的薄膜晶体管(TFT2)的横剖面结构。另外，对于与第一实施例的部件相同的部件将使用相同的附图标记，适当地省略说明。与第一实施例的TFT1相似，TFT2是底栅极型TFT，在基板11上依次包括绝缘膜12、栅极电极13、栅极绝缘膜14和n型氧化物半导体层15。在n型氧化物半导体层15上形成p型氧化物半导体层16B，于是获得了形成pn结的双层结构。
然而，在这个实施例中，不同于第一实施例，通过图案化n型氧化物半导体层15的预定区域(所述区域面对源极/漏极电极17A和17B之间的隔离沟槽17C)形成p型氧化物半导体层16B。p型氧化物半导体层16B的材料、膜厚度等与第一实施例的p型氧化物半导体层16A的材料、膜厚度等相同。在p型氧化物半导体层16B的表面(源极/漏极电极17A和17B侧上的表面)上形成由与绝缘膜12相同的材料制成的沟道保护膜19。而且，源极/漏极电极17A和17B设置成覆盖n型氧化物半导体层15、p型氧化物半导体层16B和沟道保护膜19。
制造TFT2的方法
图8A～图8D以及图9A和图9B表示TFT2的制造过程示例的横剖面图。例如，可如接下来所描述的方法制造TFT2。
首先，如图8A所示，以与第一实施例相同的方式，在由玻璃等制成的基板11上依次形成绝缘膜12、栅极电极13、栅极绝缘膜14和n型氧化物半导体层15。此后，通过溅镀(DC/RF溅镀等)、脉冲激光沉积等在真空中在n型氧化物半导体层15的整个表面的上方形成p型氧化物半导体层16B。此时，优选地，在不暴露于空气的情况下，连续进行一系列形成n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16B的步骤。
接下来，如图8B所示，在所形成的p型氧化物半导体层16B中，在例如通过光刻图案化光致抗蚀剂之后，例如通过使用氯气的干蚀刻选择性去除光致抗蚀剂。由此，通过在n型氧化物半导体层15上与栅极电极13对应的区域中图案化，形成p型氧化物半导体层16B。
接下来，如图8C所示，例如，通过CVD形成SiOx层。在通过光刻图案化光致抗蚀剂之后，使用例如含氧气的C2HF5气体，干蚀刻SiOx层。由此，形成如图8D所示的沟道保护膜19。
接下来，在通过例如溅镀将Mo层形成为覆盖n型氧化物半导体层15、p型氧化物半导体层16B和沟道保护膜19之后，以与第一实施例相同的方式设置隔离沟槽17C。由此，形成源极/漏极电极17A和17B(图9A)。
接下来，如图9B所示，通过例如CVD在整个表面上形成SiN(氮化硅)膜，因而形成保护膜18。接下来，以与第一实施例相同的方式，在形成贯通孔180A和180B之后，在贯通孔180A和180B中掩埋贯通电极18A和18B，然后形成布线19A和19B。如上所述，完成了如图7所示的底栅极型TFT2。
在这个实施例的TFT2中，与第一实施例的TFT1相似，当等于或大于预定阈值电压的电压施加到栅极电极13时，在n型氧化物半导体层15中形成沟道。由此，电流在源极/漏极电极17A和17B之间流动，于是TFT2用作晶体管。而且，在n型氧化物半导体层15上设置p型氧化物半导体层16B以形成pn结，获得了如下带结构，即，在此带结构中，n型氧化物半导体层15上难以保持载流子。因此，减小了n型氧化物半导体层15中的载流子密度，阈值电压保持为正值。因而，能够获得与第一实施例相同的效果。
3.第三实施例
TFT3的结构
图10表示根据本发明的第三实施例的薄膜晶体管(TFT3)的横剖面结构。另外，对于与第一实施例的部件相同的部件将使用相同的附图标记，适当地省略说明。与第一实施例的TFT1相似，TFT3是底栅极型TFT，TFT3在基板11上依次包括绝缘膜12、栅极电极13、栅极绝缘膜14和n型氧化物半导体层15。TFT3具有n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16C的双层结构。
然而，在这个实施例中，不同于第一实施例，在n型氧化物半导体层15的表面侧上的部分(面对源极/漏极电极17A和17B之间的隔离沟槽17C的区域)中掩埋p型氧化物半导体层16C。具体地，通过将诸如杂质和离子之类的受体引入n型氧化物半导体层15的表面形成p型氧化物半导体层16C。p型氧化物半导体层16C的材料、膜厚度等与第一实施例的p型氧化物半导体层16A的材料、膜厚度等相同。
制造TFT3的方法
图11A～图11D表示TFT3的制造过程示例的横剖面图。例如，可如接下来所描述的方法制造TFT3。
首先，如图11A所示，以与第一实施例相同的方式，在由玻璃等制成的基板11上依次形成绝缘膜12、栅极电极13、栅极绝缘膜14和n型氧化物半导体层15。
接下来，如图11B所示，以与第一实施例相同的方式形成源极/漏极电极17A和17B。
接下来，如图11C所示，使用所形成的源极/漏极电极17A和17B作为掩模，通过杂质扩散等引入用作受体的杂质。或者，可进行离子注入。此时，仅将杂质引入n型氧化物半导体层15的表面侧上的部分。换句话说，在栅极绝缘膜14侧上保留n型氧化物半导体层15的薄膜。由此，在面对源极/漏极电极17A和17B之间的隔离沟槽17C的区域中形成由n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16C构成的双层结构(图11D)。此后，以与第一实施例相同的方式，通过形成保护膜18和布线19A和19B完成图10所示的TFT3。
在这个实施例的TFT3中，与第一实施例的TFT1相似，当等于或大于预定阈值电压的电压施加到栅极电极13时，在n型氧化物半导体层15中形成沟道。由此，电流在源极/漏极电极17A和17B之间流动，于是TFT3用作晶体管。而且，通过n型氧化物半导体层15和p型氧化物半导体层16C构成的堆叠结构形成pn结，获得了如下带结构，即，在此带结构中，n型氧化物半导体层15上难以保持载流子。因此，减小了n型氧化物半导体层15中的载流子密度，阈值电压保持为正值。因而，能够获得与第一实施例相同的效果。
4.变型
图12表示根据本发明的变型的薄膜晶体管(TFT4)的横剖面结构。TFT4是所谓的顶部栅极型(交错结构)TFT，TFT4在基板11上依次包括绝缘膜12、源极/漏极电极17A和17B、n型氧化物半导体层15、栅极绝缘膜14和栅极电极13。而且，在n型氧化物半导体层15的源极/漏极电极17A和17B侧上形成p型氧化物半导体层16D，获得了形成pn结的双层结构。另外，在源极/漏极电极17A和17B之间形成p型氧化物半导体层16D之后，通过将n型氧化物半导体层15形成为覆盖源极/漏极电极17A和17B和p型氧化物半导体层16D来形成双层结构。
以此方式，本发明不限于底栅极型TFT，而且也适用于顶部栅极型TFT。而且，在这个变型中，可以获得与上述实施例相同的效果。
5.应用示例
接下来，说明根据第一实施例～第三实施例和变型的薄膜晶体管(TFT1～TFT4)应用到显示单元和电子装置的应用示例。
显示单元
图13表示用作有机EL显示器的显示单元(使用有机EL元件的显示单元)的结构示例。显示单元在TFT基板(基板11)上包括例如显示区域30，在显示区域30中，包括用作显示元件的有机EL元件(有机电致发光元件)的多个像素PXLC以矩阵形式布置。在临近显示区域30处设置用作信号线驱动电路的水平选择器(HSEL)31、用作扫描线驱动电路的写扫描器(WSCN)32和用作电源线驱动电路的电源扫描器(DSCN)33。
在显示区域30中，分别在列方向上布置多个(整数“n”)信号线DTL1～DTLn，在行方向上布置多个(整数“m”)扫描线WSL1～WSLm和多个(整数“m”)电源线DSL1～DSLm。而且，在每个信号线DTL和每个扫描线WSL的每个交叉点处设置各像素PXLC(像素中的一个像素对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))。每个信号线DTL连接至水平选择器31，视频信号通过水平选择器31供应到每个信号线DTL。每个扫描线WSL连接至写扫描器32，扫描信号(选择脉冲)通过写扫描器32供应到每个扫描线WSL。每个电源线DSL连接至电源扫描器33，电源信号(控制脉冲)通过电源扫描器33供应到每个电源线DSL。
图14表示像素PXLC的电路结构的示例。每个像素PXLC包括像素电路40，像素电路40包括有机EL元件3D。像素电路40是包括采样晶体管3A、驱动晶体管3B、保持电容元件3C和有机EL元件3D的有源驱动电路。晶体管3A和3B对应于上述实施例的薄膜晶体管(TFT1～TFT4)。
采样晶体管3A连接至对应于采样晶体管3A的栅极的扫描线WSL。在采样晶体管3A中，其源极和栅极中的一方连接至对应的信号线DTL，而另一方连接至驱动晶体管3B的栅极。驱动晶体管3B连接至对应于驱动晶体管3B的漏极的电源线DSL，驱动晶体管3B的源极连接至有机EL元件3D的阳极。有机EL元件3D的阴极连接至接地布线3H。另外，所有像素PXLC共同接线到接地布线3H。在驱动晶体管3B的源极和栅极之间布置保持电容元件3C。
通过对应于从扫描线WSL供应的扫描信号(选择脉冲)而导通，采样晶体管3A对从信号线DTL供应的视频信号的信号电位进行采样，并将信号电位保持在保持电容元件3C中。驱动晶体管3B从设定成第一预定电位(未图示)的电源线DSL接收电流供应，并向有机EL元件3D供应对应于保持电容元件3C中所保持信号电位的驱动电流。有机EL元件3D使用从驱动晶体管3B供应的驱动电流以对应于视频信号的信号电位的亮度发光。
在该显示单元中，采样晶体管3A对应于从扫描线WSL供应的扫描信号而导通，以便对从信号线DTL供应的视频信号的信号电位采样，并将其保持在保持电容元件3C中。而且，通过设定为第一电位的电源线DSL向驱动晶体管3B供应电流，将对应于保持电容元件3C中所保持的信号电位的驱动电流供应到有机EL元件3D(每个红色、绿色和蓝色的有机EL元件)。每个有机EL元件3D使用所供应的驱动电流以对应于视频信号的信号电位的亮度发光。由此，显示单元基于视频信号显示视频。
电子装置
在下文中，将说明该显示单元应用到电子装置的应用示例。该显示单元适用于各种领域的电子装置，例如电视装置、数码相机、笔记本个人计算机、诸如移动电话之类的移动终端装置或摄像机。换句话说，该显示单元适用于各种领域中的将外部输入的视频信号或电子装置内部产生的视频信号显示为图像或视频的电子装置。
模块
在诸如下面将要说明的第一至第五应用示例之类的各种电子装置中，将该显示单元作为如图15所示的模块安装。在模块中，例如，在基板11的一侧中设置从密封基板50露出的区域210，通过延伸水平选择器31、写扫描器32和电源扫描器33的布线在露出的区域210中形成外部连接端子(未图示)。外部连接端子可设有用于输入/输出信号的柔性印刷电路(FPC)220。
第一应用示例
图16表示电视装置的外观。电视装置例如包括视频显示屏部300，视频显示屏部300包括前面板310和滤光玻璃320，视频显示屏部300对应于显示单元。
第二应用示例
图17A和图17B表示数码相机的外观。数码相机例如包括用于闪光的发光部410、显示部420、菜单开关430、快门按钮440，显示部420对应于显示单元。
第三应用示例
图18表示笔记本个人计算机的外观。笔记本个人计算机例如包括主体510、用于输入符号等操作的键盘520和用于显示图像的显示部530。显示部530对应于显示单元。
第四应用示例
图19表示摄像机的外观。摄像机例如包括主体610、设于主体610的前侧表面上用于捕获目标的镜头620、开始/停止摄像开关630和显示部640，显示部640对应于显示单元。
第五应用示例
图20A～图20G表示移动电话的外观。在移动电话中，例如，上盖710和下盖720通过结合部(铰链部)730结合。移动电话包括显示器740、子显示器750、图片灯760和相机770。其中，显示器740或子显示器750对应于显示单元。
在上文中，尽管结合实施例、变型和应用示例描述了本发明，但本发明不限于实施例等，可以对其做出各种修改。例如，在实施例等中，尽管结合具有n型导电性的氧化物半导体用作沟道层的情况的示例进行了说明，但具有p型导电性的氧化物半导体也可以用作沟道层。在这种情况下，在p型氧化物半导体层的源极/漏极电极侧上设置表现出与p型氧化物半导体层的极性相反的n型氧化物半导体层，由此形成pn结。这抑制了载流子(空穴)在p型氧化物半导体层中累积，能够减小载流子密度。因此，能够获得与n型沟道层的情况相同的效果。
在应用示例中，尽管给出了有机EL显示器的示例作为本发明的薄膜晶体管应用到显示单元的应用示例，但其不限于此，本发明的薄膜晶体管也适用于其它类型的显示单元(例如，使用液晶元件作为显示元件的液晶显示单元)。
而且，每个层的材料、厚度、膜形成方法、膜形成条件等不限于实施例等中所述的材料、厚度、膜形成方法、膜形成条件等，也可以采用其它材料、其它厚度、其它膜形成方法和其它膜形成条件。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
Claims (15)
1.一种薄膜晶体管，其包括：
栅极电极；
一对源极/漏极电极；
第一氧化物半导体层，其设于所述栅极电极和所述一对源极/漏极电极之间，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及
第二氧化物半导体层，其设于所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧上，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述第一氧化物半导体层的所述极性是n型，所述第二氧化物半导体层的所述极性是p型。
3.如权利要求1或2所述的薄膜晶体管，在基板上依次包括：所述栅极电极；所述第一氧化物半导体层；所述第二氧化物半导体层；和所述一对源极/漏极电极。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管，其中，所述第二氧化物半导体层设于面对所述一对源极/漏极电极之间的隔离沟槽的区域中。
5.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其中，
设有金属层，在所述第二氧化物半导体层和所述一对源极/漏极电极之间的面内方向上，连续设置所述金属层和所述第二氧化物半导体层，
所述第二氧化物半导体层是由构成所述金属层的金属氧化物制成。
6.如权利要求4所述的薄膜晶体管，还包括在所述第二氧化物半导体层上的保护膜，其中，所述一对源极/漏极电极设置为在所述第一氧化物半导体层上方从所述第一氧化物半导体层到所述保护膜。
7.如权利要求4所述的薄膜晶体管，其中，面对所述隔离沟槽的所述区域中的所述第二氧化物半导体层掩埋在所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧的部分中。
8.一种制造薄膜晶体管的方法，其包括以下步骤：
形成第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及
形成第二氧化物半导体层，所述第二氧化物半导体层设于所述第一氧化物半导体层的上方，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
9.如权利要求8所述的制造薄膜晶体管的方法，其中，所述第一氧化物半导体层的所述极性是n型，所述第二氧化物半导体层的所述极性是p型。
10.如权利要求8或9所述的制造薄膜晶体管的方法，其中，在基板上依次形成栅极电极、所述第一氧化物半导体层和所述第二氧化物半导体层。
11.如权利要求10所述的制造薄膜晶体管的方法，其中，
在形成所述第一氧化物半导体层之后，在所述第一氧化物半导体层上形成金属层，在所述金属层上形成一对源极/漏极电极，使用所述一对源极/漏极电极之间的隔离沟槽作为掩模在所述金属层上进行氧化处理，由此形成所述第二氧化物半导体层。
12.如权利要求10所述的制造薄膜晶体管的方法，其中，
通过图案化在所述第一氧化物半导体层的上方形成所述第二氧化物半导体层，
在通过图案化所形成的所述第二氧化物半导体层上形成保护膜，
在所述第一氧化物半导体层的上方从所述第一氧化物半导体层到所述保护膜形成所述一对源极/漏极电极。
13.如权利要求10所述的制造薄膜晶体管的方法，其中，
在形成所述第一氧化物半导体层之后，在所述第一氧化物半导体层上形成所述一对源极/漏极电极，使用所述一对源极/漏极电极之间的所述隔离沟槽作为掩模，将杂质或离子引入所述第一氧化物半导体层中。
14.一种显示单元，所述显示单元包括显示元件和驱动所述显示元件的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
栅极电极；
一对源极/漏极电极；
第一氧化物半导体层，其设于所述栅极电极和所述一对源极/漏极电极之间，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及
第二氧化物半导体层，其设于所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧上，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
15.一种包括显示单元的电子装置，所述显示单元具有显示元件和用于驱动所述显示元件的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括：
栅极电极；
一对源极/漏极电极；
第一氧化物半导体层，其设于所述栅极电极和所述一对源极/漏极电极之间，所述第一氧化物半导体层形成沟道；及
第二氧化物半导体层，其设于所述第一氧化物半导体层的所述一对源极/漏极电极侧上，所述第二氧化物半导体层的极性不同于所述第一氧化物半导体层的极性。
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