(57)【要約】【課題】本発明は、形成されたチャンネル層が薄膜トランジスタのヒステリシス現象を改善できる薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】本発明の実施例は、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びチャンネル層を含む薄膜トランジスタを提供する。ゲート電極は基板上に配置され、チャンネル層はゲート電極と電気的に絶縁され、ゲート絶縁層はゲート電極とチャンネル層との間に配置される。ソース電極とドレイン電極は、いずれもチャンネル層と電気的に接続される。チャンネル層からゲート絶縁層に近接した一側の前チャンネル層、前記ソース電極と前記ドレイン電極に近接した一側の裏チャンネル層、及び前チャンネル層と裏チャンネル層との間に位置する中間層が定義され、前チャンネル層の酸素空孔濃度は中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものである。【選択図】図１
2016042577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置されるゲート電極と、
前記ゲート電極と電気的に絶縁されるチャンネル層と、
前記ゲート電極と前記チャンネル層との間に配置されるゲート絶縁層と、
前記チャンネル層に電気的に接続されるソース電極と、
前記チャンネル層に電気的に接続されるドレイン電極と、
を含み、
前記チャンネル層から前記ゲート絶縁層に近接した一側の前チャンネル層、前記ソース電極と前記ドレイン電極に近接した一側の裏チャンネル層、及び前記前チャンネル層と前記裏チャンネル層との間に位置する中間層が定義され、
前記前チャンネル層の酸素空孔濃度は前記中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記前チャンネル層と前記裏チャンネル層の酸素空孔濃度はいずれも前記中間層の酸素空孔濃度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記チャンネル層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に配置され、且つ前記チャンネル層の一部を露出させるように、前記チャンネル層の一部を覆っている保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記前チャンネル層は、前記チャンネル層の前記ゲート絶縁層に近接した一側の結合エネルギーが初めに生じられる変位部位として定義されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記前チャンネル層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記裏チャンネル層は、前記チャンネル層の前記ソース電極と前記ドレイン電極に近接した一側の結合エネルギーが初めに生じられる変位部位として定義されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記裏チャンネル層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
前記チャンネル層は、金属酸化物半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記金属酸化物半導体層の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛であり、
前記酸化インジウムガリウム亜鉛のインジウム、ガリウム、亜鉛、酸素原子の比率は、１：１．４５〜１．８：１〜１．２５：４．３〜４．７であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記金属酸化物半導体層の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛であり、
前記前チャンネル層の酸素空孔濃度及び前記裏チャンネル層の酸素空孔濃度は、３％〜２０％であることを特徴とする請求項８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１１】
前記保護層は、複数の開口を有し、
前記ソース電極と前記ドレイン電極はいずれも前記開口を介して前記チャンネル層と接触され、
前記開口の下に位置する前記チャンネル層の酸素空孔濃度は、前記保護層と接触される前記チャンネル層の酸素空孔濃度よりも大きいものであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
第１の基板と、
前記第１の基板と結合される第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、複数の薄膜トランジスタを備える能動素子アレイ層と、
を含み、
前記薄膜トランジスタは、
基板上に配置されるゲート電極と、
前記ゲート電極と電気的に絶縁されるチャンネル層と、
前記ゲート電極と前記チャンネル層との間に配置されるゲート絶縁層と、
前記チャンネル層に電気的に接続されるソース電極と、
前記チャンネル層に電気的に接続されるドレイン電極と、
を含み、
前記チャンネル層から前記ゲート絶縁層に近接した一側の前チャンネル層、前記ソース電極と前記ドレイン電極に近接した一側の裏チャンネル層、及び前記前チャンネル層と前記裏チャンネル層との間に位置する中間層が定義され、
前記前チャンネル層の酸素空孔濃度は前記中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものであることを特徴とする表示パネル。
【請求項１３】
前記前チャンネル層と前記裏チャンネル層の酸素空孔濃度はいずれも前記中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものであることを特徴とする請求項１２に記載の表示パネル。
【請求項１４】
前記チャンネル層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に配置され、且つ前記チャンネル層の一部を露出させるように、前記チャンネル層の一部を覆っている保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の表示パネル。
【請求項１５】
前記前チャンネル層は、前記チャンネル層の前記ゲート絶縁層に近接した一側の結合エネルギーが初めに生じられる変位部位として定義されることを特徴とする請求項１２に記載の表示パネル。
【請求項１６】
前記裏チャンネル層は、前記チャンネル層の前記ソース電極と前記ドレイン電極に近接した一側の結合エネルギーが初めに生じられる変位部位として定義されることを特徴とする請求項１２に記載の表示パネル。
【請求項１７】
前記チャンネル層は、金属酸化物半導体層であることを特徴とする請求項１２に記載の表示パネル。
【請求項１８】
前記金属酸化物半導体層の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛であり、
前記酸化インジウムガリウム亜鉛のインジウム、ガリウム、亜鉛、酸素原子の比率は、１：１．４５〜１．８：１〜１．２５：４．３〜４．７であることを特徴とする請求項１７に記載の表示パネル。
【請求項１９】
前記金属酸化物半導体層の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛であり、
前記前チャンネル層の酸素空孔濃度及び前記裏チャンネル層の酸素空孔濃度は、３％〜２０％であることを特徴とする請求項１７に記載の表示パネル。
【請求項２０】
前記保護層は、複数の開口を有し、
前記ソース電極と前記ドレイン電極はいずれも前記開口を介して前記チャンネル層と接触され、
前記開口の下に位置する前記チャンネル層の酸素空孔濃度は、前記保護層と接触される前記チャンネル層の酸素空孔濃度よりも大きいものであることを特徴とする請求項１４に記載の表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの構造に関し、特に、表示パネルに適用される薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在よく見られる薄膜トランジスタ液晶ディスプレー（Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ、ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、能動素子アレイ基板、カラーフィルター及びバックライトモジュールを備える。能動素子アレイ基板は、薄膜トランジスタが基板上に設けられ、薄膜トランジスタがサブ画素（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）の電圧の制御に用いられることによって、液晶分子の偏向角度を調整し、さらに偏光子によりサブ画素の階調を決める。サブ画素の階調とカラーフィルターとを合せて、赤、青、緑の色を発光するサブ画素により映像画面が構成される。
【０００３】
ヒステリシス現象（Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）は、薄膜トランジスタに印加された電圧が低電圧から高電圧へ変化する時の電流変化曲線が、電圧が高電圧から低電圧へ変化する時の電流変化曲線と重ね合わさらない場合の現象である。薄膜トランジスタのヒステリシス現象により、同じ電圧差でも、液晶分子は異なる偏向角度が生じて、表示パネルが同じ階調信号で異なる輝度を生じるので、表示パネルにチラツキや残像が現れてしまうことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、形成されたチャンネル層が薄膜トランジスタのヒステリシス現象を改善できる薄膜トランジスタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施例は、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びチャンネル層を含む薄膜トランジスタを提供する。ゲート電極は基板上に配置され、チャンネル層はゲート電極と電気的に絶縁され、ゲート絶縁層はゲート電極とチャンネル層との間に配置される。ソース電極とドレイン電極は、いずれもチャンネル層と電気的に接続される。チャンネル層からゲート絶縁層に近接した一側の前チャンネル層、保護層に近接した一側の裏チャンネル層及び前チャンネル層と裏チャンネル層との間に位置する中間層が定義される。前チャンネル層の酸素空孔濃度は中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものである。
【０００６】
本発明のもう一つの実施例は、第１の基板、第２の基板及び能動素子アレイ層を備える表示パネルを提供する。第１の基板は第２の基板と結合され、能動素子アレイ層は第１の基板と第２の基板との間に配置される。能動素子アレイ層は複数の薄膜トランジスタを含む。前記薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及びチャンネル層を含む。ゲート電極は基板上に配置され、チャンネル層はゲート電極と電気的に絶縁され、ゲート絶縁層はゲート電極とチャンネル層との間に配置される。ソース電極とドレイン電極は、いずれもチャンネル層と電気的に接続される。チャンネル層からゲート絶縁層に近接した一側の前チャンネル層、保護層に近接した一側の裏チャンネル層及び前チャンネル層と裏チャンネル層との間に位置する中間層が定義される。前チャンネル層の酸素空孔濃度は、中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものである。
【発明の効果】
【０００７】
前記したように、本発明の実施例が提供するチャンネル層は、成長が完成された後、２００℃〜４００℃のアニール温度でチャンネル層にアニール処理が施されたものである。チャンネル層のゲート絶縁層に近接した一側が初めに結合エネルギーを生じる変位部位を前チャンネル層として定義し、チャンネル層の保護層に近接した一側が初めに結合エネルギーを生じる変位部位を裏チャンネル層として定義する。前記前チャンネル層と前記裏チャンネル層との間に位置する部位を中間層として定義する。チャンネル層を前チャンネル層から裏チャンネル層への方向に、順に第１の領域、第２の領域及び第３の領域に区分する。第１の領域は前チャンネルに近接したチャンネル層を代表し、第３の領域は裏チャンネルに近接したチャンネル層を代表し、第２の領域は第１の領域と第３の領域との間に介在される中間層を有するチャンネル層を代表する。第１の領域及び第３の領域の酸素空孔濃度は、いずれも第２の領域の酸素空孔濃度よりも大きいものである。すなわち、前チャンネル層と裏チャンネル層の酸素空孔濃度は、いずれも中間層の酸素空孔濃度よりも大きいものである。つまり、酸素空孔の多くは、前チャンネルと裏チャンネルに存在する。
【０００８】
詳しく説明する必要があるのは、チャンネル層に熱処理が施される過程において、チャンネル層内部の酸素空孔が前チャンネル層及び裏チャンネル層に移動されることによって、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善される。本発明の薄膜トランジスタは、複数種類の異なる表示パネルに適用可能であり、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善されることによって、さらに、表示パネルの応答速度が改善され、ひいては、その表示画面にチラツキや残像が現れたことが改善される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例の薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図２】チャンネル層の原子百分率が膜深さに伴って変化する模式図である。
【図３Ａ】一組のチャンネル層のＯ１ｓ結合が膜深さに伴って変化する深さ分析図である。
【図３Ｂ】一組のチャンネル層のＯ１ｓ結合が膜深さに伴って変化する深さ分析図である。
【図４Ａ】前チャンネルのＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図である。
【図４Ｂ】チャンネル層内部のＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図である。
【図４Ｃ】裏チャンネルのＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図である。
【図５Ａ】熱処理工程を経たチャンネル層を有する薄膜トランジスタの電流−電圧ヒステリシスのグラフである。
【図５Ｂ】熱処理工程を経ていないチャンネル層を有する薄膜トランジスタの電流−電圧ヒステリシスのグラフである。
【図６】本発明の一実施例の表示パネルの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面にある例示的な実施例を示すが、以下に、各種の例示的な実施例をより十分に述べるように、添付図面を参照する。また、本発明の概念は、多くの異なる形式で表現される可能性があり、且つ本文に述べられる例示的な実施例に限られると解釈すべきものではない。確実に言うと、本発明を詳細且つ完全なものとし、且つ本発明の概念の範囲を十分に当業者に伝えるように、これらの例示的な実施例が提供される。各図面において、示された各層及び各領域を明らか且つ明確なものにさせるように、それらの相対的な大きさの比例を誇張して示すことがあり、さらに、類似数字は、常に類似符号を示している。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施例の薄膜トランジスタの模式断面図である。図１を参照すると、本実施例において、薄膜トランジスタ１００は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ｂｏｔｔｏｍ  ｇａｔｅ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、基板Ｓ１上に順に形成されるゲート電極１１０、ゲート絶縁層１２０、チャンネル層１３０、保護層１４０、ソース電極１５０及びドレイン電極１６０を含む。保護層１４０は、チャンネル層１３０の一部を露出させるように、チャンネル層１３０の一部を覆っている。ソース／ドレイン電極１５０、１６０は、露出したチャンネル層１３０の一部と電気的に接続されている。
【００１２】
一般的には、ゲート電極１１０に電圧が印加された時、チャンネル層１３０が誘導されるように促して電荷を集中させることによって、チャンネル層１３０には電荷が流れれるチャンネルが形成される。ゲート絶縁層１２０は、薄膜トランジスタ１００の短絡を防ぐために、ゲート電極１１０及びチャンネル層１３０が隔離されるように用いられる。保護層１４０は、チャンネル層１３０のエッチングストッパー層として用いられる。
【００１３】
一般的には、基板Ｓ１は、薄膜トランジスタ１００の載置板として用いられ、プラスチック基板、シリコン基板、サファイア基板、セラミック基板またはガラス基板であってもよい。本発明は、基板Ｓ１の種類が限定されるものではない。
【００１４】
ゲート電極１１０は、基板Ｓ１上に配置される。ゲート電極１１０の構造は、一層または二層以上のラミネーションでもよく、本実施例において、ゲート電極１１０の構造は一層である。ゲート電極１１０の材料は、金属材料、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）及び／又はニオブ（Ｎｄ）等であってもよい。或いは、ゲート電極層の材料は、合金材料、例えばアルミニウムモリブデン合金及び／又はアルミニウムニオブ合金等であってもよい。或いは、ゲート電極層の材料は、金属窒化物、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等であってもよい。
【００１５】
ゲート絶縁層１２０は、ゲート電極１１０と基板Ｓ１上を覆うように、ゲート電極１１０上に配置される。ゲート絶縁層１２０の構造は、一層またはラミネーションでもよいが、本実施例において、ゲート絶縁層１２０の構造は一層である。ゲート絶縁層１２０の材料は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）及び／又は窒化シリコン酸化物（ＳｉＯＮ）等の材料である。
【００１６】
保護層１４０は、チャンネル層１３０上に配置される。保護層１４０の材料は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）である。保護層１４０に複数の開口Ｈ１が形成されるように、リソグラフィエッチング工程により保護層１４０をパターニングすることができ、ソース電極１５０とドレイン電極１６０とがいずれも開口Ｈ１を介してチャンネル層１３０と電気的に接続される。
【００１７】
チャンネル層１３０は、ゲート絶縁層１２０と保護層１４０との間に位置して、ゲート電極１１０と電気的に絶縁される。チャンネル層１３０は半導体層であり、その材料は、アモルファスシリコン（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｉｌｉｃｏｎ，ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ、ｍｃ−Ｓｉ）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ）または金属酸化物（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ）等であってもよい。実施例において、チャンネル層１３０は金属酸化物半導体層である。具体的には、チャンネル層１３０は、先ずスッパタリング法により金属酸化物薄膜の全体が形成された後、リソグラフィエッチング工程を介して、金属酸化物薄膜の全体がパターニングされて、アイランド形状の金属酸化物半導体層を形成することができる。また、チャンネル層１３０の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）、酸化亜鉛（Ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ、ＺｎＯ）、酸化スズ（Ｓｔａｎｎｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ、ＳｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）、酸化ガリウム亜鉛（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、ＧａＺｎＯ）、酸化亜鉛スズ（Ｚｉｎｃ−Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＺＴＯ）、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる一種類であってもよい。本実施例において、チャンネル層１３０の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛である。ただし、本発明は、これに制限されるものではない。
【００１８】
具体的には、チャンネル層１３０は、マグネトロンスッパタリング法（ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）またはパルスレーザー堆積法（ｐｕｌｓｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＬＤ）により製作されるものであってもよい。成長が完成された後、チャンネル層１３０に熱処理工程が施され、例えばアニール処理が施される。アニール温度は、２００℃〜４００℃である。
【００１９】
また、Ｘ線光電子分光計（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ、ＸＰＳ）によりチャンネル層１３０を分析すれば、チャンネル層１３０の組成が分かるようになる。図２は、チャンネル層１３０の原子百分率が膜深さに伴って変化する模式図である。以下の表１に図２の原子百分率を詳細に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図２と表１を参照すると、Ｘ線光電子分光計によりチャンネル層１３０を分析することによって、その材料が酸化インジウムガリウム亜鉛であることは分かる。ＸＰＳ深さプロファイル（Ｄｅｐｔｈ  Ｐｒｏｆｉｌｅ）は、試料をイオンビームスパッタリング（ｉｏｎ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）すると共に異なる深さの電子信号を分析することによって、異なる深さにおける元素組成が得られるプロファイルである。Ｘ軸はＸ線光電子分光計により分析されたチャンネル層１３０の保護層１４０に近接した一側からゲート絶縁層１２０に近接した一側への膜深さであり、Ｙ軸は元素の原子百分率（単位：ａｔ％）である。また、Ｘ軸の単位はエッチング深さ、つまり、試料がイオンビームスパッタリング（ｉｏｎ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）された深さである。曲線Ｌ１は、チャンネル層１３０のＯ１ｓ結合が膜深さと伴って変化する曲線を代表し、曲線Ｌ２は、チャンネル層１３０の酸素空孔が膜深さと伴って変化する曲線を代表し、曲線Ｌ３は、チャンネル層１３０のＩｎ−Ｏ結合が膜深さと伴って変化する曲線を代表し、曲線Ｌ４は、チャンネル層１３０のＧａ２Ｏ３結合が膜深さと伴って変化する曲線を代表し、曲線Ｌ５は、チャンネル層１３０のＺｎ−Ｏ結合が膜深さと伴って変化する曲線を代表する。
【００２２】
図２に示すような各曲線Ｌ１−Ｌ５の変化は、チャンネル層１３０の厚さに伴うチャンネル層１３０の各原子の百分率の変化を示す。曲線Ｌ１及び曲線Ｌ３−Ｌ５の変化が大きくないことは、チャンネル層１３０におけるインジウム、ガリウム、亜鉛、酸素原子の百分率がチャンネル層１３０に対して計測された膜深さの増加に伴って殆ど大きく変化しなかったことを示す。表１を参照すると、チャンネル層１３０は、酸化インジウムガリウム亜鉛層であり、そのインジウム、ガリウム、亜鉛、酸素原子の比率は、１：１．４５〜１．８：１〜１．２５：４．３〜４．７である。曲線Ｌ２のチャンネル層１３０とゲート絶縁層１２０及び保護層１４０のそれぞれとの境界部位における変化がチャンネル層１３０におけるものよりも高いことは、チャンネル層１３０のゲート絶縁層１２０に近接した一側の表面及び保護層１４０に近接した一側の表面に酸素空孔が多く存在する一方、チャンネル層１３０の内部に少ない酸素空孔が存在することを示す。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは、一組のチャンネル層１３０のＯ１ｓ結合が膜深さと伴って変化する深さ分析図である。以下の表２に図３Ａ及図３Ｂの結合比率を詳細に示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｘ軸は結合エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ  ｅｎｅｒｇｙ）値であり、Ｚ軸は強度値であり、Ｙ軸はＸ線光電子分光計により分析されたチャンネル層１３０の膜深さである。図３ＡのＹ軸視角はゲート絶縁層１２０に近接した一側から保護層１４０に近接した一側への方向であ、図３ＢのＹ軸視角は保護層１４０に近接した一側からゲート絶縁層１２０に近接した一側への方向である。
【００２４】
図３Ａ及び図３Ｂにおける複数本の曲線は、一組のチャンネル層１３０のＯ１ｓ結合が膜深さと伴って変化する曲線として示される。チャンネル層１３０のＯ１ｓ結合は、膜深さと伴って結合エネルギーの変位を生じ、チャンネル層１３０のゲート絶縁層１２０に近接した一側から保護層１４０に近接した一側への方向におけるＯ１ｓ結合のピークは、結合エネルギーが低い方から高い方へ、そして低い方へ変位される。チャンネル層１３０が始めに生じた結合エネルギーにより初めに生じられた変位部位、すなわち、チャンネル層１３０のゲート絶縁層１２０に近接した一側の結合エネルギーが初めに結合エネルギーを生じる変位部位を前チャンネル層１３０ａとして定義し、チャンネル層１３０の保護層１４０またはソース電極１５０とドレイン電極１６０に近接した一側の結合エネルギーが初めに結合エネルギーを生じる変位部位を裏チャンネル層１３０ｂとして定義し、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂとの間に位置するチャンネル層１３０を中間層１３０ｃとして定義する。前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂの厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍであり、中間層１３０ｃの厚さは前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂの厚さよりもはるかに大きいものである。
【００２５】
チャンネル層１３０の組成及び特性を詳述しやくするために、チャンネル層１３０の酸素原子の特性が得られるように、曲線適合法（ｃｕｒｖｅ  ｆｉｔｔｉｎｇ）の方式によりチャンネル層１３０の内部、前チャンネル層１３０ａ及び裏チャンネル層１３０ｂのＯ１ｓ結合を分析してもよい。図４Ａは、前チャンネル層１３０ａのＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図であり、図４Ｂは、チャンネル層１３０内部のＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図であり、図４Ｃは、裏チャンネル層１３０ｂのＯ１ｓ結合のＸ線光電子分光図である。チャンネル層１３０内部のＯ１ｓ結合がほぼ対称的なものであるが、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂのＯ１ｓ結合のピークが非対称的なものである。これは、酸素が単に格子酸素（５３０．３ｅＶ）からなるものではなく、酸素空孔（５３２．３ｅＶ）を含有するものであることを示す。曲線Ｌ６はＯ１ｓ結合のピーク曲線を代表し、曲線Ｌ７は酸素空孔のピーク曲線を代表する。図４Ａ及び図４Ｃにおいて、いずれも曲線Ｌ６とＬ７が存在する。これは、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂに、いずれも酸素空孔が存在することを表す。図４Ｂにおいて、曲線Ｌ６しか存在しない。これは、チャンネル層１３０に酸素空孔が殆ど存在しないことを表す。図４Ａ及び図４Ｃに対して面積積分をすることによって、元素含有量が得られて表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
図２を再びに参照すると、曲線Ｌ２に示すように、チャンネル層１３０のゲート絶縁層１２０に近接した一側の表面（すなわち、前チャンネル層１３０ａ）及び保護層１４０またはソース電極１５０とドレイン電極１６０に近接した一側の表面（すなわち、裏チャンネル層１３０ｂ）の酸素空孔濃度が高く、チャンネル層１３０内部（すなわち、中間層１３０ｃ）の酸素空孔濃度が低い。チャンネル層１３０を前チャンネル層１３０ａから裏チャンネル層１３０ｂへの方向に、順に第１の領域Ｉ、第２の領域ＩＩ及び第３の領域ＩＩＩにほぼ区分する。第１の領域Ｉは前チャンネル層１３０ａに近接したチャンネル層１３０を代表し、第３の領域ＩＩＩは裏チャンネル層１３０ｂに近接したチャンネル層１３０を代表し、第２の領域ＩＩは第１の領域Ｉの前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂとの間に介在される中間層１３０ｃを代表する。第１の領域Ｉ、第２の領域ＩＩ及び第３の領域ＩＩＩ内の曲線Ｌ２の変化から、第１の領域Ｉ及び第３の領域ＩＩＩの酸素空孔濃度は、いずれも第２の領域ＩＩの酸素空孔濃度よりも大きいものである。すなわち、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂの酸素空孔濃度は、いずれも中間層１３０ｃの酸素空孔濃度よりも大きいものである。つまり、酸素空孔の多くは、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂに存在する。前チャンネル層の酸素空孔濃度及び裏チャンネル層の酸素空孔濃度は３％〜２０％である。
【００２８】
また、裏チャンネル層１３０ｂにおける酸素空孔濃度は、平均なプロファイルが現れていない。リソグラフィエッチング工程を経て保護層１４０がパターニングされて、保護層１４０に複数の開口Ｈ１が形成されているので、リソグラフィエッチング工程は、開口Ｈ１の下に位置するチャンネル層１３０に多くの破壊を受けさせ、開口Ｈ１の下に位置するチャンネル層１３０の酸素空孔濃度が保護層１４０と接触されるチャンネル層１３０の酸素空孔濃度よりも大きいものになる。
【００２９】
また、チャンネル層１３０に熱処理が施される過程において、チャンネル層１３０内部の酸素空孔が前チャンネル層１３０ａ及び裏チャンネル層１３０ｂに移動されることによって、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善される。
【００３０】
図５Ａは、熱処理工程を経たチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタの電流−電圧ヒステリシスのグラフである。図５Ｂは、熱処理工程を経ていないチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタの電流−電圧ヒステリシスのグラフである。図５Ａに示すように、熱処理工程を経たチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタ１００を計測して、その閾値電圧（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）の差を取ってヒステリシス現象の大きさを定義すると、そのヒステリシス曲線のヒステリシス現象が小さい。図５Ｂに示すように、熱処理工程を経ていないチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタを計測すると、薄膜トランジスタのヒステリシス曲線のヒステリシス現象が大きい。そこで、熱処理工程を経たチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタ１００のヒステリシス現象（Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）は、熱処理工程を経ていないチャンネル層１３０を有する薄膜トランジスタのヒステリシス現象よりも小さいものになる。
【００３１】
図６は、本発明の一実施例の表示パネルの構造模式図である。本実施例において、表示パネル２００は、液晶パネルである。図６を参照すると、表示パネル２００は、第１の基板２１０、第２の基板２２０、液晶層２３０及び能動素子アレイ層Ｔ１を備える。第１の基板２１０は第２の基板２２０に結合され、液晶層２３０及び能動素子アレイ層Ｔ１は第１の基板２１０と第２の基板２２０との間に配置される。能動素子アレイ層Ｔ１は、少なくとも一つの薄膜トランジスタ１００を含む。
【００３２】
第１の基板２１０及び第２の基板２２０の材料は、ガラス、プラスチックまたは石英であってもよい。ただし、本発明は、第１の基板２１０及び第２の基板２２０の材料が制限されるものではない。
【００３３】
表示パネル２００は第２の基板２２０上に配置されるカラーフィルター層Ｃ１を含み、カラーフィルター層Ｃ１は遮光層２２２ａ及び複数枚の各色のカラーフィルター２２２ｂを含むようにしてもよい。遮光層２２２ａは主として、バックライトモジュールからの光を遮るために用いられて、映像表現が入射光のリークに影響されることを防止する。複数の単色画素領域（図示せず）を区分するように、遮光層２２２ａに第２の基板２２０の一部の表面を露出させ、これらの単色画素領域は、各色のカラーフィルター２２２ｂを配列するためのものである。遮光層２２２ａに使用される材料は、黒い樹脂、黒いフォトレジスト材料等であってもよい。カラーフィルター２２２ｂは、各色のフォトレジストであってもよく、使用される材料は、カラーフォトレジスト材料であってもよいが、その色は赤、緑、青または透明色等であってもい。異なる表示パネルの設計上の点から、単色画素領域内に配置されたこれらのカラーフィルター２２２ｂは、多種類の配列方式、例えばモザイク式、三角式、バー式等がある。ただし、本発明は、各色のカラーフィルター２２２ｂの色、材料及び配置設計が制限されるものではない。
【００３４】
液晶層２３０は、入射光の偏光方向を変えるように、第１の基板２１０と第２の基板２２０との間の隙間に配置される。液晶層２３０の材料の種類はさまざまがあるが、ネマチック型の液晶（Ｎｅｍａｔｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、スメクチック型の液晶（Ｓｍｅｃｔｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、コレステリック型の液晶（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）等でもよい。ただし、本発明はこれに限られるものではない。
【００３５】
能動素子アレイ層Ｔ１は、第１の基板２１０上に配置され、且つ能動素子アレイ層Ｔ１は、複数の薄膜トランジスタ１００、複数本のデータ線（図示せず）及び複数本の走査線（図示せず）を備える。薄膜トランジスタ１００からなる能動素子アレイは、上記のカラーフィルター２２２ｂからなる配列に対応している。また、薄膜トランジスタ１００は、第１の基板２１０上に順に形成されるゲート電極１１０、ゲート絶縁層１２０、金属酸化物半導体層１３０、保護層１４０、ソース電極１５０及びドレイン電極１６０を備える。保護層１４０は、チャンネル層１３０の一部を露出させるよに、チャンネル層１３０の一部を覆っているが、ソース／ドレイン電極１５０、１６０は、露出したチャンネル層１３０の一部と電気的に接続されている。ソース電極１６０がデータ線（図示せず）と結合され、ゲート電極１１０が走査線（図示せず）と結合されている。
【００３６】
チャンネル層１３０の材料は、酸化インジウムガリウム亜鉛である。ただし、本発明は、これに制限されるものではない。具体的には、チャンネル層１３０は、マグネトロンスッパタリング法、有機金属化学気相成長法またはパルスレーザー堆積法により製作されるものでもよい。成長が完成された後、チャンネル層１３０に熱処理工程が施され、例えばアニール処理が施される。アニール温度は、２００℃〜４００℃である。図１を再びに参照すると、チャンネル層１３０を前チャンネル層１３０ａから裏チャンネル層１３０ｂへの方向に、順に第１の領域Ｉ、第２の領域ＩＩ及び第３の領域ＩＩＩに区分する。第１の領域Ｉは、前チャンネル層１３０ａを代表し、第３の領域ＩＩＩは、裏チャンネル層１３０ｂを代表し、第２の領域ＩＩは、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂとの間に介在される中間層１３０ｃを代表する。第１の領域Ｉ、第２の領域ＩＩ及び第３の領域ＩＩＩ内の曲線Ｌ２の変化から、第１の領域Ｉ及び第３の領域ＩＩＩの酸素空孔濃度は、いずれも第２の領域ＩＩの酸素空孔濃度よりも大きいものである。すなわち、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂの酸素空孔濃度は、いずれも中間層１３０ｃの酸素空孔濃度よりも大きいものである。つまり、酸素空孔の多くは、前チャンネル層１３０ａと裏チャンネル層１３０ｂに存在する。
【００３７】
詳しく説明する必要があるのは、チャンネル層１３０に熱処理が施される過程において、チャンネル層１３０内部の酸素空孔が前チャンネル層１３０ａ及び裏チャンネル層１３０ｂに移動されることによって、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善され、さらに、表示パネル２００の応答速度が改善され、ひいては、その表示画面にチラツキや残像が現れたことが改善される。
【００３８】
〔実施例の可能な効果〕
前記したように、本発明の実施例が提供するチャンネル層は、成長が完成された後、２００℃〜４００℃のアニール温度でチャンネル層にアニール処理が施されたものである。チャンネル層のゲート絶縁層に近接した一側が初めに結合エネルギーを生じる変位部位を前チャンネル層として定義し、チャンネル層の保護層に近接した一側が初めに結合エネルギーを生じる変位部位を裏チャンネル層として定義する。チャンネル層を前チャンネル層から裏チャンネル層への方向に、順に第１の領域、第２の領域及び第３の領域に区分する。第１の領域は、前チャンネルに近接したチャンネル層を代表し、第３の領域は、裏チャンネルに近接したチャンネル層を代表し、第２の領域は、第１の領域と第３の領域との間に介在されるチャンネル層を代表する。第１の領域及び第３の領域の酸素空孔濃度は、いずれも第２の領域の酸素空孔濃度よりも大きいものである。すなわち、酸素空孔の多くは、前チャンネルと裏チャンネルに存在する。
【００３９】
詳しく説明する必要があるのは、チャンネル層に熱処理が施される過程において、チャンネル層内部の酸素空孔が前チャンネル層及び裏チャンネル層に移動されるようになって、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善され、さらに、表示パネルの応答速度が改善され、ひいては、その表示画面にチラツキや残像が現れたことが改善される。
【００４０】
本発明の薄膜トランジスタは、複数種類の異なる表示パネルに適用可能であり、薄膜トランジスタのヒステリシス現象が改善されることによって、さらに、表示パネルの応答速度が改善され、ひいては、その表示画面にチラツキや残像が現れたことが改善される。
【００４１】
以上の内容は、本発明の好ましい実現可能な実施例に過ぎず、それにより本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。よって、本発明の明細書及び図面内容に基づき為された等価の技術的変更であれば、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４２】
１００  薄膜トランジスタ
１１０  ゲート電極
１２０  ゲート絶縁層
１３０  チャンネル層
１３０ａ  前チャンネル層
１３０ｂ  裏チャンネル層
１３０ｃ  中間層
１４０  保護層
１５０  ソース電極
１６０  ドレイン電極
２００  表示パネル
２１０  第１の基板
２２０  第２の基板
２２２ａ  遮光層
２２２ｂ  カラーフィルター
２３０  液晶層
Ｃ１  カラーフィルター層
Ｉ  第１の領域
ＩＩ  第２の領域
ＩＩＩ  第３の領域
Ｈ１  開口
Ｌ１−Ｌ７  曲線
Ｓ１  基板
Ｔ１  能動素子アレイ層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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