薄膜半導体装置と薄膜半導体装置を用いた表示装置
【課題】ＩＧＺＯ等の酸化物半導体膜からなる薄膜半導体装置において、無酸素雰囲気中で加熱しても酸素が酸化物半導体膜に拡散してＴＦＴ特性を発現する薄膜半導体装置を提供すること。
【解決手段】薄膜半導体装置は、ガラスの基板２０、ゲート電極２３Ｇ，ゲート絶縁膜２１、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜２４、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５、保護膜２２からなる。薄膜半導体装置は、蛍光表示装置等の薄膜形成時における加熱工程、焼成工程、封着工程において加熱すると、酸素が酸素放出絶縁膜２５から放出されて酸化物半導体膜２４に拡散してＴＦＴ特性を発現する。
【解決手段】薄膜半導体装置は、ガラスの基板２０、ゲート電極２３Ｇ，ゲート絶縁膜２１、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜２４、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５、保護膜２２からなる。薄膜半導体装置は、蛍光表示装置等の薄膜形成時における加熱工程、焼成工程、封着工程において加熱すると、酸素が酸素放出絶縁膜２５から放出されて酸化物半導体膜２４に拡散してＴＦＴ特性を発現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＦＥＴ））の一つである、酸化物半導体膜を用いた薄膜半導体装置とその薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置等の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（以下ＩＧＺＯと呼ぶ）系酸化物半導体膜を用いた薄膜半導体装置が提案されている（特許文献１）。
図１１は、従来の薄膜半導体装置の断面図を示す。
薄膜半導体装置は、基板１０にアルミニウム、モリブデン等からなるゲート電極１２Ｇ、酸化珪素、窒化珪素等からなるゲート絶縁膜１１、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜１３、アルミニウム、モリブデン等からなるソース電極１２Ｓとドレイン電極１２Ｄ、酸化珪素、窒化珪素等からなる保護膜（パッシベーション膜）１４を形成してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中でＣＶＤ、スパッタ等により保護膜を成膜するとき、その成膜時のエネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が脱離して保護膜へ拡散するため、酸化物半導体膜に酸素欠陥が生じてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）特性を消失してしまう。例えば、ＣＶＤにより保護膜を形成するとき、無酸素雰囲気中における加熱エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散するため酸化物半導体膜に過剰酸素欠陥が生じる。またスパッタにより保護膜を形成するとき、無酸素雰囲気中における化学エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散するため酸化物半導体膜に酸素欠陥が生じる（酸化物半導体膜は、酸素が欠乏しているＳｉＯｘ等の保護膜に接触しているから、スパッタ時の化学エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散し、酸化物半導体膜の過剰酸素欠陥が生じると考えられる）。
【０００５】
そこで従来の薄膜半導体装置は、保護膜を成膜した後に、酸素雰囲気中で加熱（焼成）して酸化物半導体膜に酸素を拡散してＴＦＴ特性を発現している。しかし薄膜半導体装置を用いた表示装置、例えば蛍光表示装置の場合、その製造工程には、無酸素雰囲気中（ＣＯ２中、不活性気体中、真空中等酸素がない場合だけでなく、酸化物半導体がＴＦＴ特性を発現しない酸素欠乏状態を含む）で加熱する工程（封着工程、排気封止工程等）があるため、酸化物半導体膜に酸素を拡散できない場合がある。薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置は、一般に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の他の構成部材を一緒に同時に大気焼成し、封着し、排気封止するが、封着は二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気中で行い、排気封止は真空中で行うため、封着、排気封止の工程では酸化物半導体膜に酸素を拡散できない。
また成膜した薄膜半導体装置を単独で加熱する場合にも、薄膜半導体装置の材料に、酸素雰囲気中で加熱できない材料を用いた薄膜半導体装置は、酸素雰囲気中で加熱できないため、酸化物半導体膜に酸素を拡散することができない。
本願発明は、従来の薄膜半導体装置の前記問題点に鑑み、薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で加熱しても、また薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で成膜し製造しても酸化物半導体膜へ酸素を拡散できる薄膜半導体装置及びその薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置等の表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の薄膜半導体装置は、 ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、酸化物半導体膜、酸素放出絶縁膜を備え、酸素放出絶縁膜は、酸化物半導体膜の少なくとも一部に接していることを特徴とする。
請求項２に記載の薄膜半導体装置は、請求項１に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、成膜時のエネルギーにより及び／又は薄膜半導体装置の加熱により酸素を放出することを特徴とする。
請求項３に記載の薄膜半導体装置は、請求項２に記載の薄膜半導体装置において、成膜時のエネルギーは、保護膜形成時のエネルギーであることを特徴とする。
請求項４に記載の薄膜半導体装置は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、マンガン複合酸化物からなることを特徴とする。
請求項５に記載の薄膜半導体装置は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、酸化遷移金属からなることを特徴とする。
請求項６に記載の薄膜半導体装置は、請求項４に記載の薄膜半導体装置において、マンガン複合酸化物は、マンガンアルミニウム複合酸化物であることを特徴とする。
請求項７に記載の薄膜半導体装置は、請求項５に記載の薄膜半導体装置において、酸化遷移金属は、二酸化マンガンであることを特徴とする。
請求項８に記載の薄膜半導体装置は、請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、金属酸化物膜からなることを特徴とする。
請求項９に記載の表示装置は、請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置を備えていることを特徴とする。
請求項１０に記載の表示装置は、請求項９に記載の表示装置が加熱し封着されたものであることを特徴とする。
請求項１１に記載の表示装置は、請求項１０に記載の表示装置が蛍光表示装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中で加熱しても酸化物半導体膜へ酸素を拡散させてＴＦＴ特性を発現できる。したがって本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中の加熱が必要な蛍光表示装置等の表示装置の封着工程や排気封止工程において、表示装置の構成部材と同時に加熱できるから、表示装置の製造工程数が少なくなり、表示装置の製造が簡単になり容易になる。
本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中で加熱できるから、無酸素雰囲気中の加熱が必要な材料を用いて薄膜半導体装置を製造することもできる。
本願発明は、薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で成膜し製造しても、成膜時のエネルギーにより酸素を酸素放出絶縁膜から酸化物半導体膜へ拡散してＴＦＴ特性を発現できる。したがって酸化物半導体装置の製造が簡単になる。
【０００８】
本願発明の薄膜半導体装置は、ゲート・ソース電圧０（Ｖ）においてＯＮからＯＦＦに切り換わり、良好なスイッチング特性が得られる。また本願発明の薄膜半導体装置は、長時間駆動しても、電子の移動度や立ち上がり特性が変化する、いわゆるシフト現象が生じない。また本願発明の薄膜半導体装置は、耐光特性が良好である。これらの効果は、特に酸素放出絶縁膜にマンガン複合酸化物を用いたときに顕著である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る薄膜半導体装置と薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜を形成する場所（位置）を説明する図である。
【図３】図３は、本願発明の実施例に係る蛍光表示装置の製造工程の一部（工程ＰＣ１−ＰＣ３）を示す。
【図４】図４は、図３の続きの製造工程（工程ＰＣ４−ＰＣ６）を示す。
【図５】図５は、図４の続きの製造工程（工程ＰＣ７−ＰＣ９）を示す。
【図６】図６は、二酸化マンガンの酸素放出特性、二酸化マンガンの酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のソース・ドレイン電流特性を示す。
【図７】図７は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のソース・ドレイン電流特性を示す。
【図８】図８は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置の耐光特性を示す。
【図９】図９は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のシフト現象を示す。
【図１０】図１０は、本願発明の薄膜半導体装置用いて構成した蛍光表示装置のアノードの駆動回路例を示す。
【図１１】図１１は、従来の薄膜半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の薄膜半導体装置は、薄膜半導体装置を加熱すると酸素を放出する材料からなる絶縁膜（以下酸素放出絶縁膜と呼ぶ）を、酸化物半導体膜に接するように形成してある。また酸素放出絶縁膜は、薄膜半導体装置を製造するときの成膜工程において、ＣＶＤの加熱エネルギーやスパッタの化学エネルギーにより酸素を放出する。
酸素放出絶縁膜の材料には、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）等の遷移金属の酸化物（酸化遷移金属）、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）が適している。
酸化遷移金属は、加熱すると熱分解（化学反応）して酸素を放出して酸素を放出しない酸化遷移金属に変化する。例えば二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、加熱すると酸素を放出して三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化するが、三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）は、加熱しても酸素を放出しない。
【００１１】
本実施形態の薄膜半導体装置は、酸素放出絶縁膜を有するから、成膜時のエネルギーにより酸素を放出し、酸化物半導体膜に拡散してＴＦＴ特性を発現する。また本実施形態の薄膜半導体装置を表示装置、例えば蛍光表示装置に用いた場合、蛍光表示装置の無酸素雰囲気中で行う加熱（３００℃以上、特に４００℃以上、ただし酸化物半導体膜が結晶化する温度未満）工程において、酸素放出絶縁膜から酸素が酸化物半導体膜に拡散してＴＦＴ特性を発現する。蛍光表示装置は、一般に大気焼成し、二酸化炭素（ＣＯ２）中で封着し、真空中で排気封止するから、焼成、封着、排気封止の工程において、薄膜半導体装置を蛍光表示装置の構成部材（アノード電極、グリッド、カソード等）と一緒に同時に加熱することができる。したがって本実施形態の薄膜半導体装置は、仮に成膜工程において酸化物半導体膜の酸素欠陥が生じた場合にも、蛍光表示装置の焼成、封着、排気封止の工程において回復できる。
【実施例】
【００１２】
図１〜９により本願発明の実施例を説明する。
まず図１について説明する。
図１（ａ）は、本願発明の実施例に係る薄膜半導体装置の断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の薄膜半導体装置に蛍光表示装置のアノード電極を形成した薄膜半導体装置の断面図を、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の薄膜半導体装置を気密容器内に取込んだ蛍光表示装置の断面図を示す。
図１（ａ）の薄膜半導体装置は、ガラスの基板２０にゲート電極２３Ｇを形成し、ゲート電極２３Ｇを覆うようにゲート絶縁膜２１を形成してある。必要に応じて基板２０とゲート電極２３Ｇの間に、不純物元素の拡散を防止するため下地（図示せず）を形成する。ゲート絶縁膜２１には、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、酸化物半導体膜２４を形成し、それらを覆うように酸素放出絶縁膜２５を形成し、酸素放出絶縁膜２５を覆うように保護膜２２を形成してある。酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４の少なくとも一部と接触するように形成してある。
【００１３】
ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、酸化物半導体膜２４と対向する部分（接触する部分）とその部分よりも外側へはみ出した部分からなる。またゲート電極２３Ｇは、酸化物半導体膜２４と対向する部分とその部分よりも外側へ（図１（ａ）において、紙面の奥側又は紙面の手前側へ）はみ出した部分からなる。ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ゲート電極２３Ｇのはみ出した部分には、金属配線又は金属端子（図示しない）を接続する
【００１４】
次に図１（ａ）の薄膜半導体装置の材料について説明する。
ゲート電極２３Ｇは、アルミニウム（Ａｌ）を用いたが、モリブデン、チタン等であってもよい。下地、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）を用いたが、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）等であってもよい。ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、インジウムテインオキサイド（ＩＴＯ）の透明導電性材料を用いたが、他の導電性材料であってもよい。なお例えば、図１でゲート電極２３Ｇに金属（特に還元性のある金属）を用いた場合、酸化物半導体膜２４とゲート電極２３Ｇの間にゲート絶縁膜２１を形成していても、金属に還元されて酸化物半導体膜２４から酸素が奪われることがある。ゲート電極２３Ｇ、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、酸化物半導体膜２４の酸素がそれらの電極へ拡散するのを防止するため、ＩＴＯ等の金属酸化物導電体を用いるのが望ましい。 例えば、ゲート電極材料を金属から金属酸化物に変更することで、酸素放出絶縁膜の膜厚を薄くできる、又はその膜厚はそのままで信頼性を向上させることができる。
【００１５】
酸化物半導体膜２４は、ＩＧＺＯの酸化物半導体を用いたが、他の酸化物半導体であってもよい。酸素放出絶縁膜２５は、酸化マンガン（ＭｎＯｘ（１＜ｘ≦２））を用いたが、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ＳＵＳｘ等の遷移金属の酸化物（酸化遷移金属）を用いることができる。また鉛（Ｐｂ）は、鉛（Ｐｂ）を含むフリットガラスであってもよい。
【００１６】
酸素放出絶縁膜２５は、酸化遷移金属の外、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）等のマンガン複合酸化物（ＭｎＸＯｘ）であってもよい。またＸは、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）であってもよい。
酸素放出絶縁膜２５がマンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）の場合、薄膜半導体装置のＴＦＴ特性は、ＯＮ、ＯＦＦ時の立ち上がり特性が、マンガン（Ｍｎ）単独の二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の場合よりもよくなる。
マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）のＭｎとＡｌの配分比は、Ｍｎ：Ａｌ＝３３：６７ｍｏｌ％が望ましいが、Ｍｎ：Ａｌ＝２５：７５ｍｏｌ％〜６０：４０ｍｏｌ％の範囲でよい。Ｍｎ：Ａｌ＝１５：８５ｍｏｌ％になると、アルミニウム（Ａｌ）の特性が強くなり、ＴＦＴ特性が損なわれる。またＭｎ：Ａｌ＝８０：２０ｍｏｌ％になると、マンガン（Ｍｎ）の特性が強くなり、アルミニウム（Ａｌ）の効果が小さくなる。
【００１７】
図１（ｂ）の薄膜半導体装置は、図１（ａ）の薄膜半導体装置の保護膜２２にアノード電極（画素電極）２６を形成し、アノード電極２６に発光用の蛍光体膜２７を形成してある。アノード電極２６は、酸化物半導体膜２４に対してゲート絶縁膜２１と反対側に配置してある保護膜２２を介して酸化物半導体膜２４と対向している。アノード電極２６は、ＩＴＯ等の金属酸化物膜からなり、酸化物半導体膜２４と対向する部分よりも外側へはみ出している。アノード電極２６の外側へはみ出した部分は、端子部２６１によりドレイン電極２３Ｄに接続してある。
アノード電極２６に金属を用いた場合、酸化物半導体膜２４とアノード電極２６の間に保護膜２２を形成していても、金属に還元されて酸化物半導体膜２４から酸素が奪われることがある。このため、酸化物半導体膜から、例えば絶縁膜を介しても、３０μｍ以内の距離に金属電極（金属配線、金属端子）を設けることは好ましくない。３０μｍ以内の距離に電極を設ける場合、金属酸化物導電体を用いることが好ましい。
図１（ｃ）は、図１（ｂ）の薄膜半導体装置を気密容器内に取込んだ状態の蛍光表示装置である。
気密容器は、ガラスの基板２０、基板２０に対向するガラスの前面板３０、基板２０と前面板３０の間のガラスの側面部材３１からなる。
気密容器内には、図１（ｂ）の薄膜半導体装置、電子源用フィラメント（カソード）３２、制御電極（グリッド）３３を配置してある。
【００１８】
次に図１（ａ）、図１（ｂ）の薄膜半導体装置、図１（ｃ）の蛍光表示装置について、酸素放出絶縁膜２５を加熱する時期について説明する。
薄膜半導体装置は、図１（ａ）のように保護膜２２を形成した段階で単独で加熱してもよいし、図１（ｂ）のように蛍光表示装置のアノード電極等を形成した段階で加熱してもよいし、また図１（ｃ）のように気密容器内に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の構成部材を取込んだ段階で加熱してもよい。
製造工程の工程数を少なくするには、図１（ｃ）のように気密容器内に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の構成部材を取込んだ段階で、それらを同時に加熱するのが望ましい。
図１（ｂ）、図１（ｃ）の薄膜半導体装置は、蛍光表示装置の画素の選択回路に用いた例であるが、グリッドやカソード等の駆動回路に用いることもできる。またこの薄膜半導体装置は、有機ＥＬ表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）等、ＴＦＴを用いた表示装置の基板として用いることもできる。
また蛍光表示装置の電子源は、フィラメントに限らず電界放出型電子源（ＦＥＣ）であってもよい。
【００１９】
次に図２により、図１（ａ）の薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜を形成する場所（位置）について説明する。
図２（ａ）の酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４と保護膜２２の間に形成してある。酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４の片面の全面に接している。
図２（ｂ）の酸素放出絶縁膜２５は、ゲート絶縁膜２１とソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄとの間に形成してあり、両電極の間の酸化物半導体膜２４に接している。
図２（ｃ）の酸素放出絶縁膜２５（２５ａ，２５ｂの２つ）は、酸化物半導体膜２４の両側に形成してあり、図２（ａ）、図２（ｂ）と同じ位置で酸化物半導体膜２４に接している。
図２（ｄ）は、トップゲート型薄膜半導体装置に酸素放出絶縁膜２５を形成した例で、酸素放出絶縁膜２５は、基板２０と酸化物半導体膜２４の間に形成してある。
なお図２（ａ）〜図２（ｄ）の場合、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２に酸化遷移金属を用いて、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２を酸素放出絶縁膜に兼用することもできる。
【００２０】
次に図３、図４、図５により図１（ｃ）の蛍光表示装置の製造工程について説明する。
図３の工程ＰＣ１において、ガラスの基板２０に酸化珪素（ＳｉＯｘ）の下地２０１をＣＶＤにより形成し、下地２０１にアルミニウム（Ａｌ）のゲート電極２３Ｇをスパッタにより形成し、工程ＰＣ２において、ゲート電極２３Ｇを覆うように酸化珪素（ＳｉＯｘ）のゲート絶縁膜２１をＣＶＤにより形成し、工程ＰＣ３において、ゲート絶縁膜２１にＩＴＯのソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄをスパッタにより形成する。
【００２１】
図４の工程ＰＣ４において、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ゲート絶縁膜２１を覆うように、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜２４をスパッタにより形成し、工程ＰＣ５において、酸化物半導体膜２４、ソース電極２３Ｓ，ドレイン電極２３Ｄ、ゲート絶縁膜２１を覆うように、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５を形成する。二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５は、マンガン（Ｍｎ）をＯ２反応性スパッタにより形成する。工程ＰＣ６において、酸素放出絶縁膜２５を覆うように酸化珪素（ＳｉＯｘ）の保護膜２２をＣＶＤ又はスパッタにより形成する。
【００２２】
図５の工程ＰＣ７において、保護膜２２にスルーホール２２１をエッチングにより形成し、工程ＰＣ８において、保護膜２２にＩＴＯのアノード電極２６、ドレイン電極２３Ｄに接続する端子部２６１をスパッタにより形成し、工程ＰＣ９において、アノード電極２６に蛍光体膜２７を印刷により形成する。
工程ＰＣ９において形成した薄膜半導体装置は、図１（ｃ）の電子源用フィラメント３２、制御電極３３等の部材と一緒に同時に大気焼成し、図１（ｃ）の基板２０、前面板３０及び側面部材３１を二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気中で封着（フリットガラスを軟化して接着する）して、基板２０、前面板３０及び側面部材３１からなる容器（外囲器）を形成し、真空中で排気して容器を密封（封止）する。即ち真空の気密容器を形成する。
【００２３】
上記工程において薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜２５は、薄膜形成工程（ＣＶＤ又はスパッタ工程）において成膜時のエネルギーにより酸素を放出する。また薄膜半導体装置は、大気焼成工程、封着工程、排気封止工程の順に加熱されるが、酸素放出絶縁膜２５は、その加熱により酸素を放出する。そして二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、三酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化する。その際、前の工程で三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化しなかった残りの二酸化マンガン（ＭｎＯ２）が、後の工程で三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化する。特に、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、低抵抗材料（半導体レベル）であるが、三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）になると、高抵抗材料となり、ゲート／ドレイン間に十分な抵抗を得ることができる。
なお大気焼成温度は、約４８０℃、封着温度は、約４８０〜５００℃である。またＩＧＺＯの酸化物半導体膜の結晶化温度は、約６００℃（〜６００℃）である。
上記工程は、酸素放出絶縁膜２５を二酸化マンガン（ＭｎＯ２）によって形成する例であるが、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）により形成する場合も同様である。
【００２４】
ここで図６（ａ）により、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を加熱したときの酸素放出特性を、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の分析結果により説明する。図６（ａ）において、横軸は、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）膜を形成した基板の温度（℃）を、縦軸は、イオン電流（Ａ）を表している。このイオン電流は、酸素放出量と対応している。
イオン電流は、基板温度が２００℃付近において流れ始め、２５０〜４００℃の間で急激に増大する。したがって二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、蛍光表示装置の焼成工程、封着工程、排気封止工程において、酸素を放出することが分かる。
【００２５】
次に図６（ｂ）により図１（ａ）の酸素放出絶縁膜に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を用いた薄膜半導体装置の焼成後のゲート・ソース電圧とドレイン・ソース電流の特性について説明する。図６（ｂ）において、横軸は、ゲート・ソース電圧（Ｖｇｓ）（Ｖ）を、縦軸は、ドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）（Ａ）を表している。またグラフａは、図１（ａ）の薄膜半導体装置を大気焼成したときの特性を、グラフｂは、図１（ａ）の薄膜半導体装置を大気焼成し、封着したときの特性を示す。
薄膜半導体装置は、大気焼成すると、グラフａのようにＴＦＴ特性を発現する。また焼成して封着するとグラフｂのように、グラフａよりもＯＦＦ電流が小さくなり、一層良好なＴＦＴ特性を発現する。このＯＦＦ電流が小さくなるのは、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）が三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）になる（酸化数が減ることで安定化する）ことにより高抵抗化することによるものと考えられる。
【００２６】
次に図７〜図９により図１（ａ）の酸素放出絶縁膜にマンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）を用いた薄膜半導体装置のＴＦＴ特性について説明する。
まず図７、図８により薄膜半導体装置の焼成後のゲート・ソース電圧とドレイン・ソース電流の特性について説明する。図７、図８において、横軸は、ゲート・ソース電圧（Ｖｇｓ）（Ｖ）を、縦軸は、ドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）（Ａ）を表している。なおグラフは、ゲート・ソース電圧を−１０Ｖ〜２０Ｖにスイープ変化したときの特性である。
【００２７】
図７において図７（ａ）は、酸素放出絶縁膜を備えていない薄膜半導体装置の特性を、図７（ｂ）は、酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置の特性を示す。
図７（ａ）の場合には、ゲート・ソース電圧が０（Ｖ）になっても大きなドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）が流れているが、 図７（ｂ）の場合には、ゲート・ソース電圧が０（Ｖ）になると、ドレイン・ソース電流は非常に小さくなり、良好な立ち上がり特性が得られる。したがって酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置は、図７（ｂ）のようにゲート・ソース電圧０（Ｖ）においてＯＮからＯＦＦに切り換わり、良好なスイッチング特性が得られる。
【００２８】
図８は、薄膜半導体装置の耐光特性を示し、薄膜半導体装置に光を照射した時間とドレイン・ソース電流の変化の様子を示す。図８において図８（ａ）は、酸素放出絶縁膜を備えていない薄膜半導体装置の特性を、図８（ｂ）は、酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置の特性を示す。
図８（ａ）の場合、光を１０分間照射すると、ゲート・ソース電圧０（Ｖ）におけるドレイン・ソース電流は大きくなるが、図８（ｂ）の場合、光を１０分間照射しても、ドレイン・ソース電流は変わらない。したがって酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置は、図８（ｂ）のように耐光特性が良好である。
図９は、酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置を、ゲート電圧Ｖｇ＝２０（Ｖ）で駆動したときの駆動時間（ｍｉｎ）と電子の移動度μ（（ｌｉｎ）（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ））及び立ち上がり特性ΔＶｔｈ（Ｖ）の変化の様子（いわゆるシフト現象）を示す。
酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置は、図９のように長時間駆動しても電子の移動度μ及び立ち上がり特性ΔＶｔｈは、変化しない。
【００２９】
図１０は、本願発明の薄膜半導体装置を用いて構成した蛍光表示装置のアノードの駆動回路例を示す。
図１０の蛍光表示装置は、多数のドット状アノードをマトリクス状に配置した例で、２個のアノード電極Ａ１，Ａ２のみを図示してある。
アノード電極Ａ１，Ａ２の駆動回路は、スイッチング用の素子ＴＦＴ１１，ＴＦＴ２１、駆動用の素子ＴＦＴ１２，ＴＦＴ２２、蓄積容量Ｃ１，Ｃ２からなる。素子ＴＦＴ１１〜ＴＦＴ２２は、本願発明の薄膜半導体装置を用いている。
素子ＴＦＴ１１〜ＴＦＴ２２は、ゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを備え、素子ＴＦＴ１１，ＴＦＴ２１のゲート電極Ｇは、走査線（走査信号供給用配線）Ｗ１１，Ｗ１２に接続し、素子ＴＦＴ１１、ＴＦＴ２１のドレイン電極Ｄは、データ線（データ信号供給用配線）Ｗ２１に接続し、素子ＴＦＴ１２、ＴＦＴ２２のドレイン電極Ｄは、入力電圧（フィラメント電源電圧）Ｖｈ（＝Ｅｂ（アノード電圧））（ｃｏｍｍｏｎ）線（入力電圧供給用配線）Ｗ３１に接続し、蓄積コンデンサＣ１，Ｃ２の一端は、ＧＮＤ（アノード、グリッドＯＦＦ電位）（ｃｏｍｍｏｎ）線（アノード、グリッドＯＦＦ電位印加用配線）Ｗ４１，Ｗ４２に接続している。
図１０は、蛍光表示装置のアノード駆動回路の例であるが、蛍光表示装置に限らず、有機ＥＬ表示装置、液晶表示装置等の他の表示装置の画素電極の駆動回路に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
２０ 基板
２０１ 下地
２１ ゲート絶縁膜
２２ 保護膜（パッシベーション膜）
２３Ｄ ドレイン電極
２３Ｇ ゲート電極
２３Ｓ ソース電極
２４ 酸化物半導体膜
２５ 酸素放出絶縁膜
２６ アノード電極
２６１ アノード電極２６の端子部
２７ 蛍光体膜
３０ 前面板
３１ 側面部材
３２ 電子源用フィラメント（カソード）
３３ 制御電極（グリッド）
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＦＥＴ））の一つである、酸化物半導体膜を用いた薄膜半導体装置とその薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置等の表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（以下ＩＧＺＯと呼ぶ）系酸化物半導体膜を用いた薄膜半導体装置が提案されている（特許文献１）。
図１１は、従来の薄膜半導体装置の断面図を示す。
薄膜半導体装置は、基板１０にアルミニウム、モリブデン等からなるゲート電極１２Ｇ、酸化珪素、窒化珪素等からなるゲート絶縁膜１１、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜１３、アルミニウム、モリブデン等からなるソース電極１２Ｓとドレイン電極１２Ｄ、酸化珪素、窒化珪素等からなる保護膜（パッシベーション膜）１４を形成してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中でＣＶＤ、スパッタ等により保護膜を成膜するとき、その成膜時のエネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が脱離して保護膜へ拡散するため、酸化物半導体膜に酸素欠陥が生じてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）特性を消失してしまう。例えば、ＣＶＤにより保護膜を形成するとき、無酸素雰囲気中における加熱エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散するため酸化物半導体膜に過剰酸素欠陥が生じる。またスパッタにより保護膜を形成するとき、無酸素雰囲気中における化学エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散するため酸化物半導体膜に酸素欠陥が生じる（酸化物半導体膜は、酸素が欠乏しているＳｉＯｘ等の保護膜に接触しているから、スパッタ時の化学エネルギーにより酸化物半導体膜の酸素が保護膜へ拡散し、酸化物半導体膜の過剰酸素欠陥が生じると考えられる）。
【０００５】
そこで従来の薄膜半導体装置は、保護膜を成膜した後に、酸素雰囲気中で加熱（焼成）して酸化物半導体膜に酸素を拡散してＴＦＴ特性を発現している。しかし薄膜半導体装置を用いた表示装置、例えば蛍光表示装置の場合、その製造工程には、無酸素雰囲気中（ＣＯ２中、不活性気体中、真空中等酸素がない場合だけでなく、酸化物半導体がＴＦＴ特性を発現しない酸素欠乏状態を含む）で加熱する工程（封着工程、排気封止工程等）があるため、酸化物半導体膜に酸素を拡散できない場合がある。薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置は、一般に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の他の構成部材を一緒に同時に大気焼成し、封着し、排気封止するが、封着は二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気中で行い、排気封止は真空中で行うため、封着、排気封止の工程では酸化物半導体膜に酸素を拡散できない。
また成膜した薄膜半導体装置を単独で加熱する場合にも、薄膜半導体装置の材料に、酸素雰囲気中で加熱できない材料を用いた薄膜半導体装置は、酸素雰囲気中で加熱できないため、酸化物半導体膜に酸素を拡散することができない。
本願発明は、従来の薄膜半導体装置の前記問題点に鑑み、薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で加熱しても、また薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で成膜し製造しても酸化物半導体膜へ酸素を拡散できる薄膜半導体装置及びその薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置等の表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の薄膜半導体装置は、 ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、酸化物半導体膜、酸素放出絶縁膜を備え、酸素放出絶縁膜は、酸化物半導体膜の少なくとも一部に接していることを特徴とする。
請求項２に記載の薄膜半導体装置は、請求項１に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、成膜時のエネルギーにより及び／又は薄膜半導体装置の加熱により酸素を放出することを特徴とする。
請求項３に記載の薄膜半導体装置は、請求項２に記載の薄膜半導体装置において、成膜時のエネルギーは、保護膜形成時のエネルギーであることを特徴とする。
請求項４に記載の薄膜半導体装置は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、マンガン複合酸化物からなることを特徴とする。
請求項５に記載の薄膜半導体装置は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、酸化遷移金属からなることを特徴とする。
請求項６に記載の薄膜半導体装置は、請求項４に記載の薄膜半導体装置において、マンガン複合酸化物は、マンガンアルミニウム複合酸化物であることを特徴とする。
請求項７に記載の薄膜半導体装置は、請求項５に記載の薄膜半導体装置において、酸化遷移金属は、二酸化マンガンであることを特徴とする。
請求項８に記載の薄膜半導体装置は、請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、金属酸化物膜からなることを特徴とする。
請求項９に記載の表示装置は、請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置を備えていることを特徴とする。
請求項１０に記載の表示装置は、請求項９に記載の表示装置が加熱し封着されたものであることを特徴とする。
請求項１１に記載の表示装置は、請求項１０に記載の表示装置が蛍光表示装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中で加熱しても酸化物半導体膜へ酸素を拡散させてＴＦＴ特性を発現できる。したがって本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中の加熱が必要な蛍光表示装置等の表示装置の封着工程や排気封止工程において、表示装置の構成部材と同時に加熱できるから、表示装置の製造工程数が少なくなり、表示装置の製造が簡単になり容易になる。
本願発明の薄膜半導体装置は、無酸素雰囲気中で加熱できるから、無酸素雰囲気中の加熱が必要な材料を用いて薄膜半導体装置を製造することもできる。
本願発明は、薄膜半導体装置を無酸素雰囲気中で成膜し製造しても、成膜時のエネルギーにより酸素を酸素放出絶縁膜から酸化物半導体膜へ拡散してＴＦＴ特性を発現できる。したがって酸化物半導体装置の製造が簡単になる。
【０００８】
本願発明の薄膜半導体装置は、ゲート・ソース電圧０（Ｖ）においてＯＮからＯＦＦに切り換わり、良好なスイッチング特性が得られる。また本願発明の薄膜半導体装置は、長時間駆動しても、電子の移動度や立ち上がり特性が変化する、いわゆるシフト現象が生じない。また本願発明の薄膜半導体装置は、耐光特性が良好である。これらの効果は、特に酸素放出絶縁膜にマンガン複合酸化物を用いたときに顕著である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本願発明の実施例に係る薄膜半導体装置と薄膜半導体装置を用いた蛍光表示装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜を形成する場所（位置）を説明する図である。
【図３】図３は、本願発明の実施例に係る蛍光表示装置の製造工程の一部（工程ＰＣ１−ＰＣ３）を示す。
【図４】図４は、図３の続きの製造工程（工程ＰＣ４−ＰＣ６）を示す。
【図５】図５は、図４の続きの製造工程（工程ＰＣ７−ＰＣ９）を示す。
【図６】図６は、二酸化マンガンの酸素放出特性、二酸化マンガンの酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のソース・ドレイン電流特性を示す。
【図７】図７は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のソース・ドレイン電流特性を示す。
【図８】図８は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置の耐光特性を示す。
【図９】図９は、マンガンアルミニウム複合酸化物の酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置のシフト現象を示す。
【図１０】図１０は、本願発明の薄膜半導体装置用いて構成した蛍光表示装置のアノードの駆動回路例を示す。
【図１１】図１１は、従来の薄膜半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の薄膜半導体装置は、薄膜半導体装置を加熱すると酸素を放出する材料からなる絶縁膜（以下酸素放出絶縁膜と呼ぶ）を、酸化物半導体膜に接するように形成してある。また酸素放出絶縁膜は、薄膜半導体装置を製造するときの成膜工程において、ＣＶＤの加熱エネルギーやスパッタの化学エネルギーにより酸素を放出する。
酸素放出絶縁膜の材料には、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）等の遷移金属の酸化物（酸化遷移金属）、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）が適している。
酸化遷移金属は、加熱すると熱分解（化学反応）して酸素を放出して酸素を放出しない酸化遷移金属に変化する。例えば二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、加熱すると酸素を放出して三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化するが、三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）は、加熱しても酸素を放出しない。
【００１１】
本実施形態の薄膜半導体装置は、酸素放出絶縁膜を有するから、成膜時のエネルギーにより酸素を放出し、酸化物半導体膜に拡散してＴＦＴ特性を発現する。また本実施形態の薄膜半導体装置を表示装置、例えば蛍光表示装置に用いた場合、蛍光表示装置の無酸素雰囲気中で行う加熱（３００℃以上、特に４００℃以上、ただし酸化物半導体膜が結晶化する温度未満）工程において、酸素放出絶縁膜から酸素が酸化物半導体膜に拡散してＴＦＴ特性を発現する。蛍光表示装置は、一般に大気焼成し、二酸化炭素（ＣＯ２）中で封着し、真空中で排気封止するから、焼成、封着、排気封止の工程において、薄膜半導体装置を蛍光表示装置の構成部材（アノード電極、グリッド、カソード等）と一緒に同時に加熱することができる。したがって本実施形態の薄膜半導体装置は、仮に成膜工程において酸化物半導体膜の酸素欠陥が生じた場合にも、蛍光表示装置の焼成、封着、排気封止の工程において回復できる。
【実施例】
【００１２】
図１〜９により本願発明の実施例を説明する。
まず図１について説明する。
図１（ａ）は、本願発明の実施例に係る薄膜半導体装置の断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）の薄膜半導体装置に蛍光表示装置のアノード電極を形成した薄膜半導体装置の断面図を、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の薄膜半導体装置を気密容器内に取込んだ蛍光表示装置の断面図を示す。
図１（ａ）の薄膜半導体装置は、ガラスの基板２０にゲート電極２３Ｇを形成し、ゲート電極２３Ｇを覆うようにゲート絶縁膜２１を形成してある。必要に応じて基板２０とゲート電極２３Ｇの間に、不純物元素の拡散を防止するため下地（図示せず）を形成する。ゲート絶縁膜２１には、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、酸化物半導体膜２４を形成し、それらを覆うように酸素放出絶縁膜２５を形成し、酸素放出絶縁膜２５を覆うように保護膜２２を形成してある。酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４の少なくとも一部と接触するように形成してある。
【００１３】
ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、酸化物半導体膜２４と対向する部分（接触する部分）とその部分よりも外側へはみ出した部分からなる。またゲート電極２３Ｇは、酸化物半導体膜２４と対向する部分とその部分よりも外側へ（図１（ａ）において、紙面の奥側又は紙面の手前側へ）はみ出した部分からなる。ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ゲート電極２３Ｇのはみ出した部分には、金属配線又は金属端子（図示しない）を接続する
【００１４】
次に図１（ａ）の薄膜半導体装置の材料について説明する。
ゲート電極２３Ｇは、アルミニウム（Ａｌ）を用いたが、モリブデン、チタン等であってもよい。下地、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）を用いたが、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）等であってもよい。ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、インジウムテインオキサイド（ＩＴＯ）の透明導電性材料を用いたが、他の導電性材料であってもよい。なお例えば、図１でゲート電極２３Ｇに金属（特に還元性のある金属）を用いた場合、酸化物半導体膜２４とゲート電極２３Ｇの間にゲート絶縁膜２１を形成していても、金属に還元されて酸化物半導体膜２４から酸素が奪われることがある。ゲート電極２３Ｇ、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄは、酸化物半導体膜２４の酸素がそれらの電極へ拡散するのを防止するため、ＩＴＯ等の金属酸化物導電体を用いるのが望ましい。 例えば、ゲート電極材料を金属から金属酸化物に変更することで、酸素放出絶縁膜の膜厚を薄くできる、又はその膜厚はそのままで信頼性を向上させることができる。
【００１５】
酸化物半導体膜２４は、ＩＧＺＯの酸化物半導体を用いたが、他の酸化物半導体であってもよい。酸素放出絶縁膜２５は、酸化マンガン（ＭｎＯｘ（１＜ｘ≦２））を用いたが、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）、鉛（Ｐｂ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ＳＵＳｘ等の遷移金属の酸化物（酸化遷移金属）を用いることができる。また鉛（Ｐｂ）は、鉛（Ｐｂ）を含むフリットガラスであってもよい。
【００１６】
酸素放出絶縁膜２５は、酸化遷移金属の外、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）等のマンガン複合酸化物（ＭｎＸＯｘ）であってもよい。またＸは、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）であってもよい。
酸素放出絶縁膜２５がマンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）の場合、薄膜半導体装置のＴＦＴ特性は、ＯＮ、ＯＦＦ時の立ち上がり特性が、マンガン（Ｍｎ）単独の二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の場合よりもよくなる。
マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）のＭｎとＡｌの配分比は、Ｍｎ：Ａｌ＝３３：６７ｍｏｌ％が望ましいが、Ｍｎ：Ａｌ＝２５：７５ｍｏｌ％〜６０：４０ｍｏｌ％の範囲でよい。Ｍｎ：Ａｌ＝１５：８５ｍｏｌ％になると、アルミニウム（Ａｌ）の特性が強くなり、ＴＦＴ特性が損なわれる。またＭｎ：Ａｌ＝８０：２０ｍｏｌ％になると、マンガン（Ｍｎ）の特性が強くなり、アルミニウム（Ａｌ）の効果が小さくなる。
【００１７】
図１（ｂ）の薄膜半導体装置は、図１（ａ）の薄膜半導体装置の保護膜２２にアノード電極（画素電極）２６を形成し、アノード電極２６に発光用の蛍光体膜２７を形成してある。アノード電極２６は、酸化物半導体膜２４に対してゲート絶縁膜２１と反対側に配置してある保護膜２２を介して酸化物半導体膜２４と対向している。アノード電極２６は、ＩＴＯ等の金属酸化物膜からなり、酸化物半導体膜２４と対向する部分よりも外側へはみ出している。アノード電極２６の外側へはみ出した部分は、端子部２６１によりドレイン電極２３Ｄに接続してある。
アノード電極２６に金属を用いた場合、酸化物半導体膜２４とアノード電極２６の間に保護膜２２を形成していても、金属に還元されて酸化物半導体膜２４から酸素が奪われることがある。このため、酸化物半導体膜から、例えば絶縁膜を介しても、３０μｍ以内の距離に金属電極（金属配線、金属端子）を設けることは好ましくない。３０μｍ以内の距離に電極を設ける場合、金属酸化物導電体を用いることが好ましい。
図１（ｃ）は、図１（ｂ）の薄膜半導体装置を気密容器内に取込んだ状態の蛍光表示装置である。
気密容器は、ガラスの基板２０、基板２０に対向するガラスの前面板３０、基板２０と前面板３０の間のガラスの側面部材３１からなる。
気密容器内には、図１（ｂ）の薄膜半導体装置、電子源用フィラメント（カソード）３２、制御電極（グリッド）３３を配置してある。
【００１８】
次に図１（ａ）、図１（ｂ）の薄膜半導体装置、図１（ｃ）の蛍光表示装置について、酸素放出絶縁膜２５を加熱する時期について説明する。
薄膜半導体装置は、図１（ａ）のように保護膜２２を形成した段階で単独で加熱してもよいし、図１（ｂ）のように蛍光表示装置のアノード電極等を形成した段階で加熱してもよいし、また図１（ｃ）のように気密容器内に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の構成部材を取込んだ段階で加熱してもよい。
製造工程の工程数を少なくするには、図１（ｃ）のように気密容器内に薄膜半導体装置と蛍光表示装置の構成部材を取込んだ段階で、それらを同時に加熱するのが望ましい。
図１（ｂ）、図１（ｃ）の薄膜半導体装置は、蛍光表示装置の画素の選択回路に用いた例であるが、グリッドやカソード等の駆動回路に用いることもできる。またこの薄膜半導体装置は、有機ＥＬ表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）等、ＴＦＴを用いた表示装置の基板として用いることもできる。
また蛍光表示装置の電子源は、フィラメントに限らず電界放出型電子源（ＦＥＣ）であってもよい。
【００１９】
次に図２により、図１（ａ）の薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜を形成する場所（位置）について説明する。
図２（ａ）の酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４と保護膜２２の間に形成してある。酸素放出絶縁膜２５は、酸化物半導体膜２４の片面の全面に接している。
図２（ｂ）の酸素放出絶縁膜２５は、ゲート絶縁膜２１とソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄとの間に形成してあり、両電極の間の酸化物半導体膜２４に接している。
図２（ｃ）の酸素放出絶縁膜２５（２５ａ，２５ｂの２つ）は、酸化物半導体膜２４の両側に形成してあり、図２（ａ）、図２（ｂ）と同じ位置で酸化物半導体膜２４に接している。
図２（ｄ）は、トップゲート型薄膜半導体装置に酸素放出絶縁膜２５を形成した例で、酸素放出絶縁膜２５は、基板２０と酸化物半導体膜２４の間に形成してある。
なお図２（ａ）〜図２（ｄ）の場合、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２に酸化遷移金属を用いて、ゲート絶縁膜２１、保護膜２２を酸素放出絶縁膜に兼用することもできる。
【００２０】
次に図３、図４、図５により図１（ｃ）の蛍光表示装置の製造工程について説明する。
図３の工程ＰＣ１において、ガラスの基板２０に酸化珪素（ＳｉＯｘ）の下地２０１をＣＶＤにより形成し、下地２０１にアルミニウム（Ａｌ）のゲート電極２３Ｇをスパッタにより形成し、工程ＰＣ２において、ゲート電極２３Ｇを覆うように酸化珪素（ＳｉＯｘ）のゲート絶縁膜２１をＣＶＤにより形成し、工程ＰＣ３において、ゲート絶縁膜２１にＩＴＯのソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄをスパッタにより形成する。
【００２１】
図４の工程ＰＣ４において、ソース電極２３Ｓ、ドレイン電極２３Ｄ、ゲート絶縁膜２１を覆うように、ＩＧＺＯの酸化物半導体膜２４をスパッタにより形成し、工程ＰＣ５において、酸化物半導体膜２４、ソース電極２３Ｓ，ドレイン電極２３Ｄ、ゲート絶縁膜２１を覆うように、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５を形成する。二酸化マンガン（ＭｎＯ２）の酸素放出絶縁膜２５は、マンガン（Ｍｎ）をＯ２反応性スパッタにより形成する。工程ＰＣ６において、酸素放出絶縁膜２５を覆うように酸化珪素（ＳｉＯｘ）の保護膜２２をＣＶＤ又はスパッタにより形成する。
【００２２】
図５の工程ＰＣ７において、保護膜２２にスルーホール２２１をエッチングにより形成し、工程ＰＣ８において、保護膜２２にＩＴＯのアノード電極２６、ドレイン電極２３Ｄに接続する端子部２６１をスパッタにより形成し、工程ＰＣ９において、アノード電極２６に蛍光体膜２７を印刷により形成する。
工程ＰＣ９において形成した薄膜半導体装置は、図１（ｃ）の電子源用フィラメント３２、制御電極３３等の部材と一緒に同時に大気焼成し、図１（ｃ）の基板２０、前面板３０及び側面部材３１を二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気中で封着（フリットガラスを軟化して接着する）して、基板２０、前面板３０及び側面部材３１からなる容器（外囲器）を形成し、真空中で排気して容器を密封（封止）する。即ち真空の気密容器を形成する。
【００２３】
上記工程において薄膜半導体装置の酸素放出絶縁膜２５は、薄膜形成工程（ＣＶＤ又はスパッタ工程）において成膜時のエネルギーにより酸素を放出する。また薄膜半導体装置は、大気焼成工程、封着工程、排気封止工程の順に加熱されるが、酸素放出絶縁膜２５は、その加熱により酸素を放出する。そして二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、三酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化する。その際、前の工程で三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化しなかった残りの二酸化マンガン（ＭｎＯ２）が、後の工程で三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）に変化する。特に、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、低抵抗材料（半導体レベル）であるが、三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）になると、高抵抗材料となり、ゲート／ドレイン間に十分な抵抗を得ることができる。
なお大気焼成温度は、約４８０℃、封着温度は、約４８０〜５００℃である。またＩＧＺＯの酸化物半導体膜の結晶化温度は、約６００℃（〜６００℃）である。
上記工程は、酸素放出絶縁膜２５を二酸化マンガン（ＭｎＯ２）によって形成する例であるが、マンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）により形成する場合も同様である。
【００２４】
ここで図６（ａ）により、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を加熱したときの酸素放出特性を、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の分析結果により説明する。図６（ａ）において、横軸は、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）膜を形成した基板の温度（℃）を、縦軸は、イオン電流（Ａ）を表している。このイオン電流は、酸素放出量と対応している。
イオン電流は、基板温度が２００℃付近において流れ始め、２５０〜４００℃の間で急激に増大する。したがって二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、蛍光表示装置の焼成工程、封着工程、排気封止工程において、酸素を放出することが分かる。
【００２５】
次に図６（ｂ）により図１（ａ）の酸素放出絶縁膜に二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を用いた薄膜半導体装置の焼成後のゲート・ソース電圧とドレイン・ソース電流の特性について説明する。図６（ｂ）において、横軸は、ゲート・ソース電圧（Ｖｇｓ）（Ｖ）を、縦軸は、ドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）（Ａ）を表している。またグラフａは、図１（ａ）の薄膜半導体装置を大気焼成したときの特性を、グラフｂは、図１（ａ）の薄膜半導体装置を大気焼成し、封着したときの特性を示す。
薄膜半導体装置は、大気焼成すると、グラフａのようにＴＦＴ特性を発現する。また焼成して封着するとグラフｂのように、グラフａよりもＯＦＦ電流が小さくなり、一層良好なＴＦＴ特性を発現する。このＯＦＦ電流が小さくなるのは、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）が三酸化二マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）になる（酸化数が減ることで安定化する）ことにより高抵抗化することによるものと考えられる。
【００２６】
次に図７〜図９により図１（ａ）の酸素放出絶縁膜にマンガンアルミニウム複合酸化物（ＭｎＡｌＯｘ）を用いた薄膜半導体装置のＴＦＴ特性について説明する。
まず図７、図８により薄膜半導体装置の焼成後のゲート・ソース電圧とドレイン・ソース電流の特性について説明する。図７、図８において、横軸は、ゲート・ソース電圧（Ｖｇｓ）（Ｖ）を、縦軸は、ドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）（Ａ）を表している。なおグラフは、ゲート・ソース電圧を−１０Ｖ〜２０Ｖにスイープ変化したときの特性である。
【００２７】
図７において図７（ａ）は、酸素放出絶縁膜を備えていない薄膜半導体装置の特性を、図７（ｂ）は、酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置の特性を示す。
図７（ａ）の場合には、ゲート・ソース電圧が０（Ｖ）になっても大きなドレイン・ソース電流（Ｉｄｓ）が流れているが、 図７（ｂ）の場合には、ゲート・ソース電圧が０（Ｖ）になると、ドレイン・ソース電流は非常に小さくなり、良好な立ち上がり特性が得られる。したがって酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置は、図７（ｂ）のようにゲート・ソース電圧０（Ｖ）においてＯＮからＯＦＦに切り換わり、良好なスイッチング特性が得られる。
【００２８】
図８は、薄膜半導体装置の耐光特性を示し、薄膜半導体装置に光を照射した時間とドレイン・ソース電流の変化の様子を示す。図８において図８（ａ）は、酸素放出絶縁膜を備えていない薄膜半導体装置の特性を、図８（ｂ）は、酸素放出絶縁膜を備えている薄膜半導体装置の特性を示す。
図８（ａ）の場合、光を１０分間照射すると、ゲート・ソース電圧０（Ｖ）におけるドレイン・ソース電流は大きくなるが、図８（ｂ）の場合、光を１０分間照射しても、ドレイン・ソース電流は変わらない。したがって酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置は、図８（ｂ）のように耐光特性が良好である。
図９は、酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置を、ゲート電圧Ｖｇ＝２０（Ｖ）で駆動したときの駆動時間（ｍｉｎ）と電子の移動度μ（（ｌｉｎ）（ｃｍ２／Ｖｓｅｃ））及び立ち上がり特性ΔＶｔｈ（Ｖ）の変化の様子（いわゆるシフト現象）を示す。
酸素放出絶縁膜を備えた薄膜半導体装置は、図９のように長時間駆動しても電子の移動度μ及び立ち上がり特性ΔＶｔｈは、変化しない。
【００２９】
図１０は、本願発明の薄膜半導体装置を用いて構成した蛍光表示装置のアノードの駆動回路例を示す。
図１０の蛍光表示装置は、多数のドット状アノードをマトリクス状に配置した例で、２個のアノード電極Ａ１，Ａ２のみを図示してある。
アノード電極Ａ１，Ａ２の駆動回路は、スイッチング用の素子ＴＦＴ１１，ＴＦＴ２１、駆動用の素子ＴＦＴ１２，ＴＦＴ２２、蓄積容量Ｃ１，Ｃ２からなる。素子ＴＦＴ１１〜ＴＦＴ２２は、本願発明の薄膜半導体装置を用いている。
素子ＴＦＴ１１〜ＴＦＴ２２は、ゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを備え、素子ＴＦＴ１１，ＴＦＴ２１のゲート電極Ｇは、走査線（走査信号供給用配線）Ｗ１１，Ｗ１２に接続し、素子ＴＦＴ１１、ＴＦＴ２１のドレイン電極Ｄは、データ線（データ信号供給用配線）Ｗ２１に接続し、素子ＴＦＴ１２、ＴＦＴ２２のドレイン電極Ｄは、入力電圧（フィラメント電源電圧）Ｖｈ（＝Ｅｂ（アノード電圧））（ｃｏｍｍｏｎ）線（入力電圧供給用配線）Ｗ３１に接続し、蓄積コンデンサＣ１，Ｃ２の一端は、ＧＮＤ（アノード、グリッドＯＦＦ電位）（ｃｏｍｍｏｎ）線（アノード、グリッドＯＦＦ電位印加用配線）Ｗ４１，Ｗ４２に接続している。
図１０は、蛍光表示装置のアノード駆動回路の例であるが、蛍光表示装置に限らず、有機ＥＬ表示装置、液晶表示装置等の他の表示装置の画素電極の駆動回路に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３０】
２０ 基板
２０１ 下地
２１ ゲート絶縁膜
２２ 保護膜（パッシベーション膜）
２３Ｄ ドレイン電極
２３Ｇ ゲート電極
２３Ｓ ソース電極
２４ 酸化物半導体膜
２５ 酸素放出絶縁膜
２６ アノード電極
２６１ アノード電極２６の端子部
２７ 蛍光体膜
３０ 前面板
３１ 側面部材
３２ 電子源用フィラメント（カソード）
３３ 制御電極（グリッド）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、酸化物半導体膜、酸素放出絶縁膜を備え、酸素放出絶縁膜は、酸化物半導体膜の少なくとも一部に接していることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、成膜時のエネルギーにより及び／又は薄膜半導体装置の加熱により酸素を放出することを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜半導体装置において、成膜時のエネルギーは、保護膜形成時のエネルギーであることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、マンガン複合酸化物からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、酸化遷移金属からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の薄膜半導体装置において、マンガン複合酸化物は、マンガンアルミニウム複合酸化物であることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項７】
請求項５に記載の薄膜半導体装置において、酸化遷移金属は、二酸化マンガンであることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、金属酸化物膜からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の表示装置は、加熱し封着してあることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置は、蛍光表示装置であることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、酸化物半導体膜、酸素放出絶縁膜を備え、酸素放出絶縁膜は、酸化物半導体膜の少なくとも一部に接していることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、成膜時のエネルギーにより及び／又は薄膜半導体装置の加熱により酸素を放出することを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜半導体装置において、成膜時のエネルギーは、保護膜形成時のエネルギーであることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、マンガン複合酸化物からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄膜半導体装置において、酸素放出絶縁膜は、酸化遷移金属からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の薄膜半導体装置において、マンガン複合酸化物は、マンガンアルミニウム複合酸化物であることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項７】
請求項５に記載の薄膜半導体装置において、酸化遷移金属は、二酸化マンガンであることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置において、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極は、金属酸化物膜からなることを特徴とする薄膜半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れかの請求項に記載の薄膜半導体装置を備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の表示装置は、加熱し封着してあることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置は、蛍光表示装置であることを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８９４４（Ｐ２０１３−８９４４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８３５７５（Ｐ２０１２−８３５７５）
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【出願人】（０００２０１８１４）双葉電子工業株式会社 (201)
【Ｆターム（参考）】
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