薄膜晶体管制造技术

本发明专利技术提供一种具有迁移率良好，应力耐受性也优异，并且湿蚀刻特性也良好的氧化物半导体层的薄膜晶体管。本发明专利技术的薄膜晶体管在基板上至少按顺序具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、源-漏电极和保护膜，其中，所述氧化物半导体层是具有第一氧化物半导体层(IGZTO)和第二氧化物半导体层(IGZO)的层叠体。所述第二氧化物半导体层形成于所述栅极绝缘膜之上，并且所述第一氧化物半导体层形成于所述第二氧化物半导体层与所述保护膜之间，且在所述第一氧化物半导体层中，各金属元素相对于除去氧的全部金属元素的含量为，In:25％以下(不含0％)、Ga:5％以上、Zn:30.0～60.0％和Sn:8～30％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄膜晶体管
本专利技术涉及用于液晶显示器或有机EL显示器等的显示装置的薄膜晶体管(TFT)。
技术介绍
非晶(非晶质)氧化物半导体，与通用的非晶硅(a-Si)相比，具有高载流子迁移率(也称为场效应迁移率。以下，有时仅称为“迁移率”。)，光学带隙大，能够以低温成膜，因此，期待其面向要求大型、高分辨率、高速驱动的新一代显示器和耐热性低的树脂基板等的应用。使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子浓度(迁移率)高，而且要求TFT的开关特性(晶体管特性，TFT特性)优异。即，要求(1)通态电流(对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流)高；(2)断态电流(分别对栅电极施加负电压，对漏电极施加正电压时的漏电流)低；(3)S值(SubthresholdSwing，亚阈值摆幅，使漏电流提高1位数量级所需要的栅电压)低；(4)阈值(向漏电极施加正电压，向栅电压施加正负任意一种电压时，漏电流开始流通的电压，也称为阈值电压)在时间上不发生变化而保持稳定(意味着在基板面内均匀)；并且，(5)迁移率高；等。作为具有这样的特性的氧化物半导体，通用的有由铟、镓、锌和氧构成的非晶氧化物半导体(In-Ga-Zn-O，以下有时称为“IGZO”。)(专利文献1、非专利文献1、非专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4568828号公报非专利文献非专利文献1：固体物理，VOL44，P621(2009)非专利文献2：Nature，VOL432，P488(2004)专利技术所要解决的课题还要求使用上述氧化物半导体层的薄膜晶体管对于施加电压或光照射等应力的耐受性(应力施加前后的阈值电压的变化量少)优异。例如指出的有：在对于栅电极持续施加电压时，或持续照射光吸收开始的蓝色波段时，在薄膜晶体管的栅极绝缘膜与半导体层界面，电荷被捕获，由于半导体层内部的电荷的变化，所以阈值电压向负侧大幅变化(偏移)，由此导致TFT的开关特性发生变化。另外液晶面板驱动之时、或对栅电极施加负偏压而使像素亮灯时等情况下，从液晶元件泄漏的光会照射到TFT上，而该光对于TFT施加应力而成为图像斑驳和特性劣化的原因。实际使用薄膜晶体管时，若由于光照射和施加电压带来的应力导致开关特性变化，则会招致显示装置自身的可靠性降低。另外，在有机EL显示器中也同样产生以下问题，即，从发光层泄漏的光照射到半导体层上，而阈值电压等值发生偏差这样的问题。如此特别是阈值电压的偏移而招致具备TFT的液晶显示器或有机EL显示器等显示装置自身的可靠性降低，因此迫切期望应力耐受性的提高。此外在制作氧化物半导体薄膜和在其上具备源-漏电极的薄膜晶体管基板时，还要求上述氧化物半导体薄膜对于湿蚀刻液等的药液具有高特性(湿蚀刻特性)。具体来说，就是在TFT制作时的各工序中，因为所使用的湿蚀刻液的种类也有所不同，所以对于上述氧化物半导体薄膜要求以下两个特性。(一)氧化物半导体薄膜对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性即，要求借助加工氧化物半导体薄膜时所用的草酸等的有机酸系湿蚀刻液，上述氧化物半导体薄膜以适当的速度被蚀刻，能够没有残渣地进行图案化。(二)氧化物半导体薄膜对于源-漏电极用湿蚀刻液为不溶性即，要求借助对于成膜于氧化物半导体薄膜之上的源-漏电极用配线膜进行加工时所用的湿蚀刻液(例如含有磷酸、硝酸、醋酸等的无机酸)，源-漏电极以适当的速度被蚀刻，但不会使上述氧化物半导体薄膜的表面(背沟道)侧被上述湿蚀刻液削剥，或使损害侵入而致使TFT特性和应力耐受性降低。湿蚀刻液的蚀刻程度(蚀刻速度)根据湿蚀刻液的种类也各不相同，但前述的IGZO对于草酸等湿蚀刻液具有优异的可溶性[即，上述(一)的氧化物半导体薄膜加工时的湿蚀刻性优异]，而对于无机酸系湿蚀刻液的可溶性也高，也极容易被无机酸系湿蚀刻液蚀刻。因此，在源-漏电极的由湿蚀刻液进行的加工时，存在IGZO膜消失而TFT的制作困难或TFT特性等降低这样的问题[即，上述(二)的源-漏电极加工时的湿蚀刻耐受性差]。为了解决这样的问题，也研究过使用不会对IGZO进行蚀刻的药液(NH4F和H2O2的混合液)作为源-漏电极用湿蚀刻液，但上述药液的寿命短且不稳定，因此量产性差。上述(二)的伴随源-漏电极的湿蚀刻的TFT特性等的降低特别会出现在不具有图1所示的蚀刻阻挡层的背沟道蚀刻(BCE)结构的TFT中。即，使用了氧化物半导体的底栅薄膜晶体管的结构大致区分为图1所示的不具有蚀刻阻挡层的背沟道蚀刻型(BCE型)、和图2所示的具有蚀刻阻挡层8的蚀刻阻挡型(ESL型)两类。图2中的蚀刻阻挡层8就是出于防止对源-漏电极5实施蚀刻时，氧化物半导体层4受到损伤而晶体管特性降低的目的而完成的。根据图2，因为在源-漏电极加工时对半导体层表面的损伤少，所以能够得到良好的TFT特性。作为上述蚀刻阻挡层，一般使用SiO2等绝缘膜。相对于此，在图1中，因为不具有蚀刻阻挡层，所以能够使工序数简略化，生产性优异。即，根据制造方法，在蚀刻时即使不设置蚀刻阻挡层，仍可对氧化物半导体层4不造成损伤，例如利用剥离法加工源-漏电极5时对氧化物半导体层4没有损伤，因此不需要蚀刻阻挡层，这种情况下使用图1的BCE型。或者，使用即使无蚀刻阻挡层也能够发挥良好的TFT特性而开发的特别的湿蚀刻液时，可以使用图1的BCE型。如上所述，从薄膜晶体管的削减制作成本和工序简略化的观点出发，推荐使用不具有蚀刻阻挡层的图1的BCE型，但前述的湿蚀刻时的问题非常令人担忧。当然，在图2的ESL型中，根据湿蚀刻液的种类不同，也有可能产生上述问题。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种具备如下半导体层用氧化物的薄膜晶体管，该半导体层用氧化物在不具有蚀刻阻挡层的BCE型的薄膜晶体管中，保持高的场效应迁移率，且对于光、偏压应力等的阈值电压的变化量小，应力耐受性优异，并且(一)对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性；(二)对于在使源-漏电极图案化时所用的湿蚀刻液具有优异的耐受性。另外目的在于，提供一种具备如下半导体层用氧化物的薄膜晶体管，该半导体层用氧化物在具有蚀刻阻挡层的ESL型的薄膜晶体管中，保持高的场效应迁移率，且应力耐受性优异，并且(一)对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性。用于解决课题的手段能够解决上述课题的本专利技术的薄膜晶体管是在基板上至少按顺序具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、源-漏电极和保护所述源-漏电极的保护膜的薄膜晶体管，具有如下要点：所述氧化物半导体层是具有由In、Ga、Zn、Sn和O构成的第一氧化物半导体层以及由In、Ga、Zn和O构成的第二氧化物半导体层的层叠体，所述第二氧化物半导体层形成于所述栅极绝缘膜之上，并且所述第一氧化物半导体层形成于所述第二氧化物半导体层与所述保护膜之间，并且在所述第一氧化物半导体层中，各金属元素相对于除去氧的全部金属元素的含量(原子％，下同)为，In：25％以下(不含0％)、Ga：5％以上、Zn：30.0～60.0％、和Sn：8～30％。所述第一氧化物半导体层相对于源-漏电极用湿蚀刻液的蚀刻速率，优选为所述源-漏电极的蚀刻速率的1/2以下。另外本专利技术的薄膜晶体管是在基板上按顺序至少具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，其特征在于，在基板上至少按顺序具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、源‑漏电极和保护所述源‑漏电极的保护膜，所述氧化物半导体层是具有由In、Ga、Zn、Sn和O构成的第一氧化物半导体层以及由In、Ga、Zn和O构成的第二氧化物半导体层的层叠体，所述第二氧化物半导体层形成于所述栅极绝缘膜之上，并且所述第一氧化物半导体层形成于所述第二氧化物半导体层与所述保护膜之间，并且，在所述第一氧化物半导体层中，各金属元素相对于除去氧的全部金属元素的含量按原子％计为In：25％以下且不含0％、Ga：5％以上、Zn：30.0～60.0％、和Sn：8～30％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.06 JP 2012-1293981.一种薄膜晶体管，其特征在于，在基板上至少按顺序具有栅电极、栅极绝缘膜、氧化物半导体层、源-漏电极和保护所述源-漏电极的保护膜，所述氧化物半导体层是具有由In、Ga、Zn、Sn和O构成的第一氧化物半导体层以及由In、Ga、Zn和O构成的第二氧化物半导体层的层叠体，所述第二氧化物半导体层形成于所述栅极绝缘膜之上，并且所述第一氧化物半导体层形成于所述第二氧化物半导体层与所述保护膜之间，并且，在所述第一氧化物半导体层中，各金属元素相对于除去氧的全部金属元素的含量按原子％计为In：25％以下且不含0％、Ga：5％以上、Zn：30.0～60.0％、和Sn：8～30％。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其中，所述第一氧化物半导体层相对于源-漏电极用湿蚀刻液的蚀刻速率，是所述源-...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸智弥，广濑研太，森田晋也，钉宫敏洋，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：日本;JP