液晶显示装置和半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及液晶显示装置和半导体装置。在液晶显示装置的像素部中，第一晶体管包括第一栅电极、栅极绝缘层、第一氧化物半导体层、第一源和漏电极；氧化物绝缘层在第一源和漏电极上；像素电极经第一接触孔与第一源或漏电极电连接。在同一衬底上的驱动电路部中，第二晶体管包括第二栅电极、栅极绝缘层、第二氧化物半导体层、第二源和漏电极；氧化物绝缘层在第二源和漏电极上；第三导电层在氧化物绝缘层上；第二氧化物半导体层夹在第二栅电极和第三导电层间；通过加工同一导电膜形成第一及第二栅电极和第一导电层；第二导电层包括第二和第三接触孔中的区域；第三接触孔包括重叠于第二接触孔的区域；第一导电层经第二导电层与第二源或漏电极电连接。

【技术实现步骤摘要】
液晶显示装置和半导体装置本申请是申请日为2010年8月4日、申请号为201010246753.2、专利技术名称为“半导体装置”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种使用氧化物半导体的半导体装置。注意，在本说明书中半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此如液晶显示装置等电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
近年来,通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜(膜厚度为大约几nm至几百nm)来构成薄膜晶体管(TFT)的技术引人注目。薄膜晶体管广泛地应用于电子装置如集成电路(IntegratedCircuit：略号为IC)或电光装置，尤其是目前正在加快开发作为图像显示装置的开关元件的薄膜晶体管。金属氧化物的种类繁多且用途广泛。氧化铟是公知的材料，并且，氧化铟用于液晶显示器等所需要的透明电极材料。在金属氧化物中存在有呈现半导体特性的金属氧化物。作为呈现半导体特性的金属氧化物，例如有氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等。将这些呈现半导体特性的金属氧化物用于沟道形成区的薄膜晶体管已经是众所周知的(参照专利文献1及2)。[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报要求使用氧化物半导体层的薄膜晶体管有快的工作速度、比较简单的制造工序以及足够的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的课题之一是提高使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的工作特性、可靠性。尤其是，优选用于驱动电路的薄膜晶体管的工作速度快。例如，当使薄膜晶体管的沟道长度(L)短或使沟道宽度(W)宽时，实现工作速度的高速化。然而，当使沟道长度短时，存在开关特性例如导通截止比变小的问题。此外，当使沟道宽度(W)宽时，存在薄膜晶体管本身的电容负荷上升的问题。此外，本专利技术的课题之一也是提供一种具备即使沟道长度短也具有稳定的电特性的薄膜晶体管的半导体装置。此外，当在绝缘表面上形成多个不同的电路时，例如在同一个衬底上形成像素部和驱动电路时，用于像素部的薄膜晶体管要求具有优越的开关特性，例如要求其导通截止比较大，并且用于驱动电路的薄膜晶体管要求快的工作速度。尤其是，显示装置的清晰度越高，显示图像的写入时间越短，所以优选使用于驱动电路的薄膜晶体管具有快的工作速度。本专利技术的课题之一也是降低使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的电特性的偏差。本专利技术的课题之一也是简化使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的制造工序。本专利技术的一种方式是一种半导体装置，包括：同一个衬底上的驱动电路部、显示部(也称为像素部)，该驱动电路部和该显示部包括：薄膜晶体管、第一布线(也称为端子或连接电极)、第二布线(也称为端子或连接电极)，其中，薄膜晶体管包括：使用金属构成的栅电极、该栅电极上的栅极绝缘层、该栅极绝缘层上的氧化物半导体层、该氧化物半导体层上的使用金属构成且与该氧化物半导体层的边缘部相比其边缘部位于内侧的源电极(也称为源电极层)及漏电极(也称为漏电极层)、氧化物半导体层和源电极及漏电极上的保护绝缘层，并且，驱动电路部中的薄膜晶体管在保护绝缘层上的重叠于氧化物半导体层的位置中包括导电层，并且，显示部中的薄膜晶体管与像素电极(也称为像素电极层)电连接，并且，第一布线使用与栅电极相同的材料形成，而且第二布线使用与源电极或漏电极相同的材料形成，再者，第一布线和第二布线通过设置在栅极绝缘层和保护绝缘层中的开口(接触孔)电连接。作为像素用薄膜晶体管及驱动电路用薄膜晶体管，使用底栅结构的反交错型薄膜晶体管。像素用薄膜晶体管及驱动电路用薄膜晶体管是如下沟道蚀刻型薄膜晶体管，该沟道蚀刻型薄膜晶体管设置有接触于在源电极层与漏电极层之间暴露的氧化物半导体层的氧化物绝缘层。驱动电路用薄膜晶体管具有使用栅电极和导电层夹持氧化物半导体层的结构。由此，可以降低薄膜晶体管的阈值的偏差，而可以提供具备其电特性稳定的薄膜晶体管的半导体装置。导电层的电位可以被设定为与栅电极层相同的电位、浮动电位、固定电位例如GND电位或0V。此外，通过对导电层施加任意的电位，可以控制薄膜晶体管的阈值。用来实现上述结构的本专利技术的一种方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：通过第一光刻过程在同一个衬底上的形成有驱动电路部的第一区域和形成有显示部的第二区域中形成分别用作栅电极的第一电极、使用与第一电极相同的材料构成的第一布线；在第一电极及第一布线上形成用作栅极绝缘层的第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成氧化物半导体层；进行用来使氧化物半导体层脱水化或脱氢化的热处理；在氧化物半导体层上形成用来形成源电极及漏电极的金属膜；通过第二光刻过程在金属膜上利用多级灰度掩模形成具有膜厚度不同的区域的抗蚀剂掩模，并且，以具有膜厚度不同的区域的抗蚀剂掩模为掩模层对氧化物半导体层和金属膜进行蚀刻来将该氧化物半导体层和该金属膜加工为岛状的氧化物半导体层和岛状的金属层；对掩模层进行灰化处理来缩小掩模层的同时，去除抗蚀剂掩模的膜厚度薄的区域，来形成被分离的掩模层；通过对掩模层的露出部分进行蚀刻，形成其边缘部比氧化物半导体层的边缘部缩退到内侧的用作源电极的第二电极及用作漏电极的第三电极、使用与源电极和漏电极相同的材料构成的第二布线；去除掩模层；在第二电极、第三电极及氧化物半导体层上形成作为氧化物绝缘层的第二绝缘膜；通过第三光刻过程选择性地去除重叠于第一布线的第一绝缘膜及第二绝缘膜来形成第一开口，选择性地去除重叠于第二布线的第二绝缘膜来形成第二开口，并且，在第二区域中通过选择性地去除第二绝缘膜来在位于重叠于第二电极和第三电极中的任一个的位置中形成第三开口；通过第四光刻过程，形成通过第一开口及第二开口使第一布线和第二布线电连接的第一导电层，在第一区域中，在隔着第二绝缘膜而重叠于氧化物半导体层的位置中形成使用与第一导电层相同的材料构成的第四电极，在第二区域中，使用与所述第一导电层相同的材料形成用作像素电极的通过第三开口电连接到薄膜晶体管的第五电极通过减少光掩模数，可以简化工序。利用多级灰度掩模形成的掩模层成为具有多种膜厚度的形状，并且通过对掩模层进行蚀刻，可以进一步改变其形状，所以可以将该掩模层用于用来加工为不同图案的多个蚀刻工序。因此，利用一个多级灰度掩模，可以形成对应于至少两种以上的不同图案的掩模层。因此，可以削减曝光掩模数，并且可以削减所对应于的光刻过程数，所以可以简化工序。上述结构解决上述课题中的至少一个。此外，例如将在本说明书中使用的氧化物半导体形成为以InMO3(ZnO)m(m>0)表示的薄膜，并且制造将该薄膜用作氧化物半导体层的薄膜晶体管。注意，M表示选自Ga、Fe、Ni、Mn及Co中的一个或多个金属元素。例如，除了有作为M而包括Ga的情况以外，还有作为M而包括Ga和Ni或者Ga和Fe等，作为M而包括Ga以外的上述金属元素的情况。此外，在上述氧化物半导体中，还有如下氧化物半导体：除了包括作为M而包含的金属元素以外，还包括作为杂质元素的Fe、Ni、其他的过渡金属元素、该过渡金属的氧化物。在本说明书中，将以InMO3(ZnO)m(m>0)表示的结构的氧化物半导体层中的作为M而包含Ga的结构的氧化物半导体称为In-Ga-Zn-O类氧化物半导体，并且将其薄膜称为In-G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶显示装置，包括：同一衬底上的像素部和驱动电路部，其中，所述像素部包括第一晶体管、像素电极和所述像素电极上的液晶层，其中，所述第一晶体管包括：第一栅电极；所述第一栅电极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第一氧化物半导体层；与所述第一氧化物半导体层电连接的第一源电极；以及与所述第一氧化物半导体层电连接的第一漏电极，其中，氧化物绝缘层在所述第一源电极和所述第一漏电极上，其中，所述像素电极通过所述氧化物绝缘层的第一接触孔与所述第一源电极或所述第一漏电极电连接，其中，所述驱动电路部包括第二晶体管、第一导电层和第二导电层，其中，所述第二晶体管包括：第二栅电极；所述第二栅电极上的所述栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第二氧化物半导体层；与所述第二氧化物半导体层电连接的第二源电极；以及与所述第二氧化物半导体层电连接的第二漏电极，其中，所述氧化物绝缘层在所述第二源电极和所述第二漏电极上，其中，第三导电层在所述氧化物绝缘层上，其中，所述第二氧化物半导体层被夹在所述第二栅电极和所述第三导电层之间，其中，通过加工同一导电膜来形成所述第一栅电极、所述第二栅电极和所述第一导电层，其中，所述第二导电层包括在所述栅极绝缘层的第二接触孔中的区域，其中，所述第二导电层包括第三接触孔中的区域，其中，所述第三接触孔包括重叠于所述第二接触孔的区域，以及其中，所述第一导电层通过所述第二导电层与所述第二源电极或所述第二漏电极电连接。...

【技术特征摘要】
2009.08.07 JP 2009-1853181.一种液晶显示装置，包括：同一衬底上的像素部和驱动电路部，其中，所述像素部包括第一晶体管、像素电极和所述像素电极上的液晶层，其中，所述第一晶体管包括：第一栅电极；所述第一栅电极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第一氧化物半导体层；与所述第一氧化物半导体层电连接的第一源电极；以及与所述第一氧化物半导体层电连接的第一漏电极，其中，氧化物绝缘层在所述第一源电极和所述第一漏电极上，其中，所述像素电极通过所述氧化物绝缘层的第一接触孔与所述第一源电极或所述第一漏电极电连接，其中，所述驱动电路部包括第二晶体管、第一导电层和第二导电层，其中，所述第二晶体管包括：第二栅电极；所述第二栅电极上的所述栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第二氧化物半导体层；与所述第二氧化物半导体层电连接的第二源电极；以及与所述第二氧化物半导体层电连接的第二漏电极，其中，所述氧化物绝缘层在所述第二源电极和所述第二漏电极上，其中，第三导电层在所述氧化物绝缘层上，其中，所述第二氧化物半导体层被夹在所述第二栅电极和所述第三导电层之间，其中，通过加工同一导电膜来形成所述第一栅电极、所述第二栅电极和所述第一导电层，其中，所述像素电极、所述第二导电层、所述第三导电层通过处理同一导电膜形成，并且由该导电膜制成的任何膜都不设置在所述第一氧化物半导体层的沟道形成区之上，其中，所述第二导电层包括在所述栅极绝缘层的第二接触孔中的区域，其中，所述第二导电层包括第三接触孔中的区域，其中，所述第三接触孔包括重叠于所述第二接触孔的区域，以及其中，所述第一导电层通过所述第二导电层与所述第二源电极或所述第二漏电极电连接。2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述第二氧化物半导体层包括沟道形成区，其中，所述第二栅电极包括在沟道长度上延伸超出所述第二氧化物半导体层的所述沟道形成区的区域，以及其中，所述第三导电层包括在所述沟道长度上延伸超出所述沟道形成区的区域。3.根据权利要求1所述的液晶显示装置，还包括：所述衬底的端部处的端子部，其中，所述端子部包括：第四导电层；所述第四导电层上的所述栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第三氧化物半导体层；所述第三氧化物半导体层上的第五导电层；以及与所述第五导电层电连接的第六导电层。4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述第三导电层用作第三栅电极。5.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述第三导电层的电位与所述第二栅电极的电位相同。6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述第三导电层是浮动的。7.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述栅极绝缘层具有氧化硅层、氧氮化硅层或氧化铝层的单层结构或叠层结构。8.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其中，所述像素电极包括氧化铟、氧化铟氧化锡合金、氧化铟氧化锌合金或氧化锌。9.一种半导体装置，包括：像素部和驱动电路部，其中，所述像素部包括：第一栅电极；所述第一栅电极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的第一氧化物半导体层；与所述第一氧化物半导体层电连接的第一源电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，坂仓真之，及川欣聪，冈崎健一，丸山穗高，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP