半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

半导体装置(100)包括设置在基板上的薄膜晶体管(5)，该薄膜晶体管(5)具有栅极电极(12)、与栅极电极接触的栅极绝缘层(20)、隔着栅极绝缘层以与栅极电极部分地重叠的方式配置的氧化物半导体层(18)、源极电极(14)和漏极电极(16)，氧化物半导体层(18)包括：在从基板法线方向看时与栅极电极重叠的栅极相对区域(18g)；和与栅极相对区域相邻设置且在从基板法线方向看时与栅极电极、源极电极和漏极电极中的任一个都不重叠的偏移区域(18os、18od)，栅极相对区域的载流子浓度为1×1017/cm3以上1×1019/cm3以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用氧化物半导体的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
液晶显示装置等中使用的有源矩阵基板中，按每个像素设置有薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，以下称为“TFT”)等开关元件。作为这样的开关元件，一直以来广泛使用以非晶硅膜作为有源层(活性层)的TFT(以下称为“非晶硅TFT”)和以多晶硅膜作为有源层的TFT(以下称为“多晶硅TFT”)。另外，作为TFT的有源层的材料，尝试了使用非晶硅和多晶硅以外的材料。例如，专利文献1中记载了使用InGaZnO(含有铟、镓和锌的氧化物)等的氧化物半导体膜形成TFT的有源层的液晶显示装置。这样的TFT被称为“氧化物半导体TFT”。氧化物半导体TFT与非晶硅TFT相比能够高速地动作。另外，氧化物半导体膜与多晶硅膜相比能够通过简单的工艺形成，因此，也能够应用于需要大面积的装置。因此，氧化物半导体TFT作为能够抑制制造成本地制作的高性能的有源元件，在显示装置等中的利用不断发展。近年来，在智能手机和平板终端等便携设备中，使用小型且高精细的液晶显示装置。为了实现明亮的显示并且延长驱动时间，优选提高像素开口率。在此，像素开口率是指1个像素区域中的能够用于显示的区域(除了配线和TFT等非显示区域以外的区域)的面积率，像素开口率越高，越能够提高来自背光源的光的利用效率。通过提高像素开口率，能够进行明亮的显示，能够削减消耗电力。但是，在智能手机等中使用的小型、高精细的显示装置中，由于配线的最小宽度限制(工艺规则)等，提高像素开口率并不容易。因此，提出了用于提高像素开口率的各种技术。例如，通过使用上述的氧化物半导体TFT，能够提高像素开口率。这是因为，氧化物半导体的迁移率高，即使将氧化物半导体TFT的尺寸小型化也能够得到与非晶硅TFT同等以上的性能。通常，设置有TFT的区域，为了防止向沟道的光照射，或者因为是难以用于显示的区域，由遮光层(例如栅极电极、黑矩阵)遮挡，而如果TFT的尺寸小，则能够相应地提高像素开口率。另外，为了提高开口率，也可以考虑将TFT的栅极电极与源极电极以及漏极电极更接近地配置。例如，专利文献2中记载了通过在栅极配线上设置TFT，来使非显示区域减小的结构。如果通过这样的方式实现TFT的小型化，则能够使像素区域中能够用于显示的区域增加，能够提高开口率。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-86808号公报专利文献2：国际公开第2013/073619号专利文献3：日本特开2009-278115号公报专利文献4：日本特开2008-40343号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题在TFT中，在将栅极电极与源极/漏极电极接近配置的情况下，在栅极-源极间和栅极-漏极间容易形成寄生电容。更具体地说，在栅极电极(或栅极配线)与源极电极隔着绝缘层重叠的部分，会形成大小由其重叠面积和绝缘层的厚度决定的栅极-源极间寄生电容Cgs。另外，在栅极电极与漏极配线隔着绝缘层重叠部分，会形成大小由其重叠面积和绝缘层的厚度决定的栅极-漏极间寄生电容Cgd。图11(a)和(b)表示以往的底栅型的氧化物半导体TFT90的结构。如图11(a)和(b)所示，氧化物半导体TFT90在基板91上具有：栅极电极92；覆盖栅极电极92的栅极绝缘层93；在栅极绝缘层93上以与栅极电极92重叠的方式设置的岛状的氧化物半导体层94；和分别与岛状的氧化物半导体层94的两侧端连接的源极电极95和漏极电极96。源极电极95和漏极电极96以彼此分离的方式配置，氧化物半导体层94中的被夹在源极电极95与漏极电极96之间的部分，作为氧化物半导体TFT90的沟道94C起作用。在氧化物半导体TFT90中，栅极电极92以与氧化物半导体层94的整体重叠的方式设置得较大。这是因为，氧化物半导体层94的电阻比较大，为了得到高的导通电流，优选利用对栅极电极92施加的导通电压使氧化物半导体层94的整体活化。但是，当采用这样的结构时，栅极电极92与源极电极95的重叠区域95A、以及栅极电极92与漏极电极96的重叠区域96A的面积变得比较大。因此，在氧化物半导体90中，隔着栅极绝缘层93等形成的寄生电容Cgs、Cgd变大。这样在栅极电极92与源极/漏极电极95、96之间形成的寄生电容Cgs、Cgd，使氧化物半导体TFT90的动作速度降低。当寄生电容Cgs、Cgd大时，在使氧化物半导体TFT90导通时，至对液晶层施加期望的电压为止所需要的时间长，有可能得不到高速的响应。另外，已知在将TFT基板用于液晶显示装置的情况下，当TFT从导通切换到截止时，由于栅极-漏极间寄生电容Cgd而产生像素电压的下降。这样的像素电压的下降被称为馈通电压(引入电压)，其大小与栅极-漏极间寄生电容Cgd的大小(依赖于栅极电极与漏极电极的重叠面积)大致成比例的情况较多。当馈通电压大时，例如在进行极性反转驱动时，利用正极性电压和负极性电压实际对像素施加的电压的大小(绝对值)产生差异。由此，会发生与极性反转相伴的明灭(闪烁)，另外，为了抑制闪烁，需要施加比较高的偏移电压。另外，在氧化物半导体TFT90中，需要以比较大的面积设置栅极电极92与源极电极95的重叠区域95A、以及栅极电极92与漏极电极96的重叠区域96A，因此，存在难以实现元件的小型化的问题。另外，上述的重叠区域95A、96A是无法作为显示区域使用的区域，因此，成为使像素开口率降低的原因。为了使栅极配线与源极电极的重叠面积以及栅极配线与漏极电极的重叠面积减小，可以考虑将栅极电极与源极/漏极电极分开配置。专利文献3中公开了在顶栅型的晶体管中，在栅极电极的侧面设置由绝缘材料构成的间隔物(以下称为侧壁)的结构。在专利文献3中记载的TFT中，使得将栅极电极和侧壁作为掩模在半导体层中自匹配地形成导电区域，由此，在栅极电极的正下方的沟道区域与导电区域之间形成有偏移区域。当采用设置这样的偏移区域的结构时，容易使寄生电容Cgs、Cgd减小。但是，当漏极电极与栅极电极的距离变大时，存在TFT的动作速度降低、而且难以得到高的导通电流的问题。特别地，在氧化物半导体TFT中，截止泄漏特性优异，而氧化物半导体层的电阻大多较高，因此，当栅极电极与漏极电极的距离远时，有可能得不到充分的导通特性。另外，在专利文献3中记载的TFT的结构中，由源极电极和漏极电极覆盖的区域变大，因此，存在难以实现高的开口率的问题。另外，需要设置侧壁的工序，因此，也存在制造工艺变得复杂，产品的生产率降低的问题。本专利技术是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供具备寄生电容减小且动作特性优异的氧化物半导体TFT的半导体装置及其制造方法。用于解决技术问题的手段本专利技术的实施方式的半导体装置包括：基板；和设置在上述基板上的薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有栅极电极、与上述栅极电极接触的栅极绝缘层、隔着上述栅极绝缘层以与上述栅极电极部分地重叠的方式配置的氧化物半导体层、和与上述氧化物半导体层电连接的源极电极和漏极电极，上述源极电极和漏极电极在从基板法线方向看时与上述栅极电极分离地设置，上述氧化物半导体层包括：在从基板法线方向看时与上述栅极电极重叠的栅极相对区域；和与上述栅极相对区域相邻设置的至少1个偏移区域，该偏移区域在从基板法线方向看时与上述栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：基板；和设置在所述基板上的薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有栅极电极、与所述栅极电极接触的栅极绝缘层、隔着所述栅极绝缘层以与所述栅极电极部分地重叠的方式配置的氧化物半导体层、和与所述氧化物半导体层电连接的源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极在从基板法线方向看时与所述栅极电极分离地设置，所述氧化物半导体层包括：在从基板法线方向看时与所述栅极电极重叠的栅极相对区域；和与所述栅极相对区域相邻设置的至少1个偏移区域，该偏移区域在从基板法线方向看时与所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极中的任一个都不重叠，所述栅极相对区域的载流子浓度为1×1017/cm3以上1×1019/cm3以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.03 JP 2014-1145271.一种半导体装置，其特征在于，包括：基板；和设置在所述基板上的薄膜晶体管，该薄膜晶体管具有栅极电极、与所述栅极电极接触的栅极绝缘层、隔着所述栅极绝缘层以与所述栅极电极部分地重叠的方式配置的氧化物半导体层、和与所述氧化物半导体层电连接的源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极在从基板法线方向看时与所述栅极电极分离地设置，所述氧化物半导体层包括：在从基板法线方向看时与所述栅极电极重叠的栅极相对区域；和与所述栅极相对区域相邻设置的至少1个偏移区域，该偏移区域在从基板法线方向看时与所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极中的任一个都不重叠，所述栅极相对区域的载流子浓度为1×1017/cm3以上1×1019/cm3以下。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述至少1个偏移区域的载流子浓度为1×1017/cm3以上。3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于：包括与所述偏移区域相邻设置，且与所述源极电极和所述漏极电极接触的源极连接区域和漏极连接区域，所述源极连接区域和漏极连接区域的载流子浓度为1×1017/cm3以上。4.如权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其特征在于：所述至少1个偏移区域的载流子浓度比所述栅极相对区域的载流子浓度高。5.如权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其特征在于：所述薄膜晶体管是耗尽型的薄膜晶体管。6.如权利要求1～5中任一项所述的半导体装置，其特征在于：所述栅极电极隔着所述栅极绝缘层设置在所述氧化物半导体层的下层。7.如权利要求1～6中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：织田明博，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP