半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法，其中，在将氧化物半导体用作激活层的薄膜晶体管中，防止用作激活层的氧化物半导体区的组成、膜质或界面等的变化，且使薄膜晶体管的电特性稳定。在将第一氧化物半导体区用作激活层的薄膜晶体管中，在第一氧化物半导体区和薄膜晶体管的保护绝缘层之间形成其电导率低于第一氧化物半导体的电导率的第二氧化物半导体区，该第二氧化物半导体区用作第一氧化物半导体区的保护层，而可以防止第一氧化物半导体区的组成的变化和膜质的劣化，且使薄膜晶体管的电特性稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用氧化物半导体的半导体装置、以及使用该半导体装置的显示装置及其制造方法。 近年来，以液晶显示器为代表的液晶显示装置逐渐普遍。作为液晶显示器，通常使 用在每个像素中设置有薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵型的显示器。在有源矩阵型液晶显示 器的薄膜晶体管中使用非晶硅或多晶硅作为激活层。虽然使用非晶硅的薄膜晶体管的场效 应迁移率低，但是也可以容易地形成在如大型玻璃衬底的大面积衬底上。另一方面，虽然使 用多晶硅的薄膜晶体管的场效应迁移率高，但是因为需要激光退火等晶化工序，所以当在 如大型玻璃衬底的大面积衬底上形成时，需要极长的时间。 针对于此，使用氧化物半导体代替上述的硅材料来制造薄膜晶体管，并将其应用 于电子器件及光器件的技术受到瞩目。例如，专利文献1及专利文献2公开了使用氧化锌、 In-Ga-Zn-0类氧化物半导体作为氧化物半导体层来制造薄膜晶体管，并将它用作图像显示 装置的开关元件等的技术。[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 上述氧化物半导体层的电特性受氧化物半导体层的组成、膜质或界面等的很大影 响。而且氧化物半导体层的组成、膜质或界面等由于暴露在大气中或与包含杂质的膜的接 触而容易发生变化。 在氧化物半导体层上设置有由以硅为主要成分的氧化物(氧化硅)或氮化物(氮 化硅)等构成的保护绝缘层，以防止大气中的氧或水分进入到薄膜晶体管的氧化物半导体层。 但是，仅形成以硅为主要成分的保护绝缘层还不能充分地使氧化物半导体层的组 成、膜质或界面等稳定。 另外，由于当对氧化物半导体层进行构图时形成的抗蚀剂掩模或抗蚀剂剥离液与氧化物半导体层的接触，也有氧化物半导体层的膜质或组成发生变化的可能。 如上所述存在如下问题，即随着氧化物半导体层的组成、膜质或界面等的变化，使用氧化物半导体层的薄膜晶体管的电特性也发生变化。
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的在于当形成薄膜晶体管时，将第一氧化物半导体区用作激活层，并在第一氧化物半导体区和薄膜晶体管的保护绝缘层之间形成第二氧化物半导体 区，该第二氧化物半导体区的电导率低于第一氧化物半导体区的电导率且用作第一氧化物 半导体区的保护层。 本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘 层；栅极绝缘层上的源电极层及漏电极层；源电极层及漏电极层上的第一氧化物半导体 区；以及第一氧化物半导体区上的第二氧化物半导体区，其中在源电极层和漏电极层之间5第一氧化物半导体区部分地接触于栅极绝缘层和源电极层及漏电极层的侧面部，并且第二 氧化物半导体区的电导率低于第一氧化物半导体区的电导率，并且第一氧化物半导体区和 源电极层及漏电极层电连接。本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的源电极层及漏电极层；源电极层及漏电极层上的具有n型导电型的缓冲层；具有n型导电型的缓冲层上的第一氧化物半导体区；以及第一氧化物半导体区上的第二氧化物半导体区，其中在源电极层和漏电极层之间第一氧化物半导体区部分地接触于栅极绝缘层和源电极层及漏电极层的侧面部，并且缓冲层的载流子浓度高于第一氧化物半导体区的载流子浓度，并且第二氧化物半导体区的电导率低于第一氧化物半导体区的电导率，并且缓冲层的电导率高于第一氧化物半导体区及第二氧化物半导体区的电导率，并且第一氧化物半导体区和源电极层及漏电极层的上面通过缓冲层电连接。本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的源电极层及漏电极层；以及源电极层及漏电极层上的氧化物半导体层，其中在源电极层和漏电极层之间氧化物半导体层部分地接触于栅极绝缘层和源电极层及漏电极层的侧面部，并且氧化物半导体层是包含铟、镓、锌或锡中的至少一种的氧化物半导体层，并且氧化物半导体层通过绝缘层部分地接触于源电极层和漏电极层的侧面部，并且氧化物半导体层和源电极层及漏电极层电连接。 注意，第一氧化物半导体区、第二氧化物半导体区及缓冲层优选分别包含铟、 镓、锌或锡中的至少一种。另外，第二氧化物半导体区的氧空位缺陷浓度(density of oxygen-hole defects)优选低于第一氧化物半导体区的氧空位缺陷浓度。另外，第一氧化 物半导体区和第二氧化物半导体区既可以形成为不同氧化物半导体层，又可以形成为同一 氧化物半导体层。 注意，第二氧化物半导体区的电导率优选为1.0X10—8S/cm以下。另外，缓冲层的 载流子浓度优选为lX1018/cm3以上。 另外，优选第一氧化物半导体区通过氧化膜部分地接触于源电极层及漏电极层的侧面部。另外，氧化膜优选通过热氧化、氧等离子体处理或臭氧水处理形成。 另外，优选第一氧化物半导体区通过侧壁绝缘层部分地接触于源电极层及漏电极层的侧面部。另外，侧壁绝缘层优选使用硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或氧氮化硅膜形成。 本专利技术的另一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤在衬底上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成导电膜；对导电膜进行蚀刻形成源电极层及漏电极层；在栅极绝缘层、源电极层及漏电极层上通过溅射法形成第一氧化物半导体膜；在第一氧化物半导体膜上通过溅射法形成第二氧化物半导体膜；以及对第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜进行蚀刻形成第一氧化物半导体区及第二氧化物半导体区，其中将第一氧化物半导体区设置为在源电极层和漏电极层之间该第一氧化物半导体区部分地接触于栅极绝缘层和源电极层及漏电极层的侧面部，并且使用来形成第二氧化物半导体膜的成膜气体中的氧气流量的比率高于用来形成第一氧化物半导体膜的成膜气体中的氧气流量的比率。 注意，第一氧化物半导体膜及第二氧化物半导体膜优选包含铟、镓、锌或锡中的至 少一种。另外，也可以通过在增大氧气流量的同时一步形成第一氧化物半导体膜和第二氧化物半导体膜。另外，用来形成第一氧化物半导体膜的成膜气体中的氧气流量的比率优选 为低于70体积％，并且用来形成第二氧化物半导体膜的成膜气体中的氧气流量的比率优 选为70体积％以上。 注意，为了方便起见附加了第一、第二等序数词，其并不表示工序顺序或层叠顺 序。另外，在本说明书中不表示用来特定专利技术的事项的固有名词。 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，电光学装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。 根据本专利技术的一个方式，在将第一氧化物半导体区用作激活层的薄膜晶体管中，通过在第一氧化物半导体区和薄膜晶体管的保护绝缘层之间形成其电导率低于第一氧化物半导体区的电导率并用作保护层的第二氧化物半导体区，该第二氧化物半导体区可以防止第一氧化物半导体区的组成的变化和膜质的劣化并使薄膜晶体管的电特性稳定。 通过将该薄膜晶体管用于显示装置的像素部及驱动电路部，可以提供电特性高且可靠性良好的显示装置。附图说明1A和1B是说明根据本专利技术的一个方式的半导体装置的2A至2D是说明根据本专利技术的一个方式的半导体装置的制造方法的图 3A至3C是说明根据本专利技术的一个方式的半导体装置的制造方法的图 4是说明根据本专利技术的一个方式的半导体装置的制造方法的图 5是说明根据本专利技术的一个方式的半导体装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：衬底上的栅电极；在所述栅电极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的源电极及漏电极；所述源电极及所述漏电极上的第一氧化物半导体区；以及所述第一氧化物半导体区上的第二氧化物半导体区，其中所述第一氧化物半导体区的一部分接触于所述栅极绝缘层且接触于所述源电极及所述漏电极的侧面部，所述第二氧化物半导体区的电导率低于所述第一氧化物半导体区的电导率，并且所述第一氧化物半导体区和所述源电极及所述漏电极电连接。

【技术特征摘要】
JP 2008-11-28 2008-304508一种半导体装置，包括衬底上的栅电极；在所述栅电极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的源电极及漏电极；所述源电极及所述漏电极上的第一氧化物半导体区；以及所述第一氧化物半导体区上的第二氧化物半导体区，其中所述第一氧化物半导体区的一部分接触于所述栅极绝缘层且接触于所述源电极及所述漏电极的侧面部，所述第二氧化物半导体区的电导率低于所述第一氧化物半导体区的电导率，并且所述第一氧化物半导体区和所述源电极及所述漏电极电连接。2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一氧化物半导体区及所述第二氧化 物半导体区分别包含铟、镓、锌和锡中的至少一种。3. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中将所述第一氧化物半导体区和所述第二氧 化物半导体区形成为不同的氧化物半导体层。4. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中将所述第一氧化物半导体区和所述第二氧 化物半导体区形成在同一氧化物半导体层中。5. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括被夹在所述第一氧化物半导体区的所述 一部分与所述源电极及所述漏电极的侧面部之间的氧化膜。6. 根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述氧化膜通过热氧化、氧等离子体处理 或臭氧水处理形成。7. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括被夹在所述第一氧化物半导体区的所述 一部分与所述源电极及所述漏电极的侧面部之间的侧壁绝缘层。8. 根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述侧壁绝缘层使用硅膜、氧化硅膜、氮氧 化硅膜或氧氮化硅膜形成。9. 根据权利要求l所述的半导体装置，其中所述第二氧化物半导体区的电导率为 1. 0X10—8S/cm以下。10. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第二氧化物半导体区的氧空位缺陷 浓度低于所述第一氧化物半导体区的氧空位缺陷浓度。11. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体装置是选自海报、广告、电子 书籍、电视装置、数字相框、游戏机及电话机中的一种。12. —种半导体装置，包括 衬底上的栅电极； 所述栅电极上的栅极绝缘层； 所述栅极绝缘层上的源电极及漏电极； 所述源电极及所述漏电极上的具有n型导电型的缓冲层； 所述缓冲层上的第一氧化物半导体区；以及 所述第一氧化物半导体区上的第二氧化物半导体区，其中在所述第一氧化物半导体区的一部分接触于所述栅极绝缘层且接触于所述源电 极及所述漏电极的侧面部，所述缓冲层的载流子浓度高于所述第一氧化物半导体区的载流子浓度， 所述第二氧化物半导体区的电导率低于所述第一氧化物半导体区的电导率， 所述缓冲层的电导率高于所述第一氧化物半导体区的电导率及所述第二氧化物半导 体区的电导率，并且所述第一氧化物半导体区与所述源电极及所述漏电极的上面通过所述缓冲层电 连接。13. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述第一氧化物半导体区、所述第二氧 化物半导体区及所述缓冲层分别包含铟、镓、锌和锡中的至少一种。14. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述缓冲层的载流子浓度为lX1018/cm3 以上。15. 根据权利要求12所述的半导体装置，其中将所述第一氧化物半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋元健吾，佐佐木俊成，桑原秀明，
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：JP[日本]