半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件及其制造方法。本发明专利技术的一个目的是增加半导体器件的孔径比。在一个衬底上提供像素部分和驱动器电路。像素部分中的第一薄膜晶体管（ＴＦＴ）包括：衬底上的栅极电极层；栅极电极层上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的氧化物半导体层；氧化物半导体层上的源极和漏极电极层；在栅极绝缘层、氧化物半导体层、源极和漏极电极层上的、与氧化物半导体层的一部分接触的保护性绝缘层；以及在保护性绝缘层上的像素电极层。所述像素部分具有光透射性质。此外，驱动器电路中的第二ＴＦＴ的源极和漏极电极层的材料不同于第一ＴＦＴ的源极和漏极电极层的材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括氧化物半导体的。注意，在本说明书中，半导体器件指的是能够通过利用半导体性质运行的所有器 件，并且诸如显示器件的光电器件、半导体电路、和电子设备全部是半导体器件。
技术介绍
在半导体器件中使用光透射金属氧化物。例如，使用诸如铟锡氧化物(IT0)的导 电金属氧化物(在下文中称为氧化物导体)作为在诸如液晶显示器的显示器件中需要的透 明电极材料。另外，光透射金属氧化物作为具有半导体性质的材料已经引起注意。例如，期望使 用基于In-Ga-Zn-0的氧化物等作为在诸如液晶显示器的显示器件中需要的半导体材料。 特别是，期望将其用于薄膜晶体管(在下文中也称为TFT)的沟道层。可以通过低温工艺来形成包括具有半导体性质的金属氧化物(在下文中称为氧 化物半导体)的TFT。因此，对氧化物半导体作为取代或超越在显示器件中使用的非晶硅的 材料的期望已经提高。此外，氧化物导体和氧化物半导体两者具有光透射性质。因此，当使用氧化物导体 和氧化物半导体来制造TFT时，TFT可以具有光透射性质(例如，参见非专利文献1)。此外，其中使用氧化物半导体的TFT具有高的场效应迁移率。因此，可以使用TFT 来形成显示器件等中的驱动器电路(例如，参见非专利文献2)参考文献非专利文献 1 :T. Nozawa. “Transparent Circuitry，，，Nikkei Electronics No. 959，August 27,2007, pp.39-52.-专利文献 2 :T. Osada et al.，"Development of Driver-Integrated Panel using Amorphous In-Ga-Zn-0xide TFT, Proc.SID' 09 Digest, 2009, pp. 184-187.
技术实现思路
本专利技术一个实施例的目的是降低半导体器件的制造成本。本专利技术一个实施例的目的是增加半导体器件的孔径比。本专利技术一个实施例的目的是提高在半导体器件的显示部分上显示的图像分辨率。本专利技术一个实施例的目的是提供一种能够高速操作的半导体器件。本专利技术一个实施例是一种半导体器件，其包括在一个衬底上的驱动器电路部分和 显示部分(也称为像素部分)。所述驱动器电路部分包括驱动器电路薄膜晶体管和驱动器 电路布线。使用金属形成驱动器电路薄膜晶体管的源极电极(也称为源极电极层)和漏极 电极(也称为漏极电极层)，并使用氧化物半导体形成驱动器电路薄膜晶体管的沟道层。使 用金属形成驱动器电路布线。所述显示部分包括像素薄膜晶体管和显示部分布线。使用氧 化物导体形成像素薄膜晶体管的源极电极层和漏极电极层，并使用氧化物半导体形成像素薄膜晶体管的半导体层。使用氧化物导体形成所述显示部分布线。使用具有底栅结构的反交错型薄膜晶体管作为所述像素薄膜晶体管和所述驱动 器电路薄膜晶体管中的每一个。所述像素薄膜晶体管和所述驱动器电路薄膜晶体管每个是 其中氧化物绝缘膜与在源极电极层与漏极电极层之间露出的半导体层的部分接触的薄膜 晶体管。注意，在非专利文献1中未公开TFT的具体制造工艺、包括在半导体器件中的另一 元件(例如，电容器)的具体结构等。另外，未对在一个衬底上形成驱动器电路和光透射 TFT的制造进行说明。在根据本专利技术一个实施例的半导体器件中，在一个衬底上形成包括驱动器电路 TFT的驱动器电路部分和包括像素TFT的显示部分。因此，可以降低半导体器件的制造成 本。在根据本专利技术一个实施例的半导体器件中，显示部分包括像素TFT和显示部分布 线。使用氧化物导体来形成像素TFT的源极电极和漏极电极。使用氧化物半导体来形成像 素TFT的半导体层。使用氧化物导体形成所述显示部分布线。换言之，在所述半导体器件 中，形成像素TFT和像素布线的区域可以是开口。因此，可以增加半导体器件的孔径比。在根据本专利技术一个实施例的半导体器件中，显示部分包括像素TFT和显示部分布 线。使用氧化物导体形成像素TFT的源极电极和漏极电极，并使用氧化物半导体形成像素 TFT的半导体层。使用氧化物导体形成所述显示部分布线。换言之，在所述半导体器件中， 可以在不受像素TFT的尺寸限制的情况下确定像素大小。因此，可以提高在该半导体器件 的显示部分上显示的图像的分辨率。在根据本专利技术一个实施例的半导体器件中，驱动器电路部分包括驱动器电路TFT 和驱动器电路布线。使用金属形成驱动器电路TFT的源极电极和漏极电极，并使用氧化物 半导体形成驱动器电路TFT的沟道层。使用金属形成驱动器电路布线。换言之，在所述半 导体器件中，驱动器电路包括具有高的场效应迁移率的TFT和具有低电阻的布线。因此，所 述半导体器件能够高速操作。作为在本说明书中使用的氧化物半导体，形成由InM03(Zn0)m(m > 0)表示的材料 的薄膜，并制造包括该薄膜作为氧化物半导体层的薄膜晶体管。注意，M表示选自Ga、Fe、 Ni、Mn、和Co中的一种或多种金属元素。例如，M可以是Ga，或者可以是Ga和除Ga之外的 上述金属元素，例如，M可以是Ga和Ni或者Ga和Fe。此外，在氧化物半导体中，在某些情 况下，除被包含作为M的金属元素之外，还包含诸如Fe或Ni的过渡金属元素或该过渡金属 的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，在由InM03(Zn0)m(m> 0)来表示其组成分子式的 氧化物半导体层当中，将包含Ga作为M的氧化物半导体称为基于In-Ga-Zn-0的氧化物半 导体，并将基于In-Ga-Zn-0的氧化物半导体的薄膜称为基于In-Ga-Zn-0的非单晶膜。作为用于氧化物半导体层的金属氧化物，除上述的之外，还可以使用任何以 下金属氧化物基于In-Sn-Zn-0的金属氧化物；基于In-Al-Zn-0的金属氧化物；基于 Sn-Ga-Zn-0的金属氧化物；基于Al-Ga-Zn-0的金属氧化物；基于Sn-Al-Zn-0的金属氧化 物；基于In-Zn-0的金属氧化物；基于Sn-Zn-0的金属氧化物；基于Al-Zn-0的金属氧化物； 基于In-0的金属氧化物；基于Sn-0的金属氧化物；以及基于Zn-0的金属氧化物。在使用 以上金属氧化物形成的氧化物半导体层中可以包含硅的氧化物。当在诸如氮气或稀有气体(例如，氩气或氦气)的惰性气体气氛中执行热处理的 情况下，通过热处理将氧化物半导体层变成贫氧氧化物半导体层，以使其成为低电阻氧化 物半导体层，即，n型(例如，rT型)氧化物半导体层。然后，通过形成将与该氧化物半导体 层接触的氧化物绝缘膜，来使该氧化物半导体层处于氧过剩状态。因此，将氧化物半导体层 的一部分变成高电阻氧化物半导体层，即，i型氧化物半导体层。因此，可以制造并提供包 括具有良好电特性的高度可靠的薄膜晶体管的半导体器件。当在诸如氮气或稀有气体(例如，氩气或氦气)的惰性气体气氛中执行热处理的 情况下，通过热处理将氧化物半导体层变成贫氧氧化物半导体层，以使其成为低电阻氧化 物半导体层，即，n型(例如，rT型或n+型)氧化物半导体层。然后，通过形成将与该氧化 物半导体层接触的氧化物绝缘膜，来使该氧化物半导体层处于氧过剩状态。因此，将氧化物 半导体层的一部分变成高电阻氧化物半导体层，即，i型氧化物半导体层。因此，可以制造 并提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：在衬底上形成的像素部分，该像素部分包括第一晶体管；以及在所述衬底上形成的驱动器电路部分，该驱动器电路部分包括第二晶体管，其中，所述第一晶体管包括：在所述衬底上的第一栅极电极层；在所述第一栅极电极层上的栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上的第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上的第一源极电极层和第一漏极电极层；在所述第一源极电极层的一部分或所述第一漏极电极层的一部分上并与之接触的第一导电层；在所述栅极绝缘层、第一氧化物半导体层、第一源极电极层、和第一漏极电极层上的第一氧化物绝缘层，所述第一氧化物绝缘层至少与在所述第一源极电极层和所述第一漏极电极层之间的所述第一氧化物半导体层的一部分接触，以及所述第一氧化物绝缘层上的像素电极层，所述像素电极层被电连接到所述第一导电层，其中，所述第二晶体管包括：在所述衬底上的第二栅极电极层；在所述第二栅极电极层上的所述栅极绝缘层；在所述栅极绝缘层上的第二氧化物半导体；在所述第二氧化物半导体层上的第二源极电极层和第二漏极电极层；以及在所述第二氧化物半导体层、第二源极电极层和第二漏极电极层上的第二氧化物绝缘层，所述第二氧化物绝缘层与所述第二氧化物半导体层接触，其中，所述第一栅极电极层、所述栅极绝缘层、所述第一氧化物半导体层、所述第一源极电极层、所述第一漏极电极层、所述第一氧化物绝缘层、和所述像素电极层中的每一个具有光透射性质，其中，所述第二源极电极层和所述第二漏极电极层的材料不同于所述第一源极电极层和所述第一漏极电极层的材料，以及其中，所述第二源极电极层和所述第二漏极电极层的材料是电阻比所述第一源极电极层和所述第一漏极电极层的材料低的导电材料。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，细羽幸，西田惠里子，
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]