半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在有源矩阵型显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性很重要，且该电特性影响到显示装置的性能。对反交错型薄膜晶体管使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜，以减少电特性的偏差。为了解决课题，不接触于大气地进行溅射法来连续地形成栅绝缘膜、氧化物半导体层、沟道保护膜的三层。另外，采用在氧化物半导体层中的重叠于沟道保护膜的区域的厚度比接触于导电膜的区域的厚度厚的结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括由将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管(下面称为TFT)构成的电路的。例如，本专利技术的一个方式涉及将以液晶显示面板为代表的电光学装置及具有有机发光元件的发光显示装置用作部件而安装的电子设备。注意，在本说明书中，半导体装置是指利用半导体特性来发挥功能的所有装置。电光学装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
近年来，对有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示装置、电泳显示装置)进行着积极的研究开发，在该有源矩阵型显示装置中的配置为矩阵状的显示像素的每个中设置由TFT构成的开关元件。在有源矩阵型显示装置中，每个像素(或I个点)设置有开关元件，且在其像素密度与简单矩阵方式相比增加的情况下可以进行低电压驱动，所以是有利的。此外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区来制造薄膜晶体管(TFT)等，并应用于电子器件及光器件的技术受到关注。例如，可举出将ZnO用作氧化物半导体膜的TFT及将InGaO3 (ZnO) m用作氧化物半导体膜的TFT。在专利文献I或专利文献2等中公开了将这些使用氧化物半导体膜的TFT形成在具有透光性的衬底上并用作图像显示装置的开关元件等的技术。[专利文献I]日本专利申请公开2007-123861[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055在有源矩阵型显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性很重要，且该电特性影响到显示装置的性能。特别是，在薄膜晶体管的电特性中，阈值电压(Vth)很重要。在场效应迁移率高、阈值电压值也高，或场效应迁移率高、阈值电压值为负的情况下，作为电路难以控制。在采用阈值电压值高且阈值电压的绝对值大的薄膜晶体管的情况下有如下忧虑，即在驱动电压低的状态下不能发挥作为TFT的开关功能，而是成为负载。此外，当阈值电压值为负时，容易处于所谓的常导通(normallyon)状态，其中即使栅极电压为0V，也在源电极和漏电极之间流过电流。在n沟道型薄膜晶体管的情况下，优选采用只有当对栅极电压施加正电压时，才形成沟道而开始产生漏极电流的晶体管。如下晶体管不适合用于电路的薄膜晶体管除非增高驱动电压，否则不形成沟道的晶体管；在负电压状态下也形成沟道而流过漏极电流的晶体管。本专利技术的课题之一在于提供一种结构，该结构是使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的栅极电压尽量相近于OV的正阈值电压形成沟道的。另外，本专利技术的课题之一还在于减少使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的偏差。尤其是，在液晶显示装置中，当各个元件之间的偏差大时，有发生起因于其TFT特性的偏差的显示不均匀的忧虑。此外，在具有发光元件的显示装置中，也有如下忧虑当配置为在像素电极中流过恒定的电流的TFT (驱动电路的TFT或配置于像素的对发光元件供给电流的TFT)的导通电流(Im)的偏差大时，在显示画面中产生亮度的偏差。薄膜晶体管的阈值电压值被认为受到氧化物半导体层的界面、即氧化物半导体层和栅绝缘膜的界面，或氧化物半导体层和电极的界面所带来的很大的影响。于是，通过在清洁的状态下形成这些界面，可以提高薄膜晶体管的电特性并防止制造工序的复杂化，从而实现具备量产性和高性能的薄膜晶体管。
技术实现思路
不接触于大气地利用溅射法或PCVD法来连续地形成栅绝缘膜、氧化物半导体层、沟道保护膜的三层，以便在清洁状态下形成上述界面。优选的是，通过在减压下连续地形成这三层可以实现具有良好的界面的氧化物半导体层，并且可以实现TFT的截止时的泄漏电流低且电流驱动能力高的薄膜晶体管。本说明书中所公开的一个实施方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成栅电极；通过溅射法不接触于大气地层叠栅电极上的第一绝缘膜、第一绝缘膜上的氧化物半导体层、氧化物半导体层上的第二绝缘膜；选择性地蚀刻第二绝缘膜并在重叠于栅电极的位置上形成保护膜；将保护膜用作掩模来蚀刻氧化物半导体层的上层；在氧化物半导体层及保护膜上形成导电膜；将保护膜用作蚀刻停止层来选择性地蚀刻上述导电膜。本专利技术解决至少一个上述课题。在上述制造工序中，也可以在同一个处理室内形成第一绝缘膜和氧化物半导体层。因为第一绝缘膜和氧化物半导体层的界面离形成沟道的区域近，所以在同一个处理室内形成在提高所获得的TFT的电特性如场效应迁移率的方面上是有效的。另外，第一绝缘膜和氧化物半导体层的界面清洁，因此可以减少阈值电压值的偏差、导通电流(Im)的偏差。作为在同一个处理室内进行层叠的优点，可以举出如下几点可以减少所使用的处理室的个数；可以防止在不同的处理室之间传送衬底时微粒或水分等附着到衬底。再者，在上述制造工序中，可以在同一个处理室内形成第一绝缘膜、氧化物半导体层、以及第二绝缘膜。因为氧化物半导体层和第二绝缘膜的界面离截止时泄漏电流流过的路径近，所以在同一个处理室内形成在降低所获得的TFT电特性如截止时的泄漏电流的方面上是有用的。另外，除了第一绝缘膜和氧化物半导体层的界面之外，氧化物半导体层和第二绝缘膜的界面也清洁，因此也可以减少每个元件之间的偏差。另外，在上述制造工序中，其特征之一在于在只有氧的气氛下或在含有小于10%的惰性气体并含有大于等于90%的氧的气氛下，通过溅射法形成第一绝缘膜。作为靶材使用绝缘材料、金属材料、或半导体材料。通过该溅射法可以获得氧过剩的第一绝缘膜。进而，如果在氧过剩的第一绝缘膜上形成氧过剩的氧化物半导体层，则因为都是氧过剩的膜，所以可以使界面状态稳定，而提高TFT的可靠性。再者，其特征之一还在于在只有氧的气氛下或在含有小于10%的惰性气体并含有大于等于90%的氧的气氛下，使用至少包含In、Ga、以及Zn的氧化物半导体靶材，通过溅射法形成氧化物半导体层。氧化物半导体层可以利用脉冲激光蒸镀法(PLD法)及电子束蒸镀法等的气相法，但是从量产性之观点来看，溅射法是适合的。另外，其特征之一还在于在只有氧的气氛或含有小于10%的惰性气体并含有大于等于90%的氧的气氛下，通过溅射法形成第二绝缘膜。不接触于大气连续地形成氧过剩的SiOx膜、氧过剩的IGZO半导体层、以及氧过剩的沟道保护膜，据此，因为三层都是氧过剩的膜，所以可以使界面状态稳定，而提高TFT的可靠性。通过连续地形成三层，可以减少阈值的偏差、防止电特性的劣化、以及减少TFT偏移到常导通状态一侧，理想的是不发生偏移。本说明书中的连续成膜是指在从采用溅射法或PCVD法进行的第一成膜工序到采用溅射法或PCVD法进行的第二成膜工序的一系列过程中，放置有被处理衬底的气氛被控制为不与大气等的污染气氛接触而总是真空或惰性气体气氛(氮气氛或稀有气体气氛)。通过进行连续成膜，可以防止水分等再次附着到清洁化了的被处理衬底地进行成膜。本说明书中的连续成膜的范围包括在同一个处理室中进行从第一成膜工序到第二成膜工序的一系列过程的情况。此外，本说明书中的连续成膜的范围还包括在不同的处理室中进行从第一成膜工序到第二成膜工序的一系列过程的情况下，在结束第一成膜工序之后，不与大气接触地在处理室之间传送衬底来进行第二成膜。注意，本说明书中的连续成膜的范围还包括在第一成膜工序和第二成膜工序之间具有衬底传送工序、对准工序、逐渐冷却工序或为了得到第二工序所需要的温度而对衬底进行加热或冷却的工序等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：在具有绝缘表面的衬底上的栅电极；在所述栅电极上的第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜上的氧化物半导体层；在所述氧化物半导体层上的第二绝缘膜；以及在所述氧化物半导体层上的导电膜，其中，所述氧化物半导体层与所述第二绝缘膜彼此接触的第一区域与所述栅电极的至少一部分重叠，并且其中，所述氧化物半导体层与所述导电膜彼此接触的第二区域中的所述氧化物半导体层的厚度比所述第一区域中的所述氧化物半导体层的厚度小。

【技术特征摘要】
2008.07.31 JP 2008-1971271.一种半导体装置，包括 在具有绝缘表面的衬底上的栅电极； 在所述栅电极上的第一绝缘膜； 在所述第一绝缘膜上的氧化物半导体层； 在所述氧化物半导体层上的第二绝缘膜；以及 在所述氧化物半导体层上的导电膜， 其中，所述氧化物半导体层与所述第二绝缘膜彼此接触的第一区域与所述栅电极的至少一部分重叠，并且 其中，所述氧化物半导体层与所述导电膜彼此接触的第二区域中的所述氧化物半导体层的厚度比所述第一区域中的所述氧化物半导体层的厚度小。2.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述导电膜的一部分形成在所述第二绝缘膜上。3.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层至少包含In、Ga及Zn。4.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述第一绝缘膜是氧化硅膜、氧化铝膜、氧化镁膜、氮化铝膜和氧化钇膜中的一种。5.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述第二绝缘膜是氧化硅膜、氧化铝膜、氧化镁膜、氮化铝膜和氧化钇膜中的一种。6.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述第一绝缘膜包含卤素元素，该卤素元素的浓度为 I X IO15CnT3 至 I X IO20Cm'7.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述第二绝缘膜包含卤素元素，该卤素元素的浓度为 I X IO15CnT3 至 I X IO20Cm'8.根据权利要求I所述的半导体装置，其中所述导电膜是包含钛膜和铝膜的叠层膜。9.根据权利要求I所述的半导体装置，还包括在所述栅电极与所述第一绝缘膜之间的氮化硅膜或氮氧化硅膜。10.一种半导体装置，包括 在衬底上的栅电极； 在所述栅电极上的第一绝缘层，所述第一绝缘层包含氮化硅； 在所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述第二绝缘层包含氧化硅； 在所述栅电极上的包含铟的氧化物半导体层，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层被插入在所述氧化物半导体层与所述栅电极之间； 在所述氧化物半导体层上的源电极和漏电极； 在所述源电极和所述漏电极上的第三绝缘层，所述第三绝缘层包含氧化硅； 在所述第三绝缘层上的第四绝缘层，所述第四绝缘层包含氮化硅； 在所述第四绝缘层上的第五绝缘层，所述第五绝缘层包含有机材料；以及 在所述第五绝缘层上的像素电极。11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述第二绝缘层与所述第三绝缘层接触。12.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述氧化物半导体层至少包含铟、镓和锌。13.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述第一绝缘层包含卤素元素，该卤素元素的浓度为 I X IO15CnT3 至 I X IO2ciCnT3。14.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述衬底是玻璃衬底。15.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述第五绝缘层包含丙烯酸。16.根据权利要求10所述的半导体装置，还包括连接到所述衬底的FPC。17.一种半导体装置，包括 在衬底上的栅电极； 在所述栅电极上的第一绝缘层，所述第一绝缘层包含氮化硅； 在所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述第二绝缘层包含氧化硅； 在所述栅电极上的包含铟的氧化物半导体层，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层被插入到所述氧化物半导体层与所述栅电极之间； 在所述氧化物半导体层上的源电极和漏电极； 在所述源电极和所述漏电极上的第三绝缘层，所述第三绝缘层包含氧化硅； 在所述第三绝缘层上的第四绝缘层，所述第四绝缘层包含氮化硅； 在所述第四绝缘层上的第五绝缘层，所述第五绝缘层包含有机材料；以及 在所述第五绝缘层上的像素电极， 其中，所述栅电极包含铜。18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中，所述第二绝缘层与所述第三绝缘层接触。19.根据权利要求17所述的半导体装置，其中，所述氧化物半导体层至少包含铟、镓和锌。20.根据权利要求17所述的半导体装置，其中，所述第一绝缘层包含卤素元素，该卤素元 >素的浓度为 I X IO15CnT3 至 I X IO2ciCnT3。21.根据权利要求17所述的半导体装置，其中，所述衬底是玻璃衬底。22.根据权利要求17所述的半导体装置，其中，所述第五绝缘层包含丙烯酸。23.根据权利要求17所述的半导体装置，还包括连接到所述衬底的FPC。24.—种半导体装置，包括 在衬底上的栅电极； 在所述栅电极上的第一绝缘层，所述第一绝缘层包含氮化硅； 在所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述第二绝缘层包含氧化硅； 在所述栅电极上的包含铟的氧化物半导体层，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层被插入在所述氧化物半导体层与所述栅电极之间； 在所述氧化物半导体层上的与其接触的第三绝缘层，所述第三绝缘层包含氧化硅； 在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，宫入秀和，秋元健吾，白石康次郎，
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：