半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體裝置(100A)具有：在基板(2)之上形成的柵極電極(3)；在柵極電極之上形成的柵極絕緣層(4)；氧化物層(50)，該氧化物層(50)形成在柵極絕緣層之上，包含半導(dǎo)體區(qū)域(51)和導(dǎo)電體區(qū)域(55)；與半導(dǎo)體區(qū)域電連接的源極電極(6s)和漏極電極(6d)；在源極電極和漏極電極之上形成的保護(hù)層(11)；和在保護(hù)層之上形成的透明電極(9)。透明電極的至少一部分隔著保護(hù)層與導(dǎo)電體區(qū)域重疊，導(dǎo)電體區(qū)域的上表面與具有使氧化物層中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣層(61)接觸。還原絕緣層不與半導(dǎo)體區(qū)域的溝道區(qū)域接觸。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用氧化物半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及液晶顯示裝置和有機(jī)EL顯示裝置的有源矩陣基板及其制造方法。在此，半導(dǎo)體裝置包括有源矩陣基板和具備該有源矩陣基板的顯示裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]液晶顯示裝置等中使用的有源矩陣基板，按每個(gè)像素具備薄膜晶體管(Thin FilmTransistor，以下稱為“TFT”)等開關(guān)元件。具備TFT作為開關(guān)元件的有源矩陣基板被稱為TFT基板。
[0003]作為TFT，一直以來(lái)廣泛使用將非晶硅膜作為有源層(活性層)的TFT (以下稱為“非晶硅TFT”)和將多晶硅膜作為有源層的TFT(以下稱為“多晶硅TFT”)。
[0004]近年來(lái)，提出了使用氧化物半導(dǎo)體代替非晶硅和多晶硅作為TFT的有源層的材料。將這樣的TFT稱為“氧化物半導(dǎo)體TFT”。氧化物半導(dǎo)體具有比非晶硅高的遷移率。因此，氧化物半導(dǎo)體TFT能夠比非晶硅TFT更高速地進(jìn)行動(dòng)作。另外，氧化物半導(dǎo)體膜與多晶硅膜相比能夠通過(guò)更簡(jiǎn)便的工藝形成。
[0005]專利文獻(xiàn)I中公開了具備氧化物半導(dǎo)體TFT的TFT基板的制造方法。根據(jù)專利文獻(xiàn)I中記載的制造方法，通過(guò)使氧化物半導(dǎo)體層的一部分低電阻化來(lái)形成像素電極，能夠削減TFT基板的制造工序數(shù)。
[0006]近年來(lái)，隨著液晶顯示裝置等的高精細(xì)化不斷發(fā)展，像素開口率的降低成為問(wèn)題。其中，像素開口率是指像素(例如，在透射型液晶顯示裝置中，為使有助于顯示的光透射的區(qū)域)占顯示區(qū)域的面積比率，以下簡(jiǎn)稱為“開口率”。
[0007]特別地，便攜式用途的中小型的透射型液晶顯示裝置，顯示區(qū)域的面積小，因此，當(dāng)然各個(gè)像素的面積也小，由高精細(xì)化引起的開口率的降低變得顯著。另外，當(dāng)便攜式用途的液晶顯示裝置的開口率降低時(shí)，為了得到期望的亮度，需要使背光源的亮度增大，還會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致耗電增大的問(wèn)題。
[0008]為了得到高開口率，只要使按每個(gè)像素設(shè)置的TFT和輔助電容等由不透明材料形成的元件所占的面積減小即可，但是，TFT和輔助電容當(dāng)然存在為了實(shí)現(xiàn)其功能所需要的最低限度的尺寸。作為TFT，當(dāng)使用氧化物半導(dǎo)體TFT時(shí)，與使用非晶硅TFT的情況相比，能得到能夠使TFT小型化的優(yōu)點(diǎn)。此外，輔助電容是為了保持被施加至像素的液晶層(在電學(xué)上被稱為“液晶電容”)的電壓而與液晶電容電并聯(lián)地設(shè)置的電容，通常，輔助電容的至少一部分以與像素重疊的方式形成。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-91279號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0012]但是，對(duì)高開口率化的要求強(qiáng)烈，僅通過(guò)使用氧化物半導(dǎo)體TFT，不能滿足該要求。另外，顯示裝置的低價(jià)格化也在不斷發(fā)展，也要求開發(fā)廉價(jià)地制造高精細(xì)并且高開口率的顯示裝置的技術(shù)。
[0013]因此，本發(fā)明的主要目的是，提供能夠通過(guò)簡(jiǎn)便的工藝來(lái)制造，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與以往相比高精細(xì)并且高開口率的顯示裝置的TFT基板及其制造方法。
[0014]用于解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0015]本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具有:基板；在上述基板之上形成的柵極電極；在上述柵極電極之上形成的柵極絕緣層；氧化物層，該氧化物層形成在上述柵極絕緣層之上，包含半導(dǎo)體區(qū)域和導(dǎo)電體區(qū)域，上述半導(dǎo)體區(qū)域的至少一部分隔著上述柵極絕緣層與上述柵極電極重疊；與上述半導(dǎo)體區(qū)域電連接的源極電極和漏極電極；在上述源極電極和上述漏極電極之上形成的保護(hù)層；和在上述保護(hù)層之上形成的透明電極，上述透明電極的至少一部分隔著上述保護(hù)層與上述導(dǎo)電體區(qū)域重疊，上述導(dǎo)電體區(qū)域的上表面與具有使上述氧化物層中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣層接觸，上述還原絕緣層不與上述半導(dǎo)體區(qū)域的溝道區(qū)域接觸。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述源極電極和上述漏極電極形成在上述半導(dǎo)體區(qū)域之上，上述漏極電極的一部分形成在上述還原絕緣層之上。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述源極電極和上述漏極電極形成在上述半導(dǎo)體區(qū)域之下。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述半導(dǎo)體裝置還具備源極-柵極連接部，上述源極-柵極連接部具備:與上述柵極電極由相同的導(dǎo)電膜形成的柵極連接層；與上述源極電極由相同的導(dǎo)電膜形成的源極連接層；和與上述透明電極由相同的透明導(dǎo)電膜形成的透明連接層，上述源極連接層與上述柵極連接層通過(guò)上述透明連接層電連接。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述氧化物層包含In、Ga和Zn。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括:工序(A)，準(zhǔn)備基板；工序(B)，在上述基板之上形成柵極電極和上述柵極絕緣層；工序(C)，在上述柵極絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體膜，在上述氧化物半導(dǎo)體膜之上，形成具有使上述氧化物半導(dǎo)體膜中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣膜，利用I塊光掩模對(duì)上述氧化物半導(dǎo)體膜和上述還原絕緣膜進(jìn)行圖案化，由此形成氧化物半導(dǎo)體層和與上述氧化物半導(dǎo)體層的上表面的一部分接觸的還原絕緣層，上述氧化物半導(dǎo)體層中，與上述還原絕緣層接觸的部分被低電阻化而成為導(dǎo)電體區(qū)域，沒(méi)有被低電阻化的部分成為半導(dǎo)體區(qū)域；和工序(D)，在上述工序(C)之前或之后，形成與上述半導(dǎo)體區(qū)域電連接的源極電極和漏極電極。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述工序(D)在上述工序(C)之后進(jìn)行，上述源極電極和漏極電極形成在上述半導(dǎo)體區(qū)域之上，上述漏極電極的一部分形成在上述還原絕緣層之上。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，上述工序(D)在上述工序(C)之前進(jìn)行，上述氧化物半導(dǎo)體層形成在上述源極電極和上述漏極電極之上。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠提供能夠通過(guò)簡(jiǎn)便的工藝制造，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與以往相比高精細(xì)并且高開口率的顯示裝置的TFT基板及其制造方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1的(a)是本發(fā)明的實(shí)施方式的TFT基板10A的示意性俯視圖，(b)是沿著(a)的A-A’線的TFT基板100A的示意性剖面圖，(c)是沿著(a)的B-B’線的TFT基板100A的示意性剖面圖。
[0026]圖2的(a)是表示氧化物絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化物半導(dǎo)體TFT的柵極電壓(Vg)-漏極電流(Id)曲線的曲線圖，(b)是表示還原絕緣層61與氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化物半導(dǎo)體TFT的柵極電壓(Vg)-漏極電流(Id)曲線的曲線圖。
[0027]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的液晶顯示裝置500的示意性剖面圖。
[0028]圖4的(a)?(h)是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的TFT基板100A的制造工序的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。
[0029]圖5的(a)是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的TFT基板100B的示意性俯視圖，(b)是沿著(a)的A-A’線的TFT基板100B的示意性剖面圖，(c)是沿著(a)的B-B’線的TFT基板100B的示意性剖面圖。
[0030]圖6的(a)?(f)是對(duì)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的TFT基板100B的制造工序的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備具有由氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成的有源層的薄膜晶體管(氧化物半導(dǎo)體TFT)。此外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，只要具備氧化物半導(dǎo)體TFT即可，廣泛地包括有源矩陣基板、各種顯示裝置、電子設(shè)備等。
[0032]在此，以液晶顯示裝置中使用的氧化物半導(dǎo)體TFT為例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0033]圖1的(a)是本實(shí)施方式的TFT基板100A的示意性俯視圖。圖1的(b)是沿著圖1的(a)的A-A’線的半導(dǎo)體裝置(TFT基板)100A的示意性剖面圖。圖1的(c)是沿著圖1的(a)的B-B’線的半導(dǎo)體裝置(TFT基板)100A的示意性剖面圖。
[0034]TFT基板100A具有:基板2 ;在基板2之上形成的柵極電極3 ;在柵極電極3之上形成的柵極絕緣層4 ;和氧化物層(有時(shí)也稱為氧化物半導(dǎo)體層)50，該氧化物層50形成在柵極絕緣層4之上，包含半導(dǎo)體區(qū)域51和導(dǎo)電體區(qū)域55，半導(dǎo)體區(qū)域51的至少一部分隔著柵極絕緣層4與柵極電極3重疊。TFT基板100A還具有:與半導(dǎo)體區(qū)域51電連接的源極電極6s和漏極電極6d ;在源極電極6s和漏極電極6d之上形成的保護(hù)層11 ;和在保護(hù)層11之上形成的透明電極9。透明電極9的至少一部分隔著保護(hù)層11與導(dǎo)電體區(qū)域55重疊。如圖1的(b)所示，透明電極9的至少一部分也可以隔著保護(hù)層11以及還原絕緣層61與導(dǎo)電體區(qū)域55重疊。導(dǎo)電體區(qū)域55的上表面與具有使半導(dǎo)體區(qū)域51中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣層61接觸。還原絕緣層61不與半導(dǎo)體區(qū)域51的溝道區(qū)域接觸。此外，保護(hù)層11形成在還原絕緣層61之上。
[0035]在TFT基板100A中，透明電極9的至少一部分隔著保護(hù)層11與導(dǎo)電體區(qū)域55重疊，由此形成輔助電容。因此，TFT基板100A具有的輔助電容是透明的(使可見光透射)，因此不會(huì)使開口率降低。因而，TFT基板100A，與如以往那樣具備具有使用金屬膜(柵極金屬層或源極金屬層)形成的不透明電極的輔助電容的TFT基板相比，能夠具有高開口率。另夕卜，開口率不會(huì)因輔助電容而降低，因此，也能得到能夠根據(jù)需要使輔助電容的電容值(輔助電容的面積)增大的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]另外，在TFT基板100A中，在半導(dǎo)體區(qū)域51之上，形成有源極電極6s和漏極電極6d。優(yōu)選漏極電極6d的一部分位于還原絕緣層61之上。當(dāng)采用這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠?qū)?dǎo)體區(qū)域55形成至位于半導(dǎo)體區(qū)域51之上的漏極電極6d的大致端部，因此，TFT基板100A能夠具有比專利文獻(xiàn)I中記載的TFT基板高的開口率。
[0037]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了如下問(wèn)題:在以與氧化物半導(dǎo)體層接觸的方式形成例如源極電極6s和漏極電極6d那樣的金屬配線的情況下，金屬配線與氧化物半導(dǎo)體層的密合性差，氧化物半導(dǎo)體層與金屬配線的接觸面積越大，金屬配線越容易從氧化物半導(dǎo)體層剝離。此外，該問(wèn)題的詳細(xì)情況在例如PCT/JP2013/059615號(hào)中有記載。TFT基板100A能夠通過(guò)后述的制造方法來(lái)制造，根據(jù)后述的制造方法，能夠得到以下優(yōu)點(diǎn):能夠使氧化物層50的半導(dǎo)體區(qū)域51與源極電極6s以及漏極電極6d的接觸面積盡可能減小，使得源極電極6s和漏極電極6d變得難以從半導(dǎo)體區(qū)域51剝離。
[0038]導(dǎo)電體區(qū)域55與半導(dǎo)體區(qū)域51相比電阻小。導(dǎo)電體區(qū)域55的電阻例如為10kQ/ □以下,優(yōu)選為1kQ/ □以下。導(dǎo)電體區(qū)域55通過(guò)使能夠形成半導(dǎo)體區(qū)域51的氧化物膜的一部分低電阻化而形成，詳細(xì)情況將在后面說(shuō)明。雖然也根據(jù)用于使氧化物膜低電阻化的處理方法而不同，但是，例如導(dǎo)電體區(qū)域55可以以比半導(dǎo)體區(qū)域51高的濃度含有雜質(zhì)(例如硼)。
[0039]TFT基板100A可以具備用于將與柵極電極3由相同的導(dǎo)電膜形成的源極配線層的一部分和與源極電極6s由相同的導(dǎo)電膜形成的配線層的一部分連接起來(lái)的源極-柵極連接部。
[0040]源極-柵極連接部，如圖1的(C)所示，具備:與柵極電極3由相同的導(dǎo)電膜形成的柵極連接層31 ;與源極電極6s由相同的導(dǎo)電膜形成的源極連接層32 ;和與透明電極9由相同的透明導(dǎo)電膜形成的透明連接層33。源極連接層32與柵極連接層31通過(guò)透明連接層33電連接。當(dāng)利用透明連接層33作為將源極連接層32與柵極連接層31電連接的引出配線時(shí)，能夠形成例如一體地形成有驅(qū)動(dòng)電路的TFT基板，由此，能夠制造高品質(zhì)的顯示裝置。
[0041]在圖示的例子中，柵極絕緣層4延伸設(shè)置在柵極連接層31之上。透明連接層33配置成在設(shè)置于保護(hù)層11、源極連接層32和柵極絕緣層4中的開口部?jī)?nèi)與柵極連接層31接觸。
[0042]接著，對(duì)TFT基板100A的各構(gòu)成要素進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]基板2典型地為透明基板，例如為玻璃基板。除了玻璃基板以外，也能夠使用塑料基板。塑料基板包括由熱固性樹脂或熱塑性樹脂形成的基板，以及這些樹脂與無(wú)機(jī)纖維(例如玻璃纖維、玻璃纖維的無(wú)紡布)的復(fù)合基板。作為具有耐熱性的樹脂材料，能夠例示聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺樹脂。另外，在用于反射型液晶顯示裝置的情況下，作為基板2也能夠使用硅基板。
[0044]柵極電極3與柵極配線(未圖示)電連接。柵極電極3、柵極連接層31和柵極配線具有例如上層為W(鎢)層、下層為TaN(氮化鉭)層的疊層結(jié)構(gòu)。此外，柵極電極3和柵極配線也可以具有由Mo (鑰)/Α1 (鋁)/Mo形成的疊層結(jié)構(gòu)，也可以具有單層結(jié)構(gòu)、2層結(jié)構(gòu)、4層以上的疊層結(jié)構(gòu)。另外，柵極電極3a也可以由選自Cu(銅)、Al、Cr(鉻)、Ta(鉭)、Ti (鈦)、Mo和W中的元素、或者以這些元素為成分的合金或金屬氮化物等形成。柵極電極3的厚度例如為約420nm。柵極電極3的厚度例如優(yōu)選為約50nm以上約600nm以下的范圍。
[0045]柵極絕緣層4具有下部柵極絕緣層4a和上部柵極絕緣層4b。與半導(dǎo)體區(qū)域51接觸的上部柵極絕緣層4b優(yōu)選包含氧化物絕緣層。當(dāng)氧化物絕緣層與半導(dǎo)體區(qū)域51接觸時(shí)，氧化物絕緣層中包含的氧被供給至半導(dǎo)體區(qū)域51，能夠防止由半導(dǎo)體區(qū)域51的氧缺損引起的半導(dǎo)體特性的劣化。上部柵極絕緣層4b例如為S12 (氧化硅)層。下部柵極絕緣層4a例如為SiNx (氮化硅)層。在本實(shí)施方式中，下部柵極絕緣層4a的厚度為約325nm，上部柵極絕緣層4b的厚度為約50nm，柵極絕緣層4的厚度為約375nm。此外，作為柵極絕緣層
4,能夠使用由例如Si02(氧化娃)、SiNx(氮化娃)、S1xNy (氧氮化娃，x > y)、SiNxOy (氮氧化娃，X > y)、Al2O3 (氧化鋁)或氧化鉭(Ta2O5)形成的單層或疊層。柵極絕緣層4的厚度例如優(yōu)選為約50nm以上約600nm以下。此外，為了防止來(lái)自基板2的雜質(zhì)等的擴(kuò)散,優(yōu)選下部柵極絕緣層4a由SiNx或SiNxOy(氮氧化娃，x > y)形成。從防止半導(dǎo)體區(qū)域51的半導(dǎo)體特性劣化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選上部柵極絕緣層4b由S12或S1xNy(氧氮化娃，x > y)形成。另外，為了在低的溫度形成柵極泄漏電流少的致密的柵極絕緣層4，最好在使用Ar (氬)等稀有氣體的同時(shí)形成柵極絕緣層4。
[0046]氧化物層50為以1:1:1的比例含有In (銦)、Ga (鎵)和Zn (鋅)的In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體層。In、G和Zn的比例可以適當(dāng)選擇。具有In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體層的TFT具有高遷移率(與a-SiTFT相比大于20倍)和低泄漏電流(與a-SiTFT相比小于100分之I)。
[0047]也可以使用其他的氧化物半導(dǎo)體膜代替In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體層來(lái)形成氧化物層50。例如也可以使用Zn-O類半導(dǎo)體(ZnO)膜、In-Zn-O類半導(dǎo)體(ΙΖ0(注冊(cè)商標(biāo)))膜、Zn-T1-O類半導(dǎo)體(ZTO)膜、Cd-Ge-O類半導(dǎo)體膜、Cd-Pb-O類半導(dǎo)體膜、CdO (氧化鎘)膜、Mg-Zn-O類半導(dǎo)體膜、In-Sn-Zn-O類半導(dǎo)體(例如In2O3-SnO2-ZnO)膜、In-Ga-Sn-O類半導(dǎo)體月吳等。
[0048]另外，作為氧化物層50，能夠使用添加有I族元素、13族元素、14族元素、15族元素和17族元素等中的一種或多種雜質(zhì)元素的非晶(無(wú)定形)狀態(tài)、多晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)與多晶狀態(tài)混合存在的微晶狀態(tài)的ZnO，或者沒(méi)有添加任何雜質(zhì)元素的ZnO。作為氧化物層50，優(yōu)選使用非晶氧化物半導(dǎo)體層。這是因?yàn)槟軌蛟诘蜏刂圃?，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高遷移率。氧化物層50的厚度例如為約50nm。氧化物層50的厚度例如優(yōu)選為約30nm以上約10nm以下。
[0049]另外，也優(yōu)選使用結(jié)晶的In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體膜。作為結(jié)晶In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體，優(yōu)選c軸與層面大致垂直地取向的結(jié)晶In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體。這樣的In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，例如在日本特開2012-134475號(hào)公報(bào)中公開。為了參考，在本說(shuō)明書中援用日本特開2012-134475號(hào)公報(bào)的全部公開內(nèi)容。
[0050]源極電極6s與源極配線6’電連接。源極配線6’、源極電極6s和漏極電極6d具有例如由Ti/Al/Ti形成的疊層結(jié)構(gòu)。此外，源極配線6’、源極電極6s和漏極電極6d也可以具有由Mo/Al/Mo形成的疊層結(jié)構(gòu)，也可以具有單層結(jié)構(gòu)、2層結(jié)構(gòu)或4層以上的疊層結(jié)構(gòu)。另外，源極配線6’、源極電極6s和漏極電極6d也可以由選自Al、Cr、Ta、T1、Mo和W中的元素、或者以這些元素為成分的合金或金屬氮化物等形成。源極配線6’、源極電極6s和漏極電極6d的厚度例如為約350nm。源極配線6’、源極電極6s和漏極電極6d的厚度分別例如優(yōu)選為約50nm以上約600nm以下。
[0051]保護(hù)層11形成在導(dǎo)電體區(qū)域55與透明電極9之間，形成輔助電容。當(dāng)這樣由透明電極9和透明的導(dǎo)電體區(qū)域55以及透明的保護(hù)層11形成輔助電容時(shí)，在將TFT基板100A用于顯示面板時(shí)，能夠制造具有高開口率的顯示面板。
[0052]接著，參照?qǐng)D2對(duì)還原絕緣層61進(jìn)行說(shuō)明。還原絕緣層61，當(dāng)與氧化物半導(dǎo)體層接觸時(shí)，具有使其電阻下降的功能。圖2的(a)是表示具有以與氧化物半導(dǎo)體層(有源層)的整個(gè)下表面接觸的方式形成有氧化物絕緣層(例如S12)的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體TFT的柵極電壓(Vg)-漏極電流(Id)曲線的曲線圖，圖2的(b)是表示具有以與氧化物半導(dǎo)體層(有源層)的整個(gè)下表面接觸的方式形成有還原絕緣層(例如SiNx)的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體TFT的柵極電壓(Vg)-漏極電流(Id)曲線的曲線圖。
[0053]由圖2的(a)可知，氧化物絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化物半導(dǎo)體TFT，具有良好的TFT特性。
[0054]另一方面，由圖2的(b)可知，還原絕緣層與氧化物半導(dǎo)體層接觸的氧化物半導(dǎo)體TFT，不具有TFT特性，氧化物半導(dǎo)體層被還原絕緣層導(dǎo)體化。
[0055]由以上內(nèi)容可知，當(dāng)還原絕緣層61與氧化物半導(dǎo)體層接觸時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層的電阻變小。這可以認(rèn)為，還原絕緣層61含有例如大量的氫，還原絕緣層61與半導(dǎo)體區(qū)域51接觸使半導(dǎo)體區(qū)域51還原，由此使氧化物半導(dǎo)體膜低電阻化。因此，當(dāng)以與半導(dǎo)體區(qū)域51接觸的方式形成這樣的還原絕緣層61時(shí)，即使不進(jìn)行特別的低電阻化處理(例如氫等離子體處理等)以使半導(dǎo)體區(qū)域51低電阻化，也能夠使半導(dǎo)體區(qū)域51低電阻化。在本實(shí)施方式的TFT基板100A的制造工藝中，通過(guò)以與氧化物半導(dǎo)體膜的一部分接觸的方式配置還原絕緣層61，能夠使氧化物半導(dǎo)體膜局部地低電阻化而形成電極。氧化物半導(dǎo)體膜中的沒(méi)有被低電阻化的部分能夠作為TFT的有源層使用。因此，能夠簡(jiǎn)化制造工藝，能夠削減制造成本。
[0056]還原絕緣層61例如由SiNx形成。能夠在基板溫度為約100°C以上約250°C以下(例如220°C )、并調(diào)整流量使得SiH4與NH3的混合氣體的流量(單位:ssCm)比(SiH4的流量/NH3的流量)為4以上20以下的條件下，形成作為還原絕緣層61的SiNx膜。另外，還原絕緣層61的厚度例如為約lOOnm。還原絕緣層61的厚度例如優(yōu)選為約50nm以上約300nm以下。
[0057]導(dǎo)電體區(qū)域55與半導(dǎo)體區(qū)域51由相同的氧化物膜(例如In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體膜)形成。當(dāng)由相同的氧化物膜形成導(dǎo)電體區(qū)域55和半導(dǎo)體區(qū)域51時(shí)，能夠簡(jiǎn)化制造工藝，能夠削減制造成本。
[0058]透明電極9由透明導(dǎo)電膜(例如ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫)或IZO(注冊(cè)商標(biāo))膜)形成。透明電極9的厚度例如為約lOOnm。透明電極9的厚度例如優(yōu)選為約20nm以上約200nm以下。
[0059]如圖3所示，TFT基板10A被用于例如邊緣場(chǎng)開關(guān)(Fringe Field Switching)(FFS)模式的液晶顯示裝置500。此時(shí)，將下層的導(dǎo)電體區(qū)域55用作像素電極(被供給顯示信號(hào)電壓)，將上層的透明電極9用作共用電極(被供給共用電壓或?qū)χ秒妷?。透明電極9設(shè)置有至少I個(gè)以上的狹縫。這樣的結(jié)構(gòu)的FFS模式的液晶顯示裝置500例如在日本特開2011-53443號(hào)公報(bào)中公開。為了參考，在本說(shuō)明書中援用日本特開2011-53443號(hào)公報(bào)的全部公開內(nèi)容。
[0060]液晶顯示裝置500具有:TFT基板100A和對(duì)置基板200 ;和在TFT基板100A與對(duì)置基板200之間形成的液晶層150。在液晶顯示裝置500中，在對(duì)置基板200的液晶層150偵牝沒(méi)有設(shè)置可以由透明電極(例如ΙΤ0)等形成的對(duì)置電極。利用由在TFT基板100A形成的導(dǎo)電體區(qū)域(像素電極)55與透明電極(共用電極)9產(chǎn)生的橫向的電場(chǎng)，對(duì)液晶層150中的液晶分子的取向進(jìn)行控制，以進(jìn)行顯示。
[0061]接著，對(duì)TFT基板100A的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0062]本發(fā)明的實(shí)施方式中的半導(dǎo)體裝置100A的制造方法包括:工序(A)，準(zhǔn)備基板2 ；工序(B)，在基板2之上，形成柵極電極3和柵極絕緣層4 ;工序(C)，在柵極絕緣層4上形成氧化物半導(dǎo)體膜，在氧化物半導(dǎo)體膜之上，形成具有使氧化物半導(dǎo)體膜中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣膜，利用I塊光掩模對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜和還原絕緣膜進(jìn)行圖案化，由此形成氧化物半導(dǎo)體層50和與氧化物半導(dǎo)體層50的上表面的一部分接觸的還原絕緣層61，氧化物半導(dǎo)體層50中，與還原絕緣層61接觸的部分被低電阻化而成為導(dǎo)電體區(qū)域55，沒(méi)有被低電阻化的部分成為半導(dǎo)體區(qū)域51 ;工序(D)，在工序(C)之前或之后，形成與半導(dǎo)體區(qū)域51電連接的源極電極6s和漏極電極6d。
[0063]這樣的半導(dǎo)體裝置的制造方法是簡(jiǎn)化的半導(dǎo)體裝置的制造方法，因此，能夠削減制造成本。
[0064]另外，可以:工序⑶在工序(C)之后進(jìn)行，源極電極6s和漏極電極6d形成在半導(dǎo)體區(qū)域51之上，漏極電極6d的一部分形成在還原絕緣層61之上。
[0065]另外，可以:工序⑶在工序(C)之前進(jìn)行，氧化物半導(dǎo)體層50形成在源極電極6s和漏極電極6d之上。
[0066]接著，參照?qǐng)D4對(duì)TFT基板100A的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0067]圖4的(a)?圖4的(h)是用于對(duì)TFT基板100A的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。圖4的(a)?圖4的(d)是用于對(duì)TFT的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖，圖4的(e)?圖4的(h)是用于對(duì)源極-柵極連接部的形成方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。
[0068]首先，如圖4的(a)和圖4的(e)所示，在基板2上形成柵極電極3和與柵極電極3由相同的導(dǎo)電膜形成的柵極連接層31。作為基板2，能夠使用例如玻璃基板等透明絕緣性的基板。柵極電極3和柵極連接層31能夠通過(guò)利用濺射法在基板2上形成導(dǎo)電膜后，利用光刻法進(jìn)行導(dǎo)電膜的圖案化而形成。在此，作為導(dǎo)電膜，使用從基板2側(cè)起依次具有TaN膜(厚度:約50nm)和W膜(厚度:約370nm)的2層結(jié)構(gòu)的疊層膜。此外，作為導(dǎo)電膜，也可以使用例如T1、Mo、Ta、W、Cu、Al或Cr等的單層膜、包含這些的疊層膜、合金膜或它們的氮化金屬膜等。
[0069]接下來(lái)，如圖4 的(b)和圖 4 的(f)所不，利用 CVD(Chemical Vapor deposit1n:化學(xué)氣相沉積)法，以覆蓋柵極電極3和柵極連接層31的方式形成下部柵極絕緣層4a和上部柵極絕緣層4b。在此，下部柵極絕緣層4a由SiNx膜(厚度:約325nm)形成，上部柵極絕緣層4b由S12膜(厚度:約50nm)形成。上部柵極絕緣層4b能夠由例如Si02、Si0xNy (氧氮化娃，X > y)、SiNxOy (氮氧化娃,X > y)、Al2O3或Ta2O5形成。下部柵極絕緣層4a能夠由例如 SiNx、Si02、S1xNy (氧氮化娃,x > y)、SiNxOy (氮氧化娃,x > y)、Al2O3 或 Ta2O5 形成。
[0070]接下來(lái)，利用濺射法在柵極絕緣層4上形成氧化物半導(dǎo)體膜(未圖示)。作為氧化物半導(dǎo)體膜，使用例如In-Ga-Zn-O類半導(dǎo)體膜。氧化物半導(dǎo)體膜的厚度為約50nm。
[0071]接下來(lái)，在氧化物半導(dǎo)體膜之上，利用CVD法等形成具有使氧化物半導(dǎo)體膜中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣膜(未圖示)。作為還原絕緣膜，使用例如SiNx膜。還原絕緣膜的厚度為約lOOnm。
[0072]作為形成還原絕緣膜的條件，使用基板溫度為約100°C以上約250°C以下(例如，約220°C )，SiH4與NH3的混合氣體的流量比(SiH4的流量/NH3的流量)為4以上20以下的條件。
[0073]然后，通過(guò)中間色調(diào)曝光，利用I塊光掩模在還原絕緣膜之上形成厚度不同的抗蝕劑膜(未圖示)。然后，通過(guò)干式蝕刻、灰化等，分別將還原絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體膜形成為期望的圖案，形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61。還原絕緣層61以不與氧化物半導(dǎo)體層50中的成為溝道區(qū)域的區(qū)域接觸的方式形成。
[0074]能夠通過(guò)中間色調(diào)曝光，利用I塊光掩模形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61，因此，與使用不同的光掩模形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61相比，能夠削減制造成本。在圖4的(f)所示的區(qū)域，不形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61。
[0075]進(jìn)一步，氧化物半導(dǎo)體層50中，與還原絕緣層61接觸的部分被還原絕緣層61中包含的例如氫還原而成為導(dǎo)電體區(qū)域55，沒(méi)有被低電阻化的部分成為半導(dǎo)體區(qū)域51。由此，即使不進(jìn)行特別的低電阻化處理(例如氫等離子體處理)，也能夠形成導(dǎo)電體區(qū)域55，因此，能夠削減制造成本。
[0076]另外，也存在如下情況:由于氫的擴(kuò)散，氧化物半導(dǎo)體層50中的位于后述的漏極電極6d之下的部分也被低電阻化,而成為導(dǎo)電體區(qū)域55的一部分。
[0077]然后，如圖4的(C)所示，在半導(dǎo)體區(qū)域51之上，利用濺射法等形成源極電極6s和漏極電極6d。也有漏極電極6s的一部分形成在還原絕緣層61之上的情況。另外，在圖4的(g)所示的區(qū)域中，在上部柵極絕緣層4b之上形成源極連接層32。源極連接層32形成有當(dāng)從基板2的法線方向看時(shí)，與柵極連接層32重疊的開口部32u。源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層32具有例如Ti/Al/Ti的疊層結(jié)構(gòu)。下層的Ti層的厚度為約50nm，Al層的厚度為約200nm，上層的Ti層的厚度為約lOOnm。
[0078]接下來(lái)，如圖4的(d)和圖4的(h)所示，在源極電極6s、漏極電極6d、源極連接層32和還原絕緣層61之上，利用CVD法形成保護(hù)層11。保護(hù)層11由例如S12形成。保護(hù)層11的厚度為約265nm。圖4的(h)所示的區(qū)域的保護(hù)層11形成有當(dāng)從基板的法線方向看時(shí)，與開口部32u重疊的開口部，并形成有通向柵極連接層31的接觸孔CH。
[0079]另外，可以在形成保護(hù)層11后，在形成保護(hù)層11的成膜溫度以上的溫度(例如約3000C )進(jìn)行熱處理(退火處理)。由此，能夠利用氧化物層50中的與還原絕緣層61接觸的部分使還原絕緣層61中包含的氫擴(kuò)散，能夠使上述的導(dǎo)電體區(qū)域55的電阻更小。
[0080]接下來(lái)，如圖1的(b)所示，利用濺射法等在保護(hù)層11之上形成透明導(dǎo)電膜，并對(duì)其進(jìn)行圖案化，由此形成透明電極9。透明電極9的至少一部分隔著保護(hù)層11與導(dǎo)電體區(qū)域55重疊。另外，如圖1的(c)所示，由與透明電極9相同的導(dǎo)電膜形成透明連接層33，在接觸孔CH內(nèi)，透明連接層33與源極連接層32以及柵極連接層31接觸，將源極連接層32與柵極連接層31電連接。透明電極9和透明連接層33由例如ITO形成，其厚度為約lOOnm。
[0081]接著，參照?qǐng)D5對(duì)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的TFT基板100B進(jìn)行說(shuō)明。圖5的(a)為TFT基板100B的示意性俯視圖。圖5的(b)是沿著圖5的(a)的A-A’線的TFT基板100B的示意性剖面圖。圖5的(c)是沿著圖5的(a)的B-B’線的TFT基板100B的示意性剖面圖。對(duì)于與TFT基板100A相同的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的參照符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。
[0082]圖5的(a)?圖5的(C)所示的TFT基板100B，在源極電極6s和漏極電極6d的上表面與半導(dǎo)體區(qū)域51 (氧化物半導(dǎo)體層50)接觸這一點(diǎn)上與TFT基板10A不同。TFT基板100B也與TFT基板100A同樣，被用于例如圖3所示的液晶顯示裝置500。
[0083]TFT基板100B通過(guò)后述的制造方法形成。TFT基板100B的制造方法的詳細(xì)情況將在后面說(shuō)明，在形成源極電極6s和漏極電極6d后形成氧化物半導(dǎo)體層50，因此，能得到能夠使與源極電極6s和漏極電極6d的形成相伴的對(duì)氧化物半導(dǎo)體層50 (尤其是半導(dǎo)體區(qū)域51)的損傷減少的優(yōu)點(diǎn)。
[0084]接著，參照?qǐng)D6對(duì)TFT基板10B的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。圖6的(a)?圖6的(f)是對(duì)TFT基板100B的制造方法進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。圖6的(a)?圖6的(c)是對(duì)TFT的制造方法進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。圖6的(d)?圖6的(f)是對(duì)源極-柵極連接部的形成方法進(jìn)行說(shuō)明的示意性剖面圖。
[0085]如上述那樣，在基板2上形成柵極電極3、柵極連接層31和柵極絕緣層4。
[0086]接著，如圖6的(a)所示，在柵極絕緣層4上，利用上述的方法形成源極電極6s和漏極電極6d。另外，在圖6的(d)所示的區(qū)域，利用上述的方法形成具有開口部32u的源極連接層32。
[0087]接下來(lái)，利用上述的方法在源極電極6s和漏極電極6d之上形成氧化物半導(dǎo)體膜(未圖示)。
[0088]接下來(lái)，利用上述的方法在氧化物半導(dǎo)體膜之上形成還原絕緣膜(未圖示)。
[0089]然后，通過(guò)中間色調(diào)曝光，利用I塊光掩模在還原絕緣膜之上形成厚度不同的抗蝕劑膜(未圖示)。然后，通過(guò)干式蝕刻、灰化等，分別將還原絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體膜形成為期望的圖案，形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61。還原絕緣層61以不與氧化物半導(dǎo)體層50中的成為溝道區(qū)域的區(qū)域接觸的方式形成。
[0090]能夠通過(guò)中間色調(diào)曝光，利用I塊光掩模形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61，因此，與使用不同的光掩模形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61相比，能夠削減制造成本。在圖6的(e)所示的區(qū)域，不形成氧化物半導(dǎo)體層50和還原絕緣層61。
[0091]進(jìn)一步，氧化物半導(dǎo)體層50中，與還原絕緣層61接觸的部分被還原絕緣層61中包含的例如氫還原而成為導(dǎo)電體區(qū)域55，沒(méi)有被低電阻化的部分成為半導(dǎo)體區(qū)域51。由此，即使不進(jìn)行特別的低電阻化處理(例如氫等離子體處理)，也能夠形成導(dǎo)電體區(qū)域55，因此，能夠削減制造成本。
[0092]另外，也存在如下情況:由于氫的擴(kuò)散，氧化物半導(dǎo)體層50中的位于漏極電極6d之上的部分也被低電阻化而成為導(dǎo)電體區(qū)域55的一部分。
[0093]接下來(lái)，如圖6的(C)和圖6的(f)所示，在半導(dǎo)體區(qū)域51和還原絕緣層61之上，利用CVD法形成保護(hù)層11。保護(hù)層11由例如S12形成。保護(hù)層11的厚度為約265nm。圖6的(f)所示的區(qū)域的保護(hù)層11形成有當(dāng)從基板的法線方向看時(shí)，與開口部32u重疊的開口部，并形成有通向柵極連接層31的接觸孔CH。
[0094]接下來(lái)，如圖5的(b)所示，利用濺射法等在保護(hù)層11之上形成透明導(dǎo)電膜，并對(duì)其進(jìn)行圖案化，由此形成透明電極9。透明電極9的至少一部分隔著保護(hù)層11與導(dǎo)電體區(qū)域55重疊。另外，如圖5的(c)所示，由與透明電極9相同的導(dǎo)電膜形成透明連接層33，在接觸孔CH內(nèi)，透明連接層33與源極連接層32以及柵極連接層31接觸，將源極連接層32與柵極連接層31電連接。
[0095]由以上可知，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，能夠提供能夠在抑制制造成本的同時(shí)制造顯示品質(zhì)高的顯示面板的半導(dǎo)體裝置和該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0096]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0097]本發(fā)明能夠廣泛地應(yīng)用于有源矩陣基板等電路基板、液晶顯示裝置、有機(jī)電致發(fā)光(EL)顯示裝置和無(wú)機(jī)電致發(fā)光顯示裝置等顯示裝置、圖像傳感器裝置等攝像裝置、圖像輸入裝置和指紋讀取裝置等電子裝置等具備薄膜晶體管的裝置。
[0098]符號(hào)說(shuō)明
[0099]2 基板
[0100]3 柵極電極
[0101]4 柵極絕緣層
[0102]4a下部的柵極絕緣層
[0103]4b上部的柵極絕緣層
[0104]6s源極電極
[0105]6d漏極電極
[0106]9 透明電極
[0107]50氧化物層
[0108]51 半導(dǎo)體區(qū)域
[0109]55 導(dǎo)電體區(qū)域
[0110]11 保護(hù)層
[0111]31 柵極連接層
[0112]32 源極連接層
[0113]61 還原絕緣層
[0114]100A半導(dǎo)體裝置(TFT基板)
[0115]CH 接觸孔
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有: 基板； 在所述基板之上形成的柵極電極； 在所述柵極電極之上形成的柵極絕緣層； 氧化物層，該氧化物層形成在所述柵極絕緣層之上，包含半導(dǎo)體區(qū)域和導(dǎo)電體區(qū)域，所述半導(dǎo)體區(qū)域的至少一部分隔著所述柵極絕緣層與所述柵極電極重疊； 與所述半導(dǎo)體區(qū)域電連接的源極電極和漏極電極； 在所述源極電極和所述漏極電極之上形成的保護(hù)層；和 在所述保護(hù)層之上形成的透明電極， 所述透明電極的至少一部分隔著所述保護(hù)層與所述導(dǎo)電體區(qū)域重疊， 所述導(dǎo)電體區(qū)域的上表面與具有使所述氧化物層中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣層接觸， 所述還原絕緣層不與所述半導(dǎo)體區(qū)域的溝道區(qū)域接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述源極電極和所述漏極電極形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域之上， 所述漏極電極的一部分形成在所述還原絕緣層之上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述源極電極和所述漏極電極形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域之下。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 還具備源極-柵極連接部， 所述源極-柵極連接部具備: 與所述柵極電極由相同的導(dǎo)電膜形成的柵極連接層； 與所述源極電極由相同的導(dǎo)電膜形成的源極連接層；和 與所述透明電極由相同的透明導(dǎo)電膜形成的透明連接層， 所述源極連接層與所述柵極連接層通過(guò)所述透明連接層電連接。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 所述氧化物層包含In、Ga和Zn。
6.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括: 工序(A)，準(zhǔn)備基板； 工序(B)，在所述基板之上形成柵極電極和所述柵極絕緣層； 工序(C)，在所述柵極絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體膜，在所述氧化物半導(dǎo)體膜之上，形成具有使所述氧化物半導(dǎo)體膜中包含的氧化物半導(dǎo)體還原的性質(zhì)的還原絕緣膜， 利用I塊光掩模對(duì)所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述還原絕緣膜進(jìn)行圖案化，由此形成氧化物半導(dǎo)體層和與所述氧化物半導(dǎo)體層的上表面的一部分接觸的還原絕緣層， 所述氧化物半導(dǎo)體層中，與所述還原絕緣層接觸的部分被低電阻化而成為導(dǎo)電體區(qū)域，沒(méi)有被低電阻化的部分成為半導(dǎo)體區(qū)域；和 工序(D)，在所述工序(C)之前或之后，形成與所述半導(dǎo)體區(qū)域電連接的源極電極和漏極電極。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于:所述工序(D)在所述工序(C)之后進(jìn)行，所述源極電極和漏極電極形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域之上，所述漏極電極的一部分形成在所述還原絕緣層之上。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于:所述工序(D)在所述工序(C)之前進(jìn)行，所述氧化物半導(dǎo)體層形成在所述源極電極和所述漏極電極之上。
【文檔編號(hào)】G09F9/00GK104205310SQ201380018493
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月6日
【發(fā)明者】宮本忠芳, 伊東一篤, 宮本光伸, 高丸泰 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社