半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体装置及其制造方法，其目的在于提供具有电特性及可靠性高的薄膜晶体管的半导体装置及量产性高地制造该半导体装置的方法。本发明专利技术的要旨在于：包括作为半导体层使用含有铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体膜，并且在半导体层与源电极层和漏电极层之间设置有由金属氧化物层构成的缓冲层的反交错型(底栅结构)的薄膜晶体管。通过在源电极层和漏电极层与半导体层之间意图性地设置金属氧化物层作为缓冲层来形成欧姆接触。

Semiconductor device and manufacturing method thereof

The invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. The purpose of the invention is to provide a semiconductor device having a thin film transistor with high electrical properties and high reliability, and a method for manufacturing the semiconductor device with a high yield. The gist of the present invention is used as a semiconductor layer containing indium gallium (In), (Ga) and zinc (Zn) oxide semiconductor film, and between the semiconductor layer and a source electrode layer and a drain electrode layer is provided with a cushion layer made of a metal oxide layer anti interleaved (bottom gate structure). Thin film transistor. Ohmic contact is formed by deliberately setting a metal oxide layer between the source electrode layer and the drain electrode layer and the semiconductor layer as a buffer layer.

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为“2009年7月30日”、申请号为“200910160554.7”、题为“半导体装置及其制造方法”的分案申请。
本专利技术涉及一种具有由将氧化物半导体膜用于沟道形成区域的薄膜晶体管(以下,称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，本专利技术涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置及具有有机发光元件的发光显示装置作为部件而安装的电子设备。另外，在本说明书中的半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
近年来，对在配置为矩阵状的每个显示像素中设置由TFT构成的开关元件的有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示装置、电泳式显示装置)正在积极地进行研究开发。由于有源矩阵型显示装置在各个像素(或每个点)中设置开关元件，与单纯矩阵方式相比，在增加像素密度的情况下能够以低电压进行驱动而具有优势。另外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区域来形成薄膜晶体管(TFT)等，并将其应用于电子装置或光装置的技术受到关注。例如，可以举出将氧化锌(ZnO)用作氧化物半导体膜的TFT、或使用InGaO3(ZnO)m的TFT。在专利文献1和专利文献2中公开有如下技术：将使用这些氧化物半导体膜的TFT形成在具有透光性的衬底上，并将其应用于图像显示装置的开关元件等。[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号公报对将氧化物半导体膜用于沟道形成区域的薄膜晶体管要求工作速度快、制造工序相对简单，并且具有充分的可靠性。在形成薄膜晶体管时，作为源电极和漏电极使用低电阻的金属材料。尤其是，在制造进行大面积显示的显示装置时，起因于布线电阻的信号迟延问题较为明显。所以，优选使用电阻值低的金属材料作为布线或电极的材料。当采用由电阻值低的金属材料构成的源电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的薄膜晶体管的结构时，有可能导致接触电阻增大。可以认为以下原因是导致接触电阻增大的要因之一：在源电极和漏电极与氧化物半导体膜的接触面上形成肖特基结。再加上，在源电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的部分中形成电容，并且频率特性(称为f特性)降低，有可能妨碍薄膜晶体管的高速工作。
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的之一在于提供一种在使用含有铟(In)、镓(Ga)、及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中，减少了源电极或漏电极的接触电阻的薄膜晶体管及其制造方法。此外，本专利技术的一个方式的目的之一还在于提高使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性或可靠性。另外，本专利技术的一个方式的目的之一还在于降低使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的不均匀性。尤其是，在液晶显示装置中，各元件间的不均匀性较大的情况下，有可能发生起因于该TFT特性的不均匀性的显示不均匀。此外，在包括发光元件的显示装置中，当以向像素电极流过一定的电流的方式设置的TFT(配置在驱动电路的TFT或向像素中的发光元件供给电流的TFT)的导通电流(Ion)的不均匀性较大时，有可能引起在显示画面中的亮度的不均匀。以上，本专利技术的一个方式的目的在于解决上述问题的至少一个。本专利技术的一个方式的要旨在于：作为半导体层使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜，并且包括在半导体层与源电极层和漏电极层之间设置有缓冲层的反交错型(底栅结构)的薄膜晶体管。在本说明书中，将使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜形成的半导体层记作“IGZO半导体层”。源电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触，并需要尽可能地降低该接触电阻。与此相同，漏电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触，并需要尽可能地降低该接触电阻。由此，通过在源电极层和漏电极层与IGZO半导体层之间意图性地设置其载流子浓度高于IGZO半导体层的缓冲层来形成欧姆接触。作为缓冲层，使用具有n型导电型的金属氧化层。作为金属氧化层，可以使用氧化钛、氧化钼、氧化锌、氧化铟、氧化钨、氧化镁、氧化钙、氧化锡、氧化镓等。另外，也可以使用其载流子浓度比用于激活层的含有铟、镓及锌的氧化物半导体层高的含有铟、镓及锌的氧化物半导体层而代替金属氧化物层。另外，还可以使缓冲层含有赋予n型或p型的杂质元素。至于杂质元素，例如可以使用铟、镓、锌、镁、铝、钛、铁、锡、钙、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、铅等。通过将这些杂质元素等包含在缓冲层中，可以防止因成膜后的加热处理而从半导体层漏出氧。并且，通过杂质添加，可以提高金属氧化物中的载流子浓度。缓冲层用作n+层，还可以称为漏区或源区。根据本专利技术的一个方式的半导体装置具有薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的半导体层；半导体层上的具有n型导电型的缓冲层；以及缓冲层上的源电极层和漏电极层，其中半导体层是含有铟、镓、及锌的氧化物半导体层，缓冲层是金属氧化物层，并且半导体层与源电极层和漏电极层通过缓冲层电连接。根据本专利技术的一个方式的半导体装置具有薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；栅极绝缘层上的半导体层；半导体层上的具有n型导电型的缓冲层；以及缓冲层上的源电极层和漏电极层，其中半导体层是含有铟、镓、及锌的氧化物半导体层，半导体层在源电极层与漏电极层之间包括膜厚度薄的区域，缓冲层是金属氧化物层，并且半导体层与源电极层和漏电极层通过缓冲层电连接。在本专利技术的一个方式中，优选使用氧化钛、氧化钼、氧化锌、氧化铟、氧化钨、氧化镁、氧化钙、氧化锡或氧化镓作为金属氧化物层，特别优选的是氧化钛。在上述结构中，还可以在半导体层与缓冲层之间设置载流子浓度高于半导体层且低于缓冲层的第二缓冲层。第二缓冲层用作n－层。作为第二缓冲层，可以使用包含In、Ga、及Zn的氧化物半导体层和金属氧化物层的混合层。作为包括在第二缓冲层中的金属氧化物层，可以使用与能够用于缓冲层的金属氧化物层相同材料。含有In、Ga、及Zn的氧化物半导体膜(IGZO膜)具有空穴迁移率随着载流子浓度的升高而升高的特性。因此，含有In、Ga、及Zn的氧化物半导体膜的载流子浓度与空穴迁移率的关系成为如图27所示那样。在本专利技术的一个方式中，适用于半导体层的沟道的IGZO膜的载流子浓度范围(沟道用浓度范围1)优选为低于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：薄膜晶体管，包括：栅电极；所述栅电极上的栅绝缘层；所述栅绝缘层上的氧化物半导体层；所述氧化物半导电层上的第一金属氧化物层；所述第一金属氧化物层上的第一导电层；所述氧化物半导体层上的第二金属氧化物层；和所述第二金属氧化物层上的第二导电层；以及所述氧化物半导体层上的绝缘层，该绝缘层与所述氧化物半导体层的顶表面相接触，其中，所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层之间的间隙小于所述第一导电层和所述第二导电层之间的间隙。

【技术特征摘要】
2008.07.31 JP 2008-1971451.一种半导体装置，包括：
薄膜晶体管，包括：
栅电极；
所述栅电极上的栅绝缘层；
所述栅绝缘层上的氧化物半导体层；
所述氧化物半导电层上的第一金属氧化物层；
所述第一金属氧化物层上的第一导电层；
所述氧化物半导体层上的第二金属氧化物层；和
所述第二金属氧化物层上的第二导电层；以及
所述氧化物半导体层上的绝缘层，该绝缘层与所述氧化物半导体层
的顶表面相接触，
其中，所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层之间的间隙
小于所述第一导电层和所述第二导电层之间的间隙。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置
还包括：
通过所述第一金属氧化物层和所述第一导电层或通过所述第二金属
氧化物层和所述第二导电层电连接于所述氧化物半导体层的像素电极。
3.一种半导体装置，包括：
薄膜晶体管，包括：
栅电极；
所述栅电极上的栅绝缘层；
所述栅绝缘层上的氧化物半导体层；
所述氧化物半导电层上的第一金属氧化物层；
所述第一金属氧化物层上的第一导电层；
所述氧化物半导体层上的第二金属氧化物层；和
所述第二金属氧化物层上的第二导电层；以及
所述氧化物半导体层、所述第一金属氧化物层、所述第一导电层、
所述第二金属氧化物层和所述第二导电层上的绝缘层，该绝缘层与所述
氧化物半导体层的顶表面相接触，
其中，所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层之间的间隙
小于所述第一导电层和所述第二导电层之间的间隙，
其中，所述栅电极包括铜，
其中，所述栅绝缘层包括第一栅绝缘层和在该第一栅绝缘层上的第
二栅绝缘层，
其中，所述第一栅绝缘层是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置
还包括：
通过所述第一金属氧化物层和所述第一导电层或通过所述第二金属
氧化物层和所述第二导电层电连接于所述氧化物半导体层的像素电极。
5.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一栅绝缘层是所述氮氧化硅膜，且所述氮氧化硅膜包括的氮
多于氧。
6.如权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一金属氧化物层的第一部分的顶表面与所述第一导电层相接
触，且所述第一金属氧化物层的第二部分的顶表面不与所述第一导电层
相接触。
7.如权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所
述半导体装置还包括：
在所述栅电极和衬底之间的阻挡层金属，所述薄膜晶体管位于所述
衬底之上，
其中，所述阻挡层金属能够防止所述栅电极的扩散。
8.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
所述阻挡层金属是从由钛、钼、铬、钽、钨和铝构成的组中选择的
一种金属的氮化物膜。
9.如权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述栅电极通过喷墨法形成。
10.如权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一导电层包括铜，且
其中，所述第二导电层包括铜。
11.一种半导体装置，包括：
薄膜晶体管，包括：
栅电极；
所述栅电极上的栅绝缘层；
所述栅绝缘层上的氧化物半导体层；
所述氧化物半导体层上的第一导电层；
所述第一导电层上的第二导电层；
所述第二导电层上的第三导电层；
所述氧化物半导体层上的第四导电层；
所述第四导电层上的第五导电层；
所述第五导电层上的第六导电层；
所述氧化物半导体层上的绝缘层，该绝缘层与所述氧化物半导体层
的顶表面相接触，
其中，所述第一导电层和所述第四导电层之间的间隙小于所述第二
导电层和所述第五导电层之间的间隙，且
其中，所述第一导电层和所述第四导电层之间的所述间隙小于所述
第三导电层和所述第六导电层之间的间隙。
12.如权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装
置还包括：
通过所述第一导电层、所述第二导电层和所述第三导电层或通过所
述第四导电层、所述第五导电层和所述第六导电层电连接于所述氧化物
半导体层的像素电极。
13.一种半导体装置，包括：
薄膜晶体管，包括：
栅电极；
所述栅电极上的栅绝缘层；
所述栅绝缘层上的氧化物半导体层；
电连接于所述氧化物半导体层的第一叠层结构；和
电连接于所述氧化物半导体层的第二叠层结构；
在所述氧化物半导体层、所述第一叠层结构和所述第二叠层结构上
的绝缘层，该绝缘层与所述氧化物半导体层的顶表面相接触，
其中，所述第一叠层结构包括：
所述氧化物半导体层上的第一导电层；
所述第一导电层上的第二导电层；和
所述第二导电层上的第三导电层，
其中，所述第二叠层结构包括：
所述氧化物半导体层上的第四导电层；
所述第四导电层上的第五导电层；和
所述第五导电层上的第六导电层，
其中，所述第一导电层和所述第四导电层之间的间隙小于所述第二
导电层和所述第五导电层之间的间隙，
其中，所述第一导电层和所述第四导电层之间的所述间隙小于所述
第三导电层和所述第六导电层之间的间隙，
其中，所述第一叠层结构包括铜，
其中，所述第二叠层结构包括铜，
其中，所述栅绝缘层包括第一栅绝缘层和在该第一栅绝缘层上的第
二栅绝缘层，且
其中，所述第一栅绝缘层是氮化硅膜或氮氧化硅膜。...

【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：日本;JP