專利名稱：使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
最近幾年，在用作諸如有源矩陣型液晶顯示元件或有機(jī)電致發(fā)光 元件的顯示設(shè)備的切換元件的薄膜晶體管中，下一代薄膜晶體管已被
積極開發(fā)。也就是說，使用主要由ZnO形成的透明導(dǎo)電氧化物多晶 薄膜作為溝道層的薄膜晶體管被開發(fā)。這種薄膜與非晶硅相比是高遷 移性的，能在低溫下沉積，并能在諸如塑料板和膜的基板上形成柔性 透明薄膜晶體管。此外，由于它對(duì)于可見光是透明的，所以不需要遮 蔽層等。
以下將描述如上所述主要由ZnO形成的薄膜晶體管的制造方法 的示例。在柵絕緣膜上形成包括本征氧化鋅的半導(dǎo)體層，并形成與半 導(dǎo)體層的端面具有相同形狀的保護(hù)膜，并且在其上表面上，形成上層 絕緣膜，在此之后，形成接觸孔。通過這個(gè)接觸孔暴露的半導(dǎo)體層上 表面形成有n型ZnO的歐姆接觸層，或者對(duì)在其中半導(dǎo)體層和電極 彼此接觸的區(qū)域進(jìn)行低電阻化處理，在此之后，在該上面上，形成源 極電極和漏極電極(公開號(hào)為2006/043447A1的美國專利申請(qǐng))。然 而，在上述薄膜晶體管中，在多晶薄膜中難以形成平坦的、均勻性高 的薄膜。因此，大量引起質(zhì)量波動(dòng)。
因此，嘗試開發(fā)將透明的非晶氧化物半導(dǎo)體膜用于溝道層的薄膜 晶體管。在非晶薄膜中，可形成平坦的、均勻性高的薄膜。在"Applied Physics Letters, 89， 112123， (2006)"中，^>開了在室溫下通過磁控管濺 射法將透明的非晶氧化物半導(dǎo)體膜(a-IGZO)沉積為薄膜晶體管的 溝道層，從而獲得平坦性和均勻性良好的半導(dǎo)體層。這種薄膜晶體管具有12cii^V"s"的電場(chǎng)效應(yīng)遷移率，是一種優(yōu)良的薄膜晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述傳統(tǒng)技術(shù)中，作為薄膜晶體管的構(gòu)造，沒有提供歐 姆接觸層等，并且根據(jù)電極材料的選擇，存在由與氧化物半導(dǎo)體和源 極電極以及漏極電極的非歐姆接觸性質(zhì)引起的問題。
鑒于上述問題提出本發(fā)明。也就是說，在使用非晶氧化物半導(dǎo)體 的薄膜晶體管中，本發(fā)明的目的是提供一種具有與源極電極和漏極電
極以及非晶氧化物半導(dǎo)體層的歐姆接觸性質(zhì)良好的晶體管特性的薄 膜晶體管。
本發(fā)明人等對(duì)使用透明氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管進(jìn)行了努力 的研究和開發(fā)，結(jié)果，獲得以下知識(shí)，該知識(shí)能夠通過以下構(gòu)造解決 上述問題。也就是說，將覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的第一絕緣膜作為氧化 物絕緣體，并且在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成 第一絕緣膜。當(dāng)在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成 絕緣膜時(shí)，氧化物半導(dǎo)體層受到損壞，電阻減小到薄膜晶體管不能關(guān) 斷這樣的程度。因此，通過構(gòu)圖移除第一絕緣膜，并使氧化物半導(dǎo)體 層的溝道區(qū)暴露，在此之后，在包括氧化氣體的氣氛中形成覆蓋溝道 區(qū)的第二絕緣膜。結(jié)果，使電阻減小的溝道區(qū)的電阻增加到能夠使薄 膜晶體管關(guān)斷這樣的程度。因此，能使氧化物半導(dǎo)體層形成有電阻高 度增加的溝道區(qū)和電阻減小的區(qū)域。通過將氧化物半導(dǎo)體層的電阻減 小的區(qū)域作為與電極的接觸區(qū)，形成源極電極或漏極電極，從而能制 造歐姆接觸良好的薄膜晶體管。如下所述，源極電極和漏極電極的形 成可以在氧化物半導(dǎo)體上形成第二絕緣膜之前或之后。此外，可制造 底柵型和頂柵型的任何類型的薄膜晶體管。
具體地講，本發(fā)明如下。
本發(fā)明是一種在基板上至少具有柵極電極、柵絕緣膜、氧化物半 導(dǎo)體層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體 管的制造方法，包括以下步驟形成柵極電極；在柵極電極上形成柵絕緣膜；在柵絕緣膜上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層；對(duì)柵絕緣膜 進(jìn)行構(gòu)圖；對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣 氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的 電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并形成在源極電極和漏極電極與氧化 物半導(dǎo)體層之間的接觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層上形成源極 電極層和漏極電極層；通過對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖并使第一絕緣膜暴 露來形成源極電極和漏極電極；對(duì)暴露的第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使 氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；和通過在基板上在包括氧化氣體的氣 氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的表面上形成第二絕緣膜來增 加溝道區(qū)的電阻。
此外，本發(fā)明是一種在基板上至少具有柵極電極、柵絕緣膜、氧 化物半導(dǎo)體層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄 膜晶體管的制造方法，包括以下步驟形成柵極電極；在柵極電極上 形成柵絕緣膜；在柵絕緣膜上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層；對(duì)柵 絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖；對(duì)氧化物半導(dǎo)體進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體 的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體 層的電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴 露；通過在包括氧化氣體的氣氛中在溝道區(qū)和第一絕緣膜上形成第二 絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻的處理；在層疊的第一絕緣膜和第二絕緣 膜中形成在源極電極和漏極電極與第一絕緣膜下方的氧化物半導(dǎo)體 層的電阻減小的區(qū)域之間的接觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層的 電阻減小的區(qū)域中形成源極電極層和漏極電極層；和在基板上對(duì)源極 電極和漏極電極進(jìn)行構(gòu)圖。
此外，本發(fā)明是一種在基板上至少包括柵極電極、氧化物半導(dǎo)體 層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體管的 制造方法，包括以下步驟形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層；對(duì)氧化 物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo) 體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜 進(jìn)行構(gòu)圖，并形成在源極電極和漏極電極與氧化物半導(dǎo)體層之間的接
8觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層上形成源極電極層和漏極電極 層；通過對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖并使第一絕緣膜暴露來形成源極電極 和漏極電極；對(duì)暴露的第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的 溝道區(qū)暴露；通過在包括氧化氣體的氣氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的 溝道區(qū)的表面上形成第二絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻；和在基板上在 第二絕緣膜上形成柵極電極。
此外，本發(fā)明為一種在基板上至少包括柵極電極、氧化物半導(dǎo)體 層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體管的 制造方法，包括以下步驟形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層；對(duì)氧化 物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo) 體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜 進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；通過在包括氧化氣體 的氣氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的表面上形成第二絕緣膜 來增加溝道區(qū)的電阻；在層疊的第一絕緣膜和第二絕緣膜中形成在源 極電極和漏極電極與第一絕緣膜下方的氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小 的區(qū)域之間的接觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層中形成源極電極 層、漏極電極層和柵極電極層；和通過在基板上進(jìn)行構(gòu)圖來形成源極 電極、漏極電極和柵極電極。
通過采用本發(fā)明，可通過減小氧化物半導(dǎo)體層的與電極的接觸區(qū) 的電阻，來提供在用于連接源極電極和漏極電極的歐姆接觸方面具有 優(yōu)良晶體管特性的薄膜晶體管。
從以下參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征 將變得清楚。


圖l是反交錯(cuò)型薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)圖，在該反交錯(cuò)型薄膜晶體管 中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。
圖2是反交錯(cuò)型薄膜晶體管的另 一示例的結(jié)構(gòu)圖，在該反交錯(cuò)型 薄膜晶體管中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。圖3是在低電阻n型硅基板上使用熱氧化膜硅柵絕緣膜的反交錯(cuò) 型薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是示出制造圖3的反交錯(cuò)型薄膜晶體管時(shí)的典型的電流- 電 壓特性的視圖。
圖 5 是通過程序升溫脫附 (temperature programmed desorption )測(cè)量的第二絕緣層的氧脫附鐠的示例。
圖6是示出通過程序升溫脫附測(cè)量的非晶SiOx的氧脫附量和作 為形成氣氛的Ar中所包括的02氣體密度之間的關(guān)系的視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備的示例的截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備的另一示例的截面圖。
圖9是示出二維設(shè)置有包括有機(jī)EL元件和薄膜晶體管的像素的 顯示設(shè)備的構(gòu)造的視圖。
圖10是示出反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件中的Von和氧化物 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系的視圖。
圖11是示出在制造9個(gè)圖3的構(gòu)造的薄膜晶體管并且測(cè)量薄膜 晶體管特性時(shí)的情況下這9個(gè)薄膜晶體管的傳遞特性(transfer characteristic)的曲線圖。
圖12是具有保護(hù)膜的反交錯(cuò)型薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是示出在制造9個(gè)圖ll的構(gòu)造的薄膜晶體管并且測(cè)量薄膜 晶體管特性時(shí)的情況下這9個(gè)薄膜晶體管的傳遞特性的曲線圖。
圖14A、圖14B、圖14C、圖14D、圖14E、圖14F、圖14G、 圖14H、圖141和圖14J是反交錯(cuò)型薄膜晶體管元件的每個(gè)制造過程 的元件的截面圖，在所述反交錯(cuò)型薄膜晶體管元件中，與氧化物半導(dǎo) 體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。
圖15A、圖15B、圖15C、圖15D、圖15E和圖15F是反交錯(cuò)型 薄膜晶體管元件的另一示例的每個(gè)制造過程的元件的截面圖，在該反 交錯(cuò)型薄膜晶體管元件中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻 減小。
圖16是頂柵型薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)圖，在該頂柵型薄膜晶體管中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。
圖17A、圖17B、圖17C、圖17D、圖17E、圖17F、圖17G、 圖17H和圖17I是頂柵型薄膜晶體管元件的每個(gè)制造過程的元件的截 面圖，在該頂柵型薄膜晶體管元件中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接 觸區(qū)的電阻減小。
圖18是頂柵型薄膜晶體管的另一示例的結(jié)構(gòu)圖，在該頂柵型薄 膜晶體管中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。
圖19A、圖19B、圖19C、圖19D、圖19E和圖19F是頂柵型薄 膜晶體管元件的另一示例的每個(gè)制造過程的元件的截面圖，在該頂柵 型薄膜晶體管元件中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減 小。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的薄膜晶體管。除非在本說明書
中特別說明，每一氧化物半導(dǎo)體層均表示非晶氧化物的氧化物半導(dǎo)體 層。
在本實(shí)施例的薄膜晶體管中，非晶SiOx用作柵絕緣膜材料。還 可通過濺射法形成非晶氧化物絕緣體的人1203溝道和a-SiOxNy。
作為薄膜晶體管的溝道層，優(yōu)選使用ZnO與包括In、 Zn和O 的氧化物半導(dǎo)體。作為溝道層，除了 In、 Zn和O之外還包括Ga、 Al、 Fe、 Sn、 Mg、 Ca、 Si和Ge中的至少一種的非晶氧化物被優(yōu)選 使用。它的電導(dǎo)率優(yōu)選為10^S/cm或更大和10^S/cm或更小。
作為根據(jù)本實(shí)施例的薄膜晶體管的第一示例，在圖1中顯示了底 柵結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管的構(gòu)造，在該構(gòu)造中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極 的接觸區(qū)的電阻減小，接觸區(qū)與源極電極和漏極電極連接。這種構(gòu)造 通過提供基板1上的柵極電極2，此外還提供柵絕緣膜3、其上的氧 化物半導(dǎo)體層4、第一絕緣膜5、與氧化物半導(dǎo)體層4和電極的接觸 區(qū)6、源極電極7、漏極電極8和第二絕緣膜9而構(gòu)成。
圖14A至圖14J顯示第一示例中的薄膜晶體管的每個(gè)制造過程中的元件的截面圖。以下，將使用圖14A至圖14J來描述元件的制造 過程。
圖14A顯示在基板1401中形成柵極電極1402的過程，圖14B 顯示在沖冊(cè)極電極1402上形成柵絕緣膜1403的過程。圖14C顯示在柵 絕緣膜1403上形成氧化物半導(dǎo)體層1404的過程。當(dāng)包括In、 Zn和 O的非晶氧化物用作氧化物半導(dǎo)體層1404時(shí)，由于可在室溫下制造 該層，所以如果使用'減射法，也可在室溫下執(zhí)行絕緣膜的所有沉積過 程。此外，作為基板，塑料基板、塑料膜等也可使用。
圖14D顯示對(duì)柵絕緣膜1403和氧化物半導(dǎo)體層1404進(jìn)行構(gòu)圖 的過程。圖14E顯示在氧化物半導(dǎo)體層1404上形成第一絕緣膜1405 的過程。第一絕緣膜1405為非晶氧化物絕緣體，并在不包括氧化氣 體的氣氛中，例如，在Ar氣體100%的氣氛中被形成。由此，氧化 物半導(dǎo)體層受到損壞，加速了 ZnO作為主成分的氧化物半導(dǎo)體的氧 缺乏的產(chǎn)生，并大量產(chǎn)生載流子電子，從而氧化物半導(dǎo)體層的電阻減 小。結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體層1404中形成與電極的接觸區(qū)1406。
圖14F顯示通過構(gòu)圖在第一絕緣膜1405中形成與電極和氧化物 半導(dǎo)體層的接觸孔的過程。圖14G顯示在與氧化物半導(dǎo)體層和電極的 接觸區(qū)1406中通過諸如ITO或IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜形成源極電 極層和漏極電極層"a"的過程。圖14H顯示通過構(gòu)圖形成源極電極 1407和漏極電極1408同時(shí)使第一絕緣膜1405暴露的過程。如前所述， 由于氧化物半導(dǎo)體層1404的電阻減小，所以接觸區(qū)1406的電阻低， 源極電極1407和漏極電極1408與氧化物半導(dǎo)體層之間的歐姆接觸變 得良好。這里，對(duì)于源極電極和漏極電極的構(gòu)圖，可使用干法蝕刻或 濕法蝕刻的任一方法。此外，作為源極電極和漏極電極，諸如Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、 Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及包括這些金屬 的合金或硅化物可被使用。
圖141顯示對(duì)暴露的第一絕緣膜1405進(jìn)行構(gòu)圖并使氧化物半導(dǎo) 體層的溝道區(qū)暴露的過程。
圖14J顯示在溝道區(qū)中在包括氧化氣體的氣氛中形成非晶氧化
12物絕緣層的過程，所述非晶氧化物絕緣層為本發(fā)明的第二絕緣膜
1409。通過在氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜1409，將基于ZnO 的氧化物半導(dǎo)體層氧化，并可減小產(chǎn)生載流子電子的氧缺乏。結(jié)果， 可將溝道區(qū)的電阻增加到能夠使薄膜晶體管關(guān)斷這樣的程度。
接下來，將在圖2中顯示根據(jù)本實(shí)施例的薄膜晶體管的第二示例。
首先，在基板201上提供柵極電極202。此外，提供柵絕緣膜203、 其上的氧化物半導(dǎo)體層204、第一絕緣膜205、與氧化物半導(dǎo)體層和 電極的接觸區(qū)206、源極電極207、漏極電極208和第二絕緣膜209， 從而構(gòu)成薄膜晶體管。
圖15A至圖15F顯示第二示例中的薄膜晶體管的每個(gè)制造過程 的元件的截面圖。以下，將使用圖15A至圖15F描述元件的制造過程。 從在基板1501上形成柵極電極1502、柵絕緣膜1503和氧化物半導(dǎo)體 層1504并對(duì)它們進(jìn)行構(gòu)圖的過程直到形成第一絕緣膜1505以形成與 氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)1506的過程與第一示例相同。圖15A 顯示這些過程結(jié)束之后的元件的截面圖。
圖15B顯示通過對(duì)第一絕緣膜1505進(jìn)行構(gòu)圖使氧化物半導(dǎo)體層 的溝道區(qū)暴露的過程。
圖15C顯示與第一示例類似地在包括氧化氣體的氣氛中在溝道 區(qū)和剩余的第一絕緣膜1505上形成第二絕緣膜1509的非晶氧化物絕 緣膜的過程。如前所述，基于ZnO的氧化物半導(dǎo)體被氧化，并且在 形成第二絕緣膜1509時(shí)，將氧化物半導(dǎo)體層1504的溝道區(qū)的電阻增 加到能夠使薄膜晶體管關(guān)斷這樣的程度。
圖15D顯示形成存在于層疊的第一絕緣膜1505和第二絕緣膜 1509的底部的與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸孔的過程。
圖15E顯示通過諸如ITO或IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜在與氧化 物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)1506中形成源極電極層和漏極電極層"b" 的過程。
圖15F顯示通過構(gòu)圖形成源極電極和漏極電極的過程。這里，
13由于在形成第一絕緣膜時(shí)接觸區(qū)1506的電阻減小，所以源極電極1507 及漏極電極1508和氧化物半導(dǎo)體層之間的歐姆接觸變得良好。與第 一示例類似，源極電極和漏極電極的構(gòu)圖可使用干法蝕刻或濕法蝕刻 的任一方法。對(duì)于源極電極和漏極電極，也與第一示例類似，諸如 Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、 Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及包括這些 金屬的合金或硅化物可被使用。
接下來，將在圖16中顯示根據(jù)本實(shí)施例的薄膜晶體管的第三示例。
首先，在基板1601上提供氧化物半導(dǎo)體層1602，并且在其上， 提供第一絕緣膜1603和第二絕緣膜1604。此外，通過在第二絕緣膜 上提供柵極電極1605、氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)1606、源極 電極1607和漏極電極1608，構(gòu)成薄膜晶體管。
圖17A至圖171顯示第三示例中的薄膜晶體管的每個(gè)制造過程 的元件的截面圖。以下，將使用圖17A至圖17I描述元件的制造過程。
圖17A顯示在基板1701上形成氧化物半導(dǎo)體層的過程。當(dāng)包括 In、 Zn和O的非晶氧化物用作氧化物半導(dǎo)體層1702時(shí)，由于可在室 溫下制造該層，所以如果使用濺射法，可在室溫下執(zhí)行絕緣膜的所有 沉積過程。此外，作為基板，塑料基板、塑料膜等也可被使用。
圖17B顯示對(duì)氧化物半導(dǎo)體層1702進(jìn)行構(gòu)圖的過程，圖17C顯 示在氧化物半導(dǎo)體層1702上形成第一絕緣膜1703的過程。第一絕緣 膜1703為非晶氧化物絕緣體，與第一示例和第二示例類似，在不包 括氧化氣體的氣氛中，例如，在Ar氣體100%的氣氛中形成第一絕 緣膜1703。由此，氧化物半導(dǎo)體層受到損壞，大量產(chǎn)生載流子電子， 并且氧化物半導(dǎo)體層的電阻類似地減小。結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體層 1702中形成與電極的接觸區(qū)1706。
圖17D顯示通過構(gòu)圖在第一絕緣膜1703中形成與電極和氧化物 半導(dǎo)體層的接觸孔的過程。圖17E顯示在與氧化物半導(dǎo)體層和電極的 接觸區(qū)1706中通過諸如ITO或IZO的透明導(dǎo)電氣化物膜形成源極電 極層和漏極電極層"C"的過程。圖17F顯示通過構(gòu)圖形成源極電極1707和漏極電極1708并同時(shí)使第一絕緣膜1703暴露的過程。如前所 述，由于氧化物半導(dǎo)體層1702的電阻減小，所以接觸區(qū)1706的電阻 低，并且源極電極1707和漏極電極1708與氧化物半導(dǎo)體層之間的歐 姆接觸變得良好。這里，對(duì)于源極電極和漏極電極的構(gòu)圖，干法蝕刻 或濕法蝕刻的任一方法可被使用。此外，作為源極電極和漏極電極， 諸如Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、 Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及包括 這些金屬的合金或硅化物可被使用。
圖17G顯示對(duì)暴露的第一絕緣膜1703進(jìn)行構(gòu)圖并使氧化物半導(dǎo) 體層的溝道區(qū)暴露的過程。
圖17H顯示在溝道區(qū)中在包括氧化氣體的氣氛中形成非晶氧化 物絕緣層的過程，所述非晶氧化物絕緣層為本發(fā)明的第二絕緣膜 1704。通過在氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜1704，將基于ZnO 的氧化物半導(dǎo)體層氧化，并可減少產(chǎn)生載流子電子的氧缺乏。結(jié)果， 可將溝道區(qū)的電阻增加到能夠使薄膜晶體管關(guān)斷這樣的程度。
圖171顯示在第二絕緣膜1704上形成柵極電極層之后通過構(gòu)圖 形成柵極電極的過程。
接下來，將在圖18中顯示根據(jù)本實(shí)施例的薄膜晶體管的第四示例。
首先，在基板1801上提供氧化物半導(dǎo)體層1802，并且在其上， 提供第一絕緣膜1803和第二絕緣膜1804。此外，通過在第二絕緣膜 上提供柵極電極1805、氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)1806、源極 電極1807和漏極電極1808，構(gòu)成薄膜晶體管。
圖19A至圖19F顯示第四示例中的薄膜晶體管的每個(gè)制造過程 的元件的截面圖。以下，將使用圖19A至圖19F描述元件的制造過程。
這里，從在基板l卯l上形成氧化物半導(dǎo)體層1902并且在其上形 成第一絕緣膜1903的過程直到形成與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸 區(qū)1906的過程與第三示例相同。圖19A顯示所述過程結(jié)束之后的元 件的截面圖。
圖19B顯示通過對(duì)第一絕緣膜1903進(jìn)行構(gòu)圖而使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露的過程。
圖19C顯示與在溝道區(qū)和剩余的第一絕緣膜1903上第一示例類 似地在包括氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜1904的非晶氧化物絕 緣層的過程。如前所述，將基于ZnO的氧化物半導(dǎo)體層氧化，并且 當(dāng)形成第二絕緣膜l卯4時(shí)，將氧化物半導(dǎo)體層1902的溝道區(qū)的電阻 增加到能夠使薄膜晶體管關(guān)斷這樣的程度。
圖19D顯示形成存在于層疊的第一絕緣膜1903和第二絕緣膜 1904的底部的與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸孔的過程。
圖19E顯示通過諸如ITO或IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜在與氧化 物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)1906中形成源極電極層、漏極電極層和 柵極電極層"d"的過程。
圖19F顯示通過構(gòu)圖形成源極電極、漏極電極和柵極電極的過 程。這里，由于在形成第一絕緣膜時(shí)接觸區(qū)l卯6的電阻減小，所以 源極電極l卯7和漏極電極l卯8與氧化物半導(dǎo)體層之間的歐姆接觸變 得良好。與第一示例類似，源極電極和漏極電極的構(gòu)圖可使用干法蝕 刻或濕法蝕刻的任一種。對(duì)于源極電極和漏極電極，也與第一示例類 似，卞者如Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、 Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及 包括這些金屬的合金或硅化物可被使用。
如上所述，從第一示例到第四示例，無論在哪種模式下，均可獲 得半導(dǎo)體氧化物層、源極電極和漏極之間的良好歐姆接觸。
接下來，作為比較示例，將描述這樣的薄膜晶體管，在該薄膜晶 體管中，在不包括氧化氣體的氣氛中形成第二絕緣膜。
在圖3中顯示了以低電阻n型晶體硅作為與基板301組合的柵極 電極的、使用熱氧化硅絕緣膜302的底柵反交錯(cuò)型薄膜晶體管的構(gòu)造。 首先，將使用圖3的構(gòu)造描述第二絕緣膜304的形成條件如何影響使 用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管特性。
作為氧化物半導(dǎo)體層303，形成非晶InGaZnO。以Ti/Au/Ti的 疊層結(jié)構(gòu)對(duì)源極電極305和漏極電極306進(jìn)行蒸鍍，并通過剝離法形 成源極電極305和漏極電極306。當(dāng)不存在第二絕緣膜時(shí)，這里薄膜晶體管A完成。在此之后，通過使用Ar 100%氣體通過濺射形成100nm的非晶SiOx作為第二絕緣膜。在源極電極305和漏極電極306上，通過濕法蝕刻形成接觸孔，從而具有第二絕緣膜的薄膜晶體管B完成。在圖4中顯示了通過上述方法制造的薄膜晶體管A和薄膜晶體管B的典型的電流-電壓特性。在薄膜晶體管A中，顯示使截止?fàn)顟B(tài)電流最小化的導(dǎo)通-截止比良好的薄膜晶體管特性。另一方面，在形成被認(rèn)為是普通氧化膜絕緣層的非晶SiOx作為第二絕緣膜的薄膜晶體管B中，甚至在柵壓-20V的地方也沒有顯示截止?fàn)顟B(tài)電流。作為原因，可想到在形成第二絕緣膜時(shí)由于Ar氣體引起的濺射損壞而還原氧化物半導(dǎo)體層或者產(chǎn)生氧缺乏。基于ZnO的氧化物半導(dǎo)體趨向于變成氧缺乏，并且趨向于大量產(chǎn)生栽流子電子。此外，雖然圖4顯示使用濺射法作為第二絕緣膜形成方法的結(jié)果，但是當(dāng)用P-CVD方法作為第二絕緣膜形成方法使用非晶SiOx或非晶SiNy時(shí)，也不能獲取導(dǎo)通-截止比。因此，實(shí)際上，第二絕緣膜停止作為薄膜晶體管工作。認(rèn)為這是由于氧化物半導(dǎo)體對(duì)于氫極其敏感并且氧化物半導(dǎo)體的與第二絕緣膜接觸的部分的電阻減小非常大的事實(shí)而造成的。
以下，將詳細(xì)地描述在包括氧化氣體的氣氛中形成的第二絕緣膜的影響，這是本發(fā)明的特征。(在第二絕緣膜上)
具體地講，利用濺射法并使用02/Ar混合氣體作為濺射氣體形成非晶氧化物絕緣層，這可實(shí)現(xiàn)不還原氧化物半導(dǎo)體層或者不產(chǎn)生氧缺乏的效果。當(dāng)02/Ar混合氣體比為10體積％或更大，進(jìn)一步，該比優(yōu)選為50體積％時(shí)，可以看出這個(gè)效果。以下，CVAr的混合氣體比也為體積百分比。在50%的02/Ar混合氣體比下，幾乎在所有的氧化物半導(dǎo)體條件下獲得良好的截止?fàn)顟B(tài)電流特性，在所述氧化物半導(dǎo)體條件下，在不形成第二絕緣膜5的情況下，獲得良好的截止?fàn)顟B(tài)電流特性。
作為為第二絕緣膜的非晶SiOx的氧化物含量的測(cè)量方法，程序升溫脫附分析法(TPD)被引用。在通過在基板表面上接觸的熱電偶測(cè)量的溫度中的幾十?dāng)z氏度至400攝氏度的溫度范圍內(nèi)觀察到在薄膜中存在的氧的脫附峰。
在本發(fā)明中，通過熱脫附分析從作為第二絕緣膜的非晶SiOx脫附的氧在約400°C下完成脫附。根據(jù)在基板表面上接觸的熱電偶的溫度，用于量化確定的測(cè)量溫度范圍取為從50。C至80°C。
從相當(dāng)于02+的原子質(zhì)量數(shù)(m/z) 32和相當(dāng)于O+的原子質(zhì)量數(shù)(m/z) 16的離子強(qiáng)度識(shí)別被脫附的氣體(也稱為脫附氣體或脫附成分)的種類為氧。這里，應(yīng)該指出，通過質(zhì)鐠儀將從樣本脫附的02離子化，從而作為02+和O+被測(cè)量，但是樣本中測(cè)量的02+和o+的存在構(gòu)造和化學(xué)鍵合狀態(tài)不限于02+和0+。圖5顯示通過程序升溫脫附測(cè)量的氧脫附鐠的示例。以這種方式獲得的從作為第二絕緣膜的非晶SiOx脫附的氧量與形成氣氛中的氧密度成比例關(guān)系。圖6顯示通過程序升溫脫附測(cè)量的來自非晶SiO,的氧脫附量和作為形成氣氛的Ar中所包括的02氣體之間的關(guān)系。
對(duì)使用透明氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的第二絕緣膜進(jìn)行努力研究和開發(fā)的結(jié)果是，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了以下現(xiàn)象。當(dāng)OVAr混合氣體用作非晶SiOx的濺射沉積氣體，而且，其混合比為10°/?；蚋髸r(shí)，可抑制氧化物半導(dǎo)體的氧缺乏的產(chǎn)生，并防止大量產(chǎn)生載流子電子從而增力口截止?fàn)顟B(tài)電5充。
發(fā)現(xiàn)，具有這個(gè)氧缺乏的產(chǎn)生的抑制效果的非晶SiOx在膜中包含3.8xl0"pcs/cii^或更多的脫附氣體，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和o+進(jìn)行觀察。
此外，工藝容限更寬并且獲得穩(wěn)定特性的形成條件是，濺射沉積氣體02/Ar混合比為50%，并且在膜中包含1.2xl020pcs/cm3或更多的脫附氣體，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和0+進(jìn)行觀察。
根據(jù)本發(fā)明人等獲得的知識(shí)，在具有氧缺乏的產(chǎn)生的抑制效果的非晶SiOx的形成條件中，濺射沉積氣體CVAr混合比沒有上限，甚至在02100%時(shí)，也能獲得該效果。然而，通過增加02/Ar混合比，沉積速度降低，因此，考慮到生產(chǎn)率和成本，最適合使用到約50%或更少的程度的濺射沉積氣體02/Ar混合比。雖然'減射沉積氣體02/Ar混合比和沉積速度之間的關(guān)系取決于沉積參數(shù)，諸如沉積氣體壓力和基板與靶之間的距離，但是它對(duì)氧分壓極其敏感。因此，通常，幾乎不使用氧分壓高的形成條件。在本形成條件下，假設(shè)氣體02/Ar混合比0%取作參考(100% )，在10%和50%的氣體02/Ar混合比的情況下，沉積速度分別為77 %和39 % 。
通過使用上述非晶SiOx作為第二絕緣膜，制造薄膜晶體管，在該薄膜晶體管中，通過圖12的構(gòu)造在相同條件下形成非晶InGaZnO作為氧化物半導(dǎo)體。同時(shí)，在相同的工藝條件下，制造氧化物半導(dǎo)體電導(dǎo)率測(cè)量TEG元件，從而測(cè)量氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。在薄膜晶體管的傳遞特性中，Von為漏電流(Id)的上升時(shí)的柵施加電壓。圖10中顯示了 Von和氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系。在氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和Von中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的關(guān)系，并且隨著氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，Von移到負(fù)值，并且當(dāng)電導(dǎo)率進(jìn)一步增加時(shí)，甚至低于-40V也看不到Von。從這個(gè)結(jié)果顯而易見的是，在形成第二絕緣膜時(shí)，氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，從而示出導(dǎo)通狀態(tài)電流和截止?fàn)顟B(tài)電流之間的邊界的Vcm移到負(fù)值，并且劣化。結(jié)果，截止?fàn)顟B(tài)電流特性劣化。并且，根據(jù)形成第二絕緣膜的條件抑制氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率的增加。當(dāng)02/Ar混合氣體比為10%或更大時(shí)，看出其抑制效果，此時(shí)，在膜中包含3.8xl0"pcs/ci^或更多的脫附氣體，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和o+進(jìn)行觀察。
作為第二絕緣膜，在濺射沉積氣體02/Ar混合比50%時(shí)，在膜中包含1.2xl0"pcs/cn^或更多的脫附氣體的非晶SiOx被使用，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和O+進(jìn)行觀察，并且制造9個(gè)具有圖3的構(gòu)造的薄膜晶體管，并測(cè)量薄膜晶體管特性。在圖11中顯示9個(gè)薄膜晶體管的傳遞特性?？刂芕on約為0V，并獲得示出良好的導(dǎo)通-截止比的薄膜晶體管。
在以上解釋中，盡管描述了第二絕緣膜為非晶SiOx的情況，但是作為第二絕緣膜的非晶氧化物絕緣體還可使用非晶氧氮化物和非
晶鋁。此外，雖然通過在形成第二絕緣膜時(shí)使用02/Ar混合氣體作為氧化氣體的示例進(jìn)行描述，但是形成第二絕緣膜而不增加氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為本發(fā)明的本質(zhì)。因此，氧化氣體不限于氧。
例如，作為薄膜晶體管，通過使用能夠沉積大面積的濺射法形成其銦、鎵和鋅的組成比為1:1:1的非晶氧化物半導(dǎo)體層(a-IGZO薄膜)。這個(gè)非晶氧化物半導(dǎo)體層應(yīng)用于薄膜晶體管，以將其制造成圖1的構(gòu)造。通過這樣做，可使晶體管的導(dǎo)通/截止比為105或更大。此時(shí)的電場(chǎng)效應(yīng)遷移率顯示1 cn^V"s"或更大。
通過上述效果，在使用氧化物半導(dǎo)體的底柵型薄膜晶體管中，形成能穩(wěn)定地使截止?fàn)顟B(tài)電流最小化的溝道區(qū)，而且，可獲得這樣的薄膜晶體管，在該薄膜晶體管中，與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小。因此，可獲得其源極電極和漏極電極與氧化物半導(dǎo)體層之
間的歐姆接觸良好的薄膜晶體管。此外，可提供具有使截止?fàn)顟B(tài)電流最小化的良好晶體管特性的薄膜晶體管。
在以上描述中，描述了使用透明導(dǎo)電氧化物半導(dǎo)體非晶薄膜作為半導(dǎo)體層(溝道層)的示例，該透明導(dǎo)電氧化物半導(dǎo)體非晶薄膜將ZnO用作主成分。此外，描述了使用通過包括In-Ga-Zn-O而形成的非晶氧化物的示例，但是氧化物半導(dǎo)體層不限于這些元素。
作為通過包括In-Ga-Zn-O而形成的非晶氧化物半導(dǎo)體層，通過包括Sn、 In和Zn中的至少一種而形成的非晶氧化物可被使用。
此外，當(dāng)選擇Sn用于非晶氧化物的組成元素的至少一部分時(shí)，可用Sih.xM4x ( 0<x<l， M4從原子序數(shù)比Sn小的IV族元素的Si、Ge或Zr中選擇)代替Sn。此外，當(dāng)選擇In用于非晶氧化物的組成元素的至少一部分時(shí)，可用InLyM3y (0<y<l, M3從原子序數(shù)比In小的III族元素的B、 Al、 Ga或Y中選擇)代替In。此外，當(dāng)選擇Zn用于非晶氧化物的組成元素的至少一部分時(shí)，可用Zni_zM2z(0<z<l， M2從原子序數(shù)比Zn小的II族元素的Mg或Ca中選擇)代替Zn。
20具體地講，可應(yīng)用于本實(shí)施例的非晶材料為Sn-In-Zn氧化物、 In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、In-Sn氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn 氧化物、Zn-Ga氧化物、Sn-In-Zn氧化物等。當(dāng)然，組成元素的組成 比不必為1:1。雖然存在Zn和Sn難以獨(dú)立地形成非晶態(tài)的情況，但 是通過允許包括In，可容易地形成非晶相。例如，在基于In-Zn的氧 化物中，優(yōu)選這樣構(gòu)造，即，除了氧之外，就原子數(shù)比而言，包含約 20原子％或更多的In。在基于Sn-In的氧化物中，優(yōu)選這樣構(gòu)造，即， 除了氧之外，就原子數(shù)比而言，包含約80原子％或更多的In。在基 于Sn-In-Zn的氧化物中，優(yōu)選這樣構(gòu)造，即，除了氧之外，就原子 數(shù)而言，包含約15原子％或更多的In。
此外，可通過這樣的事實(shí)來確認(rèn)非晶態(tài)，該事實(shí)即，當(dāng)以約0.5 度的低入射角對(duì)測(cè)量目標(biāo)薄膜進(jìn)行X射線衍射時(shí)，沒有檢測(cè)到明確的 衍射峰(即，觀察到暈(halo)圖案)。在本實(shí)施例中，當(dāng)上述材料 用于場(chǎng)效應(yīng)型晶體管的溝道層時(shí)，這不排除包含微晶狀態(tài)的組成材料 的溝道層。
接著，通過將作為薄膜晶體管的輸出端子的漏極與諸如有機(jī)或無 機(jī)電致發(fā)光(EL)元件和液晶元件的顯示元件的電極連接，可構(gòu)成顯 示設(shè)備。以下，將使用顯示設(shè)備的截面圖來描述特定的顯示設(shè)備構(gòu)造 的示例。
例如，形成如圖7所示的構(gòu)造的薄膜晶體管。這種薄膜晶體管具 有以下構(gòu)件形成在基板711上的構(gòu)造。它們包括柵極電極712、柵絕 緣層713、氧化物半導(dǎo)體層714、第一絕緣膜715、與氧化物半導(dǎo)體層 714和電極的接觸區(qū)716、漏極(源極)電極717、漏極(源極)電極 718和第二絕緣膜719。漏極(源極)電極718通過層間絕緣膜721 與電極720連接，電極720接觸發(fā)光層722，此外，發(fā)光層722接觸 電極723。通過這種構(gòu)造，可通過從源極(漏極)電極717通過氧化 物半導(dǎo)體層714中形成的溝道流到漏極(源極)電極718的電流值來 控制流進(jìn)發(fā)光層721中的電流。因此，可通過薄膜晶體管的柵712的 電壓來控制這個(gè)電流。這里，電極720、發(fā)光層722、電極723構(gòu)成
21無機(jī)或有機(jī)電致發(fā)光元件。這里，盡管圖1中顯示的是薄膜晶體管元 件，但是這可以是薄膜。
或者，如圖8所示，漏極(源極)電極818延伸并被構(gòu)造成用作 電極819，這個(gè)電極還可釆用變成電極825的構(gòu)造，以將電壓施加于 被高電阻膜822和824夾著的液晶單元或者電泳型粒子單元823。液 晶單元、電泳型粒子單元823、高電阻膜822和824、電極819和電 極825構(gòu)成顯示元件。此外，如圖所示構(gòu)成第一絕緣膜815、與氧化 物半導(dǎo)體層814和電極的接觸區(qū)816、和第二絕緣膜820?？赏ㄟ^從 源極電極817通過氧化物半導(dǎo)體層814中形成的溝道流到漏極電極 818的電流值來控制施加于這些顯示元件的電壓。于是，可通過薄膜 傳輸柵812的電壓來控制這個(gè)電壓。這里，如果顯示元件的顯示介質(zhì) 為將流體和粒子封裝在絕緣隔膜中的嚢，則不需要高電阻膜822和 824。這里，盡管在圖1中顯示的是薄膜晶體管元件，但是這可以是 薄膜。
在上述兩個(gè)示例中，雖然已用底柵反交錯(cuò)型構(gòu)造來表示薄膜晶體 管，但是本發(fā)明不必限于這種構(gòu)造。例如，如果與作為薄膜晶體管的 輸出端子的漏極電極和顯示元件的連接在拓樸結(jié)構(gòu)上相同，則諸如共 面型的其它構(gòu)造可以是可行的。
此外，在上述兩個(gè)示例中，雖然已顯示了與基板平行地提供驅(qū)動(dòng) 顯示元件的一對(duì)電極的示例，但是本發(fā)明不必限于這樣的構(gòu)造。例如， 如果與作為薄膜晶體管的輸出端子的漏極電極和顯示元件的連接在 拓樸結(jié)構(gòu)上相同，則可垂直于基板提供電極中的任何一個(gè)或者這兩個(gè) 電極。
此外，在上述兩個(gè)示例中，僅示出一個(gè)薄膜晶體管與顯示元件連 接，但是本發(fā)明不必限于這種構(gòu)造。例如，通過本發(fā)明，圖中所示的 薄膜晶體管還可與另一薄膜晶體管連接，并且圖中的薄膜晶體管可以 是這些薄膜晶體管的電路的最后級(jí)。
這里，當(dāng)與基板平行地提供驅(qū)動(dòng)顯示元件的一對(duì)電極時(shí)，如果顯 示元件為EL元件或者諸如反射型液晶顯示元件的反射型顯示器，則要求電極中的任意一個(gè)對(duì)于發(fā)射波長或者反射光的波長是透明的。或 者，如果電極為諸如透射型液晶元件的透射型顯示元件，則要求這兩 個(gè)電極對(duì)于透射光都是透明的。此外，在本實(shí)施例的薄膜晶體管中， 也可使所有的組成元件都是透明的，結(jié)果，還可形成透明的顯示元件。 此外，甚至在諸如輕的、柔性樹脂塑料基板的低耐熱基板上，也可提 供這樣的顯示元件。
接下來，將使用圖9來描述這樣的顯示設(shè)備，在該顯示設(shè)備中， 二維設(shè)置多個(gè)包括EL元件(這里，為有機(jī)EL元件)和薄膜晶體管 的像素。
在圖9中，標(biāo)號(hào)901表示用于驅(qū)動(dòng)有機(jī)EL層卯4的晶體管，標(biāo) 號(hào)902表示用于選擇像素的晶體管。此外，電容器903用于保持選擇 的狀態(tài)，并存儲(chǔ)公共電極線卯7和晶體管2的源極部分之間的電荷， 并保持晶體管901的柵極的信號(hào)。通過掃描電極線905和信號(hào)電極線 906來決定像素選擇。
為了更具體地描述，從驅(qū)動(dòng)器電路(未顯示)通過掃描電極線 905借助于脈沖信號(hào)將圖像信號(hào)施加于柵極電極。同時(shí)，從另一驅(qū)動(dòng) 器電路(未顯示)通過信號(hào)電極線906,通過脈沖信號(hào)將圖像信號(hào)施 加于晶體管卯2，從而選擇像素。此時(shí)，晶體管902導(dǎo)通，電荷在存 在于信號(hào)電極線卯6和晶體管卯2的源極之間的電容器卯3中累積。 結(jié)果，晶體管901的柵壓保持在期望的電壓，并且晶體管901導(dǎo)通。 這種狀態(tài)保持，直到接收到下一個(gè)信號(hào)。在晶體管901導(dǎo)通的狀態(tài)期 間，有機(jī)EL層904繼續(xù)被饋有電壓和電流，從而保持發(fā)光。
在圖9的這個(gè)示例中，雖然一個(gè)像素由兩個(gè)晶體管和一個(gè)電容器 構(gòu)成，但是為了改進(jìn)性能，可引入更多的晶體管等。如上所述，通過 在晶體管部分中使用基于In-Ga-Zn-O的薄膜晶體管，可獲得有效的 EL元件，所述基于In-Ga-Zn-O的薄膜晶體管為能夠在低溫下形成的 本發(fā)明的透明薄膜晶體管。 (示例)
以下，將使用附圖來描述本發(fā)明的示例。然而，本發(fā)明不限于以下示例。
(第一示例)
在本實(shí)施例中，制造反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。首先， 通過使用光刻法和剝離法，在玻璃基板上形成Ti 5nni/Au 40nm/Ti 5nm的柵極端子。此外，在這個(gè)柵極端子上，通過賊射法形成厚度為 200nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)，Si02靶用于濺射靶，Ar氣體用于'減 射氣體。在絕緣層上，通過濺射法在室溫下形成厚度為20nm的用作 半導(dǎo)體層的非晶氧化物半導(dǎo)體膜。溝道區(qū)的形成采用光刻法和鹽酸濕 法蝕刻。在此之后，通過電子束氣相沉積法4吏Ti 5nm/Au 40nm/Ti 5nm 沉積，并通過光刻法和剝離法形成源極端子和漏極端子。此外，作為 第二絕緣膜，通過濺射法形成厚度為100nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)， 作為濺射氣體，02/Ar混合氣體比50%的氧化物氣氛被使用。以這種 方式，制造9個(gè)圖12中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET。此時(shí)的 非晶氧化物半導(dǎo)體膜的金屬組成比為In:Ga:Zn-1.00:0.94:0.65。當(dāng)對(duì) 這種MISFET元件的I-V特性進(jìn)行估計(jì)時(shí)，平均的電場(chǎng)遷移率為 5.0cmVVs，平均導(dǎo)通-截止比大于106。在圖13中顯示了其傳遞特性。
根據(jù)本發(fā)明，在使用第二絕緣膜的氧化物半導(dǎo)體底柵型薄膜晶體 管中，截止?fàn)顟B(tài)電流被最小化，并且能夠穩(wěn)定地制造具有良好晶體管
特性的薄膜晶體管。 (第二示例)
在本示例中，除了第二絕緣膜的形成條件之外，與第一示例類似 地制造反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。
作為第二絕緣膜，通過'減射法形成厚度為100nm的a-SiOx絕緣 層。此時(shí)，作為濺射氣體，02/Ar混合氣體比10%的氧化物氣氛被使 用。以這種方式，完成9個(gè)圖12中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET 元件。
同時(shí)，在相同的工藝條件下，制造氧化物半導(dǎo)體電導(dǎo)率測(cè)量TEG 元件，并測(cè)量氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率。Von為在薄膜晶體管的傳遞 特性中漏電流(Id)的上升時(shí)的柵極施加電壓。在圖IO中顯示了 Von 24與氧化物半導(dǎo)體的電導(dǎo)率之間的關(guān)系。此外，使用02/Ar混合氣體比10 0/。作為賊射氣體的a-SiOx的第二絕緣膜包含3.8xlO"pcs/cm3或更多的脫附氣體，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和0+進(jìn)行觀察。
結(jié)果，使用02/Ar混合氣體比10 %的a-SiOx的第二絕緣膜對(duì)氧化物半導(dǎo)體的氧缺乏的產(chǎn)生具有抑制效果，顯示Von:-40V為平均值，導(dǎo)通/截止比大于106，這是良好的。(比較示例1)
除了第二絕緣膜的形成條件之外，本比較示例與第 一示例相同，制造圖12中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。
作為第二絕緣膜，通過濺射法形成厚度為100 nm的a-SiOx絕緣膜。此時(shí)，作為'減射氣體，02/Ar混合氣體比1%或0%的氧化物氣氛被使用。以這種方式，完成9個(gè)圖12中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。
結(jié)果，在02/Ar混合氣體比1%或0%的情況下，特性波動(dòng)增加，并且發(fā)現(xiàn)即使當(dāng)-50V被施加為柵壓時(shí)，有時(shí)也看不到明確的Von,并且對(duì)于氧化物半導(dǎo)體，對(duì)于氧缺乏的產(chǎn)生沒有識(shí)別出明確的抑制效果。
(第三示例)
在本示例中，制造圖1中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。首先，在玻璃基板上，通過使用濺射法形成厚度為150 nm的透明導(dǎo)電膜IZO的柵極電極層。通過使用光刻法和使用鹽酸的濕法蝕刻，形成柵極電極。此外，在該電極上，通過濺射法形成厚度為200nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)，Si02靶用于濺射靶，Ar氣用于濺射氣體。在該絕緣層上，通過濺射法在室溫下形成厚度為20nm的用作半導(dǎo)體層的非晶氧化物半導(dǎo)體膜。溝道區(qū)的形成采用光刻法和使用鹽酸的濕法蝕刻。在此之后，作為第一絕緣膜，通過濺射法形成厚度為100nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)，作為濺射氣體，Ar氣體100。/。的氧化物氣氛被使用。通過使用光刻法和使用CF4氣體的干法蝕刻，在第一絕緣膜中制造完成與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸孔。在此之后，通過接觸
孔，通過濺射法沉積厚度為150nm的透明導(dǎo)電膜ITO，在此之后，通過光刻法和蝕刻法，形成源極端子和漏極端子，同時(shí)，使第一絕緣膜暴露。通過光刻法和蝕刻法，移除覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的第一絕緣膜，在此之后，通過濺射法，形成厚度為100nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)，作為濺射氣體，02/Ar混合氣體比50%的氧化物氣氛被使用。以這種方式，形成圖1中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型透明MISFET元件。
作為源極電極和漏極電極，不僅諸如IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜可^/f吏用，而且i者如Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、 Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及包括這些金屬的合金或硅化物也可被使用。此外，可分別通過不同的材料形成源極電極和漏極電極。
反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件形成有能夠穩(wěn)定地使氧化物半導(dǎo)體層的截止?fàn)顟B(tài)電流最小化的溝道區(qū)，并通過使與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小來形成該接觸區(qū)。因此，截止?fàn)顟B(tài)電流凈皮最小化，這導(dǎo)致與源極電極和漏極電極以及氧化物半導(dǎo)體層的歐姆接觸良好的薄膜晶體管。(第四示例)
在本示例中，制造圖2中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型MISFET元件。直到在氧化物半導(dǎo)體層上形成a-SiOx絕緣膜作為第一絕緣膜的過程與第三示例完全相同。接著，通過使用光刻法和CF4氣體干法蝕刻，移除覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的第一絕緣膜。在此之后，為了覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)，通過濺射法形成厚度為100nm的a-SiOx絕緣層。此時(shí)，作為濺射氣體，02/八廣混合氣體比50%的氧化物氣氛被使用。結(jié)果，雖然氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的電阻增加，但是其它區(qū)域保持電阻減小。接著，通過使用光刻法和CF4氣體干法蝕刻，完成層疊的第一絕緣膜和第二絕緣膜，其中具有與氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小的區(qū)域和電極的接觸孔。在此之后，通過接觸孔，通過濺射法沉積厚度為150nm的透明導(dǎo)電膜ITO，在此之后，通過光刻法和蝕刻法，形成源極端子和漏極端子。以這種方式，能夠形成圖2中顯示的反交錯(cuò)(底柵)型透明MISFET元件。
作為源極電極和漏極電極，與第三實(shí)施例類似地，不僅諸如IZO的透明導(dǎo)電氧化物膜可械 使用，而且諸如Ni、 Cr、 Rh、 Mo、 Nd、Ti、 W、 Ta、 Pb和Al的金屬以及包括這些金屬的合金或硅化物也可被使用。此外，與第三示例類似，可分別通過不同的材料形成源極電極和漏纟及電極。
與第三實(shí)施例類似，這個(gè)反交錯(cuò)(底柵)型透明MISFET元件形成有能夠穩(wěn)定地使氧化物半導(dǎo)體層的截止?fàn)顟B(tài)電流最小化的溝道區(qū)，并通過使與氧化物半導(dǎo)體層和電極的接觸區(qū)的電阻減小來形成該接觸區(qū)。因此，截止?fàn)顟B(tài)電流被最小化，這導(dǎo)致與源極電極和漏極電極以及氧化物半導(dǎo)體層的歐姆接觸良好的薄膜晶體管。(第五示例)
在本示例中，將描述使用圖8的薄膜晶體管的顯示設(shè)備。以與第三示例相同的制造工藝制造將使用的薄膜晶體管。在這個(gè)薄膜晶體管中，作為漏極電極的ITO膜的島的短側(cè)延伸至100nm, 90nm的延伸部分留下來，并且在保持朝向源極電極和柵極電極的連線的情況下，薄膜晶體管被絕緣層覆蓋。在該層上，聚酰亞胺(polyimide )膜被涂敷，并被進(jìn)行拋光處理。另一方面，制備類似地形成在塑料基板上并經(jīng)過拋光處理的ITO膜和聚酰亞胺膜，并使其以所提供的5fiin的空氣間隙面對(duì)形成有薄膜晶體管的基板，并在這里注入向列液晶。此外，在這個(gè)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)提供一對(duì)偏振板。這里，當(dāng)電壓施加到薄膜晶體管的源極電極并且柵極電極的施加電壓變化時(shí)，僅30jimx90nm的區(qū)域的光透射率改變，該區(qū)域?yàn)閺穆O電極延伸的ITO膜的島的一部分。此外，在使薄膜晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的柵壓下，甚至可通過源極和漏極之間的電壓連續(xù)地改變這個(gè)光透射率。以這種方式，制造與圖8對(duì)應(yīng)的液晶單元作為顯示元件的顯示設(shè)備。此外，甚至通過使用根據(jù)第四示例的制造工藝的薄膜晶體管，也可制造完全相同的顯示設(shè)備。
在本示例中，這樣的構(gòu)造也是可行的，即，作為形成薄膜晶體管的基板，白色塑料基板被使用，薄膜晶體管的每個(gè)電極被金代替，聚 酰亞胺膜和偏振板被去除。此外，構(gòu)造為這樣，即，由絕緣膜覆蓋有 粒子和流體的嚢被填充到白色的透明塑料基板的空氣間隔中。在這種 構(gòu)造的顯示設(shè)備中，控制本薄膜晶體管延伸的漏極電極和上部分的
ITO膜之間的電壓，由此嚢內(nèi)部的粒子向上和向下移動(dòng)?；谶@種構(gòu) 造，通過控制從透明基板側(cè)所見的延伸的漏極電極區(qū)的反射率，可執(zhí) 行顯示。
此外，在本示例中，相鄰地形成多個(gè)薄膜晶體管，例如，構(gòu)造由 四個(gè)晶體管和一個(gè)電容器形成的普通構(gòu)造的電流控制電路，并且最后 級(jí)的晶體管之一取作圖6的薄膜晶體管，從而EL元件也可被驅(qū)動(dòng)。 例如，使用將ITO膜作為漏極電極的薄膜晶體管。在作為從漏極電極 延伸的ITO膜的烏的一部分的30pmx90nm的區(qū)域中，形成由電荷注 入層和發(fā)射層形成的有機(jī)電致發(fā)光元件。以這種方式，可形成使用 EL元件的顯示設(shè)備。 (第六示例)
二維設(shè)置第三示例的顯示元件和薄膜晶體管。首先，按 7425x1790塊的方形設(shè)置占據(jù)約30nmxll5nm面積的像素，所述像素 包括諸如第五示例的液晶單元和EL元件的顯示元件和薄膜晶體管， 分別地，所述塊的短側(cè)間距為40nm，長側(cè)間距為120prn。接著，提 供在長側(cè)方向穿過7425個(gè)薄膜晶體管的柵極電極的1790條柵配線和 7425條信號(hào)線，在這些信號(hào)線中，17卯個(gè)薄膜晶體管的源極電極在 短側(cè)方向上穿過從非晶氧化物半導(dǎo)體膜的島突出5fim的部分。它們中 的每個(gè)分別連接至柵極驅(qū)動(dòng)器電路和源極驅(qū)動(dòng)器電路。此外，在液晶 顯示元件的情況下，將位置調(diào)整與液晶顯示元件相同的尺寸，并在表 面上提供在長側(cè)方向上重復(fù)RGB的濾色器，并用約211個(gè)ppi構(gòu)成 A4片材尺寸的有源矩陣型彩色圖像顯示設(shè)備。不必提及，這種構(gòu)造 僅是一個(gè)示例，可用另一構(gòu)造代替。此外，甚至當(dāng)使用第四示例的制 造方法的薄膜晶體管時(shí)，也可制造完全相同的顯示設(shè)備。
此外，在一個(gè)EL元件中所包括的兩個(gè)薄膜晶體管中，第一薄膜 28晶體管的柵極電極被連線在導(dǎo)柵極線上，第二薄膜晶體管的源極電極
被連線在信號(hào)線上，此外，在長側(cè)方向上根據(jù)RGB重復(fù)EL元件的 發(fā)射波長。通過這樣做，可構(gòu)成相同分辨率的發(fā)射型彩色圖像顯示i殳 備。
這里，可使用與像素或的薄膜晶體管相同的本發(fā)明的薄膜晶體管 配置用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣的驅(qū)動(dòng)器電路，或可使用現(xiàn)有IC芯片。
盡管已參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明 不限于所公開的示例性實(shí)施例。將給予權(quán)利要求的范圍以最寬的解 釋，以包括所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
本申請(qǐng)要求基于2007年5月31日提交的第2007-145186號(hào)日本 專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其在此全部引入作為參考。
權(quán)利要求
1、一種在基板上至少具有柵極電極、柵絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟在基板上形成柵極電極；在柵極電極上形成柵絕緣膜；在柵絕緣膜上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層；對(duì)柵絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖；對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并形成在源極電極和漏極電極與氧化物半導(dǎo)體層之間的接觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層中形成源極電極層和漏極電極層；通過對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖并使第一絕緣膜暴露來形成源極電極和漏極電極；對(duì)暴露的第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；和通過在包括氧化氣體的氣氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的表面上形成第二絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻。
2、 一種在基板上至少具有柵極電極、柵絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體 層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體管的 制造方法，包括以下步驟在基板上形成柵極電極； 在柵極電極上形成柵絕緣膜； 在柵絕緣膜上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層； 對(duì)柵絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖； 對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露； 通過在包括氧化氣體的氣氛中在溝道區(qū)和第一絕緣膜上形成第二絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻；在層疊的第一絕緣膜和第二絕緣膜中形成在源極電極和漏極電極與第一絕緣膜下方的氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小的區(qū)域之間的接觸孑L;通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小的區(qū)域中形成源極電 極層和漏極電才及層；和對(duì)源極電極和漏極電極進(jìn)行構(gòu)圖。
3、 一種在基板上至少具有柵極電極、氧化物半導(dǎo)體層、第一絕 緣膜、源極電極、漏極電極和笫二絕緣膜的薄膜晶體管的制造方法， 包括以下步驟在基板上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層； 對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一 絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并形成在源極電極和漏極電極與氧化物 半導(dǎo)體層之間的接觸孔；通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層中形成源極電極層和漏極電極層；通過對(duì)第 一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖并使第 一絕緣膜暴露來形成源極電 極和漏極電極；對(duì)暴露的第 一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；通過在包括氧化氣體的氣氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū) 的表面上形成第二絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻；和 在第二絕緣膜上形成柵極電極。
4、 一種在基板上至少具有柵極電極、氧化物半導(dǎo)體層、第一絕緣膜、源極電極、漏極電極和第二絕緣膜的薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟在基板上形成包括非晶氧化物的半導(dǎo)體層； 對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行構(gòu)圖；通過在不包括氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一 絕緣膜來減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；對(duì)第一絕緣膜進(jìn)行構(gòu)圖，并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；通過在包括氧化氣體的氣氛中在包括氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū) 的表面上形成第二絕緣膜來增加溝道區(qū)的電阻；在層疊的第一絕緣膜和第二絕緣膜上形成在源極電極和漏極電 極與第一絕緣膜下方的氧化物半導(dǎo)體層的電阻減小的區(qū)域之間的接通過接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層中形成源極電極層和漏極電極層 以及4冊(cè)極電極層；和通過構(gòu)圖來形成源極電極、漏極電極和柵極電極。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一個(gè)所述的薄膜晶體管的制造方 法，其中，作為包括氧化氣體的氣氛，02/Ar混合氣體被使用，其混 合比為10體積％或更多。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中，所述 非晶氧化物為包括In 、 Zn和Sn中的至少 一 個(gè)的非晶氧化物或者包括 In、 Zn和Ga的非晶氧化物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中，所述 第 一絕緣膜為非晶氧化物絕緣體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制造方法，其中，所述 第二絕緣膜為非晶氧化物絕緣體，并包含3.8xl019pCS/cm3或更多的脫 附氣體，其中通過程序升溫脫附分析將該脫附氣體作為02+和o+進(jìn)行 觀察。
9、 一種通過根據(jù)權(quán)利要求1 - 4中的任何一個(gè)所述的制造方法制 造的薄膜晶體管。
10、 一種顯示設(shè)備，其中，顯示元件的電極與根據(jù)權(quán)利要求9 所述的薄膜晶體管的源極電極或漏極電極連接。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示設(shè)備，其中，所述顯示元件為 電致發(fā)光元件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示設(shè)備，其中，所述顯示元件為 液晶單元。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任何一個(gè)所述的顯示設(shè)備，其中， 多個(gè)所述顯示元件和薄膜晶體管被二維設(shè)置在基板上。
全文摘要
基板上至少有柵極電極、柵絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體層、第一絕緣膜、源和漏極電極及第二絕緣膜的薄膜晶體管的制造方法，包括基板上形成柵極電極；柵極電極上形成柵絕緣膜；柵絕緣膜上形成含非晶氧化物的半導(dǎo)體層；構(gòu)圖柵絕緣膜；構(gòu)圖氧化物半導(dǎo)體層；在不含氧化氣體的氣氛中在氧化物半導(dǎo)體層上形成第一絕緣膜而減小氧化物半導(dǎo)體層的電阻；構(gòu)圖第一絕緣膜并在源和漏極電極與氧化物半導(dǎo)體層間形成接觸孔；經(jīng)接觸孔在氧化物半導(dǎo)體層中形成源和漏極電極層；經(jīng)接觸孔形成源和漏極電極并使第一絕緣膜暴露；構(gòu)圖暴露的第一絕緣膜并使氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)暴露；在含氧化氣體的氣氛中含氧化物半導(dǎo)體層的溝道區(qū)的表面上形成第二絕緣膜而增加溝道區(qū)的電阻。
文檔編號(hào)H01L29/66GK101681928SQ20088001742
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者大村秀之, 享 林 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社