半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
[0001]本分案申請是基于申請?zhí)枮?01010194245.4,申請日為2010年5月27日,發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法”的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種使用氧化物半導(dǎo)體制造的半導(dǎo)體裝置及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]金屬氧化物的種類繁多且用途廣泛。氧化銦為較普遍的材料,其被用作液晶顯示器等所需要的透明電極材料。
[0004]在金屬氧化物中存在呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬氧化物。作為呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬氧化物,例如有氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等,并且將這些呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬氧化物用作溝道形成區(qū)的薄膜晶體管已經(jīng)是眾所周知的(參照專利文獻(xiàn)I至4、非專利文獻(xiàn)I)。
[0005]另外,已知金屬氧化物不僅有一元氧化物還有多元氧化物。例如,作為包含In、Ga及Zn的多元氧化物,屬于同系物(homologous series)的InGaO3(ZnO)m(m:自然數(shù))是周知的(參照非專利文獻(xiàn)2至4)。
[0006]并且,已經(jīng)確認(rèn)到可以將上述那樣的由In-Ga-Zn類氧化物構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體用作薄膜晶體管的溝道層(參照專利文獻(xiàn)5、非專利文獻(xiàn)5及6)。
[0007][專利文獻(xiàn)I]日本專利申請公開昭60-198861號公報
[0008][專利文獻(xiàn)2]日本專利申請公開平8-264794號公報
[0009][專利文獻(xiàn)3]PCT國際申請日本公表平11-505377號公報
[0010][專利文獻(xiàn)4]日本專利申請公開2000-150900號公報
[0011][專利文獻(xiàn)5]日本專利申請公開2004-103957號公報
[0012][非專利文獻(xiàn) 1]M.ff.Prins, K.0.Grosse-Holz, G.Muller, J.F.M.Ci I lessen, J.B.Giesbersj R.P.Weening, and R.M.Wolf, 〃A ferroelectric transparent thin-filmtransistor〃(透明鐵電薄膜晶體管),Appl.Phys.Lett.,17 June 1996,Vol.68p.3650-3652
[0013][非專利文獻(xiàn) 2]Μ.Nakamura, N.Kimizukaj and Τ.Mohrij "The Phase Relat1nsin the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350°C 〃(In2O3-Ga2ZnO4-ZnO類在 1350°C 時的相位關(guān)系),J.Solid State Chem.,1991,Vol.93,p.298-315
[0014][非專利文獻(xiàn) 3]Ν.Kimizuka,Μ.Isobe,and Μ.Nakamura,"Synthesesand Single-Crystal Data of Homologous Compounds, In2O3 (ZnO)m (m = 3,4,and5),InGaO3 (ZnO) 3,and Ga2O3 (ZnO) m (m = 7,8,9,and 16) in the In2O3-ZnGa2O4-ZnOSystem"(同系物的合成和單晶數(shù)據(jù),In2O3-ZnGa2O4-ZnO 類的 In203 (Zn0)m(m =3,4,and 5),InGaO3 (ZnO) 3,and Ga2O3 (ZnO) m (m = 7,8,9,and 16)),J.Solid StateChem.,1995,Vol.116,p.170-178
[0015][非專利文獻(xiàn)4]中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彥、磯部光正,〃* ? 口力' ^相、InFeO3 (ZnO)mOn:自然數(shù))i子O同型化合物O合成結(jié)晶構(gòu)造〃(同系物、銦鐵鋅氧化物(InFeO3(ZnO)m) (m為自然數(shù))及其同型化合物的合成以及晶體結(jié)構(gòu)),固體物理(SOLIDSTATE PHYSICS),1993,Vol.28,N0.5,p.317-327
[0016][非專利文獻(xiàn) 5] K.Nomura, H.0hta, K.Ueda, T.Kamiya, M.Hirano, andH.Hosono, 〃Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparentoxide semiconductor"(由單晶透明氧化物半導(dǎo)體制造的薄膜晶體管),SCIENCE, 2003, Vol.300,ρ.1269-1272
[0017][非專利文獻(xiàn) 6] K.Nomura, H.0hta, A.Takagi, T.Kamiya, M.Hirano, andH.Hosono,〃Room-temperature fabricat1n of transparent flexible thin-filmtransistors using amorphous oxide semiconductors〃(在室溫下制造使用非晶氧化物半導(dǎo)體的透明柔性薄膜晶體管),NATURE, 2004, Vol.432 p.488-492
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018]本發(fā)明的目的之一在于制造一種具有電特性穩(wěn)定的薄膜晶體管的可靠性高的半導(dǎo)體裝置而提供。
[0019]一種包括作為具有溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體層使用氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法,其中在形成氧化物半導(dǎo)體層之后,在氮?dú)夥障逻M(jìn)行加熱處理,并且以接觸于在受到加熱處理的氧化物半導(dǎo)體層中的重疊于柵電極層的區(qū)域的方式形成通過濺射法形成的氧化硅膜。
[0020]在氮?dú)夥障聦ρ趸锇雽?dǎo)體層進(jìn)行加熱處理來將該氧化物半導(dǎo)體層低電阻化(導(dǎo)電率提高,導(dǎo)電率優(yōu)選是I X 10_1s/cm以上且I X 102S/cm以下),以可以形成被低電阻化的氧化物半導(dǎo)體層。另一方面,當(dāng)通過濺射法接觸于被低電阻化的氧化物半導(dǎo)體層地形成氧化硅膜時,將在被低電阻化的氧化物半導(dǎo)體層中的至少接觸于氧化硅膜的區(qū)域高電阻化(導(dǎo)電率降低),從而可以形成高電阻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域。
[0021]在本說明書中:將形成膜時的氧化物半導(dǎo)體層也稱為第一氧化物半導(dǎo)體層;將在氮?dú)夥障录訜岬谝谎趸锇雽?dǎo)體層來被低電阻化的氧化物半導(dǎo)體層稱為第二氧化物半導(dǎo)體層;將通過濺射法接觸于第二氧化物半導(dǎo)體層地形成氧化硅膜,并具有在第二氧化物半導(dǎo)體層中的接觸于氧化硅膜的區(qū)域作為與第二氧化物半導(dǎo)體層相比高電阻的區(qū)域的氧化物半導(dǎo)體層稱為第三氧化物半導(dǎo)體層。在本說明書中,第二氧化物半導(dǎo)體層的電阻低于第一氧化物半導(dǎo)體層的電阻,并且第三氧化物半導(dǎo)體層的被高電阻化的區(qū)域的電阻高于第二氧化物半導(dǎo)體層的電阻。因此,既可以第一氧化物半導(dǎo)體層的電阻比第三氧化物半導(dǎo)體層的被高電阻化的區(qū)域的電阻高,又可以第三氧化物半導(dǎo)體層的被高電阻化的區(qū)域的電阻比第一氧化物半導(dǎo)體層的電阻高(可以有任一種情況)。
[0022]通過將高電阻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域用作溝道形成區(qū),使薄膜晶體管的電特性穩(wěn)定化,從而可以防止截止電流的增加等。
[0023]優(yōu)選以200°C以上的溫度進(jìn)行氮?dú)夥障碌膶ρ趸锇雽?dǎo)體層的加熱處理。氮?dú)夥障碌膶ρ趸锇雽?dǎo)體層的加熱處理也可以進(jìn)行在形成源電極層及漏電極層之后。
[0024]另外,可以在稀有氣體(典型地是氬)氣氛下、氧氣氛下或者稀有氣體(典型地是氬)和氧氣氛下通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體層。
[0025]氧化硅膜也用作薄膜晶體管的保護(hù)絕緣層??梢栽谙∮袣怏w(典型地是氬)氣氛下、氧氣氛下或者稀有氣體(典型地是氬)和氧氣氛下通過濺射法形成氧化硅膜。
[0026]在形成成為保護(hù)絕緣層的氧化硅膜之后,也可以在氮?dú)夥障禄虼髿鈿夥障?大氣中)對薄膜晶體管進(jìn)行加熱處理(溫度優(yōu)選是300°C以下)。通過進(jìn)行該加熱處理,可以減少薄膜晶體管的電特性的不均勻。
[0027]因此,可以制造包括電特性良好且可靠性高的薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置而提供。
[0028]作為氧化物半導(dǎo)體層,使用具有半導(dǎo)體特性的氧化物材料即可。例如,可以使用具有表示為InMO3 (ZnO)m(m>0)的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體,特別優(yōu)選使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體。另外,M表不選自鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、猛(Mn)及鈷(Co)中的一種金屬兀素或多種金屬元素。例如,作為M,除了有包含Ga的情況之外,還有包含Ga和Ni或Ga和Fe等的Ga以外的上述金屬元素的情況。此外,在上述氧化物半導(dǎo)體中,有不僅包含作為M的金屬元素,而且還包含作為雜質(zhì)元素的Fe、Ni等其他過渡金屬元素或該過渡金屬的氧化物的氧化物半導(dǎo)體。在本說明書中,在具有表示為InMO3(ZnO)ni(IiiX))的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體中,將具有作為M至少包含Ga的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體稱為In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體,并且將該薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
[0029]另外,作為應(yīng)用于氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體,除了可以使用上述材料之外,還可以使用 In-Sn-Zn-O 類、In-Al-Zn-O 類、Sn-Ga-Zn-O 類、Al-Ga-Zn-O 類、Sn-Al-Zn-O 類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導(dǎo)體。另外,還可以使上述氧化物半導(dǎo)體層包含氧化硅。
[0030]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體層;在氮?dú)夥障录訜嵫趸锇雽?dǎo)體層;在被加熱的氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層;通過濺射法在柵極絕緣層、被加熱的氧化物半導(dǎo)體層、源電極層以及漏電極層上形成接觸于被加熱的氧化物半導(dǎo)體層的一部分的氧化硅膜。
[0031]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體層;在氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極層及漏電極層;在氮?dú)夥障录訜嵫趸锇雽?dǎo)體層和源電極層及漏電極層;通過濺射法在柵極絕緣層、被加熱的氧化物半導(dǎo)體層、源電極層以及漏電極層上形成接觸于被加熱的氧化物半導(dǎo)體層的一部分的氧化硅膜。
[0032]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成源電極層及漏電極層;在源電極層及漏電極層上形成氧化物半導(dǎo)體層;在氮?dú)夥障录訜嵫趸锇雽?dǎo)體層;通過濺射法在柵極絕緣層、源電極層、漏電極層以及被加熱的氧化物半導(dǎo)體層上形成接觸于被加熱的氧化物半導(dǎo)體層的氧化硅膜。
[0033]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成第一氧化物半導(dǎo)體層;在氮?dú)夥障录訜岬谝谎趸锇雽?dǎo)體層來將該第一氧化物半導(dǎo)體層低電阻化;在被低電阻化的第二氧化物半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電膜;對導(dǎo)電膜選擇性地進(jìn)行蝕刻,使重疊于柵電極層的第二氧化物半導(dǎo)體層的一部分露出,并且形成源電極層及漏電極層;通過濺射法在第二氧化物半導(dǎo)體層、源電極層及漏電極層上形成氧化硅膜,使第二氧化物半導(dǎo)體層的接觸于氧化硅膜的區(qū)域的電阻高于第二氧化物半導(dǎo)體層的電阻。
[0034]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成第一氧化物半導(dǎo)體層;在第一氧化物半導(dǎo)體層上形成導(dǎo)電膜;對導(dǎo)電膜選擇性地進(jìn)行蝕刻,使重疊于柵電極層的第一氧化物半導(dǎo)體層的一部分露出,并且形成源電極層及漏電極層;在氮?dú)夥障录訜岬谝谎趸锇雽?dǎo)體層、源電極層及漏電極層來將第一氧化物半導(dǎo)體層低電阻化;通過濺射法在被低電阻化的第二氧化物半導(dǎo)體層、源電極層及漏電極層上形成氧化硅膜,使第二氧化物半導(dǎo)體層的接觸于氧化硅膜的區(qū)域的電阻高于第二氧化物半導(dǎo)體層的電阻。
[0035]本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個方式是:在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極層;在柵電極層上形成柵極絕緣層;在柵極絕緣層上形成導(dǎo)電膜;對導(dǎo)電膜選擇性地進(jìn)行蝕刻來形成源電極層及漏電極層;在源電極層及漏電極層上形成第一氧化物半導(dǎo)體層;在氮?dú)夥障录訜岬谝谎趸锇雽?dǎo)體層來將該第一氧化物半導(dǎo)體層低電阻化;通過濺射法在被低電阻化的第二氧化物半導(dǎo)體層上形成氧化硅膜,使第二氧化物半導(dǎo)體層的接觸于氧化硅膜的區(qū)域的電阻高于第二氧化物半導(dǎo)體層的電阻。
[0036]因?yàn)殪o電等容易損壞薄膜晶體管,所以優(yōu)選在與柵極線或源極線相同的襯底上設(shè)置用來保護(hù)驅(qū)動電路的保護(hù)電路。保護(hù)電路優(yōu)選采用使用氧化物半導(dǎo)體的非線性元件構(gòu)成。
[0037]注意,為方便起見而使用諸如“第一”、“第二”之類的序數(shù),該序數(shù)不表示工序的順序或?qū)盈B的順序。另外,其在本說明書中不表示特定發(fā)明的事項(xiàng)的固有名稱。
[0038]另外,作為包括驅(qū)動電路的顯示裝置,除了可以舉出液晶顯示裝置之外,還可以舉出使用發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置、使用電泳顯示元件的也稱為電子紙的顯示裝置。
[0039]在使用發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置中,在像素部中包括多個薄膜晶體管,而且在像素部中也有連接某個薄膜晶體管的柵電極與另一個晶體管的源極布線或漏極布線的部分。此外,在使用發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置的驅(qū)動電路中有連接薄膜晶體管的柵電極與該薄膜晶體管的源極布線或漏極布線的部分。
[0040]另外,在本說明書中,半導(dǎo)體裝置是指通過利用半導(dǎo)體特性而能夠發(fā)揮其功能的所有裝置,因此光電裝置、半導(dǎo)體電路及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
[0041]可以制造具有穩(wěn)定的電特性的薄膜晶體管而提供。因此,可以提供包括電特性良好且可靠性高的薄膜晶體管的半導(dǎo)體裝置。
【附圖說明】
[0042]圖1A至圖1D是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖;
[0043]圖2A和圖2B是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0044]圖3A至圖3D是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖;
[0045]圖4A和圖4B是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0046]圖5A至圖是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖;
[0047]圖6A至圖6C是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖;
[0048]圖7是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0049]圖8A-1、圖8A-2、圖8B-1、圖8B-2是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0050]圖9是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0051]圖10A-1、圖10A-2、圖1OB是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0052]圖1lA和圖1lB是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0053]圖12是說明半導(dǎo)體裝置的像素等效電路的圖;
[0054]圖13A至圖13C是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0055]圖14A和圖14B是說明半導(dǎo)體裝置的框圖的圖;
[0056]圖15是說明信號線驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)的圖;
[0057]圖16是說明信號線驅(qū)動電路的工作的時序圖;
[0058]圖17是說明信號線驅(qū)動電路的工作的時序圖;
[0059]圖18是說明移位寄存器的結(jié)構(gòu)的圖;
[0060]圖19是說明圖18所示的觸發(fā)器的連接結(jié)構(gòu)的圖;
[0061]圖20是說明半導(dǎo)體裝置的圖;
[0062]圖21A和圖21B是說明電子紙的使用方式的例子的圖;
[0063]圖22是示出電子書閱讀器的一例的外觀圖;
[0064]圖23A和圖23B是說明電視裝置及數(shù)碼相框的例子的外觀圖;
[0065]圖24A和圖24B是示出游戲機(jī)的例子的外觀圖;
[0066]圖25A和圖25B是示出計(jì)算機(jī)以及移動電話機(jī)的一例的外觀圖;
[0067]圖26A至圖26D是示出薄膜晶體管的電特性評價的結(jié)果的圖;
[0068]圖27A至圖27D是示出薄膜晶體管的電特性評價的結(jié)果的圖;
[0069]圖28A至圖28D是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0070]使用附圖詳細(xì)地說明實(shí)施方式。但是,本發(fā)明不局限于以下的說明,本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠容易地理解,其方式和細(xì)節(jié)可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的條件下作各種各樣的變換。因此,所公開的發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于以下所示的實(shí)施方式的記載內(nèi)容。在以下說明的結(jié)構(gòu)中,在不同附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部分或具有相同功能的部分,而省略重復(fù)說明。
[0071]實(shí)施方式I
[0072]參照圖1A至圖2B和圖28A至圖28D說明半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0073]圖2A是半導(dǎo)體裝置所具有的薄膜晶體管470的平面圖,而圖2B是沿著圖2A的線C1-C2的截面圖。薄膜晶體管470是反交錯型薄膜晶體管,并在具有絕緣表面的襯底400上包括柵電極層401、柵極絕緣層402、半導(dǎo)體層403及源電極層或漏電極層405a、405b。另夕卜,覆蓋薄膜晶體管470地設(shè)置有接觸于半導(dǎo)體層403的絕緣膜407。
[0074]在半導(dǎo)體層403中,至少接觸于絕緣膜407的區(qū)域是高電阻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域,并且可以將該高電阻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域用作溝道形成區(qū)。
[0075]通過將高電阻氧化物半導(dǎo)體區(qū)域用作溝道形成區(qū),薄膜晶體管的電特性穩(wěn)定化,而可以防止截止電流的增加等。
[0076]另外,與作為氧化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層403接觸的源電極層或漏電極層405a、405b優(yōu)選使用含有高氧親和性的金屬的材料。上述高氧親和性的金屬優(yōu)選為選自鈦、鋁、錳、鎂、鋯、鈹、釷中的一種或多種的材料。當(dāng)使半導(dǎo)體層403與高氧親和性的金屬層接觸地進(jìn)行熱處理時,氧原子從半導(dǎo)體層403移動到金屬層,從而在界面附近載流子密度增高以形成低電阻區(qū)域。因此,可以在薄膜晶體管470中使接觸電阻低并使導(dǎo)通電流高。該低電阻區(qū)域也可以是具有界面的膜狀。
[0077]如上所述,可以制造包括電特性良好且可靠性高的薄膜晶體管470的半導(dǎo)體裝置而提供。
[0078]作為包括溝道形成區(qū)的半導(dǎo)體層403,使用具有半導(dǎo)體特性的氧化物材料即可。例如,可以使用具有表示為InMO3(ZnO)mOii > O)的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體,特別優(yōu)選使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體。另外,M表示選自鎵(Ga)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、錳(Mn)和鈷(Co)中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如,作為M,除了有包含Ga的情況之外,還有包含Ga和Ni或Ga和Fe等的Ga以外的上述金屬元素的情況。此外,在上述氧化物半導(dǎo)體中,有除了包含作為M的金屬元素的情況之外,還有包含諸如Fe或Ni等的其他過渡金屬元素或者該過渡金屬的氧化物作為雜質(zhì)元素的情況。在本說明書中,將在具有表示為InMO3(ZnO)m(m > O)的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體中的具有作為M至少包含Ga的結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體稱為In-Ga-Zn-O類氧化物半導(dǎo)體,并且將該薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
[0079]另外,作為用于氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體,除了可以使用上述材料之外,還可以使用 In-Sn-Zn-O 類、In-Al-Zn-O 類、Sn-Ga-Zn-O 類、Al-Ga-Zn-O 類、Sn-Al-Zn-O 類、In-Zn-O類、Sn-Zn-O類、Al-Zn-O類、In-O類、Sn-O類、Zn-O類的氧化物半導(dǎo)體。另外,還可以使上述氧化物半導(dǎo)體包含氧化硅。
當(dāng)前第1頁
1 
2 
3 
4 
5 
6