半導體裝置及其制造方法

半導體裝置及其制造方法
【專利摘要】半導體裝置(100A)具有：基板(2)；在基板(2)上形成的柵極電極(3)；在柵極電極(3)上形成的柵極絕緣層(4)；在柵極絕緣層(4)上形成的氧化物半導體層(5)；與氧化物半導體層(5)電連接的源極電極(6s)和漏極電極(6d)；與漏極電極(6d)電連接的第一透明電極(7)；在源極電極(6s)和漏極電極(6d)上形成的層間絕緣層(8a)；和在層間絕緣層(8a)上形成的第二透明電極(9)，第二透明電極(9)的至少一部分隔著層間絕緣層(8a)與第一透明電極(7)重疊，氧化物半導體層(5)和第一透明電極(7)由相同的氧化物膜形成。
【專利說明】半導體裝置及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及使用氧化物半導體形成的半導體裝置及其制造方法，特別涉及液晶顯示裝置和有機EL顯示裝置的有源矩陣基板及其制造方法。此處，半導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】
[0002]液晶顯示裝置等所使用的有源矩陣基板按每個像素具備薄膜晶體管(Thin FilmTransistor:以下稱為“TFT”)等開關元件。具備TFT作為開關元件的有源矩陣基板被稱為TFT基板。
[0003]作為TFT，歷來廣泛使用以非晶硅膜為活性層的TFT (以下稱為“非晶硅TFT”)和以多晶硅膜為活性層的TFT(以下稱為“多晶硅TFT”)。
[0004]近年來，作為TFT的活性層的材料，提出了使用氧化物半導體代替非晶硅和多晶硅的技術。將這種TFT稱為“氧化物半導體TFT”。氧化物半導體具有比非晶硅高的遷移率。因此，與非晶硅TFT相比，氧化物半導體TFT能夠高速地進行動作。此外，氧化物半導體膜能夠通過比多晶硅膜簡便的工藝形成。
[0005]專利文獻I中公開了具備氧化物半導體TFT的TFT基板的制造方法。根據專利文獻I中記載的制造方法，使氧化物半導體膜的一部分低電阻化而形成像素電極，由此能夠削減TFT基板的制造工序數。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2011-91279號公報


【發明內容】

[0009]發明要解決的技術問題
[0010]伴隨著近年來的液晶顯示裝置等的高分辨率化，需要在同一基板上形成有助于顯示的像素用的TFT和對像素用的TFT進行驅動的驅動電路。通常像素用的TFT形成在顯示區域，驅動電路形成在位于顯示區域的周邊的驅動電路區域。
[0011]根據本發明的發明人的研究，發現在專利文獻I所公開的制造方法中，存在無助于顯示的例如驅動電路區域的面積不必要地增大的情況。
[0012]于是，本發明的一個方式的主要目的在于，提供能夠以簡便的工藝制造，無助于顯示的區域狹小化的TFT基板及其制造方法。
[0013]解決技術問題的技術手段
[0014]本發明的實施方式的半導體裝置是具有基板和在所述基板上形成的薄膜晶體管的半導體裝置，該半導體裝置的特征在于:所述薄膜晶體管具有:在所述基板上形成的柵極電極；在所述柵極電極上形成的柵極絕緣層；在所述柵極絕緣層上形成的氧化物半導體層；和與所述氧化物半導體層電連接的源極電極和漏極電極，所述半導體裝置還具有--與所述柵極電極由相同的導電膜形成的柵極連接層；與所述源極電極由相同的導電膜形成的源極連接層；與所述漏極電極電連接的第一透明電極；在所述源極電極和所述漏極電極上形成的層間絕緣層；在所述層間絕緣層上形成的第二透明電極；和與所述第二透明電極由相同的導電膜形成的透明連接層，所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接，所述氧化物半導體層和所述第一透明電極由相同的氧化物膜形成。
[0015]在某實施方式中，在所述柵極連接層上形成所述柵極絕緣層，所述源極連接層與由所述氧化物膜形成的氧化物層的上表面接觸，在所述柵極絕緣層和所述層間絕緣層形成有在從所述基板的法線方向看時與所述柵極連接層重疊的接觸孔，所述源極連接層和所述氧化物層的一部分在所述接觸孔內接觸，所述氧化物層中的在所述接觸孔內與所述透明連接層接觸的部分的電阻小于所述氧化物半導體層的電阻。
[0016]在某實施方式中，在所述柵極連接層上形成有所述源極連接層的端部。
[0017]在某實施方式中，所述第二透明電極隔著所述層間絕緣層與所述第一透明電極重疊。
[0018]在某實施方式中，所述氧化物膜包含In、Ga和Zn。
[0019]在某實施方式中，所述第一透明電極以比所述氧化物半導體層高的濃度包含雜質，所述層間絕緣層中的位于所述第一透明電極上的部分以比其他部分高的濃度包含雜質。
[0020]本發明的實施方式的半導體裝置的制造方法包含:工序(a)，準備基板；工序(b)，在基板上，由第一導電膜形成柵極電極和柵極連接層；工序(C)，在所述柵極電極和柵極連接層上形成柵極絕緣層；和工序(d)，在所述柵極絕緣層上形成氧化物半導體膜；工序(e)，在所述氧化物半導體膜上形成第二導電膜，將所述氧化物半導體膜和所述第二導電膜圖案化，由此，由所述氧化物半導體膜形成相互分離的第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜，由所述第二導電膜形成源極電極、漏極電極和源極連接層，所述源極電極和所述漏極電極形成在所述第一氧化物半導體膜上，所述源極連接層形成在所述第二氧化物半導體膜上；工序(f)，在形成保護所述第一氧化物半導體膜的溝道區域的保護層后，進行使所述第一氧化物半導體膜的一部分低電阻化的低電阻化處理而形成第一透明電極，所述第一氧化物半導體膜中的沒有被低電阻化的部分成為氧化物半導體層；工序(g)，在所述源極電極和所述漏極電極上形成層間絕緣層；和工序(h)，在所述層間絕緣層上由透明導電膜形成第二透明電極和透明連接層，所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接。
[0021]在某實施方式中，所述工序(g)包含工序(gl)，形成在從基板的法線方向看時與所述柵極連接層重疊的接觸孔，所述源極連接層的至少一部分位于所述接觸孔內，在所述接觸孔內，所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接。
[0022]在某實施方式中，所述氧化物半導體膜包含In、Ga和Zn。
[0023]發明效果
[0024]根據本發明的實施方式，能夠提供能以簡便的工藝制造，無助于顯示的區域狹小化的TFT基板及其制造方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1中，(a)是本發明的實施方式中的TFT基板10A的示意性俯視圖，(b)是沿著(a)中的A-A’線的TFT基板100A的示意性剖視圖。
[0026]圖2中，(a)是柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的示意性俯視圖，(b)是沿著圖2(a)中的B-B’線的示意性剖視圖，(c)是TFT基板100A的示意性俯視圖。
[0027]圖3中，(a)?(C)是柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的變形例的示意性俯視圖。
[0028]圖4中，(a)?(h)是說明本發明的實施方式中的TFT基板100A的制造方法的示意性剖視圖。
[0029]圖5中，(a)?(f)是說明TFT基板100A的制造方法的示意性剖視圖。
[0030]圖6中，(a)?(C)是說明本發明的另一實施方式中的TFT基板100A的變形例的制造方法的示意性剖視圖。
[0031]圖7中，(a)?(C)是說明本發明的另一實施方式中的TFT基板100A的變形例的制造方法的示意性剖視圖。
[0032]圖8中，(a)?(C)是說明本發明的又一實施方式中的TFT基板100A的變形例的制造工序的示意性剖視圖。
[0033]圖9中，(a)是說明比較例的柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的示意性俯視圖，(b)是沿著圖9(a)中的B-B’線的示意性剖視圖。
[0034]圖10中，(a)是說明另一比較例的柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的示意性俯視圖，(b)是沿著圖10(a)中的B-B’線的示意性剖視圖。

【具體實施方式】
[0035]以下，參照附圖對本發明的第一實施方式的半導體裝置進行說明。本實施方式的半導體裝置具備具有由氧化物半導體構成的活性層的薄膜晶體管(氧化物半導體TFT)。另夕卜，本實施方式的半導體裝置只要具備氧化物半導體TFT即可，廣泛地包括有源矩陣基板、各種顯示裝置、電子設備等。
[0036]此處，以液晶顯示裝置中使用的氧化物半導體TFT為例對本發明的實施方式的半導體裝置進行說明。另外，以下說明的半導體裝置具有與國際申請PCT/JP2013/051422號中公開的半導體裝置相同的部分，因而將國際申請PCT/JP2013/051422號的全部公開內容援引至本申請說明書中。
[0037]圖1 (a)和圖2 (C)是本實施方式的TFT基板100A的示意性俯視圖，圖1 (b)是沿著圖1(a)中的A-A’線的半導體裝置(TFT基板)100A的示意性剖視圖。圖2 (a)是TFT基板100A的柵極連接層3a與源極連接層6a的連接結構的示意性俯視圖，圖2 (b)是圖2(a)的B-B’線的示意性剖視圖。
[0038]如圖1 (a)和圖1 (b)所不,TFT基板100A具有:基板2 ;和在基板2上形成的薄月旲晶體管(TFT) 1A0 TFTlOA具有:形成在基板2上的柵極電極3 ;在柵極電極3上形成的柵極絕緣層4 ;在柵極絕緣層4上形成的氧化物半導體層5 ;以及與氧化物半導體層5電連接的源極電極6s和漏極電極6d。TFT基板100A還具有:與柵極電極3由相同的導電膜形成的柵極連接層3a ;與源極電極6s由相同的導電膜形成的源極連接層6a ;與漏極電極6d電連接的透明電極7 ;在源極電極6s和漏極電極6d上形成的層間絕緣層8a ;在層間絕緣層8a上形成的透明電極9 ;和與透明電極9由相同的導電膜形成的透明連接層9a。源極連接層6a經由透明連接層9a與柵極連接層3a電連接，氧化物半導體層5和透明電極7由相同的氧化物膜形成。氧化物膜可以包含In、Ga和Zn。
[0039]進一步，如圖2(a)和圖2(b)所示，優選在TFT基板100A中，在柵極連接層3a上形成有柵極絕緣層4，源極連接層6a與由氧化物膜形成的氧化物層5b’ (有時稱為氧化物半導體膜5b’ )的上表面接觸，在柵極絕緣層4和層間絕緣層8a形成有從基板2的法線方向看時與柵極連接層3a重疊的接觸孔CH。進一步，優選源極連接層6a和氧化物層5b’的一部分在接觸孔CH內接觸，氧化物層5b’中的在接觸孔CH內與透明連接層9a接觸的部分的電阻小于氧化物半導體層5的電阻。
[0040]如圖2(c)所示，TFT基板100A具有位于顯示區域110和顯示區域110的周邊的驅動電路區域120。在顯示區域110形成有TFT10A，柵極連接層3a、源極連接層6a和透明連接層9a形成在驅動電路區域120。驅動電路區域120不是有助于顯示的區域，因此優選驅動電路區域120的面積小。
[0041]在TFT基板100A中，能夠使無助于顯示的驅動電路區域120的面積減小，因而能夠使有助于顯示的顯示區域110的面積增大相應的量。
[0042]參照圖9和圖10說明其理由。圖9(a)和圖10(a)分別是比較例的柵極連接層3a與源極連接層6a的連接部分的示意性俯視圖。圖9(b)和圖10(b)分別是沿著圖9(a)和圖10(a)的B-B’線的示意性剖視圖。其中，對于與TFT基板100A相同的構成要素標注相同的參照標記，避免重復說明。
[0043]在圖9 (a)和圖9 (b)所示的比較例中，與TFT基板100A不同，從基板2的法線方向看時，柵極連接層3a與源極連接層6a不具有重疊的部分。因此，在將柵極連接層3a與源極連接層6a電連接的情況下，形成使各個連接層3a和6a的一部分露出的接觸孔CHl和CH2后，形成透明連接層9a，使柵極連接層3a和源極連接層6a電連接。在該例子中，需要形成2處接觸孔CHl和CH2，無助于顯示的驅動電路區域120的面積增大相應的量。
[0044]另一方面，在圖2(a)和圖2(b)所示的TFT基板100A中，經在I處形成的接觸孔CH,能夠將柵極連接層3a與源極連接層6a電連接，不需要形成多個接觸孔，因此能夠防止驅動電路區域120的面積的增大化。
[0045]進一步，在圖10(a)和圖10(b)所示的比較例中，在柵極絕緣層4的一部分形成開口部4u使柵極連接層3a的一部分露出后，在開口部4u內使柵極連接層3a與源極連接層6a電連接。在該例子中，僅在一處形成開口部4u即可，能夠防止驅動電路區域120的面積的增大化。但是，需要用于形成開口部4u的光掩模，因此相應地制造工藝變得復雜，制造成本增大。
[0046]基于以上內容，TFT基板100A與圖9和圖10所示的比較例相比，能夠在實現無助于顯示的區域的狹小化的同時，以簡便且制造成本不增大的方法來進行制造。
[0047]此外，如圖3(a)?圖3(c)所示，柵極連接層3a與源極連接層6a的連接能夠進行各種變形。圖3(a)?圖3(c)是柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的示意性俯視圖。
[0048]例如，如圖3 (a)所示，源極連接層6a在柵極連接層3a上可以具有形成為L字狀的部分。進一步，如圖3(b)所示，源極連接層6a的端部可以位于柵極連接層3a上。進一步，如圖3(c)，可以以在柵極連接層3a上存在形成為配線狀的源極連接層6a的一部分的方式形成源極連接層6a。在圖3(a)?圖3(c)所示的例子中均是在柵極連接層3a與源極連接層6a重疊的部分形成透明連接層9a，柵極連接層3a經由透明連接層9a與源極連接層6a電連接。
[0049]進一步，如圖1(b)所示，在TFT基板100A中，透明電極9的至少一部分隔著層間絕緣層8a與透明電極7重疊，由此形成輔助電容。從而，因為TFT基板100A所具有的輔助電容是透明的(使可見光透射)，所以不使開口率下降。因此，與現有技術那樣具備具有使用金屬膜(柵極金屬層或源極金屬層)形成的不透明的電極的輔助電容的TFT基板相比，TFT基板100A能夠具有高開口率。此外，因為開口率不因輔助電容而下降，所以還能夠獲得能根據需要使輔助電容的電容值(輔助電容的面積)變大的優點。
[0050]進一步，優選在透明電極7上形成漏極電極6d，并且透明電極7與漏極電極6d直接接觸。采用這樣的結構，能夠將透明電極7形成至漏極電極6d的大致端部，因此，TFT基板100A能夠具有比專利文獻I中記載的TFT基板高的開口率。
[0051]在TFT基板100A中，在層間絕緣層8a、源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a上形成有保護層Sb。保護層Sb的一部與氧化物半導體層5的溝道區域接觸。也存在不形成保護層8b的情況。
[0052]接著，詳細說明TFT基板100A的各構成要素。
[0053]基板2典型的是透明基板，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化性樹脂或熱可塑性樹脂形成的基板，進一步包括這些樹脂與無機纖維(例如玻璃纖維、玻璃纖維的無紡布)的復合基板。作為具有耐熱性的樹脂材料，能夠例示聚對苯二甲酸乙二醇酯(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。此外，在用于反射型液晶顯示裝置的情況下，作為基板2還能夠使用娃基板。
[0054]柵極電極3與柵極配線3’電連接。柵極電極3、柵極連接層3a和柵極配線3’具有例如上層為W(鎢)層、下層為TaN(氮化鉭)層的層疊結構。除此之外，柵極電極3、柵極連接層3a和柵極配線3’既可以具有由Mo (鑰)/Al (鋁)/Mo形成的層疊結構，也可以具有單層結構、2層結構、4層以上的層疊結構。進一步，柵極電極3、柵極連接層3a和柵極配線3’可以由選自Cu (銅)、Al、Cr (鉻)、Ta(鉭)、Ti (鈦)、Mo和W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、柵極連接層3a和柵極配線3’各自的厚度優選為大約50nm以上600nm以下。柵極電極3、柵極連接層3a和柵極配線3’各自的厚度為例如大約420nm。
[0055]柵極絕緣層4例如具有下層柵極絕緣層和上層柵極絕緣層。上層柵極絕緣層優選包含氧化物絕緣層，氧化物絕緣層優選與氧化物半導體層5直接接觸。當氧化物絕緣層與氧化物半導體層5直接接觸時，氧化物絕緣層所包含的氧被供給至氧化物半導體層5，能夠防止氧化物半導體層5的氧缺損導致的半導體特性的劣化。上層柵極絕緣層例如為S12(氧化硅)層。下層柵極絕緣層例如為SiNx(氮化硅)層。在本實施方式中，下層柵極絕緣層的厚度例如為大約325nm，上層柵極絕緣層的厚度為大約50nm，柵極絕緣層4的厚度為大約375nm。此外，作為柵極絕緣層4，例如能夠使用由S12 (氧化硅)、SiNx (氮化硅)、S1xNy (氧化氮化娃,X > y)、SiNxOy (氮化氧化娃,x > y)、Al2O3 (氧化招)或氧化鉭(Ta2O5)形成的單層或疊層。柵極絕緣層4的厚度例如為大約50nm以上600nm以下。另外，為了防止來自基板2的雜質等的擴散，優選下層柵極絕緣層由SiNx或SiNxOy (氮化氧化硅，X > y)形成。從防止氧化物半導體層5的半導體特性劣化的觀點出發，優選上層柵極絕緣層由S12或S1xNy(氧化氮化硅，x>y)形成。進一步，為了以較低的溫度形成柵極泄漏電流少的致密的柵極絕緣層4，一邊使用Ar (氬)等稀有氣體一邊形成柵極絕緣層4即可。
[0056]氧化物半導體層5是以例如1:1:1的比例包含In (銦)、Ga (鎵)和Zn (鋅)的In-Ga-Zn-O類半導體層(以下，簡稱為“ In-Ga-Zn-O類半導體層”)。In、Ga和Zn的比例能夠適當選擇。可以代替In-Ga-Zn-O類半導體膜，使用其他氧化物半導體膜形成氧化物半導體層5。可以使用例如Zn-O類半導體(ZnO)膜、In-Zn-O類半導體(ΙΖ0(注冊商標))膜、Zn-T1-O類半導體(ZTO)膜、Cd-Ge-O類半導體膜、Cd-Pb-O類半導體膜、CdO (氧化鎘)、Mg-Zn-O類半導體膜等。進一步，作為氧化物半導體層5，能夠使用添加了 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元素的非晶質(無定形)狀態、多晶狀態或非晶狀態與多晶狀態混合存在的微晶狀態的ZnO，或者沒有添加任何雜質元素的ZnO。氧化物半導體層5的厚度例如優選為大約30nm以上10nm以下。氧化物半導體層5的厚度例如為大約50nm。
[0057]源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a例如具有由Ti/Al/Ti形成的層疊結構。此外，源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a可以具有由Mo/Al/Mo形成的層疊結構，也可以具有單層結構、2層結構或4層以上的層疊結構。進一步，源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a可以由選自Al、Cr、Ta、T1、Mo和W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。源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a的厚度優選分別為大約50nm以上600nm以下。源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a的厚度例如為大約350nmo
[0058]層間絕緣層8a由例如SiNx形成。層間絕緣層8a在透明電極7與透明電極9之間，從而形成輔助電容。像這樣，如果由透明電極7和9以及透明的層間絕緣層8a形成輔助電容，則在顯示面板使用TFT基板100A時，能夠制造具有高開口率的顯示面板。層間絕緣層8a的厚度為例如大約10nm以上500nm以下(在本實施方式中，層間絕緣層8a的厚度為大約200nm)。除此之外，層間絕緣層8a例如能夠由S1xNy (氧化氮化硅，x > y)、SiNxOy (氮化氧化硅，X > y)> Al2O3 (氧化鋁)或Ta2O5 (氧化鉭)形成。
[0059]保護層Sb以與氧化物半導體層5的溝道區域接觸的方式形成。優選保護層Sb由絕緣氧化物(例如S12)形成。當保護層8b由絕緣氧化物形成時，能夠如上所述防止氧化物半導體層5的氧缺損導致的半導體特性的劣化。除此之外，保護層8b例如能夠由S1N(氧化氮化娃、氮化氧化娃)、A1203或Ta2O5形成。保護層8b的厚度例如為大約50nm以上300nm以下(在本實施方式中，保護層8b的厚度為大約150nm)。
[0060]透明電極7例如由In-Ga-Zn-O類氧化物形成。透明電極7與氧化物半導體層5由相同的透明的氧化物膜(例如In-Ga-Zn-O類氧化物膜)形成，詳細情況將在后面敘述。當透明電極7和氧化物半導體層5由相同的氧化物膜形成時，能夠簡化制造工藝，能夠削減制造成本。優選透明電極7的厚度例如為大約20nm以上200nm以下。透明電極7的厚度例如為大約50nm。
[0061]還存在以下情況:透明電極7以比氧化物半導體層5高的濃度包含P型雜質(例如，BUI))或η型雜質(例如，P(磷))，層間絕緣層8a中位于透明電極7上的部分以比其他部分高的濃度含有P型雜質或η型雜質，詳細后述。
[0062]透明電極9由透明導電膜(例如ITO (Indium Tin Oxide:銦錫氧化物)或IZO膜)形成。優選透明電極9的厚度例如為20nm以上200nm以下。透明電極9的厚度例如為大約 10nm。
[0063]TFT基板100A例如被用于Fringe Field Switching (邊緣場開關)(FFS)模式的液晶顯示裝置。此時，將下層的透明電極7用作像素電極(被供給顯示信號電壓)，將上層的透明電極9用作共用電極(被供給共用電壓或對置電壓)。在透明電極9至少設置有I個以上的狹縫。
[0064]接著，說明TFT基板100A的制造方法。
[0065]本發明的實施方式中的TFT基板100A的制造方法包括:準備基板2的工序(a)；在基板2上由第一導電膜形成柵極電極3和柵極連接層3a的工序(b);在柵極電極3和柵極連接層3a上形成柵極絕緣層4的工序(c);和在柵極絕緣層4上形成氧化物半導體膜5’的工序(d)。進一步，TFT基板100A的制造方法包含工序(e)，在氧化物半導體膜5’上形成第二導電膜，將氧化物半導體膜5’和第二導電膜圖案化，由此，由氧化物半導體膜5’形成彼此分離的第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’，由第二導電膜形成源極電極6s、漏極電極6d和源極連接層6a,源極電極6s和漏極電極6d形成在第一氧化物半導體膜5a’上，源極連接層6a形成在第二氧化物半導體膜5b’上。進一步，TFT基板100A的制造方法包含:工序(f)，形成保護第一氧化物半導體膜5a’的溝道區域的保護層8后，進行使第一氧化物半導體膜5a’的一部分低電阻化的低電阻化處理而形成透明電極7，第一氧化物半導體膜5a’中沒有被低電阻化的部分成為氧化物半導體層5 ;工序(g)，在源極電極6s和漏極電極6d上形成層間絕緣層8a ;和工序(h)，在層間絕緣層8a上由透明導電膜形成透明電極9和透明連接層9a，源極連接層6a經由透明連接層9a與柵極連接層3a電連接。
[0066]工序(g)優選包含形成從基板2的法線方向看時與柵極連接層3a重疊的接觸孔CH的工序(g)。優選源極連接層6a的至少一部分位于接觸孔CH內，在接觸孔CH內源極連接層6a經由透明連接層9a與柵極連接層3a電連接。
[0067]這樣的TFT基板100A的制造方法是被簡化的半導體裝置的制造方法，因此能夠削減制造成本。進一步，能夠減小驅動電路區域120的面積。
[0068]接著，參照圖4和圖5詳細地說明TFT基板100A的制造方法的一個例子。圖4(a)?圖4(d)和圖5(a)?圖5(c)是說明TFT基板100A中形成于顯示區域110的TFTlOA的制造方法的示意性剖視圖。圖4(e)?圖4(h)和圖5(d)?圖5(f)是說明TFT基板100A中的形成于驅動電路區域120的驅動電路用TFT以及柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的制造方法的示意性剖視圖。
[0069]首先，如圖4 (a)和圖4(e)所示，在基板2上由相同的導電膜形成柵極電極3和3b以及柵極連接層3a。作為基板2，能夠使用例如玻璃基板等的透明絕緣性的基板。柵極電極3和3b以及柵極連接層3b在利用濺射法在基板2上形成導電膜后，通過光刻法進行導電膜的圖案化而形成。此處，作為導電膜，使用從基板2側起依次具有TaN膜(厚度:大約50nm)和W膜(厚度:大約370nm)的2層結構的層疊膜。另外，作為導電膜，也可以使用例如T1、Mo、Ta、W、Cu、Al和Cr等的單層膜、包含它們的層疊膜、合金膜或它們的氮化金屬膜坐寸O
[0070]接著，如圖4(b)和圖 4(f)所不，通過 CVD(Chemical Vapor deposit1n:化學氣相沉積)法以覆蓋柵極電極3和3b以及柵極連接層3b的方式形成柵極絕緣層4。此處，柵極絕緣層4由下層柵極絕緣層和上層柵極絕緣層形成。下層柵極絕緣層由SiNx膜(厚度:大約325nm)形成，上層柵極絕緣層由S12膜(厚度:大約50nm)形成。作為上層柵極絕緣層，和下層柵極絕緣層，能夠使用例如Si02、SiNx、Si0xNy (氧化氮化娃，X > y)、SiNxOy (氮化氧化娃，X > y)、Al2O3或Ta2O5形成。
[0071]接著，如圖4(c)和圖4(g)所示，利用濺射法在柵極絕緣層4上形成氧化物半導體膜5’。作為氧化物半導體膜5’使用了 In-Ga-Zn-O類半導體膜。氧化物半導體膜5’的厚度為例如大約50nm。
[0072]之后，在氧化物半導體膜5’上利用濺射法形成用于形成源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a的導電膜(未圖示)。
[0073]接著，如圖4(d)和圖4(h)所示，通過使用半色調掩模的光刻法、干蝕刻法和灰化法對上述的導電膜和氧化物半導體膜5’同時進行圖案化，由氧化物半導體膜5’形成彼此分離的第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’，并且由導電膜形成源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a。像這樣，能夠以I個光掩模進行源極電極6s和漏極電極6d的形成以及氧化物半導體膜5’的圖案化，因此能夠簡化制造工藝，能夠削減制造成本。
[0074]在第一氧化物半導體膜5a’上形成源極電極6s和漏極電極6d。在第二氧化物半導體膜5b’上形成源極漏極電極6x和源極連接層6a。源極漏極電極6x中的一者與源極連接層6a電連接。源極連接層6a的至少一部分以從基板2的法線方向看時與柵極連接層3a重疊的方式形成。源極漏極電極6x以與第二氧化物半導體膜5b’的上表面接觸的方式形成。
[0075]源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a例如具有Ti/Al/Ti的層疊結構。下層的Ti層的厚度為大約50nm，Al層的厚度為大約200nm，上層的Ti層的厚度為大約lOOnm。
[0076]接著，如圖5(a)和圖5(d)所示，以覆蓋第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’的溝道區域的方式利用濺射法和光刻法形成保護層Sb。形成保護層Sb時，形成從基板2的法線方向看時與柵極連接層3a重疊的開口部8bu，柵極連接層3a的一部分露出。進一步，在開口部8bu內第二氧化物半導體膜5b’的一部分露出(圖5(d)的用虛線包圍的部分)。保護層8b例如由絕緣氧化物(例如S12)形成，其厚度例如為大約150nm。此外，優選從基板2的法線方向看時，保護層Sb的端部位于漏極電極6d上。這是因為能夠將透明電極7形成至漏極電極6d的端部附近。
[0077]之后，對第一氧化物半導體膜5a’的一部分實施低電阻化處理。第一氧化物半導體膜5a’中被源極電極6s、漏極電極6d和保護層8b覆蓋的部分不被進行低電阻化處理。由此，如圖5(a)所示，在第一氧化物半導體膜5a’中的被實施了低電阻化處理的部分形成透明電極7，在不被實施低電阻化處理的部分形成氧化物半導體層5。進一步，第二氧化物半導體膜5b’中的在開口部8bu內露出的部分也被進行低電阻化處理，該部分低電阻化。當然，被實施了低電阻化處理的部分的電阻比沒有被實施低電阻化處理的部分的電阻小。關于低電阻化處理，能夠列舉例如等離子體處理、P型雜質或η型雜質的摻雜等。作為低電阻化處理，在使用P型雜質或η型雜質的摻雜的情況下，透明電極7的雜質的濃度比氧化物半導體層5的雜質的濃度大。此外，存在以下情況:由于雜質的擴散，處于漏極電極6d之下的氧化物半導體膜5’的一部分也被低電阻化，成為透明電極7的一部分。使用摻雜裝置進行雜質的注入的情況下，能夠隔著絕緣層注入雜質進行低電阻化處理，因此能夠靈活地應對制造工藝，對此將在后文敘述。
[0078]此外，作為低電阻化處理，能夠列舉例如使用CVD裝置的氫等離子體處理、使用蝕刻裝置的氬等離子體處理、在還原氣氛下進行的退火處理等。
[0079]接著，如圖5(b)和圖5(e)所示，在透明電極7和保護層8b上利用CVD法形成層間絕緣層8a。層間絕緣層8a例如由SiNx形成。層間絕緣層8a的厚度為大約200nm。在形成層間絕緣層8a的同時，利用公知的方法形成與柵極連接層3a重疊的接觸孔CH。在接觸孔CH內，柵極連接層3a的至少一部分和源極連接層6a的至少一部分露出。
[0080]接著，如圖5(c)和圖5(f)所示，在層間絕緣層8a上利用濺射法等由相同的透明導電膜形成透明電極9和透明連接層9a。透明電極9的至少一部分隔著層間絕緣層8a與透明電極7重疊。透明連接層9a在接觸孔CH內使柵極連接層3a與源極連接層6a電連接。透明電極9和透明連接層9a例如由ITO形成，其厚度為大約lOOnm。
[0081]如上所述，也存在沒有形成保護層Sb的情況。
[0082]接著，參照圖6?圖8說明沒有形成保護層8b的TFT基板10A的變形例的制造方法。此處，以形成于顯示區域I1的TFTlOA為中心進行說明，盡量避免在驅動電路區域120形成的驅動電路用的TFT、柵極連接層3a和源極連接層6a的連接部分的重復說明。
[0083]首先，參照圖6說明TFT基板10A的變形例的制造方法的一個例子。
[0084]圖6 (a)?圖6 (C)是說明TFT基板100A的變形例的制造方法的示意性剖視圖。
[0085]如上所述，在基板2上形成柵極電極3、柵極連接層3a、柵極絕緣層4、第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’、源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a等(參照圖4(a)?圖4(h))。
[0086]接著，如圖6(a)所示，利用公知的方法以與第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’中的溝道區域接觸的方式形成保護層(有時稱為抗蝕劑掩模層)R。抗蝕劑掩模層R例如由感光性樹脂形成。此外，優選從基板2的法線方向看時，抗蝕劑掩模層R的端部與漏極電極6d重疊。這是因為能夠將透明電極7形成至漏極電極6d的端部附近。
[0087]然后，利用上述的方法對第一氧化物半導體膜5a’的一部分實施低電阻化處理。第一氧化物半導體膜5a’中的被源極電極6s、漏極電極6d和抗蝕劑掩模層R覆蓋的部分沒有被實施低電阻化處理。如上所述，通過低電阻化處理，形成透明電極7和氧化物半導體層5(參照圖6(b))。此后，利用公知的方法去除抗蝕劑掩模層R。另外，存在第二氧化物半導體膜5b’的一部分也通過低電阻化處理被低電阻化的情況(參照圖5(d))。
[0088]接著，如圖6(c)所示，利用上述的方法在源極電極6s、漏極電極6d和透明電極7上形成層間絕緣層8a。雖然未圖示，但層間絕緣層8a也在源極漏極電極6x和源極連接層6a上形成。
[0089]接著，利用上述的方法在層間絕緣層8a上形成透明電極9，并且形成透明連接層9a,使柵極連接層3a與源極連接層6a電連接。
[0090]接著，參照圖7說明TFT基板100A的變形例的制造方法的另一個例子。圖7 (a)?圖(c)是說明TFT基板100A的變形例的制造方法的示意性剖視圖。
[0091]如上所述，在基板2上形成柵極電極3、柵極連接層3a、柵極絕緣層4、第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’、源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a等(參照圖4(a)?圖4(c))。
[0092]接著，如圖7(a)所示，利用上述的方法，在源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x、源極連接層6a和第一氧化物半導體膜5a’上形成層間絕緣層8a。
[0093]接著，如圖7(b)所述，利用公知的方法形成保護第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’中的溝道區域的抗蝕劑掩模層R。抗蝕劑掩模層R形成在層間絕緣層8a上。優選從基板2的法線方向看時，抗蝕劑掩模層R的端部與漏極電極6d重疊。這是因為能夠將透明電極7形成至漏極電極6d的端部附近。
[0094]然后，利用上述的方法對第一氧化物半導體膜5a’和5b’的一部分實施低電阻化處理。第一氧化物半導體膜5a’中的被源極電極6s、漏極電極6d和抗蝕劑掩模層R覆蓋的部分沒有被實施低電阻化處理。如上所述，通過低電阻化處理，形成透明電極7和氧化物半導體層5(參照圖7(c))。然后，利用公知的方法去除抗蝕劑掩模層R。
[0095]接著，利用上述的方法在層間絕緣層8a上形成透明電極9，并且形成透明連接層9a而使柵極連接層3a與源極連接層6a電連接。
[0096]接著，參照圖8說明TFT基板100A的變形例的又一個例子。圖8 (a)?圖8 (C)是說明TFT基板100A的變形例的又一個制造方法的示意性剖視圖。
[0097]如上所述，在基板2上形成柵極電極3、柵極連接層3a、柵極絕緣層4、第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’、源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x和源極連接層6a等(參照圖4(a)?圖4(c))。
[0098]接著，如圖8(a)所示，利用上述的方法在源極電極6s、漏極電極6d、源極漏極電極6x、源極連接層6a和第一氧化物半導體膜5a’上形成層間絕緣層8a。
[0099]接著，如圖8(b)所示，利用上述的方法在層間絕緣層8a上形成透明電極9。
[0100]接著，如圖8(c)所示，利用公知的方法形成保護第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’中的溝道區域的抗蝕劑掩模層R。抗蝕劑掩模層R在層間絕緣層8a上形成。
[0101]然后，利用上述的方法對第一氧化物半導體膜5a’和第二氧化物半導體膜5b’的一部分實施低電阻化處理。第一氧化物半導體膜5a’中被源極電極6s、漏極電極6d和抗蝕劑掩模層R覆蓋的部分不被實施低電阻化處理。如上所述，通過低電阻化處理，形成透明電極7和氧化物半導體層5。然后，利用公知的方法去除抗蝕劑掩模層R。
[0102]上述的TFT基板100A的變形例的制造方法中，在隔著至少層間絕緣層8a摻雜p型雜質或η型雜質進行低電阻化處理，從而制造TFT基板100Α的變形例的情況下，層間絕緣層8a中的位于透明電極7上的部分以比其他部分高的濃度包含P型雜質或η型雜質。
[0103]以上，根據本發明的實施方式，能夠提供能以簡便的工藝進行制造，無助于顯示的區域狹小化的TFT基板半導體裝置及其半導體裝置的制造方法。
[0104]產業上的可利用性
[0105]本發明的實施方式能夠廣泛適用于有源矩陣基板等的電路基板、液晶顯示裝置、有機電致發光(EL)顯示裝置和無機電致發光顯示裝置等顯示裝置、攝像傳感器裝置等攝像裝置、圖像輸入裝置、指紋讀取裝置等電子裝置等的具備薄膜晶體管的裝置。
[0106]附圖標記說明
[0107]2 基板
[0108]3柵極電極
[0109]4柵極絕緣層
[0110]4a下層柵極絕緣層
[0111]4b上層柵極絕緣層
[0112]5氧化物半導體層
[0113]6s源極電極
[0114]6d漏極電極
[0115]7第一透明電極
[0116]8層間絕緣層
[0117]8a保護層
[0118]8電介質層
[0119]9透明電極
[0120]100A半導體裝置(TFT基板)
【權利要求】
1.一種半導體裝置，其具有基板和在所述基板上形成的薄膜晶體管，該半導體裝置的特征在于: 所述薄膜晶體管具有: 在所述基板上形成的柵極電極； 在所述柵極電極上形成的柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成的氧化物半導體層；和 與所述氧化物半導體層電連接的源極電極和漏極電極， 所述半導體裝置還具有: 與所述柵極電極由相同的導電膜形成的柵極連接層； 與所述源極電極由相同的導電膜形成的源極連接層； 與所述漏極電極電連接的第一透明電極； 在所述源極電極和所述漏極電極上形成的層間絕緣層； 在所述層間絕緣層上形成的第二透明電極；和 與所述第二透明電極由相同的導電膜形成的透明連接層， 所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接， 所述氧化物半導體層和所述第一透明電極由相同的氧化物膜形成。
2.如權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于: 所述柵極絕緣層形成在所述柵極連接層上， 所述源極連接層與由所述氧化物膜形成的氧化物層的上表面接觸， 在所述柵極絕緣層和所述層間絕緣層形成有在從所述基板的法線方向看時與所述柵極連接層重疊的接觸孔， 所述源極連接層和所述氧化物層的一部分在所述接觸孔內接觸， 所述氧化物層中的在所述接觸孔內與所述透明連接層接觸的部分的電阻小于所述氧化物半導體層的電阻。
3.如權利要求1或2所述的半導體裝置，其特征在于: 所述源極連接層的端部形成在所述柵極連接層上。
4.如權利要求1至3中任一項所述的半導體裝置，其特征在于: 所述第二透明電極隔著所述層間絕緣層與所述第一透明電極重疊。
5.如權利要求1至4中任一項所述的半導體裝置，其特征在于: 所述氧化物膜包含In、Ga和Zn。
6.如權利要求1至5中任一項所述的半導體裝置，其特征在于: 所述第一透明電極以比所述氧化物半導體層高的濃度包含雜質， 所述層間絕緣層中的位于所述第一透明電極上的部分以比其他部分高的濃度包含雜質。
7.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包含: 工序(a)，準備基板； 工序(b)，在基板上，由第一導電膜形成柵極電極和柵極連接層； 工序(C)，在所述柵極電極和柵極連接層上形成柵極絕緣層； 工序(d)，在所述柵極絕緣層上形成氧化物半導體膜； 工序(e)，在所述氧化物半導體膜上形成第二導電膜，將所述氧化物半導體膜和所述第二導電膜圖案化，由此，由所述氧化物半導體膜形成相互分離的第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜，由所述第二導電膜形成源極電極、漏極電極和源極連接層，所述源極電極和所述漏極電極形成在所述第一氧化物半導體膜上，所述源極連接層形成在所述第二氧化物半導體膜上； 工序(f)，在形成保護所述第一氧化物半導體膜的溝道區域的保護層后，進行使所述第一氧化物半導體膜的一部分低電阻化的低電阻化處理而形成第一透明電極，所述第一氧化物半導體膜中的沒有被低電阻化的部分成為氧化物半導體層； 工序(g)，在所述源極電極和所述漏極電極上形成層間絕緣層；和 工序(h)，在所述層間絕緣層上由透明導電膜形成第二透明電極和透明連接層，所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接。
8.如權利要求7所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于: 所述工序(g)包含工序(gl)，形成在從基板的法線方向看時與所述柵極連接層重疊的接觸孔， 所述源極連接層的至少一部分位于所述接觸孔內， 在所述接觸孔內，所述源極連接層經由所述透明連接層與所述柵極連接層電連接。
9.如權利要求7或8所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于: 所述氧化物半導體膜包含In、Ga和Zn。
【文檔編號】G02F1/1343GK104380474SQ201380033025
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月12日 優先權日:2012年6月22日
【發明者】內田誠一, 小川康行, 宮本忠芳, 伊東一篤, 高丸泰, 中澤淳, 宮本光伸 申請人:夏普株式會社