薄膜晶体管及其制造方法,以及半导体装置的制造方法
【专利说明】薄膜晶体管及其制造方法，以及半导体装置
[0001]本申请是2010年2月10日提交的、申请号为“201010116532.3”发明名称为“薄膜晶体管及其制造方法，以及半导体装置”的申请之分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及使用氧化物半导体层形成的薄膜晶体管及其制造方法。另外，本发明还涉及使用该薄膜晶体管制造的半导体装置。
[0003]注意，在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性工作的所有装置，因此，电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
【背景技术】
[0004]金属氧化物的种类繁多且用途广泛。氧化铟为较普遍的材料，其被用作液晶显示器等所需要的透明电极材料。
[0005]在金属氧化物中存在呈现半导体特性的金属氧化物。作为呈现半导体特性的金属氧化物，例如有氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等，并且将这些呈现半导体特性的金属氧化物用作沟道形成区的薄膜晶体管已经是众所周知的(专利文献I至4、非专利文献I)。
[0006]另外，已知金属氧化物不仅有一元氧化物还有多元氧化物。例如，作为包含IruGa及Zn的多元氧化物，同系物(homologous series)的InGaO3(ZnO)m(m:自然数)是周知的(非专利文献2至4)。
[0007]并且，已经确认到可以将上述那样的由In-Ga-Zn类氧化物构成的氧化物半导体用于薄膜晶体管的沟道层(专利文献5、非专利文献5以及6)。
[0008][专利文件I]日本专利申请公开昭60-198861号公报
[0009][专利文件2]日本专利申请公开平8-264794号公报
[0010][专利文件3]日本PCT国际申请翻译平11-505377号公报
[0011][专利文件4]日本专利申请公开2000-150900号公报
[0012][专利文件5]日本专利申请公开2004-103957号公报
[0013][非专利文献 1]M.ff.Prins, K.0.Grosse-Holz, G.Muller, J.F.M.Ci I lessen, J.B.Giesbers, R.P.Weening, and R.M.Wolf, ^Aferroelectric transparent thin-filmtransistor"(透明铁电薄膜晶体管),App1.Phys.Lett., 17June 1996, Vol.68p.3650-3652
[0014][非专利文献 2]M.Nakamura, N.Kimizuka, and T.Mohri，"The Phase Relat1nsin the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350°C 〃(In2O3-Ga2ZnO4-ZnO类在 1350°C时的相位关M ),1.Solid State Chem.，1991，Vol.93，p.298-315
[0015][非专利文献 3]N.Kimizuka, M.1sobe, and M.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"(同系物的合成和单晶数据，In2O3-ZnGa2O4-ZnO 类的 In2O3 (ZnO)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
[0016][非专利文献4]中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正，〃水?口力'只相、InFeO3(ZnO)m(m:自然数)t子O同型化合物0)合成朽A U結晶構造〃(同系物、铟铁锌氧化物(InFeO3(ZnO)m) (m为自然数)及其同型化合物的合成以及结晶结构)，固体物理(SOLIDSTATE PHYSICS)，1993，Vol.28，N0.5，p.317-327
[0017][非专利文献 5] K.Nomura, H.0hta, K.Ueda, T.Kamiya, M.Hirano, andH.Hosono, ^Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparentoxide semiconductor〃(由单晶透明氧化物半导体制造的薄膜晶体管)，SCIENCE, 2003, Vol.300，ρ.1269-1272
[0018][非专利文献 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〃(室温下的使用非晶氧化物半导体的透明柔性薄膜晶体管的制造)，NATURE, 2004, Vol.432p.488-492
【发明内容】
[0019]本发明的一个方式的目的之一在于防止薄膜晶体管的截止电流的增加或阈值电压的负向漂移。
[0020]另外，本发明的一个方式的目的之一在于使薄膜晶体管的源电极层及漏电极层与氧化物半导体层的接合成为欧姆接合。
[0021]另外，本发明的一个方式的目的之一在于高效地制造一种高功能的薄膜晶体管，其防止薄膜晶体管的截止电流的增加或阈值电压的负向漂移。
[0022]另外，本发明的一个方式的目的之一在于高效地制造一种高功能的薄膜晶体管，其防止薄膜晶体管的截止电流的增加或阈值电压的负向漂移，并且，薄膜晶体管的源电极层及漏电极层与氧化物半导体层的接合是欧姆接合。
[0023]另外，本发明的一个方式的目的之一在于提供高品质或高可靠性的一种半导体装置。
[0024]本发明的一个方式是一种反交错型的薄膜晶体管，其中，在氧化物半导体层上设置有缓冲层，并且在该缓冲层上设置有源电极层及漏电极层。另外，该缓冲层包括:设置在氧化物半导体层的双端部上的一对导电层；以及设置在氧化物半导体层的中央部上的具有与一对导电层相同金属元素且其氧浓度高于一对导电层的夹在所述一对导电层之间的作为绝缘体或半导体的金属氧化物层。
[0025]另外，本发明的一个方式是一种薄膜晶体管，其除了包括上述结构之外，其所包括的所述缓冲层包括:设置在氧化物半导体层的双端部上的一对氧浓度降低的氧化物半导体层；以及在该一对氧浓度降低的氧化物半导体层上设置的一对以高浓度含有氧的导电层。
[0026]另外，在本说明书中，绝缘体是指其电阻率是106(Ω.m)以上的物质，半导体是指其电阻率是10_3(Ω.m)以上且低于16 (Ω.m)的物质，并且导电体是指其电阻率是低于1(Γ3(Ω.m)的物质。
[0027]本发明的一个方式是一种薄膜晶体管的制造方法，其中，通过对在与氧化物半导体层同一工序中形成的导电层进行氧化处理来形成金属氧化物层。另外，在该氧化处理中将用来形成源电极层及漏电极层的抗蚀剂转用作掩模。因此，该导电层的双端部不被该氧化处理氧化而残留。其结果是，通过该氧化处理形成一对导电层、以及夹在该一对导电层之间的金属氧化物层。
[0028]另外，本发明的一个方式是一种薄膜晶体管的制造方法，其中，通过对在与氧化物半导体层同一工序中形成的导电层进行氧化处理来形成金属氧化物层，接着，通过热处理的氧扩散而形成一对以高浓度含有氧的导电层及一对氧浓度降低的氧化物半导体层。
[0029]另外，本发明的一个方式是一种薄膜晶体管的制造方法，其中，通过进行热氧化处理形成金属氧化物层、一对以高浓度含有氧的导电层及一对氧浓度降低的氧化物半导体层O
[0030]另外，本发明的一个方式是一种薄膜晶体管的制造方法，其中，通过进行氧化处理及热氧化处理形成金属氧化物层、一对以高浓度含有氧的导电层及一对氧浓度降低的氧化物半导体层。
[0031]另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，其包括该薄膜晶体管以及设置在该薄膜晶体管上的层间绝缘层。
[0032]本发明的一个方式是一种反交错型的薄膜晶体管，其中，在氧化物半导体层的中央部上具有作为绝缘体或半导体的金属氧化物层。该金属氧化物层用作抑制杂质(氢或水等)侵入到氧化物半导体层的保护层。因此，可以防止薄膜晶体管的截止电流的增加或阈值电压的负向漂移。
[0033]另外，本发明的一个方式是一种反交错型的薄膜晶体管，其中，在氧化物半导体层的双端部和设置在该氧化物半导体层的双端部上的一对导电层之间具有一对以高浓度含有氧的导电层及一对氧浓度降低的氧化物半导体层。一对氧浓度降低的氧化物半导体层的电阻低于氧化物半导体层的电阻。因此，可以使源电极层及漏电极层与氧化物半导体层的接合成为欧姆接合。
[0034]另外，在本发明的一个方式中，使用在与氧化物半导体层同一工序中形成的导电层来形成该金属氧化物层。因此，可以高效地形成高功能的薄膜晶体管。
[0035]另外，在本发明的一个方式中，使用在与氧化物半导体层同一工序中形成的导电层来形成该金属氧化物层，并且通过使氧扩散到该导电层来形成该一对氧浓度降低的氧化物半导体层。因此，可以高效地形成高功能的薄膜晶体管。
[0036]另外，在本发明的一个方式中，作为半导体装置所具有的薄膜晶体管，使用具有抑制杂质(氢或水等)侵入到氧化物半导体层的保护层的薄膜晶体管。由此，设置在薄膜晶体管上的层间绝缘层可以根据使用目的选择各种材料、制造方法。换言之，可以提供高品质或高可靠性的半导体装置。
【附图说明】
[0037]图1A和图1B是在实施方式I中说明的薄膜晶体管的截面图；
[0038]图2A至图2D是示出在实施方式2中说明的薄膜晶体管的制造工序的截面图；
[0039]图3A至图3D是示出在实施方式2中说明的薄膜晶体管的制造工序的截面图；
[0040]图4是示出在实施方式3中说明的液晶显示装置的像素的俯视图；
[0041]图5是示出在实施方式3中说明的液晶显示装置的像素的截面图；
[0042]图6是示出在实施方式3中说明的液晶显示装置的像素的等效电路图；
[0043]图7是示出在实施方式4中说明的发光显示装置的像素的俯视图；
[0044]图8是示出在实施方式4中说明的发光显示装置的像素的截面图；
[0045]图9是示出在实施方式4中说明的发光显示装置的像素的等效电路图；
[0046]图10是在实施方式5中说明的电子纸的截面图；
[0047]图1lA至图1lC是通过在实施例1中说明的计算求出的态密度图；
[0048]图12A至12C是通过在实施例1中说明的计算求出的态密度图；
[0049]图13A和图13B是通过在实施例1中说明的计算求出的态密度图；
[0050]图14A和图14B是示出通过在实施例1中说明的计算求出的钛层和In-Ga-Zn-O类氧化物半导体层的接合界面中的热处理前后的原子配置的图；
[0051]图15是示出通过在实施例1中说明的计算求出的钛层和In-Ga-Zn-O类氧化物半导体层的接合界面中的热处理前后的钛浓度及氧浓度的图；
[0052]图16A和16B是示出通过在实施例1中说明的计算求出的钛氧化物层和In-Ga-Zn-O类氧化物半导体层的接合界面中的热处理前后的原子配置的图；
[0053]图17示出通过在实施例1中说明的计算求出的钛氧化物层和In-Ga-Zn-O类氧化物半导体层的接合界面中的热处理前后的钛浓度及氧浓度的图。
【具体实施方式】
[0054]以下使用附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明不局限于以下的说明，只要是本领域的技术人员就容易理解一个事实是其形态和细节可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下作各种各样的变换。因此，公开的发明不应该被解释为仅限于以下所示的实施方式的记载内容。
[0055]另外，有时为了明确起见，夸大表示在各实