包含绝缘层的氧化物半导体器件和使用该器件的显示装置的制作方法

专利名称：包含绝缘层的氧化物半导体器件和使用该器件的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧化物半导体器件。更特别地，本发明涉及包含绝缘层的氧化物半导 体器件，并涉及作为氧化物半导体器件的应用例的显示装置。
背景技术：
近年来，具有包含氧化锌(ZnO)作为主要成分的透明导电氧化物多晶薄膜的沟道 层的薄膜晶体管(TFT)得到了积极开发(日本专利申请公开No. 2002-076356)。透明导电氧化物多晶薄膜可在低温下形成并且对于可见光透明，由此，可以在诸 如塑料板或膜的基板上形成柔性透明TFT。但是，包含ZnO的氧化物半导体对于气氛具有高的敏感性，由此，为了使氧化物半 导体实际用作半导体器件，必须通过使用保护层使其半导体层与气氛隔离(日本专利申请 公开No. S63-101740)。另外，还存在在与场效应晶体管的包含被用作保护层的隔离层的氧 化物半导体的界面上形成氧化硅(SiO2)层的描述，所述场效应晶体管使用ZnO作为半导体 层(美国专利申请公开No. 2006/0244107)。此外，公开了在包含使用ZnO等的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中采用由两个层 形成的绝缘层(美国专利No. 6563174)。在这种情况下，与半导体形成界面的绝缘层被假 定为例如SiO2的氧化物绝缘体。并且，其它的绝缘体由具有高的绝缘性能的氮化硅(SiNz) 形成。通过该结构，可望提高氧化物半导体膜的结晶性并降低界面缺陷水平。并且，众所周知，在以ZnO作为主要成分的氧化物半导体器件中，当使用通过等离 子体增强化学气相沉积(也称为PECVD)形成的氮化硅(SiNx)作为栅绝缘层时，出现以下 的问题。换句话说，由于绝缘层中的氢浓度高，因此出现ZnO成分的还原解吸，并由此降低 ZnO表面层的电阻。然后，作为其规避措施，公开了降低与氧化物半导体的界面侧的氢浓度 (日本专利申请公开No. 2007-073562)。本发明的发明人检查了包含In-Ga-Zn-O非晶氧化物半导体器件的氧化物半导 体器件，并且已确认还原气氛下氧化物半导体的电阻大大改变(变成低电阻)。同样，众 所周知，为了减少其影响，氧化物半导体被事先制造为具有允许电阻变化量的高电阻并且 随后在等于或高于300°C的温度下经受退火是有效的。(C. J.Kim等，IEEEInternational Electron Devices Meeting Proceedings 2006)。但是，难以将该方法应用于具有低耐热 性的塑料基板等，原因在于，基板自身不具有足以耐受氧化物半导体的制造温度或退火温 度的耐热性。并且，一般地，用于低温工艺的具有低的耐热性的上述基板具有高的气体传输 性能或高的气体释放性能，由此必须形成用于抑制对于半导体器件的影响的阻挡涂层。因 此，在以塑料基板为代表的用于低温工艺的基板中，需要在等于或低于250°C的低温区域中 形成诸如阻挡涂层或保护层的阻挡层。作为阻挡层的形成方法，一般使用提供较高的成膜 速度和优异的生产率的PECVD。但是，通过PECVD形成的用作诸如阻挡涂层或保护层的阻挡 层的绝缘层包含大量的膜内氢(包含于绝缘层内的氢的量)，并由此不能在不使氧化物半 导体具有较低的电阻的情况下形成氧化物半导体。(以下，在本说明中，阻挡涂层和保护层统称为阻挡层)。日本专利申请公开No. 2007-073562公开了在250°C的温度下通过PECVD形成的 SiNx具有较少的氢含量并可有效用作与氧化物半导体接触的绝缘层。但是，当本发明的发 明人使用在250°C的温度下通过PECVD形成的SiNx作为与氧化物半导体接触的绝缘层时， 发现在不于高于250°C的温度下执行退火的情况下氧化物半导体的电阻的降低没有得到充 分的抑制。美国专利No. 6563174描述了插入氧化物绝缘层可有效提高氧化物半导体的结 晶性并降低界面级别浓度，但是发现在于等于或低于250°C的温度下执行的成膜中不能停 止从SiNz的氢扩散，这不足以抑制氧化物半导体的电阻的降低。在美国专利No. 6563174 中，着眼于晶体Zno的结晶性的提高，由此没有描述最高温度设为250°或更低的低温工 艺，也没有公开膜内氢量与用于抑制氧化物半导体的电阻的降低的条件大大相关。如上所述，在等于或低于250°C的温度下通过低温工艺稳定制造氧化物半导体器 件的可实用的氧化物半导体器件的结构还是不清楚的。因此，使用通过低温工艺制造的氧 化物半导体器件的显示装置还没有投入实际使用。

发明内容
本发明的目的是，解决上述的问题并提供形成实用的氧化物半导体器件的氧化物 半导体和绝缘层的结构以及使用实用的氧化物半导体器件的显示装置。 根据本发明的一个方面，提供一种包括绝缘层的氧化物半导体器件，其中，绝缘层 包含与氧化物半导体接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和0的氧化物的第一 绝缘层；与第一绝缘层接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和N的氮化物的第二 绝缘层；和与第二绝缘层接触的第三绝缘层。根据本发明的该方面，第一绝缘层和第二绝缘层具有4X IO21原子/cm3或更少的 氢含量，并且，第三绝缘层具有大于4X IO21原子/cm3的氢含量。根据本发明的该方面，第一绝缘层包含SiOx,第二绝缘层包含SiNy,并且，第三绝 缘层包含SiNz和SiOmNn中的一种。根据本发明的该方面，第一绝缘层和第二绝缘层被连续形成为绝缘层。根据本发明的该方面，氧化物半导体层包含含有选自包含Sn、In和Zn的组的至少 一种元素的非晶氧化物半导体。根据本发明的该方面，第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层的至少一部分被用 作栅绝缘层。根据本发明的另一方面，提供一种显示装置，该显示装置包括包含电极的显示器 件；和包含源电极和漏电极的场效应晶体管，场效应晶体管的源电极和漏电极中的一个与 基板上的显示器件的电极连接。在该显示装置中，场效应晶体管包含上述的氧化物半导体 器件中的任一个。根据本发明的该另一方面，显示器件包含电致发光器件。根据本发明的该另一方面，显示器件包含液晶单元。根据本发明的该另一方面，多个显示器件和多个场效应晶体管被二维配置于基板 上。根据本发明，由气氛中的水、从阻挡层(从阻挡涂层和保护层)扩散的氢和从基板扩散的水或氢导致的半导体层的电阻的降低可被有效抑制。并且，可提供可通过使用包含 大于4X IO21原子/cm3的氢的阻挡层以低温工艺在250°C或更低的温度下形成并且具有高 的生产率的氧化物半导体器件。此外，作为阻挡层的形成方法，可以使用PECVD。


图IA和图IB是示出使用本发明的绝缘层作为底层和保护层两者的底栅/底接触 型氧化物半导体场效应晶体管的示意图。图2A和图2B是表示在用作第一绝缘层的SiOx的厚度变为25nm、50nm和IOOnm的 情况下在漏极电压(Vd) = 12V的条件下相对于栅电压(Vg)确定漏极电流(Id)的结果的 示图。图3是示出通过在用作第三绝缘层的绝缘层上形成不与氧化物半导体接触并且 被用作第二绝缘层的具有50nm或更大的厚度的SiNyW及被用作第一绝缘层的具有50nm或 更大的厚度的SiOx获得的绝缘层的层叠膜的示意图。图4是示出包含被用作第三绝缘层的绝缘层的基板的示意图。图5是示出通过在包含被用作第三绝缘层的绝缘层的基板上仅形成被用作第一 绝缘层的具有50nm或更大的厚度的SiOx获得的绝缘层的层叠膜的示意图。图6是示出通过在包含被用作第三绝缘层的绝缘层的基板上仅形成被用作第二 绝缘层的具有50nm或更大的厚度的SiNy获得的绝缘层的层叠膜的示意图。图7是表示通过热解吸光谱法确定绝缘层的层叠膜的结果的示图，该层叠膜具有 图4和6所示的结构。图8是表示在图3、图5和图6所示的结构中在50°C 250°C的基板温度下执行的热 解吸光谱分析中的整体氢解吸量的示图，同时，将50°C的基板温度下的H2+解吸量设为背景。图9是示出使用本发明的绝缘层的底栅/底接触型氧化物半导体场效应晶体管的 示意图。图10是示出根据本发明的在包含水分的气氛中将In-Ga-Zn-O非晶氧化物退火时 的In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜的样品的形状的示意图。图11是示出根据本发明的在包含水分的气氛中将In-Ga-Zn-O非晶氧化物退火时 的In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜的电阻率的变化的示图。图12A、图12B、图12C和图12D是示出使用本发明的绝缘层的底栅/底接触型氧 化物半导体场效应晶体管的示意图。图13A、图13B和图13C是示出使用本发明的绝缘层的顶栅型氧化物半导体场效应 晶体管的示意图。图14是根据本发明的示例性实施例的显示装置的截面图。图15是根据本发明的另一示例性实施例的显示装置的截面图。图16是示出使用本发明的绝缘层的底栅/共面型氧化物半导体场效应晶体管的 示意图。
具体实施例方式以下，参照附图详细描述根据本发明的包含绝缘层的氧化物半导体器件和使用氧化物半导体器件的显示装置。图IA和图IB示出作为根据本发明的包含绝缘层结构的代表性的氧化物半导体器 件的底栅/底接触型场效应晶体管的结构例。图IA示出基板10、用作阻挡涂层的第三绝缘层10a、第二绝缘层10b、栅电极11、 用作栅绝缘层的第一绝缘层12、源电极13、漏电极14、氧化物半导体层15、用作保护层的第 一绝缘层16、用作保护层的第二绝缘层17和用作保护层的第三绝缘层18。图IB示出基板10、用作阻挡涂层的第三绝缘层10a、栅电极11、用作第一栅绝缘层 的第二绝缘层12a、用作第二栅绝缘层的第一绝缘层12b、源电极13、漏电极14、氧化物半导 体层15、用作保护层的第一绝缘层16、用作保护层的第二绝缘层17和用作保护层的第三绝 缘层18。注意，相同的附图标记在随后的附图中表示之前描述的相同的部件。(基板)作为形成图IA和图IB所示的氧化物半导体器件的基板10，可以使用可用于以 下的低温工艺的基板。特别地，可以使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘甲醛 (polyethylene naphthalate, PEN)、聚酰亚胺或聚碳酸酯制成并有效用于在250°C或更低 的温度下执行的工艺的塑料膜或片。注意，这种用于低温工艺的基板一般具有高的气体传 输性能或气体释放性能，由此需要形成阻挡涂层IOa以抑制对于氧化物半导体层15的影 响。并且，对于低碱玻璃基板，也要求使用用于防止碱金属元素在氧化物半导体器件的形成 过程中扩散到图IA的栅绝缘层12或图IB的第二和第一栅绝缘层12a和12b中的阻挡涂 层10a。并且，要求使用用于防止碱金属元素扩散到氧化物半导体层15中的阻挡涂层10a。(氧化物半导体层)对于图IA和图IB所示的氧化物半导体层15，可以使用包含选自包含SruIn和Zn 的组的至少一种元素的非晶氧化物。并且，在选择Sn作为非晶氧化物的构成元素中的至少一种的情况下，Sn可被 Sni_pM4p(0 < ρ < 1，M4选自包含作为具有比Sn小的原子数的第IV族元素的Si、Ge和& 的组)替代。并且，在选择In作为非晶氧化物的构成元素中的至少一种的情况下，In可被 111^3,(0 < q < 1，M3为Lu，或者选自包含作为具有比In小的原子数的第III族元素的 B、Al、Ga和Y的组)替代。并且，在选择Zn作为非晶氧化物的构成元素中的至少一种的情况下，Zn可被 Zni_rM2r (0 < r < 1，M2选自包含作为具有比Zn小的原子数的第II族元素的Mg和Ca的 组)替代。能够被应用于本发明的具体非晶材料包括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氧化物和Sn-In-Zn氧化 物。构成金属原子的成分比未必被设为1 1。注意，在单独使用Zn或Sn并且可能难以产 生非晶相的情况下，向其添加In，由此容易产生非晶相。例如，在In-Zn系的情况下，除氧以 外的原子的数量比可被设为包含约20原子％或更多的In的成分。在Sn-In系的情况下， 除氧以外的原子的数量比可被设为包含约80原子％或更多的In的成分。在Sn-In-Zn系 的情况下，除氧以外的原子的数量比可被设为包含约15原子％或更多的In的成分。当要被检测的薄膜在约0.5度的低入射角下经受X射线衍射并且然后没有检测到清楚的衍射峰(即，观察到晕圈(halo)图案)时，可以确定薄膜具有非晶结构。注意，根据 本发明，当对于氧化物半导体器件使用上述的材料时，不排除半导体层包含具有微晶状态 的构成材料。(绝缘层)根据本发明的绝缘层不需要具有抑制氧化物半导体的还原的功能。这种还原抑制 功能需要两种不同的功能防止由绝缘层自身导致的氧化物半导体的还原的功能；和抑制 从阻挡层扩散的氢原子扩散到氧化物半导体层中的功能。第一绝缘层由具有抑制要与第一绝缘层接触的氧化物半导体的还原的功能的氧 化物形成。具体地，希望具有50nm或更大的厚度的SiOx,更优选地，希望具有4X IO21原子 /cm3或更少的氢含量的氧化硅(SiOx)。在本描述中，为了表示SiO2成分即使偏离化学计量 关系(stoichiometry)也可被使用，使用SiOx的表示法。在本发明中，对于第一绝缘层的 氢含量的下限值没有特别的限制。只要设计的绝缘性能可得到保证，氢含量就可小并在理 论上可以为零。为了减少上述的氢含量，希望通过溅射形成第一绝缘层。根据本发明的发明人的知识，只要抑制氧化物半导体的还原的功能不对其它器件 的特性造成不利影响，对于SiOx层(也称为310!￡膜)的厚度就没有特别的上限。可以考虑 器件(例如，TFT)的需要的特性和制造过程中的节拍(tact)时间等，以适当地确定SiOx层 的厚度。在本发明中，SiOx层的厚度可适当地采用50nm ΙΟμπι的厚度范围。并且，为了确认第一绝缘层SiOx的阻挡性能，在气氛中确定仅包含第一绝缘层 SiOx的氧化物半导体的电阻的变化。图10是为了测量在包含水分的气氛中退火的In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜的导电 率的变化而制造的样品的示意性截面图。通过对在Corning#1737玻璃基板上形成的具有 20nm的厚度的InGaZnO4薄膜进行构图、形成电极并然后通过溅射形成具有IOOnm的厚度的 SiOx膜作为保护层，形成它。图11表示当分别在200°C、250°和300°C下退火图10所示的样品时获得的 InGaZnOd^膜的导电率。符号〇表示在空气中经受一小时的退火的样品的导电率，符号· 表示在空气中在各温度下经受1小时的退火并进一步在相同的温度下经受1小时的蒸汽 (steam)退火的样品的导电率。通过在玻璃管内真空密封图10所示的样品和纯水执行蒸汽 退火。在所使用的退火温度下，此时的纯水的量被调整为约2个大气压。如图11所示，蒸 汽退火允许透过具有IOOnm的厚度的SiOx绝缘层的蒸汽到达氧化物半导体，并且，与空气 中的退火的情况相比，氧化物半导体的导电率增加。这些结果表明，氧化物半导体的载流子 浓度还通过在250°C或更低的温度下执行的过程由于蒸汽增加。可以设想载流子浓度的增 加是由通过蒸汽向氧化物半导体添加的H原子导致的。该事实揭示单纯具有IOOnm的厚度 的SiOx层不足以具有作为阻挡层的功能，并由此需要形成另一阻挡层。并且，如日本专利申请公开No. 2003-086808描述的那样，在使用一般用于包含氢 化(hydrogenated)非晶硅的半导体器件的SiNy:H作为第一绝缘层的情况下，氧化物半导 体层的电阻降低。在这种情况下，使用通过溅射形成的具有4X IO21原子/cm3或更少的氢 含量的SiOx作为第一绝缘层，并且，使用通过溅射形成的具有4 X IO21原子/cm3或更少的氢 含量的氮化硅(SiNy)作为第二绝缘层。在本描述中，为了表示Si3N4成分即使偏离化学计 量关系也可被使用，使用SiNy的表示法。但是，如图2A所示的那样，在SiOx的厚度比50nm小的情况下，对于氧化物半导体的还原抑制功能是不够的。换句话说，希望与氧化物半导体 接触的第一绝缘层为具有50nm或更大的厚度的SiOx。第二绝缘层由具有防止氢原子从后述的包含大量的氢(例如，5X IO21原子/cm3或 更多)的第三绝缘层(阻挡层)扩散的功能的氮化物形成。(在本描述中，“大量”意味着 包含多于4X IO21原子/cm3的氢)。另外，作为具有即使在于250°C的最高处理温度下执行 的过程中也防止由热导致的氢扩散的功能的第二绝缘层，希望使用具有50nm或更大的厚 度的SiNy。根据本发明的发明人的知识，与第一绝缘层类似，对于第二绝缘层的厚度没有上 限值。可以考虑器件(例如，TFT)的需要的特性和制造过程中的节拍时间等，以适当地确定 第二绝缘层的厚度。在本发明中，SiNy层的厚度可适当地采用50nm ΙΟμπι的厚度范围。然后，制造包含用作保护膜的第一绝缘层SiOjP第二绝缘层的TFT，并且通过改变 第二绝缘层的氢含量检查由来自绝缘层的氢扩散导致的影响。分别地，SiOx的厚度被设为 200nm, SiNy的厚度被设为300nm。结果发现在两个TFT之间存在大的特性差异，这两个TFT 中的一个对于第二绝缘层使用具有4X IO21原子/cm3的氢含量的绝缘层SiNy,另一个对于 第二绝缘层使用具有3 X IO22原子/cm3的氢含量的绝缘层SiNy。图2B表示包含具有4X IO21 原子/cm3的氢含量的绝缘层SiNy的TFT (眷)和包含具有3 X IO22原子/cm3的氢含量的绝 缘层SiNy WTFT(A)的传送特性的比较。从图2B发现，包含具有较大的氢含量的绝缘层 SiNy的TFT ( Δ )即使当被对其施加负的栅电压时也不能减少漏极电流，因此氧化物半导体 的电阻被降低了。由于电流流动超出用于确定的器件的确定限度(limit)，因此使得具有较 大的氢含量的TFT的传送特性完全平坦。换句话说，希望第二绝缘层的氢含量被设为4X IO21原子/cm3或更少，以不向具有 低的防止氢扩散的功能的第一绝缘层以及氧化物半导体层供给氢。在本发明中，对于第二 绝缘层的氢含量的下限值没有特别的限制。只要设计的绝缘性能可得到保证，氢含量就可 小并在理论上可以为零。并且，为了实现具有小的氢含量的层，希望通过溅射形成第一绝缘 层和第二绝缘层。在本发明中，可以相继形成第一绝缘层和第二绝缘层。对于通过溅射相继形成第 一绝缘层和第二绝缘层，例如，氧气(氮气)被初始地用作溅射气体，并且逐渐换为氮气 (氧气)，以由此形成第一绝缘层和第二绝缘层。作为替代方案，除了通过在一个溅射装置 内交换溅射气体的形成以外，可通过相互连通(communicate)多个溅射装置(沉积膜形成 室)并且对于各沉积膜形成室使用不同的溅射气体，形成第一绝缘层和第二绝缘层。由此 形成的第一绝缘层和第二绝缘层沿层厚方向具有氧和氮的浓度分布，其中，第一绝缘层和 第二绝缘层中的一个包含较多的氧，另一个包含较多的氮。在这种情况下，氧和氮的浓度分 布可以是连续的，或者可以是阶梯状的(st印wise)。当第一绝缘层和第二绝缘层形成有4X IO21原子/cm3或更少的氢含量时，由于其 材料不包含氢化物，因此溅射是所希望的。但是，溅射中的成膜速度一般是慢的，并且难以 以低成本形成具有300nm或更大的厚度的膜。结果，难以仅用第一绝缘层和第二绝缘层保 证足够的阻挡性能。因此，需要形成阻挡层作为第三绝缘层。作为阻挡层，一般使用包含大量的氢并且通过PECVD形成的SiNpSiOmN1^P SiC的 层。在本描述中，为了区分具有较多的氢含量的第三绝缘层SiNy与具有较少的氢含量的第二绝缘层SiNy,对于具有较多的氢含量的第三绝缘层使用SiNz的表示法。并且，为了表示 成分可以在对于水分具有阻挡性能的范围中被适当地调整，对于SiON使用SiOmNn的表示 法。已知这些阻挡层对于不利地影响诸如结晶硅、非晶硅和有机半导体的一般半导体的氧 气和水(包含蒸汽)具有高的屏蔽性能。此外，与用于形成SiNz层和SiOmNn层的溅射相比， PECVD提供较高的成膜速度和高的生产率。并且，可以使用树脂层作为第三绝缘层。这里，描述通过第二绝缘层防止氢从第三绝缘层扩散的效果。图3 6示出在其 效果验证试验中使用的绝缘层的层叠膜的结构。使用结晶硅基板作为可忽略氢解吸量的基 板。图4示出在250°C的基板温度下通过PECVD在结晶硅基板上以350nm的厚度形成要变 成第三绝缘层的SiNz的结构。图5示出变成第二绝缘层的SiNy,图6示出变成第一绝缘层 的SiOx，SiOx和SiNy在室温下通过溅射以50 300nm的厚度在图4的第三绝缘层上直接形 成。图3示出在层叠图4的第三绝缘层的基板上层叠作为根据本发明的绝缘层的第二绝缘 层和第一绝缘层的结构。与氧化物半导体接触的第一绝缘层是具有IOOnm的厚度的SiOx, 不与氧化物半导体接触的第二绝缘层是具有50nm的厚度的SiNy。SiOx层和SiNy层均通过 溅射在室温下形成。对于SiOx的溅射成膜，使用具有3英寸的直径的SiO2靶子，并且，射频 (RF)输入功率为400W。SiOx成膜时的气氛被设为0. IPa的总压力，并且此时的气体流率被 设为Ar O2 = 50 50。并且，对于SiNy的溅射，使用具有3英寸的直径的Si3N4靶子，并 且，RF输入功率为400W。SiNy成膜时的气氛被设为0. IPa的总压力，并且此时的气体流率 被设为 Ar N2 = 50 50。图3 6所示的具有350nm的厚度的第三绝缘层、具有300nm的厚度的第一绝缘 层和具有300nm的厚度的第二绝缘层经受二次离子质谱分析(SIMS)。SiNz的第三绝缘层 包含3 X IO22原子/cm3的氧，SiOx的第一绝缘层包含4X 102°原子/cm3的氧，SiNy的第二绝 缘层包含1 X IO20原子/cm3的氢。然后，通过热解吸光谱法确定图3 6所示的样品中的每一个的氢解吸量。要被确定的温度范围被设为50°C 350°C的温度，该温度通过与基板表面接触的 热电偶被确定，并且，在量化中使用的温度范围被设为50°C 250°C。解吸气体通过与H2+对应的质量数(m/z) 2的离子强度被识别为氢。图7表示通过PECVD形成并被用作具有图4的结构的第三绝缘层的SiNz的氢解吸 光谱(〇)和当第二绝缘层被设为具有图5的结构的50nm的溅射SiNy并且通过热解吸光 谱法被确定时获得的光谱(■)。在通过PECVD形成并且包含大量的氢的第三绝缘层SiNz 中，氢的解吸在约200°C下开始。并且，用作第二绝缘层的50nm的溅射SiNy在达350°C的 基板温度的整个范围中抑制氢从第三绝缘层解吸，这揭示了溅射SiNy具有防止氢扩散的功 能。图8表示图5和图6所示的结构在50°C 250°C的基板温度下的整体氢解吸量， 同时将50°C的基板温度下的H2+解吸量设为背景。图8表示当用作图6的结构中的第一绝 缘层的溅射SiOx( Δ )的厚度和用作图5的结构中的第二绝缘层的溅射SiNy( ■)的厚度 分别从50nm变为200nm时获得的整体氢解吸量的依赖性。并且，符号 的曲线是当在图3 的结构中使用根据本发明的用作第一绝缘层的IOOnm的溅射SiOx、用作第二绝缘层的50nm 的溅射SiNy和用作第三绝缘层的350nm的PECVD SiNz时获得的整体氢解吸量。
图8表示根据本发明的绝缘层的整体氢解吸量，该绝缘层包含用作第一绝缘层的 IOOnm的溅射SiOx、用作第二绝缘层的50nm的溅射SiNy和用作第三绝缘层的350nm的PECVD SiNz三个层。并且，图8表示根据本发明的包含这三个层的绝缘层具有通过防止从第三绝 缘层发出的氢原子的扩散抑制半导体的还原的功能。如上所述，对于同时实现防止氢原子的扩散的功能和抑制氧化物半导体的还原的 功能，包含分别具有单独的功能的三个层或更多个层的绝缘层是有效的。当在氧化物半导体的下部形成这些绝缘层的情况下，绝缘层变为图IA所示的阻 挡涂层IOa和IOb以及栅绝缘层12、或者图IB所示的阻挡涂层IOa以及第一和第二栅绝缘 层12a和12b。当在氧化物半导体的上部形成这些绝缘层的情况下，绝缘层变为图IA和图 IB所示的保护层16 18。以下，通过场效应晶体管的例子描述根据本发明的氧化物半导体器件。(底栅/底接触型氧化物半导体场效应晶体管)通过使用上述的非晶氧化物半导体和绝缘层，可以制造图9的底栅/底接触型薄
膜晶体管。以下，以图9为例依次描述场效应晶体管，即，使用根据本发明的绝缘层作为保护 层的氧化物半导体器件中的一个。首先，在基板10上形成用于形成栅电极11的电极层。作为基板10，可以使用由 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘甲醛(PEN)或聚酰亚胺、聚碳酸酯制成并有效用于 在250°C或更低的温度下执行的制造工艺的塑料膜或片。当然，可以使用玻璃基板或不锈 钢基板。可通过使用溅射、脉冲激光气相沉积方法(PLD)、电子束蒸镀、化学气相沉积(CVD) 等形成栅电极。电极材料可以是具有令人满意的导电性的任何材料。例如，可以使用诸如 In2O3:Sn、ZnO和InxZnyO的氧化物导体，以及诸如Pt、Au、Ni、Al和Mo和它们的合金的金属 的金属电极材料，并且，可以使用它们的叠层膜。然后，通过使用光刻方法形成栅电极11的 图案。然后，在具有构图的栅电极11的基板10上形成栅绝缘层12。可通过使用溅射、脉 冲激光气相沉积方法(PLD)、电子束蒸镀、化学气相沉积(CVD)等形成栅绝缘层。栅绝缘材 料可以是相对于氧化物半导体具有令人满意的绝缘性能和不可还原(irreducible)性能 的任何材料。例如，可以使用通过溅射形成的SiOx。然后，形成用于形成源电极13和漏电 极14的电极层。可通过使用与栅电极11的相同的方法和材料形成电极层。然后，通过使 用光刻方法形成源电极13和漏电极14。在包含构图的源电极13和漏电极14的栅绝缘层12上形成包含氧化物膜的氧化 物半导体层15。可通过使用溅射、PLD、电子束蒸镀、CVD等制造氧化物半导体层15。通过 使用光刻方法和蚀刻对氧化物半导体层15进行构图。然后，通过溅射在氧化物半导体上形成具有50nm或更大的厚度的SiOJt为具有 抑制还原的功能的第一绝缘层16。在其上面，通过溅射形成具有50nm或更大的厚度的SiNy 作为具有抑制氢原子传输的功能的第二绝缘层17。并且，在其上面，通过PECVD形成用作第 三绝缘层18的SiNz。当使用具有低的耐热性的塑料基板等时，用于形成SiNz层的温度被 设为250°C或更低，并且，该层包含大量的氢。然后，通过光刻方法和蚀刻在保护层16 18 中形成接触孔，由此完成氧化物半导体场效应晶体管。在本发明中，如上所述，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向)配置多个氧化物半导体场效应晶体管。(底栅/顶接触型氧化物半导体场效应晶体管)图12A示出使用根据本发明的绝缘层作为保护层的底栅/顶接触型薄膜晶体管。 以与图9的描述相同的方式形成栅电极11、栅绝缘层12、氧化物半导体层15、源电极13和 漏电极14以及用作保护层的第一到第三绝缘层16 18，由此获得图12A的结构。在这种 情况下，可以在形成源电极13和漏电极14之前沉积第一绝缘层16或者第一和第二绝缘层 16和17，并然后通过使用光刻方法对该第一和第二绝缘层进行构图，由此获得图12B或图 12C的结构。在图12A 12C的结构中的任一个中，在氧化物半导体层上形成三层绝缘层。下面，以图12D为例，依次描述使用根据本发明的绝缘层作为底层(包含阻挡涂层 和栅绝缘层)的底栅/顶接触型薄膜晶体管。通过PECVD在图12D所示的基板10上形成SiNz的阻挡涂层(第三绝缘层)10a，并 且，在其上面，形成由金属制成的栅电极11。通过溅射形成具有50nm或更大的厚度的SiNy 作为具有防止氢原子从阻挡涂层扩散的功能的第二栅绝缘层(第二绝缘层)12a，并进一步 通过溅射在其上面形成具有50nm或更大的厚度的SiOx作为具有抑制氧化物半导体的还原 的功能的第一栅绝缘层(第一绝缘层)12b。然后，形成氧化物半导体层15和用作保护层16的第一绝缘层。在第一绝缘层16 中形成接触孔，并且，形成源电极13和漏电极14，由此完成底栅/顶接触型薄膜晶体管。当 使用根据本发明的包含三个层的绝缘层作为底层(栅绝缘层和阻挡涂层)时，在阻挡涂层 中包含的大量的氢不产生影响，由此可提供可在250°C或更低的温度下在低温工艺中形成 的具有低的泄漏电流的氧化物半导体器件。在本发明中，如上所述，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向) 配置多个底栅/顶接触型薄膜晶体管。(顶栅/底接触型氧化物半导体场效应晶体管)图13A示出使用根据本发明的绝缘层作为保护层的顶栅/底接触型薄膜晶体管。 以与图9的描述相同的方式形成源电极13和漏电极14、氧化物半导体层15、栅电极11和 用作栅绝缘层和保护层的第一到第三绝缘层16 18。在这种情况下，具有抑制氧化物半导 体的还原的功能的第一绝缘层16还用作栅绝缘层12。第二绝缘层17具有防止氢从第三绝 缘层18扩散的功能。并且，如图13B所示，具有抑制氧化物半导体的还原的功能的第一绝 缘层16和具有防止氢扩散的功能的第二绝缘层17可分别被用作第一栅绝缘层12a和第二 栅绝缘层12b，然后，该叠层膜可被用作栅绝缘层12。在图13A和图13B的结构中的任一个 中，在氧化物半导体上形成三层绝缘层。并且，图13C示出根据本发明的绝缘层被用作底层的顶栅/底接触型薄膜晶体管。首先，通过PECVD在基板10上形成SiNz的阻挡涂层(第三绝缘层)10a。当使用 具有低的耐热性的塑料基板等时，在250°C或更低的温度下形成阻挡涂层，并且，在其中包 含大量的氢。在其上面，SiNy通过溅射形成为具有50nm或更大的厚度，以用作具有防止氢 原子扩散的功能的第二绝缘层10b。并且，通过溅射在其上形成具有50nm或更大的厚度的 SiOx作为具有抑制氧化物半导体界面的还原的功能的第一绝缘层10c。然后，形成源电极 13和漏电极14。对于这些电极的形成，可以使用溅射、PLD、电子束蒸镀、CVD等。电极材料 可以是具有令人满意的导电性的任何材料。例如，可以使用诸如In203:Sn、Zn0和InxZnyO的氧化物导体、以及诸如Pt、Au、Ni、Al和Mo的金属的金属电极材料。通过光刻方法对源电极13和漏电极14进行构图。然后，在包含构图的源电极13和漏电极14的第一底层IOc上形成由氧化物膜形 成的氧化物半导体层15。可通过溅射、PLD、电子束蒸镀等制造氧化物半导体层15。然后，在氧化物半导体层15上形成栅绝缘层12。可通过使用溅射、PLD、电子束蒸 镀等制造栅绝缘层12。栅绝缘材料可以是具有令人满意的绝缘性能的任何材料。例如，可 以使用通过溅射形成的SiOx。然后，形成栅电极11。可以以与源电极13和漏电极14的相 同的方式以与其相同的材料形成栅电极11。由此，完成氧化物半导体场效应晶体管。当使 用根据本发明的包含三个层的绝缘层作为底层时，在阻挡涂层中包含的大量的氢不产生影 响，由此可提供可在等于或低于250°C的温度下在低温工艺中形成的具有低的泄漏电流的 氧化物半导体器件。在本发明中，如上所述，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向) 配置多个氧化物半导体场效应晶体管。(包含底层和保护层的氧化物半导体场效应晶体管)以下描述使用根据本发明的绝缘层作为底层和保护层的氧化物半导体场效应晶体管。如图IA所示，在基板10上沉积具有防止氢扩散的功能的第一阻挡涂层IOa(第三 绝缘层)和第二阻挡涂层IOb (第二绝缘层)。然后，形成在图9和图12A 12D中或在图 13A 13C中描述的底栅型场效应晶体管或顶栅型场效应晶体管。并且，如图IB所示，当在 由单层形成的阻挡涂层IOa (第三绝缘层)上形成底栅型场效应晶体管时，栅绝缘层被制成 为第二绝缘层12a和第一绝缘层12b的叠层。此外，变得与阻挡涂层IOa接触的第二绝缘 层12a可被提供有防止氢扩散的功能。在本发明中，如上所述，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向) 配置多个效应晶体管。(显示装置)以下，描述使用根据本发明的氧化物半导体场效应晶体管的显示装置。用作根据本发明的氧化物半导体场效应晶体管的输出端子的漏极与诸如有机电 致发光(EL)器件或液晶器件的显示器件的电极连接，由此可以形成显示装置。以下，参照 作为显示装置的截面图的图14描述显示装置的配置的具体例子。如图14所示，如以上在图IB中描述的那样，在基板10上形成场效应晶体管120。 在本发明中，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向)配置多个效应晶体 管。电极130与场效应晶体管120的漏电极124连接，并且，在电极130上形成空穴传输层 131a和发射层131b。并且，在发射层131b上形成电极132。通过该结构，可基于通过在非 晶氧化物半导体层122中形成的沟道从源电极123流向漏电极124的电流的值控制允许流 入发射层131b中的电流。因此，可基于场效应晶体管120的栅电极121的电压控制电流的 值。这里，电极130、空穴传输层131a、发射层131b和电极132形成有机电致发光器件。注 意，图14还示出第一绝缘层125、第二绝缘层126、第三绝缘层127、用作阻挡涂层的第三绝 缘层10a、用作栅绝缘层的第二绝缘层12a和用作栅绝缘层的第一绝缘层12b。作为替代方案，如图15所示，漏电极124延伸并且与电极130连接，由此可获得使用漏电极124作为向被夹在高电阻层133和135之间的液晶单元或电泳粒子单元134施加 电压的电极130的结构。液晶单元或电泳粒子单元134、高电阻层133和135、电极130和 电极132形成显示器件。可经由图15中没有示出的存储电容器基于通过在非晶氧化物半 导体层122中形成的沟道从源电极123流向漏电极124的电流的值控制向显示器件施加的 电压。因此，可基于场效应晶体管(TFT) 120的栅电极121的电压控制电流的值。在这种情 况下，当显示器件的显示介质是在绝缘膜中密封流体和粒子的囊体时，不需要高电阻层133 和135。由图15中的其它附图标记表示的部件表示与图14的那些相同的部件。(底栅/共面型氧化物半导体场效应晶体管)图16示出使用根据本发明的绝缘层作为保护层的底栅/共面型氧化物半导体场 效应晶体管。如以上参照图9描述的那样，形成栅电极11、栅绝缘层12和氧化物半导体层15。 然后，通过溅射在氧化物半导体上以50nm或更大的厚度形成SiOx以用作具有抑制氧化物 半导体的还原的功能的保护层16(第一绝缘层)。在其上面，通过溅射以50nm或更大的厚 度形成SiNy以用作具有抑制氢原子的传输的功能的保护层17(第二绝缘层)。并且，通过 光刻方法和蚀刻对保护层16和保护层17进行构图。在光刻中，可通过使用栅电极11作为 掩模执行背侧曝光从而以自对准的方式对保护层16和17进行构图。并且，在其上面，通过 PECVD形成由SiNz形成的第三绝缘层18。作为源气体，使用SiH4气体、NH3气体、N2气体等。 并且，可以使用诸如SiNz、SiOmNn或SiC的膜。由于在通过PECVD的成膜中产生的氢、由含 有氢作为构成元素的气体导致的等离子体、或者从形成的绝缘层18的氢扩散，因此向不被 保护层16和17覆盖的氧化物半导体层的区域添加氢。在这种情况下，作为氢化量的调整， 可以在通过PECVD形成膜之前仅通过使用H2等离子体执行氢化处理。通过该氢化，可使得 不被保护层16和17覆盖的氧化物半导体层的区域具有低电阻，并且，以关于保护层16和 17自对准的方式形成源电极13和漏电极14。并且，在不被保护层16和17覆盖的氧化物 半导体层的区域中，其电阻可由PECVD成膜时的RF功率密度、成膜温度、电极间距离、源气 体流率或处理时间控制。然后，在保护层18中形成接触孔，并且形成源极布线19和漏极布线20，由此完成 底栅/共面型氧化物半导体场效应晶体管。在本发明中，如上所述，可以在基板上二维地(在平面中沿垂直方向和水平方向) 配置多个底栅/共面型氧化物半导体场效应晶体管。以下，更详细地描述本发明的例子。但是，本发明不限于以下的例子。(例子1)底栅/底接触型场效应晶体管描述制造图9的底栅/底接触型场效应晶体管的例子。首先，通过溅射在玻璃基 板10(由Corning Inc.制造，#1737)上形成用于形成栅电极的电极层。电极由Mo形成并 且具有50nm的厚度。然后，电极通过光刻方法和蚀刻被构图以形成栅电极11。然后，通过溅射以200nm的厚度形成SiOx膜以用作栅绝缘层12。在室温的基板温 度下用射频(RF)溅射装置形成SiOx膜。靶子是具有3英寸的直径的Si02。RF输入功率是 400W。成膜时的气氛的总压力为0.5Pa，并且此时的气体流率为Ar = 100%。源电极13和 漏电极14由氧化铟锡(ITO)形成并且分别具有150nm的厚度。通过光刻方法和蚀刻对源电极13和漏电极14进行构图。氧化物半导体层15由具有30nm的厚度的In-Zn-Ga-O非 晶氧化物半导体材料形成。在室温(25°C )的基板温度下用RF溅射装置形成氧化物半导体 层15。使用直径为3英寸的具有In2O3 · ZnO成分的多晶烧结压块(compact)作为靶子，并 且，RF输入功率为200W。成膜时的气氛的总压力为0.5Pa，并且此时的气体流率为Ar O2 =95 5。然后，使用光刻方法和蚀刻以对氧化物半导体层15进行构图。在氧化物半导体 层15上，作为保护层16 (第一绝缘层)和保护层17 (第二绝缘层)，通过溅射依次沉积具 有50nm的厚度的SiOx和具有50nm的厚度的SiNy。对于通过溅射的SiOx的沉积，使用具有 3英寸的直径的SiO2作为靶子，并且，RF输入功率为400W。SiOx成膜时的气氛的总压力为 0. lPa，并且，此时的气体流率为Ar O2 = 50 50。对于通过溅射的SiNy的沉积，使用具 有3英寸的直径的Si3N4作为靶子，并且，RF输入功率为400W。SiNy成膜时的气体流率为 Ar N2 = 50 50。另外，通过PECVD以300nm的厚度形成SiNz作为保护层18 (第三绝缘 层)。通过PECVD使SiNz成膜时的基板温度被设为250°C。作为处理气体，使用SiH4气体、 NH3气体和N2气体等。气流流速被设为SiH4 NH3 N2 = 1 2. 5 25。RF输入功率密 度和压力分别被设为0.9W/cm2和150Pa。然后，通过光刻方法和蚀刻在这些保护层中形成 接触孔。如上所述，完成本发明的底栅/底接触型场效应晶体管。根据本例子制造的底栅/底接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性和高速操作 性等方面表现出优异的特性，并且相对于气氛是稳定的。(例子2)描述制造图12D的底栅/顶接触型场效应晶体管的例子。首先，在包含碱金属的玻璃基板10上，通过PECVD在250°C的温度下由SiNz形成 阻挡涂层10a。在其上面，通过使用光刻方法、剥离和电子束蒸镀对栅电极11进行构图。栅 电极11是通过电子束蒸镀在阻挡涂层IOa上沉积的5nm的Ti/40nm的Au/5nm的Ti的叠层。然后，使用由SiNYB成的栅绝缘层12a和由SiOxB成的栅绝缘层12b的叠层结构， 并且，如例子1那样，分别通过溅射在室温(25°C )下依次沉积具有150nm的厚度的SiNy和 具有50nm的厚度的SiOx。栅绝缘层12b用作氧化物半导体层15的底层。氧化物半导体层 15由与例子1相同的具有30nm的厚度的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体材料形成。然后，形成还用作蚀刻阻止层的保护层16 (第一绝缘层)、源电极13和漏电极14。作为还用作蚀刻阻止层的保护层16(第一绝缘层)，如例子1那样，通过溅射在室 温(25°C )下以IOOnm的厚度形成SiOx。并且，通过光刻方法和蚀刻在保护层16(第一绝 缘层)中形成接触孔。作为源电极13和漏电极14的电极材料，使用ΙΤ0，并且，其厚度为150nm。通过光 刻方法和蚀刻对源电极13和漏电极14进行构图。然后，在250°C的气氛温度下在炉子中执行0.5小时的退火，以增加源电极13和漏 电极14的导电性。由此，完成本发明的底栅/顶接触型场效应晶体管。根据本例子制造的底栅/顶接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性。(例子3)本例子是通过PECVD在250°C的基板温度下由SiOmNn形成例子2的阻挡涂层IOa的例子。当形成SiOmNn时，基板温度被设为250°C。作为处理气体，使用SiH4气体、N2O气体 和N2气体等。气流流速被设为SiH4 N2O N2 = 1 2. 5 10。RF输入功率密度和压力 分别被设为0.25W/cm2和150Pa。作为N2气体的替代，可以使用NH3气体。在形成阻挡涂层 IOa之后，以与例子2相同的方式形成其它的部件。由此，完成本发明的底栅/顶接触型场 效应晶体管。根据本例子制造的底栅/顶接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性。(例子4)底栅/顶接触型场效应晶体管描述制造图12C的底栅/顶接触型场效应晶体管的例子。首先，通过光刻方法和蚀刻在玻璃基板10 (由Corning Inc.制造，#1737)上对栅 电极11进行构图。通过溅射在玻璃基板10上由Mo形成栅电极11以使其具有50nm的厚度。然后，如例子1那样，通过溅射形成具有200nm的厚度的SiO2膜作为栅绝缘层12。 氧化物半导体层15由与例子1相同的具有30nm的厚度的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体 材料形成。然后，通过光刻方法和蚀刻对氧化物半导体层15进行构图。然后，形成还用作氧化物半导体保护层的保护层16(第一绝缘层)和保护层 17 (第二绝缘层)、源电极13和漏电极14。对于还用作氧化物半导体保护层的保护层16和17使用SiOx和SiNy的叠层结构， 并且，如例子1那样，通过溅射依次沉积具有50nm的厚度的SiOx和具有IOOnm的厚度的 SiNy。另外，通过光刻方法和蚀刻对保护层16和17进行构图。作为源电极13和漏电极14的电极材料，使用ΙΤ0，并且其厚度为150nm。通过光 刻方法和蚀刻对源电极13和漏电极14进行构图。并且，作为保护层18(第三绝缘层)，通过PECVD以300nm的厚度形成SiNz。此外， 通过光刻方法和蚀刻在保护层18中形成接触孔。由此，完成本发明的底栅/顶接触型场效
应晶体管。根据本例子制造的底栅/顶接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性，并且相对于气氛是稳定的。(例子5)顶栅/底接触型场效应晶体管描述制造图13B的顶栅/底接触型场效应晶体管的例子。首先，通过溅射在玻璃基板10 (由Corning Inc.制造，#1737)上形成与例子1类 似地由ITO形成的源电极13和漏电极14。注意，源电极13和漏电极14具有50nm的厚度。然后，通过光刻方法和蚀刻对电极进行构图以获得源电极13和漏电极14。然后，在包含源电极13和漏电极14的玻璃基板10上，以30nm的厚度形成与例子 1相同的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层15。然后，通过光刻方法和蚀刻对氧化物半导体 层15进行构图。然后，如例子1那样，通过溅射沉积栅绝缘层16 (12a)和17 (12b)。SiOx的厚度被设 为50nm以用作栅绝缘层16 (12a)，并且，SiNy的厚度被设为150nm以用作栅绝缘层17 (12b)。 对于栅电极材料使用ΙΤ0，并且，通过溅射以50nm的厚度沉积ΙΤ0。沉积的ITO通过光刻方法和蚀刻经受构图以形成栅电极11。并且，通过PECVD以300nm的厚度形成SiNjt为保护 层18 (第三绝缘层)。通过光刻方法和蚀刻在保护层18中形成接触孔。由此，完成本发明 的顶栅/底接触型场效应晶体管。根据本例子制造的顶栅/底接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性，并且相对于气氛是稳定的。(例子6)描述制造图13C的顶栅/底接触型场效应晶体管的例子。首先，在耐热性的聚酰亚胺基板10上，在250°C的温度下通过PECVD以300nm的厚 度形成阻挡涂层IOa(第三绝缘层)。在其上面，作为第二绝缘层10b，在与例子1相同的条 件下在室温(25°C )下通过溅射以50nm的厚度形成SiNy。并且，在其上面，作为第一绝缘 层10c，在室温(25°C )下通过溅射以IOOnm的厚度形成SiOx。在室温(25°C )下通过溅射 形成用于形成源电极13和漏电极14的电极层。作为电极材料，使用氧化铟锡(ΙΤ0)，并且 其厚度为50nm。然后，电极层通过光刻方法和蚀刻经受构图以形成源电极13和漏电极14。然后，以30nm的厚度形成与例子1相同的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层。然 后，通过光刻方法和蚀刻对氧化物半导体层15进行构图。然后，形成栅绝缘层12和栅电极11。使用SiOx作为栅绝缘层材料，并且，通过溅射以IOOnm的厚度沉积该SiOx。通过 光刻方法和剥离对栅绝缘层12进行构图。使用Mo作为栅电极材料，并且，通过溅射以IOOnm的厚度沉积Mo。通过光刻方法 和蚀刻对栅电极11进行构图。然后，在250°C的气氛温度下在炉子中执行0.5小时的退火，以增加源电极13和漏 电极14的导电性。由此，完成本发明的顶栅/底接触型场效应晶体管。根据本例子制造的顶栅/底接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性。(例子7)包含底层和保护层的底栅/底接触型场效应晶体管描述制造在图IB的阻挡涂层上形成的底栅/底接触型场效应晶体管的例子。首先，在耐热性的聚酰亚胺基板10上，作为阻挡涂层IOa (第三绝缘层)，在250°C 的温度下通过PECVD以IOOnm的厚度形成SiNz。然后，通过溅射形成用于在阻挡涂层IOa 上形成栅电极的电极层。作为电极材料，使用Mo，并且其厚度为50nm。然后，电极层通过光 刻方法和蚀刻经受构图以形成栅电极11。如例子1那样通过溅射沉积栅绝缘层12a (第二绝缘层)和栅绝缘层12b (第一绝 缘层)。分别地，以150nm的厚度形成SiNy以用作栅绝缘层12a，以50nm的厚度形成SiOx 以用作栅绝缘层12b。在形成栅绝缘层12a和栅绝缘层12b之后，以与例子1相同的方式形 成其它的部件。根据本例子制造的底栅/底接触型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作 性等方面表现出优异的特性，并且，相对于气氛是稳定的。(例子8)在本例子中，描述使用底栅/底接触型场效应晶体管的图14的显示装置。场效
16应晶体管的制造过程与例子1相同。注意，可以使用图1A、图1B、图9、图12A 12D和图 13A 13C所示的场效应晶体管中的任一个。然后，通过保护层127在场效应晶体管120 的漏电极124之上形成电极130。电极130由通过溅射形成的ITO形成。通过气相沉积方 法在电极130上形成空穴传输层131a和发射层131b。空穴传输层131a和发射层131b分 别由α-NPD和Alq3形成。并且，通过气相沉积方法在发射层131b上形成电极132。使用 MgAg作为电极材料。由此，制造使用有机电致发光器件作为显示器件的图14所示的显示装 置。(例子9)在本例子中，描述使用底栅/底接触型场效应晶体管的图15的显示装置。场效 应晶体管的制造过程与例子1相同。注意，可以使用图1A、图1B、图9、图12A 12D和图 13A 13C所示的场效应晶体管中的任一个。在场效应晶体管120中，形成漏电极124的 ITO岛状膜的短边延伸到100 μ m。除了延伸部分的90 μ m以外，场效应晶体管120被绝缘 层125 127覆盖，而漏电极124通过布线与源电极123和栅电极121电连接。绝缘层被 其上面的聚酰亚胺膜133覆盖以执行摩擦(rubbing)处理。同时，ITO膜132和聚酰亚胺膜135以相同的方式在塑料基板140上形成并且经受 摩擦处理。由此制备的塑料基板140以彼此间隔5 μ m的空间与上面形成场效应晶体管120 的基板110彼此相对。该空间填充有向列(nematic)液晶134。并且，在如上面描述的那样 获得的该结构的两侧设置一对偏振板100和150。这里，当向场效应晶体管120的源电极 123施加电压以改变向栅电极121施加的电压时，该电压改变仅变更作为从漏电极124延伸 的ITO岛状膜的一部分的30 μ mX90 μ m区域的透光率。在场效应晶体管120处于ON状态 的栅电压下，透光率也可随在源电极和漏电极之间施加的电压连续改变。如图15所示，由 此制造包含液晶单元作为显示器件的显示装置。(例子10)在本例子中，相对于例子9，使用其中使用白色塑料基板110作为上面形成场效应 晶体管的基板、场效应晶体管120的电极替换地由金形成并且消除聚酰亚胺膜133和135 以及偏振板100和150的结构。并且，采用在白色塑料基板110和透明塑料基板140之间 限定的空间填充有包含封入绝缘膜内的粒子和流体的囊体134的结构。在具有这种结构的 显示装置中，在延伸的漏电极和位于上部的ITO膜之间施加的电压受场效应晶体管控制， 因此，囊体中的粒子上下移动。该移动可控制从透明基板侧观察的延伸漏电极区域的反射 率，由此实现显示。(例子11)描述制造图16的底栅/共面场效应晶体管的例子。首先，通过光刻方法和蚀刻在玻璃基板10 (由Corning Inc.制造，#1737)上对栅 电极11进行构图。通过溅射在玻璃基板10上由Mo形成栅电极11以具有50nm的厚度。然后，如例子1那样，通过溅射以200nm的厚度形成SiO2膜作为栅绝缘层12。氧 化物半导体层15由与例子1相同的具有30nm的厚度的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体材 料形成。然后，通过光刻方法和蚀刻对氧化物半导体层15进行构图。然后，形成保护层16 (第一绝缘层)和保护层17 (第二绝缘层)。
对于保护层16和17使用SiOx和SiNy的叠层结构，并且，如例子1那样，分别通过 溅射依次沉积具有50nm的厚度的SiOx和具有IOOnm的厚度的SiNy。并且，通过光刻方法和 蚀刻对保护层16和17进行构图。在光刻中，通过使用栅电极11作为掩模执行背侧曝光。作为保护层18 (第三绝缘层)，如例子1那样，通过PECVD形成具有300nm的厚度 的SiNz。在这种情况下，使得不被保护层16和17覆盖的氧化物半导体的区域具有低电阻， 由此形成源电极13和漏电极14。然后，通过光刻方法和蚀刻在保护层18中形成接触孔。使用Mo作为具有150nm的厚度的源极布线19和漏极布线20的电极材料。通过 光刻方法和蚀刻对源极布线19和漏极布线20进行构图。由此，完成本发明的底栅/共面 型场效应晶体管。根据本例子制造的底栅/共面型场效应晶体管在滞后特性、均一性、高速操作性 等方面表现出优异的特性，并且，相对于气氛是稳定的。虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性 实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些变更方式和等同的结 构和功能。本申请要求在2007年12月4日提交的日本专利申请No. 2007-313579的权益，在 此通过引用并入其全部内容。
权利要求
一种氧化物半导体器件，包括氧化物半导体层；和与所述氧化物半导体层接触的绝缘层，其中，所述绝缘层包含与氧化物半导体接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和O的氧化物的第一绝缘层；与第一绝缘层接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和N的氮化物的第二绝缘层；和与第二绝缘层接触的第三绝缘层，并且，第一绝缘层和第二绝缘层具有4×1021原子/cm3或更少的氢含量，并且，第三绝缘层具有大于4×1021原子/cm3的氢含量。
2.根据权利要求1的氧化物半导体器件，其中，第一绝缘层包含SiOx，第二绝缘层包含 SiNy，并且，第三绝缘层包含SiNz和SiOmNn中的一种。
3.根据权利要求1的氧化物半导体器件，其中，第一绝缘层和第二绝缘层被连续形成 为绝缘层。
4.根据权利要求1的氧化物半导体器件，其中，所述氧化物半导体层包含含有选自包 含Sn、In和Zn的组的至少一种元素的非晶氧化物半导体。
5.根据权利要求1 4中的任一项的氧化物半导体器件，其中，第一绝缘层、第二绝缘 层和第三绝缘层的至少一部分被周作栅绝缘层。
6.一种显示装置，包括包含电极的显示器件；和包含源电极和漏电极的场效应晶体管，所述场效应晶体管的源电极和漏电极中的一个与基板上的显示器件的电极连接，其中，所述场效应晶体管包含根据权利要求1 4中的任一项的氧化物半导体器件。
7.根据权利要求6的显示装置，其中，所述显示器件包含电致发光器件。
8.根据权利要求6的显示装置，其中，所述显示器件包含液晶单元。
9.根据权利要求6的显示装置，其中，多个所述显示器件和多个所述场效应晶体管被 二维地配置于基板上。
全文摘要
提供一种包括氧化物半导体层和与氧化物半导体层接触的绝缘层的氧化物半导体器件，其中，绝缘层包含与氧化物半导体接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和O的氧化物的第一绝缘层；与第一绝缘层接触、具有50nm或更大的厚度并且包含含有Si和N的氮化物的第二绝缘层；和与第二绝缘层接触的第三绝缘层，并且，第一绝缘层和第二绝缘层具有4×1021原子/cm3或更少的氢含量，并且，第三绝缘层具有大于4×1021原子/cm3的氢含量。
文档编号H01L29/786GK101884109SQ200880118780
公开日2010年11月10日 申请日期2008年11月27日 优先权日2007年12月4日
发明者佐藤步, 林亨, 渡边智大, 薮田久人 申请人:佳能株式会社