底栅型薄膜晶体管、其制造方法及显示装置的制作方法

专利名称：底栅型薄膜晶体管、其制造方法及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及底栅型薄膜晶体管、其制造方法、以及诸如显示装置的电光装置。更具体而言，本发明涉及设置有绝缘膜作为蚀刻阻止体(stopper)的底栅型薄膜晶体管、其制造方法以及显示装置。
背景技术：
近年来，使用含有ZnO作为主要成分的透明导电氧化物多晶薄膜作为沟道层的薄膜晶体管(TFT)已被积极开发(参见日本专利申请公开No. 2002-76356)。薄膜可以在低温下形成，并且对可见光是透明的，因此能够在诸如塑料板或膜的衬底上形成柔性透明TFT。此外，公开了具有使用ZnO等的透明半导体的薄膜晶体管形成矩阵显示装置(美国专利 No. 6563174)。在美国专利No. 6563174中，公开了可通过干蚀刻形成氧化物半导体上的源电极和漏电极。根据Nature，488，432 (2004)中的文章，公开了使用含有铟、镓、锌和氧的透明非晶氧化物半导体膜(a-IGZO)作为TFT的沟道层的技术。此夕卜，描述了可在室温下在诸如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate) (PET)膜的衬底上形成具有6 QcmiW1的令人满意的场效应迁移率的柔性透明TFT。此外，在February 2006 NIKKEI MICRODEVICES的第74页的表2中，描述了操作被识别为柔性电子纸，所述柔性电子纸使用其中a-IGZO被用作TFT的沟道层的薄膜晶体管。此外，作为在半导体层上形成源电极/漏电极的方法，公开了一种结构，其中，在底栅型薄膜TFT中在半导体层上设置蚀刻阻止体层，以降低源电极和漏电极之间的泄漏电流(美国专利No. 5403755)。美国专利No. 6563174公开了，在具有其主要成分为ZnO的透明氧化物半导体的底栅型薄膜TFT中，可通过干蚀刻形成氧化物半导体上的源电极和漏电极。美国专利No. 6563174还描述了，通过等离子体CVD (P-CVD)方法将保护膜形成为氮化硅薄膜，在实践上，所述保护膜在底栅型薄膜TFT中是必要的。在除美国专利No. 6563174以外的所有相关技术中，通过剥离技术形成源电极和漏电极。在剥离中，出现问题，诸如剥离的电极膜的粒子的重新附着，因此难以以高产量制造大面积TFT。
因为即使电极材料是金属或透明氧化物导体，其主要成分为ZnO的氧化物半导体也易受酸的影响并且蚀刻速度高，所以在设计TFT时难以通过使用酸的湿蚀刻形成源电极和漏电极。实际上，仅通过干蚀刻处理形成源电极和漏电极。然而，在其主要成分为ZnO的氧化物半导体中，易于出现氧空位(vacancy)并且易于产生许多的载流子电子，因而氧化物半导体层可能在蚀刻源电极和漏电极的处理中被损伤。还存在为了减少由蚀刻导致的对半导体层的损伤而设置保护层作为蚀刻阻止体层的方法，但是，即使形成这样的保护膜，氧化物半导体层也受损并且关(OFF)电流变得较大。因而，存在难以稳定地实现具有令人满意的开/关比的TFT特性的问题。

发明内容
因此，本发明的一个目的是，通过在使用氧化物半导体的底栅型薄膜晶体管中进行蚀刻而实现源电极和漏电极的形成，以由此实现大规模生产性优异的工艺。本发明的另一个目的是，提供具有关电流被最小化的令人满意的晶体管特性的薄
膜晶体管。为了解决上述的问题，本发明提供一种底栅型薄膜晶体管，该底栅型薄膜晶体管在衬底上包含栅电极；作为栅极绝缘膜的第一绝缘膜；作为沟道层的氧化物半导体层；作为保护层的第二绝缘膜；源电极；和漏电极，其中氧化物半导体层包含氧化物，所述氧化物包括选自由In、Zn和Sn构成的组的至少一种；并且，第二绝缘膜包含被形成为与氧化物半导体层接触的非晶氧化物绝缘体，并且在其中包含3. 8X IO19分子/cm3或更多的脱附(desorbed)气体,所述脱附气体通过温度编程脱附质谱分析(temperature programmeddesorption massspectrometry)被观察为氧。温度编程脱附质谱分析(TPD)也被已知为热脱附谱分析(thermal desorption spectroscopy) (TDS)。此外，本发明提供一种底栅型薄膜晶体管的制造方法，该底栅型薄膜晶体管在衬底上包含栅电极、作为栅极绝缘膜的第一绝缘膜、作为沟道层的氧化物半导体层、作为保护层的第二绝缘膜、源电极和漏电极，该方法包括在衬底上形成栅电极；依次形成第一绝缘膜和氧化物半导体层；对第一绝缘膜和氧化物半导体层进行构图(pattern);在包含氧化气体的气氛中形成第二绝缘膜；对第二绝缘膜进行构图以覆盖氧化物半导体层的沟道区域(沟道区域的至少一部分)；形成源电极和漏电极；以及使用第二绝缘膜作为蚀刻阻止体对源电极和漏电极进行构图。根据本发明，可通过蚀刻形成源电极和漏电极，这使得能够提供这样的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的大规模生产性优异，并且具有必定具有最小化的关电流这样的晶体管特性。从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。


图I是示出具有用作蚀刻阻止体的第二绝缘膜的反交错型TFT的结构的视图。
图2是示出使用低电阻η型硅衬底上的热氧化物膜硅栅极绝缘膜的反交错型TFT的结构的视图。图3是示出当制造图2所示的反交错型TFT时的典型电流_电压特性的曲线图。图4是示出通过温度编程脱附质谱分析所测量的第二绝缘膜的氧脱附数据的例子的曲线图。图 5是示出通过温度编程脱附质谱分析所测量的从非晶SiOx脱附的氧量和作为形成气氛的Ar中所含有的O2气的浓度之间的关系的曲线图。图6是作为本发明实施例的显示装置的例子的截面图。图7是作为本发明实施例的另一显示装置的例子的截面图。图8是示出其中二维地(以二维状态)布置包括有机EL器件和薄膜晶体管的像素的显示装置的结构的视图。图9是示出反交错(底栅)型MISFET器件中Vm和氧化物半导体的电导率之间的关系的曲线图。图10是示出当制造9个具有图2所示结构的TFT并测量它们的TFT特性时的所述9个TFT的传输特性的曲线图。图11是示出具有保护膜的反交错型TFT的结构的视图。图12是示出当制造9个具有图11所示结构的TFT并且测量它们的TFT特性时的所述9个TFT的传输特性的曲线图。
具体实施例方式以下参照附图描述本发明的最佳实施方式。在本实施例的薄膜晶体管(TFT)中，使用非晶SiCUt为栅极绝缘膜材料。还可以通过溅射形成作为非晶氧化物绝缘体的Al2O3和a-SiOxNy。优选使用ZnO或包含In、Zn和O的氧化物半导体作为薄膜晶体管的沟道层。沟道层包含In、Zn、0，此外，包含Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si和Ge中的至少一种。此外，优选使用其电导率在大于等于10_3S/cm和小于等于10_7S/cm之间的非晶氧化物。图I是作为薄膜晶体管的例子示出其中保护膜用作蚀刻阻止体的底栅结构的结构的截面图。在衬底I上设置栅电极2，并且，进一步在其上面设置第一绝缘膜3、作为沟道层的氧化物半导体层4、第二绝缘膜5、源电极6和漏电极7。当使用包含In、Zn和O的非晶氧化物作为氧化物半导体层4时，可以在室温下制造它，因而，如果通过溅射形成绝缘膜，那么可以在室温下执行所有的成膜处理。并且，作为衬底，可以使用塑料衬底、塑料膜等。对氧化物半导体层4进行构图以形成沟道区域。在那之后，在包含氧化气体的气氛中形成作为第二绝缘膜5的非晶氧化物绝缘层。通过形成作为保护层的第二绝缘膜5以使氧化物半导体的电阻不变低，其主要成分为ZnO的氧化物半导体中的氧空位的产生受到抑制，并因而可防止许多载流子电子的产生和大的关电流。在通过使用CF4气体的干蚀刻对第二绝缘膜5进行构图之后，形成作为源电极6和漏电极7的ITO、IZO等的透明导电氧化物膜用作蚀刻阻止层的第二绝缘膜保护沟道区域，因而，不仅可通过干蚀刻而且可通过湿蚀刻对源电极和漏电极进行构图。理想地，考虑到蚀刻时对源电极和漏电极的保护，优选第二绝缘膜覆盖整个沟道区域。然而，当对第二绝缘膜的损伤根据蚀刻条件或蚀刻时间基本不使特性降低太多时，不必将第二绝缘膜设置成覆盖整个沟道区域。在这种情况下，第二绝缘膜可被设置为覆盖沟道区域的一部分。作为源电极和漏电极，可以使用诸如Ni、Cr、Rh、Mo、Nd、Ti、W、Ta、Pb或Al的金属，它们的合金，或它们的硅化物。图2示出底栅反交错型TFT的结构，所述底栅反交错型TFT使用热氧化物硅绝缘膜2、且以低电阻η-型晶体硅作为栅电极和衬底I。使用图2所示的结构，检查当使用氧化物半导体时形成第二绝缘膜的条件对TFT特性的影响。形成非晶InGaZnO作为氧化物半导体4。通过沉积为Ti/Au/Ti的叠层结构并跟着进行剥离，形成源电极6和漏电极7。当不存在第二绝缘膜时，到此完成TFT:A。在那之后，以要成为第二绝缘膜的非晶SiOx作为目标，使用SiO2和作为溅射气体的100% -Ar气，以通过溅射形成IOOnm的非晶SiOx。通过在源电极6和漏电极7上进行湿蚀刻，形成接触孔，而完成具有第二绝缘膜的TFT:B。图3是示出以上述方法制造的TFT:A和TFT:B的典型电流-电压特性的曲线图。关于TFT:A，显示出具有令人满意的开/关比并具有最小化的关电流的TFT特性。然而，关于其中形成被认为是普通氧化物膜绝缘层的非晶SiOx来作为第二绝缘膜的TFT:B，即使当栅极电压为-20V时，也不表现出关电流。其原因被认为是形成第二绝缘膜时氧化物半导体层的还原(reduction)或氧化物半导体层中的氧空位的产生。这是由于，在其主要成分为ZnO的氧化物半导体中，易于出现氧空位，并且易于产生许多载流子电子。在图3中，示出使用溅射来形成第二绝缘膜的结果。当通过P-CVD形成非晶SiOx或非晶SiNy作为第二绝缘膜时，开/关比仍较不令人满意。结果，实际上，TFT不作为TFT工作。这意味着，由于氧化物半导体对于氢极其敏感，因此氧化物半导体的与第二绝缘膜接触的部分的电阻变得极低。以下将详细描述作为本发明主要部分的在含有氧化气体的气氛中形成的第二绝缘膜。(关于第二绝缘膜)更具体而言，可通过使用SiO2作为靶并使用O2气和Ar气的混合气体(以下称为O2Ar混合气体)作为溅射气体进行溅射以形成非晶氧化物绝缘层，实现第二绝缘膜。02/Ar混合比被表示为[O2气流率(SCCM) ] / [ (O2气流率(SCCM)) + (Ar气流率(SCCM)) ] (vol % )。当02/Ar混合比为IOvol %或更大、更优选地为50vol %时,看出02/Ar混合气体的效果。当02/Ar混合比为50vol %时，在当不形成第二绝缘膜5时获得令人满意的关电流特性的几乎所有的氧化物半导体条件下，获得令人满意的关电流特性。测量作为第二绝缘膜的非晶SiOx的氧含量的方法包括温度编程脱附质谱分析(TPD)。依赖于样品，从与衬底表面接触的热电偶的几十摄氏度到约四百摄氏度的温度，观察存在于薄 膜中的氧的脱附峰。在本发明中，当通过温度编程脱附质谱分析进行测量时，氧在400°C从作为第二绝缘膜的非晶SiOx几乎脱附(脱附气体)。在与衬底表面接触的热电偶的定量分析中使用的测量温度范围为50°C至800°C。从与02+对应的质量数(m/z) 32的离子强度，脱附气体被识别为氧。图4是示出通过温度编程脱附质谱分析所测量的氧脱附数据的例子的曲线图。以这种方式获得的从作为第二绝缘膜的非晶SiOx脱附的氧量与形成气氛中的氧浓度成比例。图5是示出通过温度编程脱附质谱分析所测量的从非晶SiOx脱附的氧量和作为形成气氛的Ar中所包含的O2气的浓度之间的关系的曲线图。作为对使用透明氧化物半导体的TFT的第二绝缘膜的积极研究和开发的结果，发现使用O2气和Ar气的混合气体(以下称为02/Ar混合气体)作为非晶SiOx的溅射气体(也称为溅射成膜气体)。此外，发现当混合比(也称为混合气体比)为IOvol %或更大时，氧化物半导体中的氧空位的产生受到抑制，因而可以防止许多载流子电子的产生和大的关电流。通过温度编程脱附质谱分析发现，有效抑制氧空位产生的非晶SiOx在膜中包含
3.8 X IO19分子/cm3或更多的氧。具有较宽处理裕度并可获得更稳定特性的形成条件是使用这样的溅射气体时的形成条件，在该溅射气体中的O2气对O2气和Ar气之和的体积比(02/Ar混合比)为50vol%。当例如在这样的条件下形成氧化物半导体时，在膜中包含约I. 2XlO2ci分子/cm3的氧。假定在膜中包含氧的非晶SiOx通过沉积处理期间的无意加热(例如，由沉积处理期间的输入电力引起的温度上升)或随后处理中的加热而释放氧，并将氧化物半导体的界面部分氧化，由此抑制电阻的降低。结果，假定氧化物半导体中氧空位的产生被抑制，并且产生许多的载流子电子，由此防止关电流的增大。根据本发明的发明人的发现，用于形成有效抑制氧空位产生的非晶SiOx的条件中的02/Ar混合比没有上限，并且，即使在O2的比率为100vOl%的情况下，氧空位的产生也被有效抑制。然而，由于膜沉积速率通过增大02/Ar混合比而降低，因此，从生产率和成本的观点看，优选使用50vol%或更小的02/Ar混合比。非晶SiOx的02/Ar混合比和膜沉积速率之间的关系尽管依赖于诸如成膜气体压力以及衬底和靶之间的距离的成膜参数，但是对于氧分压极其敏感。因此，通常很少使用氧分压高的形成条件。关于这种情况下的形成条件，以当02/Ar混合比为Ovol %时的膜沉积速率作为基准值(100% )，当02/Ar混合比为IOvol %和50vol%时的膜沉积速率分别为77%和39%。使用上述非晶SiOJt为第二绝缘膜，制造TFT。TFT的结构如图11中所示，并且，在相同的条件下形成作为氧化物半导体的非晶InGaZnO。同时，在相同的处理条件下制造用于测量氧化物半导体的电导率的TEG器件，并且测量氧化物半导体层的电导率。作为TFT的传输特性之一的Vm是在漏极电流(Id)上升时施加到栅极的电压。图9示出Vm和氧化物半导体的电导率之间的关系。在氧化物半导体的电导率和Vm之间存在强的相关性。氧化物半导体的电导率越大，则Vm向负侧偏移得越多。当电导率变得更大时，即使在-40V或更小处也没有观察到
Von。从结果很清楚，当形成第二绝缘膜时，氧化物半导体的电导率的增大使表示关电流和开(ON)电流之间的边界的Vm向负侧偏移，而导致劣化。结果，关电流特性被劣化。第二绝缘膜的形成条件抑制氧化物半导体的电导率的增大。当02/Ar混合比为IOvol%或更大、并且在膜中包含3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧时，看出抑制效果。使用非晶SiOx作为第二绝缘膜，所述非晶SiOx是使用其02/Ar混合比为50vol%的溅射气体形成的，并在膜中包含I. 2X IO20分子/cm3的氧。制造了 9个具有图2所示的结构的TFT，并且测量它们的TFT特性。图10是示出所述9个TFT的传输特性的曲线图。Vm被控制成基本上为0V，并且获得表现出令人满意的开/关比的TFT。在以上描述中，第二绝缘膜为非晶SiOx，但是，可以使用非晶氧氮化硅或非晶氧化铝作为非晶氧化物绝缘体，所述非晶氧化物绝缘体作为第二绝缘膜。此外，以上描述了使用02/Ar混合气体作为形成第二绝缘膜时的氧化气体的情况。然而，必要的是，形成第二绝缘膜以使氧化物半导体的电导率不增大，因而，氧化气体不限于氧。此外，对于作为第二绝缘膜的非晶氧化物绝缘体中的氧含量的条件可能依赖于沉积装置而改变。但是，当改变沉积参数以研究趋势时，可以控制氧的含量以获得本发明的有利效果。沉积参数包括沉积气体压力、沉积时的输入功率、沉积温度、衬底-靶距离、对于衬底或阴极的偏压(bias)施加等。例如，作为薄膜晶体管，使用能够形成大面积膜的溅射形成铟、镓和锌的成分比为1:1: I的非晶氧化物半导体层(a-IGZO薄膜)。将所述非晶氧化物半导体层应用于具有图I所示的结构的薄膜晶体管。这可实现IO5或更大的晶体管的开/关比。这种情况下的场效应迁移率为1cm2V-1S-1 或更大。通过这些效果，可在大规模生产性优异的使用氧化物半导体的底栅型薄膜晶体管中通过各种蚀刻处理形成源电极和漏电极。此外，可提供具有关电流被最小化的令人满意的晶体管特性的薄膜晶体管。在以上的描述中，描述了这样的情况，其中使用ZnO作为主要成分的透明氧化物半导体多晶薄膜或其主要成分为ZnO的包含微晶体的透明氧化物半导体薄膜被用作半导体层(沟道层)。 此外，描述了使用被形成为包含In、Ga、Zn和O的非晶氧化物的情况。然而，氧化物半导体层不限于此。作为被形成为包含In、Ga、Zn和O的非晶氧化物半导体层，可以使用包含Sn、In和Zn之中的至少一种元素的非晶氧化物。此外，当选择Sn作为形成非晶氧化物的元素中的至少一部分时，可以使用Sni_xM4x (O < X < 1，M4选自其原子序数比Sn小的第IV族元素，即Si、Ge和Zr)代替Sn。此外，当选择In作为形成非晶氧化物的元素中的至少一部分时，可以使用IrVyM3y(0 < y < I，M3选自其原子序数比Lu或In小的第III族元素，即B、Al、Ga和Y)代替In。此外，当选择Zn作为形成非晶氧化物的元素中的至少一部分时，可以使用Zn1^mz (O < Z < I, M2选自其原子序数比Zn小的第II族元素，即Mg和Ca)代替Zn。可使用的非晶材料包括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。不用说，形成材料的成分比不必要求为I : I。应当注意，在一些情况下Zn和Sn难以通过它们自己形成非晶性(amorphism),但是,添加In使得较易形成非晶相。例如，在In-Zn氧化物的情况下，成分优选为使得In原子对氧以外的所有原子的数量之比约为20at. %或更大。在Sn-In氧化物的情况下，成分优选为使得In原子对氧以外的所有原子的数量之比约为80at. %或更大。在Sn-In-Zn氧化物的情况下，成分优选为使得In原子对氧以外的所有原子的数量之比约为15at. %或更大。可通过在要以约O. 5度那么低的入射角测量的薄膜的X射线衍射中没有检测到清晰的衍射峰(即，观察到晕圈图案)的条件，确认非晶状态。应当注意，在本实施例中，当对于场效应晶体管的沟道层使用上述材料时，不排除沟道层包含微晶状态的形成材料。然后，通过将薄膜晶体管的作为输出端子的漏极连接到诸如有机或无机电致发光(EL)器件或液晶器件的显示器件的电极，可以形成显示装置。以下参照显示装置的截面图描述显示装置结构的具体例子。图6是作为本发明实施例的显示装置的例子的截面图。TFT在衬底611上具有栅电极612、栅极绝缘膜613、氧化物半导体膜614、第二绝缘膜615、源(漏)电极616、和漏(源)电极617。像素电极618经由层间绝缘膜619与漏(源)电极617连接。像素电极618与发光层620接触，此外，发光层620与电极621接触。这种结构使得能够通过从源(漏)电极616经由在氧化物半导体膜614中形成的沟道流到漏(源)电极617的电流的值，控制注入到发光层620的电流。因此，可通过TFT的栅极612的电压，控制注入到发光层620的电流。在这种情况下，电极618、发光层620和电极621形成作为电光器件的无机或有机电致发光器件。图7是作为本发明实施例的显示装置的另一例子的截面图。漏(源)电极717被延长从而还用作像素电极718。漏(源)电极717可被构建成为用于向夹在高电阻膜720和722之间的液晶或电泳粒子721施加电压的电极723。液晶或电泳粒子721、高电阻膜720和722、像素电极718和电极723形成显示器件。可通过从源电极716经由在氧化物半导体膜714中形成的沟道流到漏电极717的电流的值，控制施加到作为电光器件的显示器件液晶单元或电泳粒子单元的电压。因此，能够通过TFT的栅极712的电压，控制施加到显示器件的电压。在这种情况下，如果显示器件的显示介质是在绝缘膜中的包封流体和粒子的囊体(capsule)，那么高电阻膜720和722不是必需的。在以上的两个例子中，TFT由底栅反交错型TFT代表，但是，本发明不必限于这种结构。例如，如果TFT的作为输出端子的漏电极和显示器件之间的连接在拓扑上是相同的，那么诸如共面类型的其它结构也是可能的。此外，在以上的两个例子中，用于驱动显示器件的一对电极被设置为与衬底平行，但是本实施例不必限于这种结构。例如，如果TFT的作为输出端子的漏电极和显示器件之间的连接在拓扑上是相同的，那么可将电极中的任一个或两个设置为与衬底垂直。此外，在以上的两个例子中，仅示出与显示器件连接的一个TFT，但是，本发明不必限于这种结构。例如，图中示出的TFT可与根据本发明的另一 TFT连接。所要求的是，图中示出的TFT是在包括这些TFT的电路的最后的级中。在这种情况下，当用于驱动显示器件的一对电极被设置为与衬底平行时，如果显示器件是EL器件或诸如反射型液晶器件的反射型显示器件，那么要求电极中的任一个对发射光的波长或反射光的波长透明。如果显示器件是诸如透射型液晶器件的透射型显示器件，那么要求两个电极均对透射光透明。此外，在根据本实施例的TFT中，所有的结构可以是透明的，这使得能够形成透明的显示器件。此外，这种显示器件可被设置在诸如由树脂制成的重量轻、柔性和透明的塑料衬底的低耐热衬底上。接着，参照图8描述其中二维地(以二维状态)布置像素的显示装置，所述像素包括EL器件(在这种情况下，有机EL器件)和薄膜晶体管。图8示出用于驱动有机EL层84的晶体管81、用于选择像素的晶体管82。电容器83用于维持被选择的状态的目的，并在共用电极线87和晶体管2的源极之间存储电荷，以维持晶体管I的栅极信号。通过扫描电极线85和信号电极线86，进行像素选择。更具体而言，从驱动器电路(未示出)经由扫描电极85向栅电极施加图像信号作为脉冲信号。同时，还从另一驱动器电路(未示出)经由信号电极86向晶体管82施加图像信号作为脉冲信号，以选择像素。在这种情况下，晶体管82被接通，并且电荷被存储在信号电极线86和晶体管82的源极之间的电容器83中。这使得晶体管81的栅极电压维持在期望的水平，并且晶体管81被接通。维持这种状态，直到接收到下一信号。在晶体管81为开的状态期间，保持向有机EL层84供给电压和电流以维持发光。在图8所示的例子中，每个像素设置两个晶体管和一个电容器，但是，为了改善性能，可以安装更多的晶体管等。必要的是，在晶体管部分中 使用含有In、Ga、Zn和O的TFT以获得有效的EL器件，所述TFT可在低温下形成、并且是透明的TFT。接着，将参照附图描述本发明的例子。(例子I)在本例子中，制造图11所示的反交错(底栅)型MISFET器件。首先，通过光刻法和剥离技术在玻璃衬底上形成5nm的Ti/40nm的Au/5nm的Ti的栅极端子。此外，通过溅射在其上形成厚度为200nm的a_SiOx的绝缘层。在这种情况下，使用SiO2靶作为溅射靶，并且使用Ar气作为溅射气体。并且，RF射频功率为400W，沉积压力为O. IPa，膜沉积速率为7. 4nm/min。衬底温度为室温，并且不执行有意的加热。此外，通过RF溅射以20nm的厚度在室温下在其上形成用作半导体层的非晶氧化物半导体膜。通过光刻法和使用盐酸的湿蚀刻形成沟道区域。在那之后，通过电子束沉积形成5nm的Ti/40nm的Au/5nm的Ti,并且,通过光刻法和剥离技术形成源极端子和漏极端子。此外，作为第二绝缘膜，通过RF溅射以IOOnm的厚度形成a_SiOx的绝缘层。在这种情况下，使用SiO2作为祀，并且使用其02/Ar混合比为50vol% (5SCCM的O2气和5SCCM的Ar气)的氧化气氛作为溅射气体。并且，RF射频功率为400W，沉积压力为O. IPa，膜沉积速率为2. 9nm/min。衬底温度为室温，并且不执行有意的加热。以这种方式，完成9个如图11所示的反交错(底栅)型MISFET器件。在这种情况下，非晶氧化物半导体膜中的金属成分比为In Ga Zn = I. 00 O. 94 0.65。作为MISFET器件的I_V特性的评价结果，所述9个TFT具有平均5. 0cm2/Vs的场效应迁移率和平均大于IO6的开/关比。图12示出传输特性。通过使用根据本发明的第二绝缘膜，氧化物半导体底栅型薄膜晶体管的关电流被最小化，因而可以稳定地制造具有令人满意的晶体管特性的薄膜晶体管。(比较例I)在本比较例中，除了第二绝缘膜的形成条件以外，在与例子I相同的条件下制造图11所示的反交错(底栅)型MISFET器件。作为第二绝缘膜，通过RF溅射以IOOnm的厚度形成a_SiOx的绝缘层。在这种情况下，使用SiO2作为靶，并且使用其02/Ar混合比为IOvol % (ISCCM的O2气和5SCCM的Ar气)的氧化气氛作为溅射气体。并且，RF射频功率为400W，沉积压力为O. IPa，膜沉积速率为5.7nm/min。衬底温度为室温，并且不执行有意的加热。以这种方式，完成9个如图11所示的反交错(底栅)型MISFET器件。
同时，在相同的处理条件下制造用于测量氧化物半导体的电导率的TEG器件，并且，测量氧化物半导体层的电导率。作为TFT的传输特性之一的Vm是在漏极电流(Id)上升时施加到栅极的电压。图9示出Vm和氧化物半导体的电导率之间的关系。通过使用IOvol %的02/Ar混合比的派射气体形成的a_SiOx的第二绝缘膜在其中包含3. 8 X IO19分子/cm3的氧。结果，通过使用IOvol %的02/Ar混合比的气体形成的a_SiOx的第二绝缘膜在抑制氧化物半导体中氧空位的产生方 面是有效的，其Vm平均为-40V，并且其开/关比为IO6或更大，这是令人满意的。当02/Ar混合比为Ivol %或Ovol %时，特性的变化增大，并且，即使施加-50V的栅极电压，在一些情况下也没有观察到清晰的Vm，并且没有看出清楚的抑制氧化物半导体中氧空位产生的效果。(例子2)在该例子中，制造图I所示的反交错(底栅)型MISFET器件。首先，通过溅射在玻璃衬底上形成具有150nm的厚度的透明导电膜IZO的栅电极层。通过光刻法和使用盐酸的湿蚀刻形成栅电极。此外，通过RF溅射在其上形成具有200nm的厚度的a_SiOx的绝缘层。在这种情况下，使用SiO2靶作为溅射靶，并且使用Ar气作为溅射气体。并且，RF射频功率为400W，沉积压力为O. IPa，膜沉积速率为7. 4nm/min。衬底温度为室温，并且不执行有意的加热。此外，通过溅射以20nm的厚度在室温下形成用作半导体层的非晶氧化物半导体膜。通过光刻法和使用盐酸的湿蚀刻形成沟道区域。在那之后，作为第二绝缘膜，通过溅射以IOOnm的厚度形成a-SiOx的绝缘层。在这种情况下，使用SiO2作为祀，并且使用其02/Ar混合比为50vol% (5SCCM的O2气和5SCCM的Ar气)的氧化气氛作为溅射气体。通过光刻法和使用CF4气体的干蚀刻完成保护沟道区域并用作蚀刻阻止层的第二绝缘膜。在那之后，通过溅射以150nm的厚度形成透明导电膜ΙΤ0，并且，通过光刻法和蚀刻而形成源极端子和漏极端子。以这种方式，可以形成图I所示的反交错(底栅)型透明MISFET器件。作为源电极和漏电极，不仅可以使用诸如IZO的透明导电氧化物膜，而且可以使用诸如Ni、Cr、Rh、Mo、Nd、Ti、W、Ta、Pb或Al的金属，它们的合金，或它们的硅化物。此外，源电极和漏电极可由彼此不同的材料形成。可通过蚀刻形成反交错(底栅)型MISFET器件的源电极和漏电极，并且形成薄膜晶体管，所述薄膜晶体管在大规模生产方面优异，并且具有关电流被最小化的晶体管特性。(例子3)在本例子中，描述图7所示的使用TFT的显示装置。TFT的制造工艺与例子3的类似。
在上述的TFT中，形成漏电极的ITO膜的短边延伸到100 μ m。在留下90μπι的延长部分并使至源电极和栅电极的布线固定的情况下，用绝缘层覆盖TFT。在其上涂敷聚酰亚胺膜，并且执行摩擦(rubbing)。
另一方面，制备具有ITO膜和类似地在其上形成的并执行了摩擦的聚酰亚胺膜的塑料衬底，所述塑料衬底与上 述在其上形成有TFT的衬底相对，它们之间具有5 μ m的间隙，并且，将向列液晶注入到该间隙中。此外，在结构的两侧设置一对偏振片。在这种情况下，通过向TFT的源电极施加电压并改变施加到栅电极的电压，光透射仅关于作为从漏电极延伸的ITO膜的岛体的一部分的30 μ mX90 μ m的区域而被改变。此外，也可在TFT为开的栅极电压下通过源极-漏极电压连续地改变光透射。以这种方式，形成使用与图7对应的液晶单元作为显示器件的显示装置。在本例子中，使用白色塑料衬底作为用于形成TFT的衬底，金代替TFT的各电极，并且省略聚酰亚胺膜和偏振片。此外，白色衬底和透明塑料衬底之间的间隙在填充有绝缘膜的情况下，填充有包封粒子和流体的囊体。在以这种方式构建的显示装置中，控制TFT所延伸的漏电极和其之上的ITO膜之间的电压，并且，囊体中的粒子因而上下移动。这使得能够通过控制从透明衬底侧观察的延伸的漏电极区域的反射率来执行显示。并且，在本例子中，可形成多个相邻的TFT，以形成例如具有普通结构的电流控制电路，所述普通结构具有四个晶体管和一个电容器，并且，最后的级中的晶体管中的一个可作为图6中所示的TFT驱动EL器件。例如，使用将上述的ITO膜用作漏电极的TFT。在作为从漏电极延伸的ITO膜的岛体的一部分的30 μ mX90 μ m的区域中形成有机电致发光器件，所述有机电致发光器件由电荷注入层和发光层形成。以这种方式，可形成使用EL器件的显示装置。(例子4)二维地布置例子3的显示器件和TFT。例如，布置7425X1790个像素从而以沿短边方向40 μ m和沿长边方向120μπι的间距形成矩形，每个所述像素包括诸如例子3的液晶单元或EL器件的显示器件和TFT、占据约30 μ mX 115 μ m的面积。设置1790条栅极布线和7425条信号线，所述1790条栅极布线沿长边方向穿过7425个TFT的栅电极，所述7425条信号线沿短边方向穿过1790个TFT的源电极的延伸出非晶氧化物半导体膜的岛体之外5 μ m的部分。栅极布线和信号布线分别与栅极驱动器电路和源极驱动器电路连接。并且，在液晶显示器件的情况下，通过在表面上设置沿长边方向具有重复的RGB的滤色器，使得它的尺寸与液晶显示器件的尺寸相同且使得它与液晶显示器件对准，可以形成具有约211ppi的A4尺寸的有源矩阵彩色图像显示装置。在EL器件的情况下，包含于一个EL器件中的两个TFT中的第一 TFT的栅电极与栅极布线连接，第二 TFT的源电极与信号布线连接，并且此外，利用RGB沿长边方向重复EL器件的发射波长。以这种方式，可以形成具有相同的分辨率的自发射型彩色图像显示装置。在这样的情况下，可通过使用与根据本发明的像素相同的TFT来形成用于驱动有源矩阵的驱动器电路，或者可通过使用可用的IC芯片来形成用于驱动有源矩阵的驱动器电路。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，以包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。 本申请要求2006年12月5日提交的日本专利申请No. 2006-328308和2007年10月22日提交的日本专利申请No. 2007-273863的权益，在此通过引用并入它们的全部内容。
权利要求
1.一种底栅型薄膜晶体管的制造方法，包括 在衬底上形成栅电极； 形成第一绝缘膜和氧化物半导体层； 对所述第一绝缘膜和所述氧化物半导体层进行构图； 在包含氧化气体的气氛中形成第二绝缘膜；以及 对所述第二绝缘膜进行构图，以覆盖所述氧化物半导体层的沟道区域的至少一部分。
2.根据权利要求I所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述氧化物半导体层包括非晶氧化物，所述非晶氧化物包括In和Zn。
3.根据权利要求I所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述氧化物半导体层包括非晶氧化物，所述非晶氧化物包括In、Zn和Ga。
4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法， 其中，所述第二绝缘膜通过溅射来形成。
5.根据权利要求1-3中的任何一项所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，形成所述第二绝缘膜的步骤使用的溅射气体中包含的氧气和氩气的混合比大于等于10VOl%且小于等于50vol %。
6.根据权利要求1-3中的任何一项所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，还包括如下的步骤 形成源电极和漏电极；以及 使用所述第二绝缘膜作为蚀刻阻止体，对所述源电极和所述漏电极进行构图。
7.根据权利要求6所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，形成所述第二绝缘膜的步骤使用的溅射气体中包含的氧气和氩气的混合比大于等于IOvol %且小于等于50νο1% ο
8.根据权利要求6所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第二绝缘膜通过溅射来形成。
9.根据权利要求8所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第二绝缘膜被形成为在其中含有3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧。
10.根据权利要求1-3中的任何一项所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第二绝缘膜被形成为在其中含有3. 8X IO19分子/cm3或更多的氧。
11.根据权利要求10所述的底栅型薄膜晶体管的制造方法，其中，所述第二绝缘膜通过溅射来形成。
全文摘要
本发明涉及底栅型薄膜晶体管、其制造方法及显示装置。提供一种底栅型薄膜晶体管的制造方法，其包括在衬底上形成栅电极；形成第一绝缘膜和氧化物半导体层；对所述第一绝缘膜和所述氧化物半导体层进行构图；在包含氧化气体的气氛中形成第二绝缘膜；以及对所述第二绝缘膜进行构图，以覆盖所述氧化物半导体层的沟道区域的至少一部分。
文档编号H01L21/336GK102623344SQ20121007453
公开日2012年8月1日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年12月5日
发明者加地信幸, 林享, 薮田久人 申请人:佳能株式会社