半导体装置及其制造方法与流程

本发明涉及半导体装置及其制造方法。

背景技术：

有源矩阵基板按每一像素具备例如薄膜晶体管(Thin Film Transistor；以下为“TFT”)作为开关元件。在本说明书中，将这种TFT称为“像素TFT”。作为像素TFT，以往以来广泛地使用以非晶硅膜为活性层的非晶硅TFT、以多晶硅膜等结晶质硅膜为活性层的结晶质硅TFT。

有时也在与像素TFT相同的基板上一体地形成周边驱动电路的一部分或整体。这种有源矩阵基板被称为驱动单片的有源矩阵基板。在驱动单片的有源矩阵基板中，周边驱动电路设于包含多个像素的区域(显示区域)以外的区域(非显示区域或边框区域)。像素TFT和构成驱动电路的TFT(驱动TFT)可使用相同的半导体膜来形成。作为该半导体膜，例如能使用电场效应迁移率高的多晶硅膜。

另外，作为TFT的活性层的材料，已提出使用氧化物半导体来代替非晶硅或多晶硅。作为氧化物半导体，例如还提出了使用以铟、镓、锌和氧为主要成分的In-Ga-Zn-O系半导体。将这种TFT称为“氧化物半导体TFT”。氧化物半导体具有比非晶硅高的迁移率。因此，氧化物半导体TFT能按比非晶硅TFT高的速度动作。另外，氧化物半导体膜用比多晶硅膜简便的工艺形成，因此还能应用于需要大面积的装置。

在氧化物半导体TFT中，若在从基板的法线方向观看时，栅极电极与源极电极或漏极电极重叠，则根据其重叠面积而在栅极/源极间以及栅极/漏极间形成寄生电容。当寄生电容大时，氧化物半导体TFT的动作速度有可能下降。

因此，提出了具有将栅极电极与源极电极/漏极电极分开配置的、所谓的偏置结构的TFT。具有偏置结构的TFT在形成氧化物半导体层的沟道的部分(以下称为“沟道形成区域”。)具有不隔着栅极绝缘膜与栅极电极重叠的区域(偏置区域)。在沟道蚀刻型的TFT中，氧化物半导体层的沟道形成区域中的与源极电极、漏极电极以及栅极电极均不重叠的区域成为“偏置区域”。此外，“沟道形成区域”是指位于氧化物半导体层中的连接到源极电极的源极接触区域和连接到漏极电极的漏极接触区域之间的区域。

偏置区域是不与栅极电极相对，不会由于向栅极电极施加电压而被低电阻化的区域。在具有偏置结构的TFT中，这种偏置区域配置于氧化物半导体层的沟道形成区域，因此存在导通电流下降的问题。特别是，在氧化物半导体TFT中，大多是截止泄漏特性优异但氧化物半导体层的电阻高，因此当栅极电极与漏极电极的距离远时，有时无法得到充分的导通特性。

对此，例如专利文献1公开了为了提高具有偏置结构的氧化物半导体TFT的电特性而以与偏置区域对应的方式设置辅助栅极电极。在专利文献1公开的底栅型的氧化物半导体TFT中，在覆盖TFT的保护层上的与氧化物半导体层的偏置区域对应的位置配置有辅助栅极电极。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2011-82486号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明的发明人研究后发现，专利文献1中公开的TFT结构有时无法得到充分的可靠性。后面详细描述。

本发明的一实施方式是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供具备氧化物半导体TFT且TFT特性和可靠性优异的半导体装置及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明的一实施方式的半导体装置是具备基板和设置在上述基板上的第1薄膜晶体管的半导体装置，上述第1薄膜晶体管具有：至少1个副栅极电极；第1绝缘层，其覆盖上述副栅极电极；主栅极电极，其形成于上述第1绝缘层上；第2绝缘层，其覆盖上述主栅极电极；氧化物半导体层，其以隔着上述第2绝缘层与上述主栅极电极局部重叠的方式配置，具有包含第1层和第2层的层叠结构，上述第2层设置在上述第1层上，与上述第1层相比带隙较大；以及第1源极电极及第1漏极电极，其电连接到上述氧化物半导体层，上述氧化物半导体层包括：栅极相对区域，其当从基板法线方向观看时与上述主栅极电极重叠；源极接触区域，其与上述第1源极电极接触；漏极接触区域，其与上述第1漏极电极接触；以及偏置区域，其设于上述栅极相对区域与上述源极接触区域之间和上述栅极相对区域与上述漏极接触区域之间中的至少一方，上述偏置区域的至少一部分隔着上述第1绝缘层和上述第2绝缘层与上述副栅极电极重叠。

在某实施方式中可以是，当从上述基板的法线方向观看时，上述偏置区域与上述栅极相对区域相邻设置，并且与上述主栅极电极、上述第1源极电极以及上述第1漏极电极均不重叠。

在某实施方式中，上述偏置区域包括：配置在上述栅极相对区域和上述源极接触区域之间的源极侧偏置区域；以及配置在上述栅极相对区域和上述漏极接触区域之间的漏极侧偏置区域，上述副栅极电极包括：隔着上述第1绝缘层和上述第2绝缘层与上述源极侧偏置区域的至少一部分重叠的源极侧副栅极电极；以及与上述漏极侧偏置区域的至少一部分重叠的漏极侧副栅极电极，当从上述基板的法线方向观看时，上述源极侧副栅极电极和上述漏极侧副栅极电极在上述主栅极电极的下方分开配置。

在某实施方式中，当从上述基板的法线方向观看时，上述副栅极电极与上述第1源极电极和上述第1漏极电极中的任意一方重叠，上述副栅极电极中的、与上述第1源极电极或上述第1漏极电极重叠的部分的沟道长度方向的长度是0μm以上1μm以下。

在某实施方式中，当从上述基板的法线方向观看时，上述副栅极电极与上述主栅极电极的上述第1源极电极侧的端部和上述第1漏极电极侧的端部中的任意一方重叠，上述副栅极电极中的、与上述主栅极电极的上述第1源极电极侧的端部或上述第1漏极电极侧的端部重叠的部分的沟道长度方向的长度是0μm以上1μm以下。

在某实施方式中，上述半导体装置还具备支撑于上述基板的第2薄膜晶体管，上述第2薄膜晶体管具有：结晶质硅半导体层，其主要包含结晶质硅；第3绝缘层，其覆盖上述结晶质硅半导体层；第2栅极电极，其以隔着上述第3绝缘层与上述结晶质硅半导体层的至少一部分重叠的方式配置于上述第3绝缘层上；以及第2源极电极及第2漏极电极，其与上述结晶质硅半导体层电连接，上述第1薄膜晶体管的上述主栅极电极和上述第2薄膜晶体管的上述第2栅极电极设于不同的层。

在某实施方式中，上述第2薄膜晶体管的上述第2栅极电极和上述第1薄膜晶体管的上述副栅极电极形成于相同的层内，上述第1绝缘层延伸设置到上述第2薄膜晶体管的上述第2栅极电极上。

在某实施方式中，上述第2薄膜晶体管的上述第2源极电极和上述第2漏极电极形成于与上述第1薄膜晶体管的上述主栅极电极相同的层内，上述第2源极电极和上述第2漏极电极在形成于上述第1绝缘层和上述第3绝缘层的接触孔内与上述结晶质硅半导体层接触。

在某实施方式中，上述第2薄膜晶体管的上述第2源极电极和上述第2漏极电极形成于与上述第1薄膜晶体管的上述第1源极电极和上述第2源极电极相同的层内，上述第2源极电极和上述第2漏极电极在形成于上述第2绝缘层、上述第1绝缘层和上述第3绝缘层的接触孔内与上述结晶质硅半导体层接触。

在某实施方式中，上述半导体装置还具备具有多个像素的显示区域、以及设于上述显示区域以外的区域并具有驱动电路的驱动电路区域，上述第1薄膜晶体管配置于上述显示区域的各像素，上述第2薄膜晶体管在上述驱动电路区域中构成上述驱动电路。

在某实施方式中，上述第1薄膜晶体管具有沟道蚀刻结构。

在某实施方式中，上述氧化物半导体层包含In-Ga-Zn-O系半导体。

在某实施方式中，上述氧化物半导体层包含结晶质部分。

本发明的一实施方式的半导体装置的制造方法是具备以氧化物半导体层为活性层的第1薄膜晶体管和以结晶质硅半导体层为活性层的第2薄膜晶体管的半导体装置的制造方法，包含：工序(A)，在基板上形成结晶质硅半导体层；工序(B)，在上述结晶质硅半导体层上形成第3绝缘层；工序(C)，在上述第3绝缘层上形成副栅极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成上述第2薄膜晶体管的栅极电极和上述第1薄膜晶体管的副栅极电极；工序(D)，形成将上述第2薄膜晶体管的上述栅极电极和上述第1薄膜晶体管的上述副栅极电极覆盖的第1绝缘层，在上述第3绝缘层和上述第1绝缘层中形成将上述结晶质硅半导体层的一部分露出的源极接触孔和漏极接触孔；在上述第1绝缘层上、上述源极接触孔内以及上述漏极接触孔内形成主栅极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成上述第2薄膜晶体管的源极电极及漏极电极和上述第1薄膜晶体管的主栅极电极的工序，其中，上述第2薄膜晶体管的源极电极及漏极电极分别在上述源极接触孔和上述漏极接触孔内与上述结晶质硅半导体层接触；工序(E)，形成将上述第2薄膜晶体管的上述源极电极及漏极电极和上述第1薄膜晶体管的上述主栅极电极覆盖的第2绝缘层；工序(F)，在上述第2绝缘层上以隔着上述第2绝缘层与上述主栅极电极局部重叠的方式形成氧化物半导体层，其中，上述氧化物半导体层具有包含第1层和第2层的层叠结构，上述第2层配置于上述第1层上，与上述第1层相比带隙较大；以及工序(G)，以与上述氧化物半导体层的一部分接触的方式形成上述第1薄膜晶体管的源极电极，以与上述氧化物半导体层的另一部分接触的方式形成上述第1薄膜晶体管的漏极电极，当从基板法线方向观看时，若将上述氧化物半导体层中的与上述主栅极电极重叠的部分设为栅极相对区域、将与上述源极电极接触的部分设为源极接触区域、将与上述漏极电极接触的部分设为漏极接触区域，则上述氧化物半导体层包含设于上述栅极相对区域与上述源极接触区域之间和上述栅极相对区域与上述漏极接触区域之间中的至少一方的偏置区域，上述偏置区域的至少一部分隔着上述第1绝缘层和上述第2绝缘层与上述副栅极电极重叠。

本发明的另一实施方式的半导体装置的制造方法是具备以氧化物半导体层为活性层的第1薄膜晶体管和以结晶质硅半导体层为活性层的第2薄膜晶体管的半导体装置的制造方法，包含：工序(A)，在基板上形成结晶质硅半导体层；工序(B)，在上述结晶质硅半导体层上形成第3绝缘层；工序(C)，在上述第3绝缘层上形成副栅极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成上述第2薄膜晶体管的栅极电极和上述第1薄膜晶体管的副栅极电极；工序(D)，形成将上述第2薄膜晶体管的上述栅极电极和上述第1薄膜晶体管的上述副栅极电极覆盖的第1绝缘层；在上述第1绝缘层上形成主栅极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成上述第1薄膜晶体管的主栅极电极的工序；工序(E)，形成将上述第1薄膜晶体管的上述主栅极电极覆盖的第2绝缘层；工序(F)，在上述第3绝缘层、上述第1绝缘层和上述第2绝缘层中形成将上述结晶质硅半导体层的一部分露出的源极接触孔和漏极接触孔；工序(G)，在上述第2绝缘层上以隔着上述第2绝缘层与上述主栅极电极局部重叠的方式形成成为上述第1薄膜晶体管的活性层的氧化物半导体层，其中，上述氧化物半导体层具有包含第1层和第2层的层叠结构，上述第2层配置于上述第1层上，与上述第1层相比带隙较大；以及工序(H)，在上述第2绝缘层上、上述氧化物半导体层上、上述源极接触孔内以及上述漏极接触孔内形成源极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成与上述氧化物半导体层的一部分接触的上述第1薄膜晶体管的源极电极、与上述氧化物半导体层的另一部分接触的上述第1薄膜晶体管的漏极电极、在上述源极接触孔内与上述结晶质硅半导体层的一部分接触的上述第2薄膜晶体管的源极电极、在上述漏极接触孔内与上述结晶质硅半导体层的另一部分接触的上述第2薄膜晶体管的漏极电极，当从基板法线方向观看时，若将上述氧化物半导体层中的与上述主栅极电极重叠的部分设为栅极相对区域、将与上述源极电极接触的部分设为源极接触区域、将与上述漏极电极接触的部分设为漏极接触区域，则上述氧化物半导体层包含设于上述栅极相对区域与上述源极接触区域之间和上述栅极相对区域与上述漏极接触区域之间中的至少一方的偏置区域，上述偏置区域的至少一部分隔着上述第1绝缘层和上述第2绝缘层与上述副栅极电极重叠。

在某实施方式中，上述第1薄膜晶体管具有沟道蚀刻结构。

在某实施方式中，上述氧化物半导体层包含In-Ga-Zn-O系半导体。

在某实施方式中，上述氧化物半导体层包含结晶质部分。

发明效果

根据本发明的一实施方式，提供具备氧化物半导体TFT且TFT特性和可靠性优异的半导体装置及其制造方法。

附图说明

图1的(a)和(b)是例示第1实施方式的半导体装置的氧化物半导体TFT101的截面图和俯视图。

图2是氧化物半导体TFT101的局部放大图。

图3的(a)～(e)分别是用于说明氧化物半导体TFT101的制造方法的一例的工序截面图。

图4的(a)～(c)分别是用于说明氧化物半导体TFT101的制造方法的一例的工序截面图。

图5是例示第2实施方式的半导体装置1001的示意性俯视图。

图6A是表示半导体装置1001的氧化物半导体TFT201和结晶质硅TFT202的截面图。

图6B是结晶质硅TFT202的俯视图。

图6C是例示包含氧化物半导体TFT201的像素区域的俯视图。

图6D是用于说明副栅极电极12与栅极配线G的连接结构的图，是表示沿着图6C的A-A’线的截面的放大图。

图7的(a)是表示比较例的半导体装置3000的氧化物半导体TF和结晶质硅半导体TFT的截面图，(b)是比较例的半导体装置3000的配线区域，(c)是示意性地例示第2实施方式的半导体装置1001的配线区域的截面图。

图8的(a)～(d)分别是说明半导体装置1001的制造方法的示意性工序截面图。

图9的(a)～(c)分别是说明半导体装置1001的制造方法的示意性工序截面图。

图10的(a)和(b)分别是例示不具有偏置结构的氧化物半导体TFT203的截面图和俯视图。

图11是第3实施方式的半导体装置1002的示意性截面图。

图12的(a)～(c)分别是说明半导体装置1002的制造方法的示意性工序截面图。

图13是表示现有的氧化物半导体TFT2000的截面图。

具体实施方式

本发明的发明人针对具有偏置结构的现有的氧化物半导体TFT反复研究的结果是，发现会产生如下问题。以下，参照附图进行说明。

图13是表示专利文献1中公开的底栅型的氧化物半导体TFT2000的截面图。

氧化物半导体TFT2000具备：基板120；源极电极122b和漏极电极122c，其形成于基板120上；栅极电极122a，其形成于源极电极122b和漏极电极122c之间；栅极绝缘膜123，其覆盖栅极电极122a；氧化物半导体层124，其以与源极电极122b和漏极电极122c接触的方式形成在栅极绝缘膜123上；保护层125，其覆盖氧化物半导体层124；以及辅助栅极电极126a、126b，其设于保护层125上。辅助栅极电极126a以与氧化物半导体层124中的位于源极电极122b和栅极电极122a之间的偏置区域对应的方式配置。同样地，辅助栅极电极126b以与位于漏极电极122c和栅极电极122a之间的偏置区域对应的方式配置。

在专利文献1公开的TFT结构中，辅助栅极电极126a、126b隔着氧化物半导体层124配置于与栅极电极122a相反的一侧(后沟道侧)。

另一方面，近年来，作为氧化物半导体层，提出了使用具有层叠结构的氧化物半导体层(特开2013-038399号公报、特开2014-033194号公报等)。例如作为底栅结构TFT的氧化物半导体层，可使用在栅极绝缘膜上按顺序具有第1层以及与第1层相比能隙较大的第2层的层叠半导体层。在该TFT中，沟道形成于带隙小的第1层。电流难以流到作为后沟道侧的第2层，因此能抑制由电子陷阱等所致的TFT的特性劣化。而且，在具有沟道蚀刻结构的TFT中，在源极/漏极分离工序中，还能使第2层作为缓冲层发挥功能，能抑制对作为沟道形成区域的第1层的损伤。

在专利文献1公开的TFT2000中，当应用如上所述的层叠半导体层作为氧化物半导体层124时，由于配置在后沟道侧的辅助栅极电极，电流还会流到层叠半导体层的后沟道侧(第2层侧)。其结果是，有可能导致TFT特性劣化或者滞后增大。

另外，在专利文献1的TFT结构中，氧化物半导体TFT2000的保护层125成为辅助栅极电极用的栅极绝缘膜(以下为“辅助栅极绝缘膜”)。因此，难以将辅助栅极绝缘膜的条件最佳化。例如有可能无法使辅助栅极绝缘膜足够薄而无法提高TFT的导通特性。另外，有时也无法使用具有最佳的性质的绝缘膜作为辅助栅极绝缘膜。一般地，在氧化物半导体TFT的栅极绝缘膜中使用含氢率低的绝缘膜。其原因是，当在氧化物半导体层中水分等杂质扩散时，会形成杂质能级而载流子浓度变高，结果TFT特性发生变动，可能致使可靠性下降。但是，例如适合作为平坦化膜即保护层125的绝缘膜有可能不具有辅助栅极绝缘膜所要求的性质(例如低含氢率)。这样，无法以高自由度选择辅助栅极绝缘膜的条件，其结果是，TFT的可靠性有可能下降。

本发明的发明人基于上述知识，在具备具有层叠结构的氧化物半导体层作为活性层并且具有偏置结构的TFT中，发现了能确保可靠性且能提高导通特性的结构，而想到了本申请发明。

(第1实施方式)

以下说明本发明的半导体装置的第1实施方式。本实施方式的半导体装置具备氧化物半导体TFT(以下简称为“TFT”。)。本实施方式的半导体装置只要是在基板上具备至少1个TFT的装置即可，广泛包括有源矩阵基板等电路基板、液晶显示装置或有机EL显示装置等各种显示装置、图像传感器、电子设备等。

本实施方式的半导体装置的TFT具有偏置结构。另外，具有以与氧化物半导体层相对的方式配置于相互不同的层内的2种栅极电极。在本说明书中，将这些栅极电极中的、设于离氧化物半导体层近的层的(即栅极绝缘膜的厚度较小的)栅极电极称为“主栅极电极”，将设于离氧化物半导体层远的层的(即栅极绝缘膜的厚度较大的)栅极电极称为“副栅极电极”。

在本实施方式的半导体装置是有源矩阵基板的情况下，主栅极电极连接到例如栅极总线。主栅极电极可以设于与栅极总线相同的层内。副栅极电极设于与栅极总线不同的层。副栅极电极可以与栅极总线电连接。例如可以设有将副栅极电极和栅极电极或栅极总线(或主栅极电极)电连接的连接部。

图1的(a)和(b)是表示本实施方式的半导体装置的TFT101的截面图和俯视图。此外，在图1的(a)和(b)中，仅示出1个TFT101，但也可以在基板上设有多个TFT。

TFT101是具有沟道蚀刻结构的TFT。TFT101具有：副栅极电极12s、12d，其设于基板10上；第1绝缘层14，其覆盖副栅极电极12s、12d；主栅极电极16，其设于第1绝缘层14上；第2绝缘层18，其覆盖主栅极电极16；以及氧化物半导体层20，其设于第2绝缘层18上，典型为岛状。氧化物半导体层20是主要包含氧化物半导体的层。在本说明书中，还包括“氧化物半导体层20”的一部分例如由于与金属层接触而被还原，成为了低电阻化区域(或导电体区域)的情况。

第2绝缘层18配置在主栅极电极16和氧化物半导体层20之间，作为主栅极电极用的栅极绝缘层(以下将其称为“主栅极绝缘层”。)发挥功能。另一方面，在副栅极电极12s、12d和氧化物半导体层20之间配置有第1绝缘层14和第2绝缘层18，这些绝缘层作为副栅极电极用的栅极绝缘层(以下将其称为“副栅极绝缘层”)发挥功能。

在氧化物半导体层20中，当从基板10的法线方向观看时，栅极相对区域20g是与主栅极电极16重叠的区域，源极电极22和漏极电极24分别连接到该栅极相对区域20g的两外侧(源极侧和漏极侧)。当从基板法线方向观看时，源极电极22和漏极电极24设置为与主栅极电极16分开。在此，将氧化物半导体层20中的与源极电极22重叠(接触)的区域称为源极接触区域20s、与漏极电极24重叠(接触)的区域称为漏极接触区域20d。

在氧化物半导体层20中，在栅极相对区域20g和源极接触区域20s之间形成有既不与主栅极电极16重叠也不与源极电极22重叠的区域30s。另外，在栅极相对区域20g和漏极接触区域20d之间形成有既不与栅极电极16重叠也不与漏极电极24重叠的区域30d。以下，有时将这些区域称为源极侧偏置区域30s和漏极侧偏置区域30d(统称为偏置区域30)。在本说明书中，将氧化物半导体层20中的位于源极电极22(源极接触区域20s)和漏极电极24(漏极接触区域20d)之间并形成沟道的区域20c称为沟道形成区域。在该例中，沟道形成区域包括栅极相对区域20g和偏置区域30。

当从基板10的法线方向观看时，源极侧偏置区域30s的至少一部分与副栅极电极12s重叠。当从基板10的法线方向观看时，漏极侧偏置区域30d的至少一部分与副栅极电极12d重叠。以下将副栅极电极12s、12d分别称为源极侧副栅极电极12s和漏极侧副栅极电极12d(统称为副栅极电极12)。在图1所示的例子中，源极侧副栅极电极12s和漏极侧副栅极电极12d在主栅极电极16的下方分开配置。此外，源极侧副栅极电极12s和漏极侧副栅极电极12d也可以被电连接。

本实施方式的氧化物半导体层20具有层叠结构。在此，氧化物半导体层20包括与第2绝缘层18接触的第1层20A和层叠在第1层20A上的第2层20B。TFT101的沟道可形成于第1层20A。第1层20A可以具有比第2层20B小的带隙。第1层20A可以比第2层20B厚。此外，氧化物半导体层20不限于2层结构，也可以具有3层以上的层叠结构。例如可以在第1层20A的基板10侧还具有第3层。在该情况下，当第1层20A的带隙小于第2层20B和第3层时，在第1层20A形成沟道。

氧化物半导体层20、源极电极22以及漏极电极24被保护层(钝化膜)26覆盖。还可以在保护层26上设置有上部绝缘层28。上部绝缘层28可以是平坦化膜。

可以是氧化物半导体层20中的至少栅极相对区域20g和偏置区域30的载流子浓度实质上相同。此外，根据作为源极电极22或漏极电极24使用的金属材料的不同，偏置区域30的载流子浓度有时会变得更高。其原因是，从源极电极22或漏极电极24扩散的氢在偏置区域30中产生还原作用。不过，在本说明书中，包括偏置区域30的载流子浓度不完全均匀时在内，关于由相同的氧化物半导体膜形成且实施了同样的载流子浓度控制工艺的区域，有时表现为“具有实质上相同的载流子浓度”。

根据本实施方式，当从基板10的法线方向观看时，主栅极电极16与源极电极22及漏极电极24之间分开有距离(偏置结构)，因此能降低源极/栅极间寄生电容和漏极/栅极间寄生电容。因而，能提高TFT101的动作速度。

另外，在本实施方式中，通过对主栅极电极16施加规定的电压，从而在栅极相对区域20g中能将氧化物半导体层20的第1层20A的表面附近低电阻化。另外，将副栅极电极12s、12d相对于氧化物半导体层20设于与主栅极电极16相同的一侧、即氧化物半导体层20的基板10侧，因此，通过对副栅极电极12施加规定的电压，从而在偏置区域30中也能将氧化物半导体层20的第1层20A的表面附近低电阻化。因而，与仅具备主栅极电极16的情况相比，能降低导通电阻。

而且，根据本实施方式的半导体装置，能将作为栅极绝缘层发挥功能的第1绝缘层14和第2绝缘层18的厚度、材料等条件分别独立于保护层26等其它层而实现最佳化。具体地，能使用水分含有率低的绝缘膜作为第1绝缘层14和第2绝缘层18，因此能提高TFT101的可靠性。另外，例如与使保护层作为副栅极绝缘层发挥功能的情况(专利文献1)相比，能使副栅极绝缘层变薄，因此能更有效地提高TFT101的导通特性。

另外，在具有偏置结构的现有的底栅型TFT(例如图13所示的TFT2000)中，有可能由于背光源光从基板侧入射到氧化物半导体层的偏置区域而导致TFT特性劣化。为了防止该情况，需要另外设置遮光层。而在本实施方式中，能通过副栅极电极12来阻挡背光源入射到氧化物半导体层20的偏置区域30，因此能抑制TFT特性的劣化。因而，无需为了使TFT特性稳定而另外设置遮光层。

在图1所示的例子中，在栅极相对区域20g的源极侧和漏极侧这两方配置有偏置区域30s、30d和副栅极电极12s、12d，但也可以仅在其中任意一方配置。例如可以仅在漏极侧配置偏置区域和副栅极电极。

另外，在图1所示的例子中，在偏置区域30s、30d分别设有副栅极电极12s、12d，但也可以仅对其中任意一个偏置区域配置副栅极电极。另外，当从基板10的法线方向观看时，只要副栅极电极12与对应的偏置区域30的至少一部分重叠即可。不过，当副栅极电极12与对应的偏置区域30整体重叠时，能更有效地提高导通特性。

当从基板10的法线方向观看时，副栅极电极12s、12d也可以与主栅极电极16局部重叠。另外也可以是，源极侧副栅极电极12s与源极电极22局部重叠，漏极侧副栅极电极12d与漏极电极24局部重叠。

图2是表示TFT101的一部分的放大截面图。

也可以是，当从基板10的法线方向观看时，副栅极电极12的主栅极电极16侧的端部与主栅极电极16重叠，副栅极电极12的另一端部与源极电极22或漏极电极24重叠。由此，能更可靠地将副栅极电极12配置成与对应的偏置区域30的整体重叠。因而，能进一步降低偏置区域30的电阻，因此能进一步提高导通电流。另外，能更有效地抑制由于背光源光91从基板10的里面侧入射到偏置区域30所致的TFT特性的劣化。

虽然TFT101的沟道长度没有特别限定，但是例如可以是2μm以上20μm以下。在该情况下，偏置区域30的沟道长度方向的宽度可以比沟道长度小，例如是0.5μm以上2μm以下。

副栅极电极12与源极电极22或漏极电极24重叠的部分的沟道长度方向的宽度(重叠长度)L2例如是0μm以上1μm以下。若是0μm以上，则如上所述能将偏置区域30进一步低电阻化。若是1μm以下，则能降低由于源极电极22或漏极电极24与副栅极电极12重叠而形成的寄生电容。

副栅极电极12与主栅极电极16重叠的部分的沟道长度方向的宽度(重叠长度)L1例如是0μm以上1μm以下。若是0μm以上，则如上所述能更有效地阻挡入射到氧化物半导体层20的背光源光91。若是1μm以下，则能降低由于主栅极电极16与副栅极电极12重叠而形成的寄生电容。

此外，副栅极电极12也可以在主栅极电极16的下方不分开。例如可以配置以与源极侧偏置区域30s和漏极侧偏置区域30d双方重叠的方式延伸的1个副栅极电极12。不过，优选副栅极电极12在主栅极电极16的下方分开或者具有开口。由此，主栅极电极16的至少一部分不与副栅极电极12重叠，因此能降低副栅极电极12与主栅极电极16的重叠电容。

氧化物半导体层20中包含的氧化物半导体既可以是非晶质氧化物半导体，也可以是具有结晶质部分的结晶质氧化物半导体。作为结晶质氧化物半导体，可举出多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、c轴与层面大致垂直取向的结晶质氧化物半导体等。

在本实施方式中，氧化物半导体层20具有带隙不同的2层以上的层叠结构。在氧化物半导体层20具有层叠结构的情况下，氧化物半导体层20可以包含非晶质氧化物半导体层和结晶质氧化物半导体层。或者也可以包含结晶结构不同的多个结晶质氧化物半导体层。另外，还可以包含多个非晶质氧化物半导体层。优选在氧化物半导体层20具有包含上层和下层的2层结构的情况下，上层所包含的氧化物半导体的能隙比下层所包含的氧化物半导体的能隙大。不过，在这些层的能隙的差比较小的情况下，下层的氧化物半导体的能隙也可以大于上层的氧化物半导体的能隙。具有层叠结构的氧化物半导体层例如已公开在特开2013-038399号公报、特开2014-033194号公报中。为了参考，将特开2013-038399号公报和特开2014-033194号公报的全部公开内容引用到本说明书中。

非晶质氧化物半导体和上述的各结晶质氧化物半导体的材料、结构、成膜方法、具有层叠结构的氧化物半导体层的构成等例如已记载于特开2014-007399号公报中。为了参考，将特开2014-007399号公报的全部公开内容引用到本说明书中。

氧化物半导体层20例如也可以包含In、Ga和Zn中的至少1种金属元素。在本实施方式中，氧化物半导体层20例如包含In-Ga-Zn-O系半导体(例如氧化铟镓锌)。在此，In-Ga-Zn-O系半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物，其中In、Ga和Zn的比例(组成比)没有特别限定，例如包含In：Ga：Zn＝2：2：1、In：Ga：Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝1：1：2等。这种氧化物半导体层20可由包含In-Ga-Zn-O系半导体的氧化物半导体膜形成。此外，有时将具有包含In-Ga-Zn-O系半导体等氧化物半导体的活性层的沟道蚀刻型TFT称为“CE-OS-TFT”。

In-Ga-Zn-O系半导体既可以是非晶质，也可以是结晶质。作为结晶质In-Ga-Zn-O系半导体，优选c轴与层面大致垂直取向的结晶质In-Ga-Zn-O系半导体。

此外，结晶质In-Ga-Zn-O系半导体的结晶结构例如已公开在上述的特开2014-007399号公报、特开2012-134475号公报、特开2014-209727号公报等中。为了参考，将在特开2012-134475号公报和特开2014-209727号公报的全部公开内容引用到本说明书中。具有In-Ga-Zn-O系半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低漏电流(与a-SiTFT相比不到百分之一)，因此适于用作驱动TFT(例如在包含多个像素的显示区域的周边设于与显示区域相同的基板上的驱动电路中包含的TFT)和像素TFT(设于像素的TFT)。

氧化物半导体层20也可以代替In-Ga-Zn-O系半导体而包含其它氧化物半导体。例如可以包含In-Sn-Zn-O系半导体(例如In₂O₃-SnO₂-ZnO；InSnZnO)。In-Sn-Zn-O系半导体是In(铟)、Sn(锡)和Zn(锌)的三元系氧化物。或者氧化物半导体层20也可以包含In-Al-Zn-O系半导体、In-Al-Sn-Zn-O系半导体、Zn-O系半导体、In-Zn-O系半导体、Zn-Ti-O系半导体、Cd-Ge-O系半导体、Cd-Pb-O系半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O系半导体、In-Ga-Sn-O系半导体、In-Ga-O系半导体、Zr-In-Zn-O系半导体、Hf-In-Zn-O系半导体等。

图1中例示的TFT101是沟道蚀刻型TFT。在沟道蚀刻型的TFT中，例如，如图1所示，在沟道区域上没有形成蚀刻阻挡层，配置成源极电极22及漏极电极24的沟道侧的端部下表面与氧化物半导体层20的上表面接触。沟道蚀刻型的TFT例如是通过在氧化物半导体层上形成源极电极/漏极电极用的导电膜并进行源极/漏极分离而形成的。在源极/漏极分离工序中，有时沟道区域的表面部分会被蚀刻。

本实施方式的TFT也可以不是沟道蚀刻型。例如也可以具有具备覆盖沟道区域的蚀刻阻挡物的蚀刻阻挡结构。作为蚀刻阻挡层，例如能使用SiO₂层等包含氧的绝缘层。在具有蚀刻阻挡结构的TFT中，源极电极/漏极电极的沟道侧的端部例如位于蚀刻阻挡层上。蚀刻阻挡型的TFT例如是通过在形成了将半导体层的上表面中的成为沟道区域的部分覆盖的蚀刻阻挡层后，在半导体层和蚀刻阻挡层上形成源极电极/漏极电极用导电膜并进行源极/漏极分离而形成的。

另外，本实施方式的TFT既可以是源极电极/漏极电极与半导体层的上表面接触的顶部接触结构，也可以是源极电极/漏极电极与半导体层的下表面接触的底部接触结构。

＜TFT101的制造方法＞

下面，说明TFT101的制造方法。

图3的(a)～(e)和图4的(a)～(c)分别是用于说明TFT101的制造方法的一例的工序截面图。

首先，如图3的(a)所示，在玻璃基板或塑料基板等透明绝缘性的基板10上形成副栅极用导电膜。接下来，对副栅极用导电膜进行图案化，从而得到副栅极电极12s、12d。

作为副栅极用导电膜，例如能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金的膜。副栅极用导电膜的厚度例如是100nm～500nm。副栅极用导电膜既可以是单层，也可以是层叠膜。在此，使用从基板10侧起将Ti膜、Al膜和Ti膜按该顺序层叠而成的层叠膜。

接着，如图3的(b)所示，以覆盖副栅极电极12s、12s的方式形成第1绝缘层14。作为第1绝缘层14，例如能适当地使用氧化硅(SiOx)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy；x＞y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy；x＞y)膜等。第1绝缘层14例如使用等离子体CVD装置来制造。第1绝缘层14的厚度例如是50nm以上200nm以下。

接着，如图3的(c)所示，在第1绝缘层14上形成主栅极用导电膜，并对其进行图案化，由此得到主栅极电极16。主栅极用导电膜的材料和厚度可以与上述的副栅极用导电膜的材料和厚度相同。在此，使用从基板10侧起将Ti膜、Al膜和Ti膜按该顺序层叠而成的层叠膜。

接着，如图3的(d)所示，以覆盖主栅极电极16的方式形成第2绝缘层18。作为第2绝缘层18，例如能使用氧化硅(SiOx)膜、氮化硅(SiNx)膜或它们的层叠膜。第2绝缘层18的厚度例如是200nm以上500nm以下。第2绝缘层18例如使用等离子体CVD装置来制造。在此，作为第2绝缘层18，使用以SiO₂膜(厚度：例如50nm)为下层并以SiNx膜(厚度：例如300nm)为上层的层叠膜。

此外，第2绝缘层18的厚度成为主栅极电极用的栅极绝缘层(主栅极绝缘层)的厚度。另一方面，副栅极电极用的栅极绝缘层(副栅极绝缘层)的厚度成为第1绝缘层14与第2绝缘层18的合计厚度，例如是250nm以上700nm以下。

接下来，如图3的(e)所示，在第2绝缘层18上例如通过溅射法形成氧化物半导体膜，并对其进行图案化，从而得到岛状的氧化物半导体层20。氧化物半导体层20配置成隔着第2绝缘层18与主栅极电极16局部地重叠，氧化物半导体层20中的不与主栅极电极16重叠的部分中的至少一部分隔着第1绝缘层14和第2绝缘层18与副栅极电极12重叠。

氧化物半导体膜也可以是从基板10侧起将第1层20A和第2层20B按该顺序层叠而成的层叠膜。第1层20A和第2层20B各自例如既可以是In-Ga-Zn-O系半导体膜，也可以是其它各种氧化物半导体膜。在此，作为一例，形成In-Ga-Zn-O系半导体膜作为第1层20A(厚度：例如30nm以上100nm以下)，形成组成比与第1层20A的组成比不同的In-Ga-Zn-O系半导体膜作为第2层20B(厚度：例如10nm以上50nm以下)。虽然各层的组成比没有特别限定，但是设定为作为下层的第1层20A与第2层20B相比带隙较小。

之后，如图4的(a)所示，以覆盖氧化物半导体层20的方式形成用于形成源极电极/漏极电极的源极用导电膜，并对源极用导电膜进行图案化，从而得到源极电极22和漏极电极24(源极/漏极分离)。

作为源极用导电膜，能适当地使用包含铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)、铬(Cr)，钛(Ti)、铜(Cu)等金属或其合金的膜。源极用导电膜的厚度例如是100nm～500nm。源极用导电膜既可以是单层膜，也可以是层叠膜。在此，使用从基板10侧起将Ti膜、Al膜和Ti膜按该顺序层叠而成的层叠膜。

在上述的图案化工序中，源极电极22和漏极电极24以与氧化物半导体层20中的不与主栅极电极16重叠的区域的一部分(端部)接触的方式形成。源极电极22和漏极电极24设于与主栅极电极16分开规定的距离的位置。在该构成中，在氧化物半导体层20中的与主栅极电极16重叠的栅极相对区域20g的两侧形成：不与主栅极电极16和源极电极22重叠的源极侧偏置区域30s；以及不与主栅极电极16和漏极电极24重叠的漏极侧偏置区域30d。这样制作以氧化物半导体层20为活性层的TFT101。

之后，如图4的(b)所示，以覆盖TFT101的方式设置保护层(钝化膜)26。保护层26的厚度例如是200nm以上500nm以下。作为保护层26，例如能使用氧化硅膜(SiO₂)、氮化硅膜(SiN_x)、或它们的层叠膜。在使用层叠膜的情况下，只要在与氧化物半导体层20接触的下层侧配置SiO₂膜，就能防止氧化物半导体层20的缺氧。之后，为了使TFT101的特性(阈值电压Vth等)稳定，可以在干燥空气或大气中例如按200℃～400℃的温度进行1～2小时的热处理工序。

接着，如图4的(c)所示，在保护层26上设置上部绝缘层28。上部绝缘层28例如可以是平坦化膜。上部绝缘层28例如通过涂敷而形成在保护层26上。上部绝缘层28既可以是有机绝缘层，也可以是例如具有正型的感光性的丙烯酸类透明树脂层。这样制造本实施方式的半导体装置。

(第2实施方式)

以下，说明本发明的半导体装置的第2实施方式。本实施方式的半导体装置只要具备在同一基板上形成的氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT即可，广泛包括有源矩阵基板等电路基板、液晶显示装置或有机EL显示装置等各种显示装置、图像传感器、电子设备等。在此，以有源矩阵基板为例进行说明。有源矩阵基板例如用于按VA(Vertical Aligment：垂直取向)模式进行显示的液晶显示装置。或者用于按IPS(In-Plane Switching：面内开关)、FFS(Fringe Field Switching：边缘场开关)等横向电场模式进行显示的液晶显示装置。还可以用于具备选择晶体管的有机EL显示装置。

图5是例示本实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)1001的示意性俯视图。

半导体装置1001具有显示区域(或有源区域)800和位于显示区域800周边的非显示区域900。

在显示区域800中设有按矩阵状排列的多个像素区域、在第1方向上延伸的多个栅极配线以及在第2方向上延伸的多个源极配线。在此所说的“像素区域”是与显示装置的像素对应的区域。

在非显示区域900中设有源极驱动电路、栅极驱动电路等驱动电路70、将源极总线和栅极总线等信号线连接到驱动电路70的端子部等。在本说明书中，将设有驱动电路70和端子部的区域910称为“驱动电路区域”。另外，将配置于显示区域800和驱动电路区域920之间、配置有从显示区域800延伸到驱动电路区域920的多个配线L的区域920称为“配线区域”。

在本实施方式中，在显示区域800中，使用具有偏置结构的氧化物半导体TFT作为配置于各像素区域的像素TFT。另外，在驱动电路区域920中，使用结晶质硅TFT作为构成驱动电路70的驱动TFT。

图6A是表示本实施方式的半导体装置1001的氧化物半导体TFT201(以下称为“OS-TFT”)和结晶质硅TFT(以下称为“PS-TFT”)202的截面图。在此，对与图1同样的构成要素附上相同的附图标记，省略详细的说明。另外，图6B是PS-TFT202的俯视图，图6C是例示包含OS-TFT201的像素区域的俯视图。另外，图6D是表示沿着图6C的A-A’线的截面的放大图。

如图6A和图6C所示，多个像素区域各自具备源极配线S、栅极配线G、作为像素TFT的OS-TFT201、以及连接到OS-TFT201的漏极电极24的像素电极44。

OS-TFT201具有参照图1在前面描述过的偏置结构。不过，与图1所示的构成的不同之处在于，副栅极电极12s、12d配置于在基板10上设置的绝缘层34上。绝缘层34作为PS-TFT201的栅极绝缘层发挥功能。此外，也可以在基板10的表面设置基底层(基底涂层)11。

OS-TFT201的源极电极22电连接到源极配线S。主栅极电极16和副栅极电极12电连接到栅极配线G。在该例中，如图6D所示，副栅极电极12s、12d延伸到栅极配线G的下方，当从基板10的法线方向观看时，在副栅极电极12s、12d与栅极配线G重叠的区域中，栅极配线G在设于第1绝缘层14的开口部内与副栅极电极12s、12d分别接触。此外，栅极配线G与副栅极电极12的接触部的结构和配置不限于图6D所示的例子。例如，副栅极电极12s、12d也可以在栅极配线G的下方相连。在该情况下，针对1个OS-TFT201，用于将栅极配线G和副栅极电极12连接的开口部可以是1个。

在上部绝缘层28上设有共用电极40、像素电极44以及配置在这些电极之间的电介质层42。像素电极44按每个像素区域分开。像素电极44在形成于电介质层42、上部绝缘层28和保护层26的像素接触孔内连接到OS-TFT201的漏极电极24。

如图6A和图6B所示，PS-TFT202例如是顶栅型的TFT。PS-TFT202具有：结晶质硅半导体层(例如低温多晶硅层)32，其形成在基板10上；绝缘层34，其覆盖结晶质硅半导体层32；栅极电极36，其设于绝缘层34上；源极电极38；以及漏极电极39。绝缘层34中的位于结晶质硅半导体层32和栅极电极36之间的部分作为PS-TFT202的栅极绝缘层发挥功能。在本说明书中，有时将绝缘层34称为“PS-TFT用栅极绝缘层”。

结晶质硅半导体层32具有：沟道区域32c；以及源极区域32s及漏极区域32d，其分别位于活性区域的两侧。在该例中，结晶质硅半导体层32中的、隔着PS-TFT用栅极绝缘层34与栅极电极36重叠的部分成为沟道区域32c。在沟道区域32c与源极区域32s及漏极区域32d之间也可以具有LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)区域32a。在此，LDD区域32a与栅极电极36不重叠，但LDD区域32a的一部分或整体也可以隔着PS-TFT用栅极绝缘层34与栅极电极36重叠。

栅极电极36是使用与OS-TFT201的副栅极电极12s、12d相同的导电膜(副栅极用导电膜)形成的。在结晶质硅半导体层32和栅极电极36上，延伸设置有作为OS-TFT201的副栅极绝缘层的第1绝缘层14。第1绝缘层14是OS-TFT201的副栅极绝缘层的一部分并且是PS-TFT202的层间绝缘层。此外，在此所说的“层间绝缘层”是指在顶栅型的PS-TFT202中以与栅极电极36接触的方式配置在栅极电极36与源极电极38及漏极电极39之间的绝缘层。

源极电极38和漏极电极39使用与OS-TFT201的主栅极电极16相同的导电膜(主栅极用导电膜)形成于第1绝缘层14上。源极电极38和漏极电极39分别在形成于第1绝缘层14的接触孔14s、14d内连接到源极区域32s和漏极区域32d。

在PS-TFT202上，以覆盖PS-TFT202的方式延伸设置有第2绝缘层18、保护层26以及上部绝缘层28。

此外，在本说明书中，有时将OS-TFT201称为“第1薄膜晶体管”、将OS-TFT201的源极电极22、漏极电极分别称为“第1源极电极”、“第1漏极电极”。同样地，有时将PS-TFT202称为“第2薄膜晶体管”，将PS-TFT202的源极电极38、漏极电极39、栅极电极36分别称为“第2源极电极”、“第2漏极电极”、“第2栅极电极”。

在本实施方式中，OS-TFT201的副栅极电极12s、12d和PS-TFT202的栅极电极36形成于相同的层内。因此，成为OS-TFT201的副栅极绝缘层的一部分的第1绝缘层14在PS-TFT202中作为层间绝缘层发挥功能。此外，在本说明书中，“形成于相同的层内”是指使用同一膜(导电膜)形成。由此，能抑制制造工序数和制造成本的增加。

与前述的实施方式同样地，以与OS-TFT201的偏置区域30s、30d对应的方式配置有副栅极电极12s、12d，因此能抑制由偏置结构导致的导通电流的下降。另外，将副栅极电极12s、12d和PS-TFT202的栅极电极36形成于相同的层内，由此能简化制造工序。

图7的(a)是表示在同一基板上具备氧化物半导体TFT901和结晶质硅TFT902的比较例的半导体装置3000的截面图。

比较例的半导体装置3000与图6所示的OS-TFT201的不同之处在于，氧化物半导体TFT901是具有偏置结构的底栅型的TFT，不具有副栅极电极。结晶质硅TFT902是具有与图6所示的PS-TFT202同样的构成的顶栅型的TFT。在图7的(a)中，为了简化，对与图6同样的构成要素附上相同的附图标记。

在半导体装置3000中，氧化物半导体TFT901和结晶质硅TFT902的栅极电极16、36形成于相同的层(栅极配线层)内。另外，氧化物半导体TFT901和结晶质硅TFT902的源极电极22、38及漏极电极24、39形成于相同的层(源极配线层)内。此外，这样将结晶质硅TFT和氧化物半导体TFT的栅极电极形成于相同的层内、将结晶质硅TFT和氧化物半导体TFT的源极电极/漏极电极形成于相同的层内的构成例如已在特开2010-3910号公报中公开。

在比较例的半导体装置3000中，第2绝缘层18作为氧化物半导体TFT901的栅极绝缘层(相当于本实施方式的主栅极绝缘层)发挥功能，并且作为结晶质硅TFT902的层间绝缘层发挥功能。但是，对于结晶质硅TFT902的层间绝缘层，为了降低栅极/源极间的寄生电容而要求其厚膜化，而对于氧化物半导体TFT901的栅极绝缘层，为了提高氧化物半导体TFT901的驱动能力而要求其薄膜化。因而，设定第2绝缘层18的厚度使得这两种TFT均能具有所希望的特性是困难的。而且，为了确保氧化物半导体TFT901的可靠性，优选栅极绝缘层使用含氢率低的绝缘膜，但这与结晶质硅TFT902的层间绝缘层所要求的性质不同。

而在本实施方式的半导体装置1001中，成为PS-TFT202的层间绝缘层的第1绝缘层14和成为OS-TFT201的主栅极绝缘层的第2绝缘层18形成于不同的层内。因而，能根据各TFT的用途使PS-TFT202的层间绝缘层和OS-TFT201的主栅极绝缘层的厚度、材料等条件独立地实现最佳化。其结果是，能兼顾OS-TFT201和PS-TFT202的可靠性和特性。

作为PS-TFT202的层间绝缘层，也可以使用能供给氢的供氢性的层。由此，在层间绝缘层形成后进行的加热处理中，能从供氢性的层对结晶质硅半导体层供给氢，因此能减少在结晶质硅半导体层中产生的结晶缺陷。层间绝缘层例如可以是主要包含氮化硅的氮化硅(SiNx)层、氮化氧化硅(SiNxOy：x＞y)层、以TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate：正硅酸乙酯)为原料并用CVD法形成的SiO₂膜(TEOS膜)或它们的层叠膜。PS-TFT202的层间绝缘层所优选的厚度例如是50nm以上200nm以下。

另一方面，也可以使用能供给氧的供氧性的层作为OS-TFT201的主栅极绝缘层。例如可以是主要包含氧化硅的氧化硅(SiOx)层、氧化氮化硅(SiOxNy：x＞y)层等。由此，从供氧性的层向氧化物半导体层20供给氧，因此能减少在氧化物半导体层20中产生的缺氧。因而，能提高OS-TFT201的可靠性。此外，当使用SiOx层作为供氧性的层时，能在与氧化物半导体层20的界面形成良好的沟道界面，因此能进一步提高OS-TFT201的可靠性。OS-TFT201的主栅极绝缘层所优选的厚度例如是200nm以上500nm以下。

而且，根据本实施方式，还有能缩小图5所示的配线区域910的面积的优点。

图7的(b)是示意性地表示比较例的半导体装置3000的配线区域的截面图，图7的(c)是示意性地表示本实施方式的半导体装置1001的配线区域910的一部分的截面图。图7的(b)和图7的(c)相当于沿着图5所示的A-A’线的截面。

在比较例1的半导体装置3000中，作为信号线使用的配线层(金属层)是栅极配线层和源极配线层这2层。因而，在配线区域910中，从图7的(b)可知，当从基板10的法线方向观看时，源极配线层内的配线Ls和栅极配线层内的配线Lg交替地排列(2层配线)。而在本实施方式中，如图7的(c)所示，当从基板10的法线方向观看时，能使与OS-TFT201的副栅极电极12为相同的层(副栅极配线层)内的配线Lg1、与OS-TFT201的主栅极电极16为相同的层(主栅极配线层)内的配线Lg2以及与OS-TFT201的源极电极22为相同的层(源极配线层)内的配线Ls这3层交替地排列(3层配线)。因而，与2层配线相比，能缩小配线区域910并且还能降低配线间的电容。

在本实施方式中，只要OS-TFT201和PS-TFT202形成于同一基板上即可，各TFT的用途没有特别限定。不过，当将OS-TFT201作为像素TFT、将PS-TFT202作为驱动TFT使用时，有下面的优点。

OS-TFT201的截止漏电流例如小到多晶硅TFT的(1/1000)。因此，当使OS-TFT201作为像素TFT发挥功能时，能降低耗电。另外，氧化物半导体层20能不经由接触孔而与源极电极22和漏极电极24连接。因而，例如与将结晶质硅TFT作为像素TFT使用的情况相比，能缩小接触孔部的面积，因此能提高开口率。另一方面，PS-TFT202具有高迁移率，因此能缩小电路面积。

接着，说明本实施方式的半导体装置1001的制造方法。

图8的(a)～(d)和图9的(a)～(c)是用于说明半导体装置1001的制造方法的一例的工序截面图。

首先，在基板10上形成基底层11。接下来，在驱动电路区域920中，在基底层11上形成岛状的结晶质硅半导体层(在此为多晶硅层)32。结晶质硅半导体层32的厚度例如可以是30nm以上70nm以下。

作为基板10，能使用玻璃基板、树脂板或树脂膜等各种基板。虽然基底层11没有特别限定，但是例如可以形成以氮化硅(SiNx)膜为下层、以氧化硅(SiOx)膜为上层的层叠膜。结晶质硅半导体层32例如是通过形成非晶硅(a-Si)膜并使其结晶化、将得到的结晶质硅膜进行图案化而形成的。例如能用等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法或溅射法等公知的方法进行a-Si膜的形成。例如可以用准分子激光退火法对a-Si膜进行a-Si膜的结晶化。

接着，如图8的(b)所示，以覆盖结晶质硅半导体层32的方式形成PS-TFT用栅极绝缘层(厚度：例如50nm以上130nm以下)34。虽然PS-TFT用栅极绝缘层34没有特别限定，但是例如是SiNx膜。在此，还将PS-TFT用栅极绝缘层34延伸设置到显示区域800。

接着，在形成副栅极用导电膜后，对其进行图案化。由此，在驱动电路区域920中，以隔着PS-TFT用栅极绝缘层34与结晶质硅半导体层32的一部分重叠的方式设置栅极电极36，并且在显示区域800中设置副栅极电极12s、12d。副栅极用导电膜的材料、厚度等可以与前述的实施方式相同。在此，例如使用将Ti膜、Al膜和Ti膜按该顺序层叠而成的层叠膜(Ti/Al/Ti)。

其后，以栅极电极36为掺杂掩模向结晶质硅半导体层32注入杂质，形成第1杂质注入区域(第1杂质掺杂工序)。接下来，形成未图示的抗蚀剂掩模，将其作为掺杂掩模使用，对第1杂质注入区域的一部分进一步注入杂质，形成源极区域32s和漏极区域32d(第2杂质掺杂工序)。第1杂质注入区域中的未在第2次杂质掺杂工序中注入杂质的区域成为LDD区域32a。另外，结晶质硅半导体层32中的在2次杂质掺杂工序中均未注入杂质的区域成为活性区域(沟道区域)32c。此外，也可以仅进行上述的第1杂质掺杂工序，不形成LDD区域。

接着，如图8的(c)所示，形成覆盖栅极电极36和副栅极电极12s、12d的第1绝缘层14。第1绝缘层14的材料和厚度等可以与前述的实施方式相同。可以形成SiNx膜作为第1绝缘层14。另外，也可以以TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate：正硅酸乙酯)为原料并用CVD法形成SiO₂膜(TEOS膜)。或者也可以形成SiNx膜和TEOS膜的层叠膜。在此，使用从栅极电极36侧起将TEOS膜(厚度：例如700m)、SiNx膜(厚度：例如300nm)和TEOS膜(厚度：例如100nm)按该顺序层叠而成的层叠膜。第1绝缘层14作为PS-TFT的层间绝缘层发挥功能并且作为OS-TFT的副栅极绝缘层的一部分发挥功能。此外，由于第1绝缘层14不与OS-TFT的氧化物半导体层接触，因此第1绝缘层14也可以是含氢率比较高的层。

接着，在PS-TFT用栅极绝缘层34和第1绝缘层14中形成分别到达结晶质硅半导体层32的源极区域32s和漏极区域32d的接触孔14s、14s。

其后，在第1绝缘层14上和接触孔内形成导电膜(主栅极用导电膜)，并对其进行图案化。由此，在驱动电路区域920中，形成在接触孔14s内与源极区域32s接触的源极电极38、在接触孔14d内与漏极区域32d接触的漏极电极39，并且在显示区域800中形成栅极电极16。这样，制造作为驱动TFT的PS-TFT202。

主栅极用导电膜的材料、厚度等可以与前述的实施方式相同。在此，例如使用将Ti膜、Al膜和Ti膜按该顺序层叠而成的层叠膜(Ti/Al/Ti)。

接下来，如图8的(d)所示，以覆盖PS-TFT202的源极电极38和漏极电极39以及OS-TFT的栅极电极16的方式形成第2绝缘层18。第2绝缘层18作为OS-TFT的主栅极绝缘层发挥功能。第2绝缘层18的形成方法、材料、厚度等可以与前述的实施方式相同。

接着，如图9的(a)所示，在第2绝缘层18上形成岛状的氧化物半导体层20后，以与氧化物半导体层20接触的方式形成源极电极22和漏极电极24。氧化物半导体层20、源极电极22和漏极电极24的形成方法、材料、厚度等与前述的实施方式相同。这样，制造作为像素TFT的OS-TFT201。

接下来，如图9的(b)所示，形成覆盖PE-TFT202和OS-TFT201的保护层26和上部绝缘层28。它们的形成方法、材料、厚度等与前述的实施方式相同。

接着，如图9的(c)所示，在上部绝缘层28上形成共用电极40。共用电极40可使用ITO(铟锡氧化物)膜、IZO膜或ZnO膜(氧化锌膜)等透明导电膜来形成。共用电极40例如除了位于OS-TFT201上的区域以外，可以在显示区域800的大致整体上形成。

接下来，在上部绝缘层28上以覆盖共用电极40的方式形成电介质层42。作为电介质层42，例如能适当地使用氧化硅(SiOx)膜、氮化硅(SiNx)膜、氧化氮化硅(SiOxNy；x＞y)膜、氮化氧化硅(SiNxOy；x＞y)膜等。

其后，通过光刻，在电介质层42、保护层26和上部绝缘层28中形成将OS-TFT201的漏极电极24露出的开口(像素接触孔)。接着，在上部绝缘层28上和像素接触孔内，形成在像素接触孔内与漏极电极24接触的像素电极44。像素电极44能使用ITO膜、IZO膜、ZnO膜等透明导电膜来形成。虽未图示，但通过在像素电极44设置狭缝状的开口等对像素电极44的平面图案的变更，能使显示装置支持FFS模式或IPS模式。这样，能得到本实施方式的半导体装置1001。

也可以是，像素电极44的至少一部分以隔着电介质层42与共用电极40重叠的方式配置。由此，在像素电极44和共用电极40隔着电介质层42重叠的部分形成电容。该电容作为辅助电容发挥功能。通过适当地调整成为辅助电容的电介质层的电介质层42的材料和厚度、形成电容的部分的面积等，能得到具有所希望的电容的辅助电容。因此，无需在像素内例如使用与源极配线相同的金属膜等另外形成辅助电容。因而，能抑制由于使用金属膜形成辅助电容所致的开口率的下降。

此外，也可以不设置共用电极40和电介质层42，而在上部绝缘层28上形成像素电极44。这种半导体装置还能应用于VA模式的显示装置。

本实施方式的半导体装置1001还可以具备不具有偏置结构的其它OS-TFT。其它OS-TFT除了不具有偏置结构且不具有副栅极电极以外，可以具有与OS-TFT201相同的构成。

图10的(a)和(b)是例示不具有偏置结构的OS-TFT203的截面图和俯视图。为了简化，对与OS-TFT201相同的构成要素附上相同的附图标记。OS-TFT203例如是像素TFT，OS-TFT201和PE-TFT202例如是电路TFT。

如图10所示，栅极电极16以隔着第2绝缘层18与氧化物半导体层20的沟道形成区域整体重叠的方式配置。在OS-TFT203和基板10之间配置有使用与PS-TFT202的栅极电极36相同的导电膜形成的遮光层46。由此，与使OS-TFT203的栅极电极16作为遮光层发挥功能的情况相比，更能减小栅极电极16的沟道长度方向的宽度。因而，能抑制背光源光对氧化物半导体层20的影响，并能降低在源极电极22及漏极电极24与遮光层之间产生的寄生电容。在该例中，氧化物半导体层20的源极侧的端部(源极接触区域)的至少一部分和漏极侧的端部(漏极接触区域)的至少一部分未被栅极电极16遮光而被遮光层46遮光。此外，遮光层46只要以覆盖氧化物半导体层20中的未被栅极电极16遮光的区域的方式配置即可，也可以不覆盖氧化物半导体层20整体。

(第3实施方式)

以下，以显示装置的有源矩阵基板为例说明本发明的半导体装置的第3实施方式。

图11是表示本实施方式的半导体装置1002的OS-TFT301和PS-TT302的截面图。

在前述的实施方式中，将PS-TFT202的源极电极38及漏极电极39形成在与OS-TFT201的主栅极电极16相同的层(主栅极配线层)内，但在本实施方式中，将其形成在与OS-TFT301的源极电极22及漏极电极24相同的层(源极配线层)内。其它构成与参照图6在前面描述过的半导体装置1001相同。对与图6相同的构成要素附上相同的附图标记，省略说明。

在本实施方式中，与第2实施方式同样地，成为PS-TFT302的层间绝缘层的第1绝缘层14和成为OS-TFT301的主栅极绝缘层的第2绝缘层18也形成于不同的层，因此能将这些层的材料、厚度等独立地实现最佳化。因而，能实现高可靠性和良好的TFT特性。

半导体装置1002可用与参照图8和图9在前面描述过的半导体装置1001的制造方法同样的方法形成。使用图12的(a)～(c)说明半导体装置1002的制造方法。在以下的说明中，省略与半导体装置1001同样的工序。另外，半导体装置1002的各构成要素的形成方法、材料、厚度等也与半导体装置1001相同，因此省略说明。

首先，用与前述的实施方式同样的方法在基板10上形成基底层11、结晶质硅半导体层32、绝缘层34、栅极电极16、副栅极电极12s、12d以及第1绝缘层14。

接下来，如图12的(a)所示，在显示区域800中，在第1绝缘层14上形成栅极电极16。

接着，如图12的(b)所示，以覆盖第1绝缘层14和栅极电极16的方式形成第2绝缘层18。其后，在显示区域800中，形成氧化物半导体层20。在驱动电路区域920中，形成分别到达结晶质硅半导体层32的源极区域32s和漏极区域32d的接触孔18s、18d。

其后，如图12的(c)所示，形成源极用导电膜，并对其进行图案化，从而形成与氧化物半导体层20接触的源极电极22和漏极电极24，并且形成在接触孔18s、18d内与结晶质硅半导体层32接触的源极电极38和漏极电极39。接着，虽未图示，但形成保护层26、上部绝缘层28、共用电极40、电介质层42和像素电极44，得到半导体装置1002。

本发明的半导体装置的实施方式不限于上述的第1至第3实施方式。

例如在上述的实施方式中，PS-TFT202、302均具有LDD结构，但也可以具有LDD区域与栅极电极重叠的GOLD(Gate-Overlapped LDD：栅极重叠轻掺杂漏极)结构。或者也可以不具有LDD区域(单漏极结构)。还可以根据需要对结晶质硅半导体层32进行用于进行阈值电压控制的沟道掺杂。

上述实施方式的OS-TFT和PS-TFT的用途或形成的区域不限于上述的用途或区域。在具备多个TFT的装置中，只要根据各TFT所要求的特性分别使用活性层不同的2种TFT即可。例如OS-TFT201、301不仅作为像素TFT使用，也可以作为构成驱动电路的电路元件使用。

工业上的可利用性

本发明的实施方式能广泛应用于具备多个薄膜晶体管的装置或电子设备。例如能应用于有源矩阵基板等电路基板、液晶显示装置、有机电致发光(EL)显示装置和无机电致发光显示装置等显示装置、放射线检测器、图像传感器等摄像装置、图像输入装置或指纹读取装置等电子装置等。

附图标记说明

10 基板

11 基底层

12、12s、12d 副栅极电极

14 第1绝缘层

16 主栅极电极

18 第2绝缘层

20 氧化物半导体层

20g 栅极相对区域

20s 源极接触区域

20d 漏极接触区域

20c 沟道形成区域

22 源极电极

24 漏极电极

26 保护层

28 上部绝缘层

30、30s、30d 偏置区域

32 结晶质硅半导体层

34 第3绝缘层

36 结晶质硅TFT的栅极电极

38 结晶质硅TFT的源极电极

39 结晶质硅TFT的漏极电极

40 共用电极

42 电介质层

44 像素电极

101、201、301 氧化物半导体TFT

202、302 结晶质硅TFT

1001、1002 半导体装置。