氧化物半导体装置的制造方法与流程

本发明涉及一种氧化物半导体装置的制造方法。

背景技术：

tft(薄膜晶体管，thinfilmtransistor)作为形成于玻璃基板上的平面显示器用的有源元件而普及。tft作为基本结构具备栅极端子、源极端子及漏极端子这3端子元件，并具有将成膜于基板上的半导体薄膜用作供电子或空穴移动的活性层而对栅极端子施加电压以控制在活性层流动的电流并接通源极端子与漏极端子之间的电流的功能。

作为tft的活性层，广泛使用多晶硅薄膜和非晶硅薄膜，随着以智能型手机为代表的移动电子设备的普及，要求小型画面的显示器具有超高精度/高画质且低电耗的图像显示性能，作为能够应对该性能的tft材料，氧化物半导体受到关注。

众所周知，氧化物半导体当中作为铟(in)、镓(ga)、锌(zn)的氧化物的igzo与以往的非晶硅等相比，是可实现显示器的高精度化和低电耗化的tft材料。下述专利文献1中示出一种透明非晶质氧化物薄膜，其以气相成膜法成膜且由元素in、ga、zn及o构成，关于氧化物的组成，经过结晶化的组成为ingao3(zno)m(m为小于6的自然数)，将不添加杂质离子而电子迁移率超过1cm²/(v·秒钟)并且电子载体浓度为10¹⁶/cm³以下的半绝缘性的透明半绝缘性非晶质氧化物薄膜设为tft的活性层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-219538号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

以往，将igzo作为活性层的tft的制造工序如图1所示具有：在基底基板(玻璃基板)上形成栅极电极层，并进行栅极电极的图案形成的工序(s1工序)；在栅极电极上形成栅极绝缘膜的工序(s2工序)；将栅极绝缘膜进行表面处理的工序(s3工序)；形成活性层(igzo层)以进行图案形成的工序(s4工序)；形成蚀刻停止层以进行图案形成的工序(s5工序)；及形成电极层(金属层)，并对源极电极、漏极电极进行图案形成的工序(s6工序)等。

如此，将igzo作为活性层的tft的制造中，在所述的s1工序、s4工序、s5工序、s6工序等中，需要进行多次图案形成，且每次都需要伴有光致抗蚀剂的掩模曝光的光刻工序，因此存在工序繁琐且无法获得良好的生产率的问题。

尤其，蚀刻停止层是防止igzo的活性层在之后的电极图案形成时被削掉的层，由于是非功能性层，因此要求省略蚀刻停止层以简化层形成。

本发明为了应对这些问题而提出。即，本发明的课题在于，在具有氧化物半导体的活性层的氧化物半导体装置的制造工序中实现工序的简化并实现生产率的提高。

用于解决技术问题的手段

为了解决这些课题，本发明具备以下结构。

一种氧化物半导体装置的制造方法，该氧化物半导体装置具有铟(in)、镓(ga)、锌(zn)的氧化物半导体层的活性层，该氧化物半导体装置的制造方法的特征在于，具有激光退火工序，对所述活性层的形成区域照射激光，以对所述活性层赋予抗蚀刻性。

附图说明

图1是表示以往的将igzo作为活性层的tft的制造工序的一部分的说明图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的氧化物半导体装置的制造方法的说明图。

图3是表示本发明的另一实施方式所涉及的氧化物半导体装置的制造方法的说明图。

图4是表示本发明的另一实施方式所涉及的氧化物半导体装置的制造方法的说明图。

具体实施方式

本发明的实施方式所涉及的氧化物半导体装置的制造方法是，进行对具铟(in)、镓(ga)、锌(zn)的氧化物半导体层的活性层形成区域照射激光的激光退火处理，由此可对处理后的活性层赋予抗蚀刻性而完成了发明。据此，通过省略在活性层的图案形成时进行的光刻工序，并对经过激光退火处理的活性层直接进行蚀刻处理，以去除激光的未照射区域，能够进行活性层的图案形成。并且，能够在经图案形成的活性层上直接形成金属层以形成电极图案，而无需形成蚀刻停止层。

这些氧化物半导体装置的制造方法中，通过激光退火处理对活性层赋予抗蚀刻性，能够减少伴有光致抗蚀剂的掩模曝光的光刻工序的次数，且能够以良好的生产率制造氧化物半导体装置。

以下，按照附图对具体的制造工序进行说明。图2中，按(a)、(b)、(c)、(d)的工序顺序制造。(a)工序中，在基底基板(玻璃基板)10上形成栅极电极11、栅极绝缘膜12、氧化物半导体层(igzo层)13。关于栅极电极11，例如通过溅射等形成mo或ti、tin层(例如，膜厚100nm)，并通过光刻工序和蚀刻工序形成电极图案。关于栅极绝缘膜12，在栅极电极11上例如通过电浆cvd等形成sio2层(例如，膜厚100nm)。关于氧化物半导体层13，在栅极绝缘膜12上通过磁控溅射等形成igzo层。

(b)工序中，进行对已形成的氧化物半导体层13的活性层形成区域照射激光的激光退火处理。所照射的激光例如是准分子激光(xef波长351nm或krf波长248nm、能量密度150mj/cm²、50发射)。在进行激光退火处理之前，可根据需要进行沟道掺杂(si离子注入)。

(c)工序中，将经激光退火处理的氧化物半导体层13进行蚀刻处理以对活性层13a进行图案形成。在此，通过激光退火处理，对活性层形成区域赋予了抗蚀刻性，因此省略将光致抗蚀剂进行掩模曝光的光刻工序，直接将氧化物半导体层13浸渍在蚀刻液中，以去除氧化物半导体层13的激光未照射部分并形成活性层13a。

对基于激光退火处理的igzo层的抗蚀刻性进行说明，发现只有经激光照射的区域根据条件而igzo层出现结晶化的情况。确认到，在xef激光、krf激光均在能量密度为20mj/cm²至140mj之间的区域内，虽然是非晶质但是膜密度上升而变得致密，进而在140mj/cm²至200mj/cm²的区域出现结晶化的情况。获知，通过对面积100μm×100μm左右以下的区域局部照射激光而抑制膜整体的膨胀，由此更有效地引起这些结晶化和致密化。而且，获知结晶化的igzo膜的湿式抗蚀刻性得到了提高。获知，例如结晶化的igzo(膜厚50nm)即使在磷酸及磷酸/硝酸/乙酸的混合液中浸渍2分钟以上，也不会被蚀刻。另一方面，非晶质igzo的区域中，50nm的膜厚在磷酸中大约1分钟即被蚀刻，在磷酸/硝酸/乙酸的混合液中大约20秒钟即被蚀刻。

(d)工序中，在通过激光退火处理被赋予抗蚀刻性的活性层13a直接形成电极图案而不形成蚀刻停止层。即，在活性层13a及栅极绝缘膜12上形成al层，并通过光刻工序和蚀刻工序形成源极电极14a，进而在活性层13a及栅极绝缘膜12上形成al层，并通过光刻工序和蚀刻工序形成漏极电极14b。之后，进行钝化膜(例如，sio2)的形成等适当的工序。

图3所示的另一实施方式中，按(a1)、(b1)、(c1)、(d1)、(e1)的工序顺序制造。(a1)、(b1)工序与图2所示的(a)、(b)工序相同。该实施方式中，在(c1)工序中，在通过激光退火处理被赋予抗蚀刻性的活性层形成区域上，通过光刻工序形成光致抗蚀剂20的图案，在(d1)工序中，进行蚀刻处理，对除光致抗蚀剂20的图案以外的氧化物半导体层13进行蚀刻去除，之后将光致抗蚀剂20去除，由此形成包含活性层13a的图案13b。之后的(e1)工序与图2中的(d)工序相同，即形成源极电极14a和漏极电极14b的图案。被赋予抗蚀刻性的igzo层的抗干式蚀刻性也得到提高，因此进行图案形成时，不仅可以采用湿式工艺，还可以采用干式蚀刻工艺。

图4所示的另一实施方式中，按(a2)、(b2)、(c2)、(d2)、(e2)的工序顺序制造。(a2)～(c2)工序与图2所示的(a)～(c)工序相同。该实施方式中，将活性层13a进行图案形成之后，在(d2)工序中，在活性层13a上形成蚀刻停止层21的图案，之后，在(e2)工序中，形成源极电极14a和漏极电极14b的图案。在此，进行蚀刻停止层21的图案形成、源极电极14a及漏极电极14b的图案形成时，进行将光致抗蚀剂进行掩模曝光的光刻工序和蚀刻工序。

以上所说明的实施方式中，通过激光退火处理对活性层13a赋予抗蚀刻性，由此在活性层13a的图案形成和电极图案的形成中的其中一者或两者中，能够省略将光致抗蚀剂进行掩模曝光的光刻工序，且能够实现工序的简化。

符号说明

10-基底基板(玻璃基板)，11-栅极电极，12-栅极绝缘膜，13-氧化物半导体层，13a-活性层，14a-源极电极，14b-漏极电极，20-光致抗蚀剂，21-蚀刻停止层。