薄膜晶体管的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是【申请号】201380029493. 5, PCT 【申请号】PCT/JP2013/065743,申请日： 2013. 06. 06,发明名称："薄膜晶体管"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及用于液晶显示器或有机EL显示器等显示装置的薄膜晶体管（TFT)。
【背景技术】
[0003] 非晶（非晶质）氧化物半导体与通用的非晶硅（a-Si)相比，具有高载流子迀移率 (也称为场效应迀移率。以下，有时仅称为"迀移率"。），光学带隙大，能够以低温成膜。因 此，期待其面向要求大型、高分辨率、高速驱动的新一代显示器或耐热性低的树脂基板等的 应用。
[0004] 在使用氧化物半导体作为薄膜晶体管的半导体层时，不仅要求载流子浓度（迀移 率）高，而且还要求TFT的开关特性（晶体管特性、TFT特性）优异。即，要求（1)通态电 流（对栅电极和漏电极施加正电压时的最大漏电流）高；(2)断态电流（分别对栅电极施 加负电压，对漏电极施加正电压时的漏电流）低；（3)S值（Subthreshold Swing，亚阈值摆 幅，使漏电流提高1位数量级所需要的栅电压）低；(4)阈值（向漏电极施加正电压，向栅 电压施加正负任意一种电压时，漏电流开始流通的电压，也称为阈值电压）在时间上不发 生变化而保持稳定（意味着在基板面内均匀）；并且，（5)迀移率高；等。
[0005] 作为具有这样的特性的氧化物半导体，通用的是由铟、镓、锌、以及氧构成的非晶 氧化物半导体（Ιη-Ga-Zn-O、以下有时称作"IGZ0"。）（专利文献1、非专利文献1、非专利文 献2)。
[0006] 另外，作为具有比IGZO高的迀移率的材料，使用的是由铟、锌、锡、以及氧构成的 非晶氧化物半导体（Ιη-Zn-Sn-O、以下有时称作" IZT0"。）（专利文献2)。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本专利第4568828号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开2008-243928号公报
[0011] 非专利文献
[0012] 非专利文献1 :固体物理、V0L44、P621(2009)
[0013] 非专利文献 2 :Nature、V0L432、P488(2004)
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 进一步要求使用了上述氧化物半导体层的薄膜晶体管对于电压施加或光照射等 应力的耐受性（应力施加前后的阈值电压的变化量少）优异。例如指出的有：在对于栅电 极持续施加电压时、或持续照射光吸收开始的蓝色波段时，在薄膜晶体管的栅极绝缘膜与 半导体层界面，电荷被捕获，由于体层内部的电荷的变化而使阈值电压向负侧大幅地变化 (偏移），由此，TFT的开关特性变化。另外，在液晶面板驱动之时、或对栅电极施加负偏压 而使像素点亮时等情况下，从液晶元件泄漏的光会照射到TFT上，而该光对于TFT施加应力 而成为使图像不匀或特性劣化的原因。在实际使用薄膜晶体管时，若由于光照射或电压施 加造成的应力导致开关特性发生变化，则会招致显示装置自身的可靠性降低。
[0016] 另外，对于有机EL显示器也同样，从发光层泄漏的光会照射到半导体层上，导致 阈值电压等值散乱这样的问题。
[0017] 由此，尤其是阈值电压的偏移会招致具备TFT的液晶显示器或有机EL显示器等显 示装置自身的可靠性降低，因此强烈希望提高应力耐受性。
[0018] 进而，在制作氧化物半导体层和在其上具备源-漏电极的薄膜晶体管基板时，还 要求上述氧化物半导体层相对于湿蚀刻液等药液具有较高的特性（湿蚀刻特性）。具体来 说，在制作TFT时的各工序中，由于所使用的湿蚀刻液的种类也不同，因此，上述氧化物半 导体层需要以下两个特性。
[0019] (A)氧化物半导体层相对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性 [0020]即，需要下述特性：利用在加工氧化物半导体层时所使用的草酸等有机酸系湿蚀 刻液，以适宜的速度蚀刻上述氧化物半导体层，且能够无残渣地图案化。
[0021] (B)氧化物半导体层相对于源-漏电极用湿蚀刻液为不溶性的
[0022] 即，需要下述特性：利用在加工成膜于氧化物半导体层之上的源-漏电极用配线 膜时所使用的湿蚀刻液（例如包括磷酸、硝酸、醋酸等的无机酸），可以以适宜的速度来蚀 刻源-漏电极，但是，上述氧化物半导体层的表面（背沟道）侧不会被上述湿蚀刻液的切削 或受到损伤，从而不会使TFT特性和应力耐受性降低。
[0023] 基于湿蚀刻液的蚀刻的程度（蚀刻速度）根据湿蚀刻液的种类也不同，但是，上述 的IZTO相对于草酸等湿蚀刻液具有优异的可溶性[即，上述（A)的氧化物半导体层加工时 的湿蚀刻性优异]，相对于无机酸系湿蚀刻液的可溶性也高，因而极其容易受到无机酸系湿 蚀刻液的蚀刻。因此，在利用源-漏电极的湿蚀刻液进行加工时，存在IZTO膜消失而难以 制作TFT、或TFT特性等降低这样的问题[即，上述（B)的源-漏电极在加工时的湿蚀刻耐 性变差]。为了解决这种问题，还研宄了使用不对IZTO进行蚀刻的药液（册1/与!1 202的混 合液）作为源-漏电极用蚀刻液的情况，但是，上述药液的寿命短且不稳定，因此，批量生产 性变差。
[0024] 对于与上述的（B)的源-漏电极的湿蚀刻相伴的TFT特性等的降低来说，尤其是 在如图1所示的不具有蚀刻阻挡层的背沟道蚀刻（BCE)结构的TFT中会看到。
[0025] 即，使用了氧化物半导体的底栅薄膜晶体管的结构大致分为图1所示的不具有蚀 刻阻挡层的背沟道蚀刻型（BCE型）、和图2所示的具有蚀刻阻挡层8的蚀刻阻挡型（ESL 型）这两种。
[0026] 图2中的蚀刻阻挡层8基于下述目的而形成的，即，防止在对源-漏电极5实施蚀 刻时氧化物半导体层4受到损伤而导致晶体管特性降低。根据图2,源-漏电极加工时对氧 化物半导体层表面的损伤少，因此，易于获得良好的TFT特性。作为上述蚀刻阻挡层，通常 使用SiO 2等绝缘膜。
[0027] 与此相对，在图1中，不具有蚀刻阻挡层，因此能过简化工序数，生产性优异。艮口， 基于不同的制造方法，有时即使在蚀刻时不设置蚀刻阻挡层，也可不对氧化物半导体层4 带来损伤，例如在利用剥离法加工源-漏电极5时，对氧化物半导体层4没有损伤，因此不 需要蚀刻阻挡层，在这种情况下可使用图1的BCE型。或者，在使用即使没有蚀刻阻挡层也 可发挥出良好的TFT特性而开发出的特殊的湿蚀刻液的情况下，可使用图1的BCE型。
[0028] 如上所述，从薄膜晶体管的制作成本降低或工序简化的观点出发，推荐使用不具 有蚀刻阻挡层的图1的BCE型，但是，前述的湿蚀刻时的问题非常令人担忧。然而，即使对 于图2的ESL型来说，根据湿蚀刻液的种类的不同也存在发生上述问题的担忧。
[0029] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种具备如下半导体层用氧 化物的薄膜晶体管，该半导体层用氧化物在不具有蚀刻阻挡层的BCE型的薄膜晶体管中， 保持高的场效应迀移率的同时，相对于光或偏压应力等来说阈值电压的变化量小且应力耐 受性优异，并且，（A)相对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性，（B)相对于 在使将源-漏电极图案化时所使用的湿蚀刻液具有优异的耐性。
[0030] 另外，本发明的目的在于，提供一种具备如下半导体层用氧化物的薄膜晶体管，该 半导体层用氧化物在具有蚀刻阻挡层的ESL型的薄膜晶体管中，保持高的场效应迀移率的 同时，应力耐受性优异，并且，（A)相对于氧化物半导体加工用湿蚀刻液具有优异的可溶性。
[0031] 用于解决课题的手段
[0032] 能够解决上述课题的本发明所述的薄膜晶体管是在基板上至少依次具有栅电极、 栅极绝缘膜、氧化物半导体层，其要旨在于，前述氧化物半导体层是具有由In、Ga、Zn、Sn及 O构成的第一氧化物半导体层、和由In、Zn、Sn及O构成的第二氧化物半导体层的层叠体， 前述第二氧化物半导体层形成于前述栅极绝缘膜之上，且前述第一氧化物半导体层形成于 前述第二氧化物半导体层与前述保护膜之间，并且，前述第一氧化物半导体层中，各金属元 素相对于除去氧的全部金属元素的含量（原子％、以下相同）为In :25%以下（不含0% )、 Ga :5% 以上、Zn :35 ~65%及 Sn :8 ~30%。
[0033] 优选在前述第一氧化物半导体层中，各金属元素相对于除去氧的全部金属元素的 含量为In :20%以下（不含0%)、Ga :15%以上且低于50%、Zn :35~65%及Sn :8~30%。
[0034] 优选前述第一氧化物半导体层相对于源-漏电极用湿蚀刻液的蚀刻速率为前述 源-漏电极的蚀刻速率的1/2以下。
[0035] 另外，本发明所述的薄膜晶体管是在基板上至少依次具有栅电极、栅极绝缘膜、氧 化物半导体层、源-漏电极、蚀刻阻挡层及保护前述源-漏电极的保护膜的薄膜晶体管，其 要旨在于，前述氧化物半导体层是具有由In、Ga、Zn、Sn及O构成的第一氧