半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]有源矩阵基板按每个像素设置有例如薄膜晶体管(Thin Film Transistor5WT为称为“TFT”)作为开关元件。在本说明书中，将这样的TFT称为“像素用TFT”。作为像素用TFT，历来广泛使用以非晶硅膜为有源层的非晶硅TFT和以多晶硅膜等结晶硅膜为有源层的结晶硅TFT。
[0003]也存在与像素用TFT在同一基板上一体地形成周边驱动电路的一部分或全部的情况。这样的有源矩阵基板称为驱动器单片的有源矩阵基板。在驱动器单片的有源矩阵基板中，周边驱动电路设置在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)。像素用TFT和构成驱动电路的TFT(电路用TFT)能够使用相同的半导体膜形成。作为该半导体膜，例如使用场效应迀移率高的多晶硅膜。
[0004]此外，提出了作为TFT的有源层的材料，代替非晶硅或多晶硅而使用氧化物半导体的方案。还提出了作为氧化物半导体，使用以铟、镓、锌和氧为主要成分的In-Ga-Zn-O类半导体的方案。将这样的TFT称为“氧化物半导体TFT”。氧化物半导体具有比非晶硅高的迀移率。因此，氧化物半导体TFT与非晶硅TFT相比能够以高速动作。此外，氧化物半导体膜与多晶硅膜相比能够以简便的工艺形成，因此也能够应用于需要大面积的装置。因而，也能够使用氧化物半导体膜在同一基板上一体地形成像素用TFT和电路用TFT。
[0005]但是，无论使用多晶硅膜和氧化物半导体膜中的哪一种，均难以充分地满足像素用TFT和电路用TFT这两者要求的特性。
[0006]对此，专利文献I公开了作为像素用TFT设置有氧化物半导体TFT，作为电路用TFT设置有以非氧化物半导体膜为有源层的TFT(例如结晶硅TFT)的有源矩阵型的液晶面板。在专利文献I的液晶面板中，氧化物半导体TFT和结晶硅TFT在同一基板上形成。专利文献I中记载了通过使用氧化物半导体TFT作为像素用TFT能够抑制显示不均，通过使用结晶硅TFT作为电路用TFT能够进行高速驱动。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I:日本特开2010-3910号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的技术问题
[0011 ]近年来，包括智能手机等的液晶面板被要求进一步高精细化、窄边框化和耗电的降低。“窄边框化”是指，缩小驱动电路所需的面积，缩小显示区域以外的区域(边框区域)。本发明的发明人经过研究发现，在专利文献I公开的结构中，有难以应对液晶面板的进一步高精细化和窄边框化的情况。此外，由于将氧化物半导体TFT和结晶硅TFT—体地形成，也存在难以确保这些TFT所分别要求的特性的情况，详细情况后述。
[0012]本发明的一个实施方式是鉴于上述情况而完成的，提供能够实现进一步高精细化和窄边框化的半导体装置及其制造方法。
[0013]解决技术问题的技术方案
[0014]本发明的一个实施方式的半导体装置包括:基板;第一薄膜晶体管，该第一薄膜晶体管由上述基板支承，具有主要包含结晶硅的第一有源区域;和第二薄膜晶体管，该第二薄膜晶体管由上述基板支承，具有第二有源区域，该第二有源区域主要包含具有结晶部分的氧化物半导体。
[0015]在一个实施方式中，还包括绝缘层，该绝缘层设置于与包含上述第一有源区域的层和包含上述第二有源区域的层不同的层且介于这些层之间，在从上述基板的法线方向看时，上述绝缘层与上述第一有源区域和上述第二有源区域这两者重叠，上述绝缘层具有叠层结构，该叠层结构包括能够供给氢的氢供应性的层和比上述氢供应性的层更靠上述第二有源区域侧的能够供给氧的氧供应性的层。
[0016]在一个实施方式中，还包括覆盖上述第一薄膜晶体管的第一层间绝缘膜，上述绝缘层包括上述第一层间绝缘膜和上述第二薄膜晶体管的栅极绝缘膜。
[0017]在一个实施方式中，上述绝缘层的上述氢供应性的层主要包含氮化硅，上述氧供应性的层主要包含氧化硅。
[0018]在一个实施方式中，上述第一薄膜晶体管的栅极电极与上述第二薄膜晶体管的栅极电极在同一层内形成。
[0019]在一个实施方式中，上述第一薄膜晶体管的源极电极和漏极电极与上述第二薄膜晶体管的源极电极和漏极电极在同一层内形成。
[0020]在一个实施方式中，上述第一薄膜晶体管具有顶栅结构，上述第二薄膜晶体管具有底栅结构。
[0021]在一个实施方式中，还包括:具有多个像素的显示区域;和设置在上述显示区域以外的区域且具有驱动电路的驱动电路形成区域，上述第一薄膜晶体管在上述驱动电路形成区域构成上述驱动电路，上述第二薄膜晶体管配置在上述显示区域的各像素。
[0022]在一个实施方式中，上述驱动电路包括源极切换电路。
[0023]在一个实施方式中，上述氧化物半导体包含In-Ga-Zn-O类半导体。
[0024]在一个实施方式中，上述结晶硅为多晶硅。
[0025]本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法是包括第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法包括:工序(A)，在具有绝缘表面的基板上形成结晶硅层，该结晶硅层包含成为上述第一薄膜晶体管的有源区域的部分；工序(B)，在结晶硅层之上形成第一绝缘层;工序(C)，在上述第一绝缘层上形成上述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的栅极电极;工序(D)，形成覆盖上述第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管的上述栅极电极的第二绝缘层;工序(E)，在上述第二绝缘层上形成非晶氧化物半导体层，该非晶氧化物半导体层包含成为上述第二薄膜晶体管的有源区域的部分;工序(F)，通过加热处理，从上述第二绝缘层向上述结晶硅层供给氢而进行上述结晶硅层的氢化，并且使上述非晶氧化物半导体层结晶化，得到具有结晶部分的氧化物半导体层;和工序(G)，形成与上述结晶硅层连接的、上述第一薄膜晶体管的源极电极和漏极电极，以及与具有上述结晶部分的氧化物半导体层连接的、上述第二薄膜晶体管的源极电极和漏极电极。
[0026]在一个实施方式中，在上述工序(D)中，作为上述第二绝缘层，形成叠层膜，该叠层膜包含能够供给氢的氢供应性的层和配置在上述氢供应性的层之上的能够供给氧的氧供应性的层。
[0027]在一个实施方式中，上述氢供应性的层是主要包含氮化硅的层，上述氧供应性的层是主要包含氧化硅的层。
[0028]在一个实施方式中，上述第一绝缘层包含上述第一薄膜晶体管的栅极绝缘膜，上述第二绝缘层包含覆盖上述第一薄膜晶体管的层间绝缘膜和上述第二薄膜晶体管的栅极绝缘膜。
[0029]在一个实施方式中，上述工序(A)包括形成非晶硅膜的工序和通过激光照射使上述非晶硅膜结晶化的工序。
[0030]在一个实施方式中，上述工序(A)包括:形成非晶硅膜的工序;在上述非晶硅膜的至少一部分添加金属催化剂的工序;和通过进行添加有上述金属催化剂的非晶硅膜的加热处理而使上述非晶硅膜的至少一部分结晶化的工序。
[0031]在一个实施方式中，在上述工序(G)之后还包括:形成第三绝缘层的工序(H);在上述第三绝缘层之上形成有机类的平坦化膜的工序(I);和在上述平坦化膜之上形成像素电极的工序(J)，上述像素电极在设置于上述第三绝缘层和上述平坦化膜的开口内与上述第二薄膜晶体管的源极电极或漏极电极连接。
[0032]在一个实施方式中，还包括在一次光刻工序中在上述第三绝缘层和上述平坦化膜形成上述开口的工序。
[0033]在一个实施方式中，在上述工序(I)与上述工序(J)之间还包括:形成共用电极的工序;和在上述共用电极之上形成第四绝缘膜的工序。
[0034]在一个实施方式中，在上述工序(I)之后还包括:形成第四绝缘膜的工序;和在上述第四绝缘膜之上形成共用电极的工序。
[0035]在一个实施方式中，上述氧化物半导体层包含In-Ga-Zn-O类半导体。
[0036]发明的效果
[0037]根据本发明的一个实施方式，能够实现与以往相比高精细且边框区域小的半导体
目.ο
【附图说明】
[0038]图1是例示本发明的第一实施方式的半导体装置100中的第一薄膜晶体管1A和第二薄膜晶体管1B的示意性截面图。
[0039]图2是例示本发明的第一实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)200的示意性俯视图。
[0040]图3是例示本发明的第一实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)200的示意性截面图。
[0041 ]图4是例示仅使用非晶氧化物半导体TFT的参考例的有源矩阵基板2000的俯视图。
[0042]图5中，(a)?(e)分别是说明第一实施方式的有源矩阵基板200的制造工序的示意性工序截面图。
[0043]图6中，(a)?(c)分别是说明第一实施方式的有源矩阵基板200的制造工序的示意性工序截面图。
[0044]图7中，(a)和(b)分别是例示多晶硅TFT和非晶氧化物半导体TFT的以往的制造工序的图，(c)是例示第一实施方式中的第一薄膜晶体管1A和第二薄膜晶体管1B的制造工序的图。
[0045]图8是例示本发明的第二实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)300的示意性截面图。
[0046]图9中，(a)?(e)分别是说明第二实施方式的有源矩阵基板300的制造工序的示意性工序截面图。
[0047]图10中，(a)?(C)分别是说明第二实施方式的有源矩阵基板300的制造工序的示意性工序截面图。
[0048]图11是用于说明第一实施方式中的SSD电路的结构的图。
[0049]图12是例示输入栅极总线的信号波形和输入各开关控制信号线的信号波形的图。
[0050]图13是例示本发明的另一个实施方式的半导体装置(有源矩阵基板)的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0051]虽然也根据液晶面板的用途而有所不同，但是对液晶面板而言，要求(I)超高精细、(2)窄边框和(3)低耗电。本发明的发明人对能够均衡地满足这些要求的面板结构进行研究后得到以下见解。
[0052]在使用驱动器单片的有源矩阵基板的液晶面板中，当使用结晶硅TFT作为像素用TFT和电路用TFT时(称为“结晶硅液晶面板” ο )，能够使边框区域变窄，且能够构成高精细的液晶面板。但是，需要以例如60Hz驱动液晶面板，难以将耗电抑制得低。
[0053]另一方面，在使用非晶氧化物半导体TFT作为像素用TFT和电路用TFT的液晶面板(称为“非晶氧化物半导体液晶面板”。)中，能够降低耗电。这是因为，当使用非晶氧化物半导体TFT作为像素用TFT时，非晶氧化物半导体的断开漏电流小(多晶硅的1/1000、非晶硅的1/100左右)，因此在显示静止图像时，例如能够以IHz进行驱动(休止59/60秒钟)，能够降低图像显示所需的电力。此外，能够提高透射率，与触摸面板的亲和性也高，因此能够构成高精细的液晶面板。但是，因为作为电路用TFT也使用非晶氧化物半导体TFT，所以难以使边框区域小。非晶氧化物半导体与结晶硅相比迀移率低，例如相对于低温多晶硅的迀移率100cm2/Vs，作为非晶氧化物半导体的非晶In-Ga-Zn-O类半导体的迀移率为20cm2/Vs左右。因此，为了确保驱动电路所需的电流，元件面积变大，其结果是，电路面积变大，液晶面板的边框区域变大。
[0054]这样，结晶硅TFT和非晶氧化物半导体TFT各有一长一短，难以实现高维度均衡地满足对液晶面板的上述要求的液晶面板。
[0055]与此相对，如果如专利文献I中公开的那样使用非晶氧化物半导体TFT作为像素用TFT、使用结晶硅TFT作为电路用TFT，则与仅使用结晶硅TFT的情况相比，能够抑制耗电。但是，本发明的发明人经过研究发现，由于非晶氧化物半导体的迀移率不够高，会产生以下那样的问题。有可能在各像素中难以使非晶氧化物半导体TFT的元件面积进一步缩小，不能应对进一步高精细化的要求。此外，难以进一步缩短向像素供给规定的电