TWI575757B - 半導體裝置和其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種具有由將氧化物半導體膜用於通道形成區域的薄膜電晶體(以下,稱為TFT)構成的電路的半導體裝置及其製造方法。例如,本發明係關於將以液晶顯示面板為代表的電光裝置及具有有機發光元件的發光顯示裝置作為部件而安裝的電子設備。
另外,在本發明說明中的半導體裝置是指藉由利用半導體特性而能夠工作的所有裝置,因此電光裝置、半導體電路以及電子設備都是半導體裝置。
近年來,對在配置為矩陣狀的每個顯示像素中設置由TFT構成的開關元件的主動矩陣型顯示裝置(液晶顯示裝置、發光顯示裝置、電泳式顯示裝置)正在積極地進行研究開發。由於主動矩陣型顯示裝置在各個像素(或每個點)中設置開關元件,與單純矩陣方式相比,在增加像素密度的情況下能夠以低電壓進行驅動而具有優勢。
另外,將氧化物半導體膜用於通道形成區域來形成薄
膜電晶體(TFT)等,並將其應用於電子裝置或光裝置的技術受到關注。例如,可以舉出將氧化鋅(ZnO)用作氧化物半導體膜的TFT、或使用InGaO3(ZnO)m的TFT。在專利文獻1和專利文獻2中公開有如下技術:將使用這些氧化物半導體膜的TFT形成在具有透光性的基板上,並將其應用於圖像顯示裝置的開關元件等。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-96055號公報
對將氧化物半導體膜用於通道形成區域的薄膜電晶體要求工作速度快、製程相對簡單,並且具有充分的可靠性。
在形成薄膜電晶體時,作為源極電極和汲極電極使用低電阻的金屬材料。尤其是,在製造進行大面積顯示的顯示裝置時,起因於佈線電阻的信號遲延問題較為明顯。所以,較佳的使用電阻值低的金屬材料作為佈線或電極的材料。當採用由電阻值低的金屬材料構成的源極電極和汲極電極與氧化物半導體膜直接接觸的薄膜電晶體的結構時,有可能導致接觸電阻增大。以下原因是導致接觸電阻增大的要因之一:在源極電極和汲極電極與氧化物半導體膜的接觸面上形成肖特基接面。
再加上,在源極電極和汲極電極與氧化物半導體膜直接接觸的部分中形成電容,並且頻率特性(稱為f特性)降低,有可能妨礙薄膜電晶體的高速工作。
本發明的目的之一在於提供一種在使用含有銦(In)、鎵(Ga)、及鋅(Zn)的氧化物半導體膜的薄膜電晶體中,減少了源極電極或汲極電極的接觸電阻的薄膜電晶體及其製造方法。
此外,本發明的目的之一還在於提高使用含有In、Ga及Zn的氧化物半導體膜的薄膜電晶體的工作特性或可靠性。
另外,本發明的目的之一還在於降低使用含有In、Ga及Zn的氧化物半導體膜的薄膜電晶體的電特性的不均勻性。尤其是,在液晶顯示裝置中,各元件間的不均勻性較大的情況下,有可能發生起因於該TFT特性的不均勻性的顯示不均勻。
此外,在包括發光元件的顯示裝置中,當以向像素電極流過一定的電流的方式設置的TFT(配置在驅動電路或像素中的向發光元件供給電流的TFT)的導通電流(Ion)的不均勻性較大時,有可能引起在顯示畫面中的亮度的不均勻。
鑒於上述問題,本發明的目的在於解決上述問題中的至少一個。
本發明的實施例之一的要點在於提供一種特地設置有包含晶粒的氧化物半導體層作為源區或汲區的薄膜電晶體。作為半導體層使用氧過剩氧化物半導體層,作為源區及汲區使用氧缺少氧化物半導體層。該源區及汲區的氧缺
少氧化物半導體層中存在著直徑為1nm至10nm,典型為2nm至4nm左右的晶粒。
作為半導體層、源區及汲區,可以使用包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體膜。另外,可以使用鎢、鉬、鈦、鎳或鋁代替In、Ga以及Zn中的任何一種。
在本發明說明中,將使用含有In、Ga及Zn的氧化物半導體膜形成的半導體層也稱為“IGZO半導體層”。
另外,源極電極層與IGZO半導體層需要歐姆接觸,並需要盡可能地降低該接觸電阻。與此相同,汲極電極層與IGZO半導體層需要歐姆接觸,並需要盡可能地降低該接觸電阻。
由此,藉由在源極電極層和汲極電極層與IGZO半導體層之間意圖性地設置其載流子濃度高於IGZO半導體層的源區及汲區來形成歐姆接觸。
本發明說明所公開的發明的實施例之一的結構是:一種半導體裝置,包括:絕緣表面上的閘極電極;所述閘極電極上的閘極絕緣層;所述閘極絕緣層上的半導體層;所述半導體層上的源區及汲區;以及所述源區及汲區上的金屬層,其中,所述半導體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層,所述源區及汲區的氧濃度低於所述半導體層的氧濃度,並且所述源區及汲區包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,並且,所述金屬層是源極電極層及汲極電極層。
在上述結構中,源區及汲區是包含銦、鎵以及鋅的氧
化物層,並在與半導體層的成膜條件不同的成膜條件下而形成。所述源區及汲區的成膜條件為在剛成膜之後包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒的條件。
藉由特地設置包含晶粒的氧缺少氧化物半導體層作為源區或汲區,得到作為金屬層的源極電極層或汲極電極層與IGZO膜間的良好接面而也在熱方面上使其工作比肖特基接面穩定。另外,為了供給通道的載流子(源極一側),穩定地吸收通道的載流子(汲極一側),或者避免在源區或汲區與源極電極層(或汲極電極層)間的介面具有電阻成分而特地設置包含晶粒的源區或汲區是重要的。另外,為了即使汲極電壓高也保持高遷移率而實現低電阻化是重要的。
在玻璃基板上藉由DC濺射法形成400nm的IGZO膜,然後進行XRD(X射線分析)測定。成膜條件為:壓力0.4Pa;電力500W;成膜溫度為室溫;氬氣流量10sccm;氧氣流量5sccm;使用In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1的靶材。注意,有意使用上述比例的靶材,以獲得非晶IGZO膜。
圖38示出上述XRD測定的曲線。在圖38中,剛成膜之後的曲線相當於as-depo。另外,在圖38中,為了方便起見,作為對比同時示出在成膜後進行了氮氣氛及350℃的溫度下的1小時的熱處理後的曲線、在成膜後進行了氮氣氛及500℃的溫度下的1小時的熱處理後的曲線、在成膜後進行了氮氣氛及600℃的溫度下的1小時的熱處理後的曲線以及在成膜後進行了氮氣氛及700℃的溫
度下的1小時的熱處理後的曲線。
在進行了700℃的熱處理後的樣品中,在30°至35°的範圍內及55°至60°的範圍內明確觀察到表示結晶的峰值。另外,對於形成400nm的IGZO膜並進行了氮氣氛及700℃的溫度下的1小時的熱處理後的樣品,藉由FIB(Focused Ion beam,即聚焦離子束)切出其端面,並且利用高分辨透射電子顯微鏡(日本日立製造所製造的型號H9000-NAR,TEM)在加速電壓為300kV的條件下觀察其截面。圖49示出在放大率為50萬倍的條件下觀察截面的結果,其中觀察到晶粒。另外,利用掃描透射電子顯微鏡(日本日立製造所製造的型號HD-2700,STEM)在加速電壓為200kV的條件下觀察其截面,圖50示出在放大率為600萬倍的條件下觀察截面的結果。在圖50中,明確地觀察到晶格像,而與藉由XRD測定觀察到表示結晶的峰值的結果相應。
另外,對於藉由DC濺射法形成在玻璃基板上的50nm厚的IGZO膜,藉由FIB切出其端面,並且利用高分辨透射電子顯微鏡(日本日立製造所製造的型號H9000-NAR,TEM)在加速電壓為300kV的條件下觀察其截面,以觀察晶粒是否存在、晶粒尺寸、晶粒的分佈狀態。
分別準備如下樣品1及2觀察其斷面:使用In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1的靶材,在成膜條件為壓力0.4Pa、電力500W、成膜溫度為室溫、氬氣流量5sccm、
氧氣流量45sccm的氧過多條件下藉由濺射成膜的樣品1;在僅引入流量40sccm的氬氣而不引入氧氣,其他條件與樣品1相同的氧缺少條件下藉由濺射成膜的樣品2。注意,這裏示出不引入氧的條件作為氧缺少條件,但是對氧缺少條件沒有特別的限制,即使例如在氧氣流量比氬氣流量為1:2的情況下也稱為氧缺少條件。
圖39是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品1的結果,而圖40是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品2的結果。在樣品1中不能觀察到IGZO膜中的晶粒,但是在樣品2中觀察到分散在IGZO膜中的直徑為1nm至10nm,典型為2nm至4nm左右的晶粒。樣品2的晶粒尺寸比進行了700℃的溫度下的熱處理的樣品的截面觀察圖,即圖49中的晶粒尺寸小。根據其結果可知,儘管有意使用In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1的靶材以獲得非晶IGZO膜,但是獲得了在剛成膜之後包含晶粒的IGZO膜。
另外,分別準備如下樣品3及4觀察其斷面:在採用樣品1的成膜條件後還進行了氮氣氛及350℃的溫度下的1小時的熱處理的樣品3;在採用樣品2的成膜條件後還進行了氮氣氛及350℃的溫度下的1小時的熱處理的樣品4。
圖41是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品3的結果,而圖42是在放大率為50萬倍的條件下觀察樣品4的結果。另外,在樣品3中不能觀察到IGZO膜中的晶粒,但是在樣品4中觀察到分散在IGZO膜中的直徑為1nm至
10nm,典型為2nm至4nm左右的晶粒。
另外,在對樣品1至4進行XRD測定的情況下,其結果是,與圖38所示的as-depo及進行了氮氣氛及350℃的溫度下的1小時的熱處理後的樣品同樣,在樣品1至4的每一個中不能觀察到明確表示結晶的峰值。
如上所述,在以氧過多條件為濺射成膜條件的樣品1的TEM圖像中不能觀察到晶粒而在以氧缺少條件為濺射成膜條件的樣品2的TEM圖像中觀察到晶粒的原因是如下所述的。
在以氧缺少條件為濺射成膜條件的樣品2中,本來在濺射靶材受到Ar衝擊時晶化的化學計量比的粒子受到Ar離子的電漿能量,該粒子在飛揚(從靶材到基板)時晶化或者生長。因此,在成膜過程的膜中的晶粒中還觀察到角部。另外,還觀察到如下傾向:在進行350℃的溫度下的熱處理時,與晶粒周圍的非晶成分的氧之間起反應,從而如圖42所示,晶界比圖40模糊,即不清楚。晶粒的結晶有序性擴展到非晶成分的周圍。
因此,在氧缺少條件下形成氧濃度更低的IGZO膜,而以更高濃度的載流子區域構成N+型。
根據上述晶粒的生成過程,藉由適當地調整靶材的成分比、成膜壓力(0.1Pa至2.0Pa)、電力(250W至3000W,8英寸Φ)、溫度(室溫至100℃)以及反應性濺射的成膜條件等,而能夠在1nm至10nm範圍內調整晶粒的密度或直徑尺寸。
另一方面,在以氧過多條件為濺射成膜條件的樣品1中,即使要藉由使濺射靶材受到衝擊而在飛揚時利用電漿能量引起結晶生長,也因為同時存在著過多的氧,所以各元素與氧之間的反應強,不能引起IGZO的結晶生長機理,從而在基板上形成玻璃狀(非晶狀)的所有成分。
當然,藉由調整濺射成膜的氧的混入程度,而調整氧缺少條件與氧過多條件的中間條件的處理。
至於濺射法,因為對靶材用Ar離子施加強能量,所以本來在形成的IGZO膜中存在著較強應變能。進行200℃至600℃,典型為300℃至500℃的溫度下的熱處理,以釋放該應變能。藉由進行該熱處理,進行原子級的再排列。由於藉由進行該熱處理而釋放阻礙載流子遷移的應變能,所以成膜和熱處理(包括光退火)是重要的。注意,200℃至600℃的溫度下的熱處理不產生如超過700℃的溫度下的熱處理那樣的根據原子大遷移的單晶生長。
在700℃以上的加熱溫度的條件下,明確地觀察到結晶生長,並且如圖38所示那樣觀察到XRD測定中的結晶峰值。另一方面,在氧缺少條件及氧過多條件下,如圖38所示,都不能觀察到XRD測定中的結晶峰值。這個理由大概是因為結晶成分或其結晶程度少、晶粒尺寸小等,但是實際上不清楚。
圖43及圖44是進一步放大了圖40及圖42中觀察到的晶粒的圖。圖43示出氧缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(800萬倍),而圖44示出氧缺少條件下的進
行了熱處理後的樣品4的截面TEM圖像(800萬倍)。在圖43及圖44中,都觀察到晶粒中的清楚的晶格像,並明確地觀察到三層結構的單晶。
圖45至48是進一步放大了圖39及圖41的圖。圖45示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(200萬倍),而圖47示出800萬倍的圖像。圖46示出氧過多條件下的進行了熱處理後的樣品3的截面TEM圖像(200萬倍),而圖48示出800萬倍的圖像。在圖45至圖48中,都不能觀察到晶粒。
另外,可以形成具有多層結構的源區或汲區。藉由使用包含晶粒的氧化物半導體層作為第一層,並使用包含Ti、W、Mo、Ni的氧化物半導體層作為第二層,而得到源區或汲區與源極電極層及汲極電極層間的歐姆接觸。
本發明說明所公開的其他結構是:一種半導體裝置,包括:絕緣表面上的閘極電極;所述閘極電極上的閘極絕緣層;所述閘極絕緣層上的半導體層;所述半導體層上的第一源區及汲區;所述第一源區及汲區上的第二源區及汲區;以及所述第二源區及汲區上的金屬層,其中,所述半導體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層,所述第一源區及汲區的氧濃度低於所述半導體層的氧濃度,並且所述源區及汲區包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,所述第二源區及汲區包含W、Mo、Ti、Ni或Al,並且所述第二源區及汲區的氧濃度低於所述半導體層的氧濃度,並且,所述金屬層是源極電極層及汲極電極層。
在上述結構中,所述第一源區及汲區是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層。另外,所述第二源區及汲區是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層。
本發明的實施例之一是不局限於底閘型結構,而可以應用於頂閘型薄膜電晶體。本發明說明所公開的另一結構是:一種半導體裝置,包括:絕緣表面上的金屬層;所述金屬層上的源區及汲區;所述源區及汲區上的半導體層;所述半導體層上的閘極絕緣層;以及所述閘極絕緣層上的閘極電極,其中,所述半導體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層,所述源區及汲區是其氧濃度低於所述半導體層的氧濃度的氧化物半導體層,並包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,並且,所述金屬層是源極電極層及汲極電極層。
另外,將氧化物半導體膜用於通道形成區域的薄膜電晶體具有氧化物半導體膜介面的不穩定性等可靠性方面的問題。其實,從來沒討論過使用IGZO的薄膜電晶體中的介面特性的問題。另外,可靠性方面上不穩定的原因不清楚。鑒於該問題,本發明的目的之一在於在使用包含銦(In)、鎵(Ga)以及鋅(Zn)的氧化物半導體膜的薄膜電晶體中得到優良的介面特性而避免水分等雜質的混入。另外,在接觸氧化物半導體膜的閘極絕緣層包含氫的情況下,會導致閘極絕緣層中的氫擴散並與氧化物半導體膜中的氧起反應而成為H2O成分。另外,在閘極絕緣層的氧濃度低的情況下,會導致氧化物半導體膜中的氧濃度的降
低。鑒於該問題,本發明的目的之一在於提供一種在使用包含銦(In)、鎵(Ga)以及鋅(Zn)的氧化物半導體膜的薄膜電晶體中通道形成區域包含多量的氧的結構。
另外,本發明的實施例之一是:一種半導體裝置的製造方法,其中能夠不接觸空氣地連續形成閘極絕緣層、半導體層、源區或汲區、源極電極層或汲極電極層,上述製造方法包括如下步驟:在絕緣表面上形成閘極電極;藉由濺射法不接觸空氣地層疊所述閘極電極上的閘極絕緣層及該閘極絕緣層上的半導體層;在所述半導體層上形成源區及汲區;以及在所述源區及汲區上形成金屬層,其中,所述半導體層是包含銦、鎵以及鋅的氧化物半導體層,所述源區及汲區的氧濃度低於所述半導體層的氧濃度,並且所述源區及汲區包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,並且,所述金屬層是源極電極層及汲極電極層。
藉由至少連續形成閘極絕緣層及半導體層,能夠減輕因為空氣中的雜質的塵土混入介面中而導致的缺陷。另外,藉由連續形成閘極絕緣層及半導體層,能夠得到優良的介面特性而避免水分等雜質的混入。
閘極絕緣層、半導體層、源區及汲區、源極電極層及汲極電極層可以藉由濺射法而形成。
另外,在上述製造方法中,所述源區及汲區是包含銦、鎵以及鋅的氧化物層,並藉由濺射法不接觸空氣地層疊在所述半導體層上。
如上所述,藉由利用濺射法連續成膜,能夠提高生產
率並使薄膜介面的可靠性穩定。另外,藉由在氧氣氛中形成閘極絕緣層及半導體層以使它們包含多量的氧,能夠減輕元件退化導致的可靠性降低或薄膜電晶體特性向常開啟一側的偏移。
另外,在上述製造方法中,較佳的對閘極絕緣層表面進行氧自由基處理。因此,在閘極絕緣層與半導體層的介面具有氧濃度的峰值,並且閘極絕緣層的氧濃度具有濃度梯度,該氧濃度越接近閘極絕緣層與半導體層的介面越增高。
藉由對閘極絕緣層進行氧自由基處理,將氧自由基引入閘極絕緣層中而使與氧過剩氧化物半導體層間的介面附近的閘極絕緣層包含比塊狀GI過多的氧。
藉由進行氧自由基處理,能夠改善閘極絕緣層與氧化物半導體層的介面附近,而形成具有氧過剩區域的閘極絕緣層。
具有氧過剩區域的閘極絕緣層和氧過剩氧化物半導體層很好搭配,從而能夠得到優良的介面特性。
另外,較佳的進行連續成膜,以層疊具有氧過剩區域的閘極絕緣層和氧過剩氧化物半導體層。
既可利用包含氧的氣體藉由電漿產生裝置供給氧自由基,又可藉由臭氧產生裝置供給氧自由基。藉由將所供給的氧自由基或氧照射到薄膜,能夠對薄膜進行表面改質。
另外,也可以進行氬和氧的自由基處理,而不局限於氧自由基處理。氬和氧的自由基處理是指藉由引入氬氣和
氧氣而產生電漿以對薄膜進行表面改質的處理。
藉由施加電場而產生放電電漿的反應空間中的Ar原子(Ar)被放電電漿中的電子(e)激發或電離而成為氬自由基(Ar*)、氬離子(Ar+)或電子(e)。氬自由基(Ar*)處於能量高的準穩定狀態,並與其周圍的同種或異種原子起反應而使該原子激發或電離以回到穩定狀態時像雪崩那樣起反應。此時,若在其周圍存在著氧,則使氧原子(O)激發或電離而成為氧自由基(O*)、氧離子(O+)或氧(O)。該氧自由基(O*)與被處理物的薄膜表面的材料起反應來進行表面改質,並且與表面上的有機物起反應來去除有機物,以進行電漿處理。另外,與反應性氣體的自由基相比,惰性氣體的自由基在長時間維持準穩定狀態,從而通常使用惰性氣體以產生電漿。
另外,最佳地是,利用矽靶材藉由引入Ar氣體和氧氣的濺射法形成包含多量的氧的絕緣層作為閘極絕緣層。另一方面,在藉由利用TEOS氣體等的電漿CVD法(PCVD法)形成閘極絕緣層的情況下,若閘極絕緣層包含的氫與氧化物半導體層的氧起反應則容易形成H2O或OH而成為載流子扼殺劑的阻礙原因,這會導致可靠性的退化。就是說,在藉由PCVD法形成包含氫的絕緣膜作為閘極絕緣層的情況下,閘極絕緣層的氫有時會與氧過剩氧化物半導體層的氧起反應,從而這不是優選的。因此,關於閘極絕緣層的氫濃度,較佳的將藉由SIMS(二次離子質譜)分析而得到的濃度峰值設定為2×1019cm-3以下。另
外,圖3示出對氧濃度低的閘極絕緣層進行氧自由基處理的比較例,但是在此情況下會導致氧過剩氧化物半導體層的氧的吸收,從而這不是優選的。
因此,如圖1A所示的氧濃度分佈那樣,藉由對閘極絕緣層一側的介面進行氧自由基處理而摻雜氧,然後形成IGZO膜後進行熱處理(200℃至600℃)。圖1A是熱處理前的閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖。另外,圖1B是熱處理後的閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖。
藉由進行熱處理而將圖1A所示的狀態改變為圖1B所示的狀態,起到將閘極絕緣層中的過多的氧漂移到IGZO膜一側並防止將IGZO膜的氧漂移到GI一側的效果。藉由對閘極絕緣層表面進行氧自由基處理,能夠實現介面的穩定化。藉由明確可靠性方面的不穩定的原因之一在於閘極絕緣層與IGZO膜的介面,而對閘極絕緣層進行改質處理而不對IGZO膜進行改質處理,然後進行熱處理,以實現可靠性的穩定化。
另外,也可以在對閘極絕緣層表面進行電漿處理而使它SiN化後進行氧自由基處理,以減少擴散到IGZO膜中的閘極絕緣層所包含的氫。作為使表面SiN化的電漿處理,可以舉出如下方法:藉由微波得到電漿的激發而利用氮自由基(有時包含NH自由基)使閘極絕緣層表面氮化的方法;在氮氣氛中進行反濺射(reverse sputtering)的方法;等等。另外,圖2示出在使表面SiN化後進行了氧
自由基處理的閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖。
注意,圖1至圖3只是用來簡單地描述本發明的實施例之一的概念的示意圖,當然對其沒有特別的限制。
在對閘極絕緣層進行氧自由基處理的情況下,本發明的實施例之一是:一種薄膜電晶體,包括:閘極電極層;閘極電極層上的閘極絕緣層;閘極絕緣層上的氧化物半導體層;氧化物半導體層上的包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒的源區及汲區;源區及汲區上的源極電極層及汲極電極層,其中在閘極絕緣層與氧化物半導體層的介面具有氧濃度的峰值,並且閘極絕緣層的氧濃度具有濃度梯度,該氧濃度越接近閘極絕緣層與氧化物半導體層的介面越增高。
另外,在對閘極絕緣層進行氧自由基處理的情況下,本發明的實施例之一是:一種薄膜電晶體,包括:閘極電極層;閘極電極層上的閘極絕緣層;閘極絕緣層上的氧化物半導體層;氧化物半導體層上的包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒的源區及汲區;源區及汲區上的源極電極層及汲極電極層,其中在閘極絕緣層與氧化物半導體層的介面具有氧濃度的峰值,並且閘極絕緣層及氧化物半導體層的氧濃度具有濃度梯度,該氧濃度越接近閘極絕緣層與氧化物半導體層的介面越增高。
在上述結構中,氧化物半導體層的氧濃度高於包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒的源區及汲區的氧濃
度。藉由使用氧過剩氧化物半導體層作為氧化物半導體層,並使用氧缺少氧化物半導體層作為包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒的源區及汲區,可以使源區及汲區的載流子濃度高於氧化物半導體層。
另外,較佳的使用鈦膜作為源極電極層和汲極電極層。例如,當使用鈦膜、鋁膜、鈦膜的疊層時,電阻低且在鋁膜中不容易產生小丘。
根據本發明的實施例之一,可以得到一種光電流少,寄生電容小並且開關比高的薄膜電晶體,而可以製造具有良好的動態特性的薄膜電晶體。所以,可以提供具有高電特性且可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
80‧‧‧搬運室
81‧‧‧搬運機械
82‧‧‧卡匣室
83‧‧‧閘閥
84‧‧‧閘閥
85‧‧‧閘閥
86‧‧‧閘閥
87‧‧‧閘閥
88‧‧‧閘閥
89‧‧‧處理室
90‧‧‧處理室
91‧‧‧處理室
92‧‧‧處理室
93‧‧‧處理室
94‧‧‧基板
100‧‧‧基板
101‧‧‧閘極電極層
102‧‧‧閘極絕緣層
103‧‧‧半導體層
104a‧‧‧源區或汲區
104b‧‧‧源區或汲區
105a‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105b‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105a1‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105a2‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105b1‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105b2‧‧‧源極電極層或汲極電極層
106a‧‧‧源區或汲區
106b‧‧‧源區或汲區
108‧‧‧通道保護層
109a‧‧‧絕緣膜
109b‧‧‧絕緣膜
111‧‧‧半導體膜
112‧‧‧半導體層
113‧‧‧掩模
114‧‧‧半導體膜
115‧‧‧半導體膜
116‧‧‧掩模
117‧‧‧導電膜
118‧‧‧掩模
121‧‧‧導電膜
122‧‧‧掩模
131‧‧‧半導體膜
132‧‧‧半導體膜
133‧‧‧導電膜
135‧‧‧掩模
136‧‧‧半導體膜
137‧‧‧半導體膜
138‧‧‧導電膜
139‧‧‧掩模
150‧‧‧基板
151a‧‧‧閘極電極層
151b‧‧‧閘極電極層
152‧‧‧閘極絕緣層
153‧‧‧半導體層
153a‧‧‧半導體層
153b‧‧‧半導體層
154a‧‧‧源區或汲區
154b‧‧‧源區或汲區
154c‧‧‧源區或汲區
155a‧‧‧源極電極層或汲極電極層
155b‧‧‧源極電極層或汲極電極層
156‧‧‧佈線層
170a‧‧‧薄膜電晶體
170b‧‧‧薄膜電晶體
170c‧‧‧薄膜電晶體
170d‧‧‧薄膜電晶體
171a‧‧‧薄膜電晶體
171b‧‧‧薄膜電晶體
171c‧‧‧薄膜電晶體
173‧‧‧薄膜電晶體
174‧‧‧薄膜電晶體
175‧‧‧薄膜電晶體
200‧‧‧基板
201‧‧‧薄膜電晶體
202‧‧‧源極佈線層
203‧‧‧閘極佈線層
204‧‧‧電容佈線層
211‧‧‧絕緣層
212‧‧‧絕緣層
213‧‧‧絕緣層
255‧‧‧電極層
260‧‧‧液晶顯示元件
261‧‧‧絕緣層
262‧‧‧液晶層
263‧‧‧絕緣層
264‧‧‧著色層
265‧‧‧電極層
266‧‧‧基板
267‧‧‧偏振片
268‧‧‧偏振片
301‧‧‧薄膜電晶體
302‧‧‧薄膜電晶體
303‧‧‧發光元件
304‧‧‧電容元件
305‧‧‧源極佈線層
306‧‧‧閘極佈線層
307‧‧‧電源線
311‧‧‧絕緣層
312‧‧‧絕緣層
313‧‧‧絕緣層
320‧‧‧電極層
321‧‧‧分隔壁
322‧‧‧電場發光層
323‧‧‧電極層
581‧‧‧薄膜電晶體
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧電極層
588‧‧‧電極層
589‧‧‧球形粒子
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
594‧‧‧空洞
595‧‧‧填充材料
1000‧‧‧行動電話機
1001‧‧‧框體
1002‧‧‧顯示部
1003‧‧‧操作按鈕
1004‧‧‧外部連接埠
1005‧‧‧揚聲器
1006‧‧‧麥克風
2600‧‧‧TFT基板
2601‧‧‧對置基板
2602‧‧‧密封材料
2603‧‧‧像素部
2604‧‧‧顯示元件
2605‧‧‧著色層
2606‧‧‧偏振片
2607‧‧‧偏振片
2608‧‧‧佈線電路部
2609‧‧‧撓性線路板
2610‧‧‧冷陰極管
2611‧‧‧反射板
2612‧‧‧電路基板
2613‧‧‧擴散板
2631‧‧‧海報
2632‧‧‧車廂廣告
2700‧‧‧電子書籍
2701‧‧‧框體
2703‧‧‧框體
2705‧‧‧顯示部
2707‧‧‧顯示部
2711‧‧‧軸部
2721‧‧‧電源
2723‧‧‧操作鍵
2725‧‧‧揚聲器
4001‧‧‧基板
4002‧‧‧像素部
4003‧‧‧信號線驅動電路
4004‧‧‧掃描線驅動電路
4005‧‧‧密封材料
4006‧‧‧基板
4008‧‧‧液晶層
4010‧‧‧薄膜電晶體
4011‧‧‧薄膜電晶體
4013‧‧‧液晶元件
4015‧‧‧連接端子
4016‧‧‧佈線
4018‧‧‧FPC
4019‧‧‧各向異性導電膜
4030‧‧‧像素電極層
4031‧‧‧對置電極層
4032‧‧‧絕緣層
4501‧‧‧基板
4502‧‧‧像素部
4503a‧‧‧信號線驅動電路
4503b‧‧‧信號線驅動電路
4504a‧‧‧掃描線驅動電路
4504b‧‧‧掃描線驅動電路
4505‧‧‧密封材料
4506‧‧‧基板
4507‧‧‧填料
4509‧‧‧薄膜電晶體
4510‧‧‧薄膜電晶體
4511‧‧‧發光元件
4512‧‧‧電極層
4515‧‧‧連接端子
4516‧‧‧佈線
4517‧‧‧電極層
4518a‧‧‧FPC
4518b‧‧‧FPC
4519‧‧‧各向異性導電膜
5300‧‧‧基板
5301‧‧‧像素部
5302‧‧‧掃描線驅動電路
5303‧‧‧信號線驅動電路
5400‧‧‧基板
5401‧‧‧像素部
5402‧‧‧掃描線驅動電路
5403‧‧‧信號線驅動電路
5404‧‧‧掃描線驅動電路
5501‧‧‧佈線
5502‧‧‧佈線
5503‧‧‧佈線
5504‧‧‧佈線
5505‧‧‧佈線
5506‧‧‧佈線
5543‧‧‧節點
5544‧‧‧節點
5571‧‧‧薄膜電晶體
5572‧‧‧薄膜電晶體
5573‧‧‧薄膜電晶體
5574‧‧‧薄膜電晶體
5575‧‧‧薄膜電晶體
5576‧‧‧薄膜電晶體
5577‧‧‧薄膜電晶體
5578‧‧‧薄膜電晶體
5601‧‧‧驅動器IC
5602‧‧‧開關群
5603a‧‧‧薄膜電晶體
5603b‧‧‧薄膜電晶體
5603c‧‧‧薄膜電晶體
5703a‧‧‧時序
5703b‧‧‧時序
5703c‧‧‧時序
5803a‧‧‧時序
5803b‧‧‧時序
5611‧‧‧佈線
5612‧‧‧佈線
5613‧‧‧佈線
5621‧‧‧佈線
5711‧‧‧佈線
5712‧‧‧佈線
5713‧‧‧佈線
5714‧‧‧佈線
5715‧‧‧佈線
5716‧‧‧佈線
5717‧‧‧佈線
5721‧‧‧信號
5821‧‧‧信號
7001‧‧‧TFT
7002‧‧‧發光元件
7003‧‧‧陰極
7004‧‧‧發光層
7005‧‧‧陽極
7011‧‧‧驅動TFT
7012‧‧‧發光元件
7013‧‧‧陰極
7014‧‧‧發光層
7015‧‧‧陽極
7016‧‧‧遮罩膜
7017‧‧‧導電膜
7021‧‧‧驅動TFT
7022‧‧‧發光元件
7023‧‧‧陰極
7024‧‧‧發光層
7025‧‧‧陽極
7027‧‧‧導電膜
9600‧‧‧電視裝置
9601‧‧‧框體
9603‧‧‧顯示部
9605‧‧‧支架
9607‧‧‧顯示部
9609‧‧‧操作鍵
9610‧‧‧遙控操作機
9700‧‧‧數位相框
9701‧‧‧框體
9703‧‧‧顯示部
9881‧‧‧框體
9882‧‧‧顯示部
9883‧‧‧顯示部
9884‧‧‧揚聲器部
9885‧‧‧輸入單元(操作鍵)
9886‧‧‧記錄媒體插入部
9887‧‧‧連接端子
9888‧‧‧感測器
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9890‧‧‧LED燈
9891‧‧‧框體
9893‧‧‧連接部
9900‧‧‧自動賭博機
9901‧‧‧框體
9903‧‧‧顯示部
在附圖中:圖1A和1B是熱處理前後的閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖;圖2A和2B是被氮化的閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖;圖3是閘極絕緣層與半導體層的介面附近的氧濃度的示意圖(比較例);圖4是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖5A至5D是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖6A和6B是說明本發明的實施例之一的半導體裝
置的圖;圖7A至7G是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的製造方法的圖;圖8A至8D是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的製造方法的圖;圖9A和9B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖10A和10B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖11A和11B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖12是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖13A和13B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖14A至14D是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的製造方法的圖;圖15是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖16A和16B是說明半導體裝置的方塊圖;圖17是說明信號線驅動電路的結構的圖;圖18是說明信號線驅動電路的工作的時序圖;圖19是說明信號線驅動電路的工作的時序圖;圖20是說明移位暫存器的結構的圖;
圖21是說明圖20所示的正反器的連接結構的圖;圖22是多室製造裝置的俯視示意圖;圖23A和23B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖24A至24C是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖25是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖26A和26B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖27是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖28A至28C是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖29A和29B是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖30是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖31A和31B是說明電子紙的使用方式的例子的圖;圖32是示出電子書籍的一個例子的外觀圖;圖33A和33B是示出電視裝置及數位相框的例子的外觀圖;圖34A和34B是示出遊戲機的例子的外觀圖;
圖35是示出行動電話的一個例子的外觀圖;圖36是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖37是說明本發明的實施例之一的半導體裝置的圖;圖38是示出XRD測定的結果的圖;圖39是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖;圖40是示出氧缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖;圖41是示出在氧過多條件下還進行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖;圖42是示出在氧缺少條件下還進行了熱處理的樣品4的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖;圖43是示出氧缺少條件下的樣品2的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖;圖44是示出氧缺少條件下的樣品4的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖;圖45是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為200萬倍)的圖;圖46是示出在氧過多條件下還進行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率為200萬倍)的圖;圖47是示出氧過多條件下的樣品1的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖;
圖48是示出在氧過多條件下還進行了熱處理的樣品3的截面TEM圖像(放大率為800萬倍)的圖;圖49是示出進行了700℃的溫度下的熱處理的樣品的截面TEM圖像(放大率為50萬倍)的圖;以及圖50是示出進行了700℃的溫度下的熱處理的樣品的STEM圖像(放大率為600萬倍)的圖。
本發明的選擇圖為圖4
下面,參照附圖對本發明的實施例進行詳細說明。但是,本發明不局限於以下的說明,所屬發明所屬之技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是,其方式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此,本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施例所記載的內容中。注意,在以下說明的本發明的結構中,不同附圖中使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分,而省略其重複說明。
在本實施例中,使用圖5A至8D對薄膜電晶體及其製程進行說明。
在圖5A至5D及圖6A和6B中示出本實施例的底閘型結構的薄膜電晶體170a、170b、以及170c。圖5A為平
面圖,圖5B是沿著圖5A中的線A1-A2的截面圖。圖5C為平面圖,圖5D是沿著圖5C中的線B1-B2的截面圖。圖6A為平面圖,圖6B是沿著圖6A中的線C1-C2的截面圖。
在圖5A至5D中,設置有在基板100上具有閘極電極層101、閘極絕緣層102、半導體層103、源區或汲區104a、104b、源極電極層或汲極電極層105a、105b的薄膜電晶體170a。
對閘極絕緣層102的表面進行氧自由基處理。因此,在閘極絕緣層102與半導體層103的介面具有氧濃度的峰值,並且閘極絕緣層102的氧濃度具有濃度梯度,該氧濃度越接近閘極絕緣層102與半導體層103的介面越增高。
使用包含In、Ga以及Zn的氧過剩氧化物半導體層作為半導體層103,並且在源極電極層或汲極電極層105a及105b與IGZO半導體層的半導體層103間有意設置由氧缺少氧化物半導體層構成的源區或汲區104a及104b,以實現歐姆接觸。另外,作為半導體層103、源區或汲區104a及104b,也可以使用鎢、鉬、鈦、鎳、鋁代替In、Ga以及Zn中的任何一個。
作為源區或汲區104a及104b,使用包含In、Ga以及Zn且包含晶粒的氧缺少氧化物半導體膜。
設定通道用IGZO的載流子濃度範圍,以不使薄膜電晶體處於常開啟狀態。因此,藉由將具有上述載流子濃度範圍的IGZO膜用作半導體層的通道,能夠獲得可靠性高
的薄膜電晶體。
另外,源區或汲區也可以具有疊層結構。在層疊源區及汲區的情況下,只要將載流子濃度範圍設定為載流子濃度向源極電極層及汲極電極層一側增高,即可。藉由使源區及汲區包含雜質元素,能夠形成載流子濃度高的源區及汲區。
圖5A、5B的薄膜電晶體170a是使用不同掩模對源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b進行蝕刻加工的例子,源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b的形狀不同。
圖5C、5D的薄膜電晶體170b是使用相同掩模對源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b進行蝕刻加工的例子,源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b的形狀相同。
另外,圖5A、5B、5C、5D的薄膜電晶體170a、170b是在半導體層103上,源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部與源區或汲區104a、104b的端部不一致,而露出源區或汲區104a、104b的一部分的例子。
另一方面,圖6A、6B的薄膜電晶體170c是使用相同掩模對半導體層103和源區或汲區104a、104b進行蝕刻加工的例子,從而半導體層103與源區或汲區104a、104b的端部一致。另外,圖6A、6B的薄膜電晶體170c是在半導體層103上,源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部與源區或汲區104a、104b的端部也一致的例
子。
此外,圖15示出源極電極層或汲極電極層為疊層結構的薄膜電晶體171d。薄膜電晶體171d包括源極電極層或汲極電極層105a1、105a2、105a3的疊層、以及源極電極層或汲極電極層105b1、105b2、105b3的疊層。例如,可以使用鈦膜作為源極電極層或汲極電極層105a1、105b1,使用鋁膜作為105a2、105b2,並使用鈦膜作為105a3、105b3。
在薄膜電晶體171d中,將源極電極層或汲極電極層105a1、105b1用作蝕刻停止層,利用濕蝕刻形成源極電極層或汲極電極層105a2、105a3、105b2、105b3。使用與上述濕蝕刻相同的掩模,利用乾蝕刻形成源極電極層或汲極電極層105a1、105b1、源區或汲區104a、104b、半導體層103。
因此,源極電極層或汲極電極層105a1與源區或汲區104a的端部、源極電極層或汲極電極層105b1與源區或汲區104b的端部分別一致,並且與源極電極層105a1、105b1相比,源極電極層或汲極電極層105a2、105a3、源極電極層或汲極電極層105b2、105b3的端部縮退。
由此,當用於源極電極層和汲極電極層的導電膜、以及源區或汲區和半導體層在蝕刻製程中選擇比低時,層疊用作蝕刻停止層的導電膜並在其他的蝕刻條件下進行多次蝕刻製程即可。
圖4示出薄膜電晶體170d的例子,其中閘極電極層
101大於半導體層103、源區或汲區104a及104b、源極電極層或汲極電極層105a及105b,並且在閘極電極層101上形成有半導體層103、源區或汲區104a及104b、源極電極層或汲極電極層105a及105b。另外,在薄膜電晶體170d上形成有絕緣膜107a及107b作為保護膜。
使用圖7A至7G說明圖5A、5B的薄膜電晶體170a的製造方法。
在基板100上形成閘極電極層101、閘極絕緣層102、以及半導體膜111(參照圖7A)。基板100除了可以使用藉由熔化方法或浮法(float method)製造的無鹼玻璃基板如鋇硼矽酸鹽玻璃、硼矽酸鋁玻璃、或鋁矽酸鹽玻璃等、及陶瓷基板之外,還可以使用具有可承受本製程的處理溫度的耐熱性的塑膠基板等。此外,還可以使用在不鏽鋼合金等金屬基板的表面上設置絕緣膜的基板。基板100的尺寸可以採用320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、730mm×920mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mm1500mm×1800mm、1900mm×2200mm、2160mm×2460mm、2400mm×2800mm、或2850mm×3050mm等。
另外,還可以在基板100上形成絕緣膜作為基底膜。至於基底膜,可以利用濺射法等由氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、或氮氧化矽膜的單層或疊層來形成即可。
閘極電極層101使用鈦、鉬、鉻、鉭、鎢、鋁等的金屬材料或其合金材料形成。閘極電極層101可以藉由利用
濺射法或真空蒸鍍法在基板100上形成導電膜,並在該導電膜上利用光刻技術或噴墨法形成掩模,並使用該掩模對導電膜進行蝕刻而形成。另外,可以利用噴墨法噴射銀、金、銅等的導電奈米膏並進行焙燒來形成閘極電極層101。另外,作為用來提高閘極電極層101的黏附性以及防止向基板或基底膜的擴散的阻擋層金屬,可以將上述金屬材料的氮化物膜設置在基板100和閘極電極層101之間。另外,閘極電極層101可以是單層結構或疊層結構,例如可以從基板100一側使用鉬膜和鋁膜的疊層、鉬膜和鋁和釹的合金膜的疊層、鈦膜和鋁膜的疊層、鈦膜、鋁膜以及鈦膜的疊層等。
注意,因為在閘極電極層101上形成半導體膜或佈線,為了防止斷裂,較佳的對其進行加工以使其端部形成為錐形。
閘極絕緣層102以及半導體膜111可以在不暴露於空氣的條件下連續地形成。當連續地形成時,可以在不被空氣成分或懸浮於空氣中的雜質元素污染的狀態下形成各個疊層介面。
在主動矩陣型的顯示裝置中,構成電路的薄膜電晶體的電特性重要,顯示裝置的性能取決於該電特性。尤其是,在薄膜電晶體的電特性之中臨界值電壓(Vth)重要。即使在場效應遷移率高的情況下,當臨界值電壓值高、或臨界值電壓值為負時,作為電路的控制也很困難。在薄膜電晶體的臨界值電壓值高並且臨界值電壓的絕對值
大的情況下,驅動電壓低的情況下薄膜電晶體不能起到開關功能,有可能成為負載。另外,當臨界值電壓值為負時,即使在閘極電壓為0V的情況下,在源極電極和汲極電極之間也有電流產生,容易變成所謂的常開啟狀態。
在採用n通道型的薄膜電晶體的情況下,較佳的是,只有對閘極電壓施加正的電壓才形成通道,而產生汲極電流的電晶體。只有提高驅動電壓才形成通道的電晶體、或即使在負的電壓狀態下也能形成通道而產生汲極電流的電晶體不適合於用於電路的薄膜電晶體。
所以,較佳的是,以使用含有In、Ga、以及Zn的氧化物半導體膜的薄膜電晶體的閘極電壓盡可能地近於0V的正的臨界值電壓形成通道。
氧化物半導體層的介面,即氧化物半導體層和閘極絕緣層的介面對薄膜電晶體的臨界值電壓值產生大的影響。
從而,藉由在清潔的狀態下形成這些介面,可以提高薄膜電晶體的電特性並防止製程的複雜化,而實現具備量產性和高性能的雙方的薄膜電晶體。
尤其是,當在氧化物半導體層和閘極絕緣層之間的介面中存在有空氣中的水分時,這會導致薄膜電晶體的電特性的惡化、臨界值電壓的不均勻、容易成為常開啟等。藉由連續形成氧化物半導體層和閘極絕緣層,可以去除這些氫化合物。
另外,閘極絕緣層102表面進行氧自由基處理,以將閘極絕緣層102表面改質為氧過剩區域。
作為對閘極絕緣層102表面的氧自由基處理,可以進行反濺射處理等的電漿處理。反濺射處理是指不對靶材一側施加電壓,在氧或氧及氬氣氛中對基板一側施加電壓而形成電漿以對基板表面進行改質處理的電漿處理方法。另外,也可以對閘極絕緣層進行氮化處理,只要在氮氣氛中進行反濺射處理等的電漿處理,即可。
因此,藉由利用氧自由基對閘極絕緣層102表面進行改質,並在減壓下使用濺射法不暴露於空氣並連續地形成閘極絕緣層102和半導體膜111,可以實現具有良好的介面、漏電流低、並電流驅動能力高的薄膜電晶體。
另外,較佳的在氧氣氛下(或氧90%以上、稀有氣體(氬、氦等)10%以下)形成閘極絕緣層102和為包含In、Ga、及Zn的氧化物半導體膜的半導體膜111。
如上所述藉由使用濺射法連續地形成膜,提高生產性並薄膜介面的可靠性穩定。另外,藉由在氧氣氛下形成閘極絕緣層和半導體層並使其包含多的氧,可以減輕因惡化而導致的可靠性的降低且薄膜電晶體的常開啟。
閘極絕緣層102可以藉由濺射法並使用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、或者氮氧化矽膜來形成。圖6A、6B所示的薄膜電晶體170c是層疊閘極絕緣層102的例子。
閘極絕緣層102可以藉由依次層疊氮化矽膜或氮氧化矽膜以及氧化矽膜或氧氮化矽膜來形成。注意,可以不使閘極絕緣層具有兩層結構,而從基板一側依次層疊氮化矽
膜或氮氧化矽膜、氧化矽膜或氧氮化矽膜、氮化矽膜或氮氧化矽膜的三層來形成閘極絕緣層。此外,可以使用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、或者氮氧化矽膜的單層來形成閘極絕緣層。
此外,也可以藉由濺射法在閘極電極層101上形成氮化矽膜並藉由濺射法在氮化矽膜上層疊氧化矽膜作為閘極絕緣層102。
在此,氧氮化矽膜是指在其組成中氧含量多於氮含量的。此外,氮氧化矽膜是指在其組成中氮含量多於氧含量的。
此外,作為閘極絕緣層102,也可以使用鋁、釔或鉿的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物中的一種或者包含至少其中兩種以上的化合物的化合物。
此外,也可以使閘極絕緣層102包含氯、氟等鹵素。將閘極絕緣層102中的鹵素的濃度設定為在濃度峰值上為1×1015atoms/cm3以上且1×1020atoms/cm3以下即可。
在本實施例中,使用Si單晶靶材並使用氬氣和氧氣藉由濺射形成閘極絕緣層102,以儘量減少閘極絕緣層102中的氫。防止該閘極絕緣層102中的氫擴散並與半導體膜111中的過剩的氧起反應而成為H2O成分是極為重要的。藉由連續成膜而避免水分附著於閘極絕緣層102與半導體膜111的介面也是重要的。因此,較佳地是,藉由利用低溫泵等對處理室內進行真空排氣,而在極限壓力為1×10-7至1×10-10Torr(大約1×10-5Pa至1×10-8Pa)的超高
真空區域,即所謂的UHV區域中進行濺射。另外,當不使閘極絕緣層102與半導體膜111的介面接觸空氣地連續層疊時,對閘極絕緣層102的表面進行氧自由基處理以使其表面變成氧過剩區域是在形成氧供給源的方面上有效的,該氧供給源用來當在之後步驟中進行用來提高可靠性的熱處理時將半導體膜111介面改質。
另外,藉由對閘極絕緣層102進行氧自由基處理以形成氧過剩區域,將半導體膜111的表面的氧濃度設定為高於閘極絕緣層102內部的氧濃度。與沒進行氧自由基處理的情況相比,進行了氧自由基處理的情況下的閘極絕緣層102與半導體膜111的介面的氧濃度變高。
若對閘極絕緣層102進行氧自由基處理後層疊半導體膜111,並且進行熱處理,則半導體膜111的閘極絕緣層102一側的氧濃度也變高。
形成包含In、Ga及Zn的氧化物半導體膜作為半導體膜111。例如,使用濺射法形成厚度是50nm的含有In、Ga及Zn的氧化物半導體膜作為半導體膜111。作為具體條件例,舉出:可以使用直徑是8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材,將基板和靶材之間的距離設定為170mm,將壓力設定為0.4Pa,將直流(DC)電源設定為0.5kW,並且在氬或氧氣氛下形成膜。另外,當使用脈衝直流(DC)時,可以減少碎屑,並且膜厚分佈也均勻,所以這是較佳的。
可以使用包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體靶材在
稀有氣體氣氛中或氧氣氛中形成半導體膜111。這裏,為了使IGZO膜儘量包含多量的氧,藉由使用包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體作為靶材在只有氧的氣氛中或在氧為90%以上且氬為10%以下的氣氛中進行脈衝DC濺射法的濺射,形成氧過剩的IGZO膜。
如上所述,不接觸空氣地連續形成氧過剩的閘極絕緣層102和氧過剩的半導體膜111,由於它們都是氧過剩的膜而能夠使其介面狀態穩定,提高TFT的可靠性。在形成IGZO膜之前基板接觸空氣的情況下,水分等附著,而影響到介面狀態,這會導致臨界值不均勻、電特性退化、成為常開啟TFT等。水分是氫化合物,從而藉由不接觸空氣地連續成膜,可以防止介面上存在著氫化合物。因此,藉由連續成膜,能夠降低臨界值的不均勻性,防止電特性的退化,減少TFT向常開啟一側的偏移,較佳的避免TFT向常開啟一側的偏移。
接著,使用掩模113並藉由蝕刻來加工半導體膜111,而形成半導體層112(參照圖7B)。藉由光微影技術或液滴噴射法形成掩模113,並且使用該掩模113對半導體膜111進行蝕刻,來可以形成半導體層112。
藉由將半導體層112的端部蝕刻為錐形,可以防止因步階形狀導致的佈線的破裂。
接著,在閘極絕緣層102、半導體層112上形成包含In、Ga以及Zn的氧缺少氧化物半導體膜的半導體膜114(參照圖7C)。在半導體膜114上形成掩模116。藉由光
微影技術或噴墨法形成掩模116。使用掩模116對半導體膜114進行蝕刻來進行加工,而形成半導體膜115(參照圖7D)。將半導體膜115的厚度設定為2nm至100nm(較佳的是20nm至50nm)即可。半導體膜114優選在稀有氣體(較佳的是氬)氣氛下形成。
另外,可以將如檸檬酸或草酸等的有機酸用作蝕刻劑,來進行半導體膜111或半導體膜115等的IGZO半導體膜的蝕刻。例如,對於50nm的半導體膜111,可以使用ITO-07N(日本關東化學株式會社)進行150秒的蝕刻加工。
在半導體膜115上形成導電膜117(參照圖7E)。
較佳的使用鋁、銅或添加有矽、鈦、釹、鈧、鉬等耐熱性提高元素或小丘防止元素的鋁合金的單層或者疊層形成導電膜117。另外,也可以採用如下疊層結構:使用鈦、鉭、鉬、鎢或這些元素的氮化物形成接觸於具有n型導電類型的半導體膜一側的膜,並且在其上形成鋁或鋁合金。進而,也可以採用使用鈦、鉭、鉬、鎢或這些元素的氮化物夾住鋁或鋁合金的上面及下面的結構。在此,作為導電膜117,使用鈦膜、鋁膜及鈦膜的疊層導電膜。
當使用鈦膜、鋁膜及鈦膜的疊層時,電阻低且在鋁膜中不容易產生小丘。
藉由濺射法、真空蒸鍍法形成導電膜117。另外,也可以藉由使用銀、金、銅等的導電奈米膏,並利用絲網印刷法、噴墨法等來進行噴射並焙燒來形成導電膜117。
接著,在導電膜117上形成掩模118。藉由使用掩模118對導電膜117進行蝕刻和分離,來形成源極電極層或汲極電極層105a、105b(參照圖7F)。因為當如本實施例的圖7A至7G所示對導電膜117進行濕蝕刻時,導電膜117被各向同性地蝕刻,所以源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部與掩模118的端部不一致而縮退。接著,使用掩模118對具有n型導電類型的半導體膜115進行蝕刻,來形成源區或汲區104a、104b(參照圖7G)。注意,根據蝕刻條件,在半導體膜115的蝕刻製程中,半導體層112的露出區域的一部分也被蝕刻,而成為半導體層103。因此,源區或汲區104a、104b之間的半導體層103的通道區域如圖7G所示那樣成為膜厚薄的區域。IGZO半導體層的半導體層103中,其膜厚薄的區域的厚度為2nm以上200nm以下,較佳的為20nm以上150nm以下。
源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部和源區或汲區104a、104b的端部不一致而離開,在源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部的外側形成源區或汲區104a、104b的端部。
然後,去除掩模118。藉由上述製程,可以形成薄膜電晶體170a。
接著,圖8A至8D表示圖5C、5D所示的薄膜電晶體170b的製程。
圖8A表示在圖7B的製程中去除掩模113的狀態。
在半導體層112上依次層疊半導體膜114和導電膜121(參照圖8B)。在此情況下,可以藉由濺射法不暴露於空氣並連續地形成半導體膜114和導電膜121。
在半導體膜114和導電膜121上形成掩模122,並且使用掩模122對導電膜121進行濕蝕刻而加工,而形成源極電極層或汲極電極層105a、105b(參照圖8C)。
接著,對半導體膜114進行乾蝕刻而加工,來形成源區或汲區104a、104b(參照圖8D)。在相同的製程中,半導體層112的一部分也被蝕刻,而成為半導體層103。如圖8A至8D所示,當作為用來形成源區或汲區104a、104b的蝕刻和用來形成源極電極層或汲極電極層105a、105b的蝕刻使用相同掩模時,可以減少掩模數目,因此可以實現製程的簡略化和低成本化。
與薄膜電晶體170d同樣,也可以在薄膜電晶體170a、170b以及170c上形成絕緣膜作為保護膜。保護膜可以與閘極絕緣層同樣地形成。保護膜是用來防止浮游在空氣中的有機物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質的侵入的,較佳地是緻密的膜。例如,作為保護膜,在薄膜電晶體170a、170b、170c以及170d上形成氧化膜(氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜)與氮化膜(氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜)的疊層。氧化矽膜可以藉由使用矽靶材在氮及氬氣氛中的DC濺射法而形成,氮化鋁膜和氧氮化鋁膜可以藉由使用氮化鋁靶材的RF濺射法而形成,並且氧化鋁膜可以藉由使用氧化
鋁靶材的RF濺射法而形成。另外,也可以在形成保護膜前進行真空焙燒。
另外,較佳的在形成半導體層103及源區或汲區104a及104b等的氧化物半導體膜之後對它們進行加熱處理。只要是成膜後的製程,就可以在任何製程中進行加熱處理,例如可以在剛成膜之後,在形成導電膜117之後,或者在形成保護膜之後等進行加熱處理。另外,也可以以另一加熱處理兼作上述加熱處理。加熱溫度可以為200℃以上600℃以下,較佳的為300℃以上500℃以下。如圖6A和6B所示,在藉由連續形成半導體層103、源區或汲區104a及104b的情況下,也可以在層疊它們之後進行加熱處理。也可以對半導體層103、源區或汲區104a及104b分別以不同的步驟進行加熱處理。
藉由源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部和源區或汲區104a、104b的端部不一致而成為離開的形狀,源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部離開,而可以防止源極電極層或汲極電極層105a、105b之間的漏電流、短路。因此,可以製造可靠性高且耐壓高的薄膜電晶體。
另外,也可以如圖6A、6B的薄膜電晶體170c那樣採用使源區或汲區104a、104b的端部和源極電極及汲極電極的端部一致的形狀。當使用乾蝕刻進行用於形成源極電極層或汲極電極層105a、105b的蝕刻及用於形成源區或汲區104a、104b的蝕刻時,可以形成為如圖6A、6B
的薄膜電晶體171c那樣的形狀。另外,藉由以源極電極及汲極電極為掩模對具有n型導電類型的半導體膜115進行蝕刻而形成源區或汲區104a、104b,也可以形成為如圖6A、6B的薄膜電晶體170c那樣的形狀。
在本實施例中,藉由作為薄膜電晶體採用閘極電極層、閘極絕緣層、半導體層(包含In、Ga以及Zn的氧過剩氧化物半導體層)、源區或汲區(包含In、Ga以及Zn的氧缺少氧化物半導體層)、源極電極層和汲極電極層的疊層結構,並對閘極絕緣層表面進行氧自由基處理而進行改質,能夠在半導體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄,也因為相對於閘極絕緣層的比例充分而能夠十分抑制寄生電容。
根據本實施例可以得到光電流少、寄生電容小、開關比高的薄膜電晶體,而可以製造具有良好的工作特性的薄膜電晶體。因此,可以提供具有電特性高並可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
本實施例是多閘極結構的薄膜電晶體的例子。從而,除了閘極電極層以外可以與實施例1同樣,因此省略與實施例1相同的部分、具有與實施例1同樣的功能的部分及製程的重複說明。
在本實施例中,使用圖9A和9B至圖11A和11B說明用於半導體裝置的薄膜電晶體。
圖9A是表示薄膜電晶體171a的平面圖,而圖9B相當於沿線E1-E2的薄膜電晶體171a的截面圖。
如圖9A、9B所示,在基板150上設置有包括閘極電極層151a、151b、閘極絕緣層152、半導體層153a、153b、源區或汲區154a、154b、154c、源極電極層或汲極電極層155a、155b的多閘極結構的薄膜電晶體171a。
半導體層153a、153b是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體層,而源區或汲區154a、154b、154c是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體層。源區或汲區154a、154b、154c的載流子濃度高於半導體層153a、153b的載流子濃度。
具有氧過剩區域的閘極絕緣層152與氧過剩氧化物半導體層的半導體層153a、153b的搭配良好,從而能夠得到良好的介面特性。
在形成閘極絕緣層152之後,對閘極絕緣層152表面進行氧自由基處理以形成氧過剩區域。另外,閘極絕緣層152及半導體層153a、153b是連續成膜的。
源區及汲區154a、154b及154c的氧缺少氧化物半導體層包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,其載流子濃度高於半導體層153a及153b。
半導體層153a的一側和半導體層153b的一側隔著源區或汲區154c而彼此電連接,並且半導體層153a的另一側隔著源區或汲區154a電連接到源極電極層或汲極電極層155a,半導體層153b的另一側隔著源區或汲區154b
電連接到源極電極層或汲極電極層155b。
圖10A及10B表示另一結構的多閘極結構的薄膜電晶體171b。圖10A是表示薄膜電晶體171b的平面圖,而圖10B相當於沿圖10A中的線F1-F2的薄膜電晶體171b的截面圖。圖10A及10B的薄膜電晶體171b中,在源區或汲區154c上設置使用與源極電極層或汲極電極層155a、155b相同工序形成的佈線層156,並且半導體層153a和半導體層153b藉由源區或汲區154c和佈線層156電連接。
圖11A及11B表示另一結構的多閘極結構的薄膜電晶體171c。圖11A是表示薄膜電晶體171c的平面圖,而圖11B相當於沿圖11A中的線G1-G2的薄膜電晶體171c的截面圖。圖11A及11B中的薄膜電晶體171c是形成半導體層153a和半導體層153b作為連續的一層半導體層153的例子。半導體層153設置得隔著閘極絕緣層152跨越閘極電極層151a、151b。
如上所述,在多閘極結構的薄膜電晶體中,既可以連續地設置形成在各閘極電極層上的半導體層,又可以隔著源區或汲區及佈線層等電連接多個半導體層地設置此。
多閘極結構的薄膜電晶體的截止電流少,因此包括這種薄膜電晶體的半導體裝置可以賦予高電特性及高可靠性。
在本實施例中,作為多閘極結構示出具有兩個閘極電極層的雙閘極結構的例子,但是本發明也可以應用於具有
更多閘極電極層的三閘極結構等。
在本實施例中,藉由作為薄膜電晶體採用閘極電極層、閘極絕緣層、半導體層(氧過剩氧化物半導體層)、源區或汲區(氧缺少氧化物半導體層)、源極電極層和汲極電極層的疊層結構,並使用在氧缺少氧化物半導體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區或汲區,能夠在半導體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄,也因為相對於閘極絕緣層的比例充分而能夠十分抑制寄生電容。
根據本實施例可以得到光電流少、寄生電容小、開關比高的薄膜電晶體,而可以製造具有良好的工作特性的薄膜電晶體。因此,可以提供具有電特性高並可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
本實施例是在薄膜電晶體中設置多層結構的源區或汲區的例子。從而,其他製程可以與實施例1或實施例2同樣的進行,因此省略與實施例1或實施例2相同的部分、具有同樣的功能的部分及製程的重複說明。
在本實施例中,使用圖12說明用於半導體裝置的薄膜電晶體173。
如圖12所示,在基板100上設置有包括閘極電極層101、半導體層103、第二源區或汲區的源區或汲區106a、106b、第一源區或汲區的源區或汲區104a、104b、
源極電極層或汲極電極層105a、105b的薄膜電晶體173。
在本實施例的薄膜電晶體173中,在源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b之間分別設置源區或汲區106a、106b作為第二源區或汲區。
半導體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體層,源區或汲區104a、104b、106a、106b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體層。
設置在源區或汲區104a、104b與源極電極層或汲極電極層105a、105b之間的源區或汲區106a、106b包含雜質元素。
作為源區或汲區106a、106b所包含的雜質元素,例如可以使用銦、鎵、鋅、鎂、鋁、鈦、鐵、錫、鈣、鈧、釔、鋯、鉿、硼、鉈、鍺、鉛等。藉由使源區或汲區包含這些雜質元素(如鎂、鋁、鈦等),能夠起到氧阻擋效果等,並且能夠藉由成膜後的加熱處理等而將半導體層的氧濃度設定為最佳範圍。在本實施例中,作為源區或汲區106a、106b,使用包含鈦的包含In、Ga以及Zn的氧缺少氧化物半導體層。
藉由設置包含鈦的氧缺少氧化物半導體層作為源區或汲區106a、106b,能夠在源區或汲區106a、106b上直接形成鋁膜並在其上形成鈦膜作為源極電極層及汲極電極層。
具有多層源區或汲區的薄膜電晶體能夠進行更高速度
的工作,因此包括這種薄膜電晶體的半導體裝置可以賦予高電特性及高可靠性。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
本實施例是與實施例1中的薄膜電晶體的形狀及製造方法的一部分不同的例子。從而,除此以外的結構可以與實施例1同樣,因此省略與實施例1相同的部分、具有與實施例1同樣的功能的部分及製程的重複說明。
在本實施例中,使用圖13A至圖14D說明用於顯示裝置的薄膜電晶體174及其製程。圖13A相當於薄膜電晶體174的平面圖,而圖13B及圖14A至14D相當於沿圖13A中的線D1-D2的薄膜電晶體及其製程的截面圖。
如圖13A、13B所示,在基板100上設置有包括閘極電極層101、半導體層103、源區或汲區104a、104b、源極電極層或汲極電極層105a、105b的薄膜電晶體174。
半導體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體層,源區或汲區104a、104b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體層。源區或汲區104a、104b的載流子濃度比半導體層103高。
在形成閘極絕緣層102之後,對閘極絕緣層102表面進行氧自由基處理以形成氧過剩區域。另外,閘極絕緣層102及半導體層103是連續成膜的。
具有氧過剩區域的閘極絕緣層102與氧過剩氧化物半
導體層的半導體層103的搭配良好,從而能夠得到良好的介面特性。
源區及汲區104a、104b的氧缺少氧化物半導體層包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,其載流子濃度高於半導體層103。
半導體層103隔著源區或汲區104a電連接到源極電極層或汲極電極層105a,並且隔著源區或汲區104b電連接到源極電極層或汲極電極層105b。
使用圖14A至14D說明薄膜電晶體174的製程。在基板100上形成閘極電極層101。接著,在閘極電極層101上形成閘極絕緣層102,並對閘極絕緣層102表面進行氧自由基處理,然後依次形成包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體膜的半導體膜131、包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體膜的半導體膜132、導電膜133(參照圖14A)。
可以不暴露於空氣並連續地形成閘極絕緣層102、包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體膜的半導體膜131、包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體膜的半導體膜132、導電膜133。因為藉由不暴露於空氣並連續地形成膜,可以在不被空氣成分或懸浮於空氣中的雜質元素污染的狀態下形成各個疊層介面,所以可以降低薄膜電晶體的特性不均勻性。
在本實施例中,表示使用多級灰度掩模進行曝光以形成掩模135的例子。形成抗蝕劑以形成掩模135。作為抗
蝕劑,可以使用正性抗蝕劑或負性抗蝕劑。在此,使用正性抗蝕劑進行表示。
接著,作為光掩模使用多級灰度掩模,並且對抗蝕劑照射光,而對抗蝕劑進行曝光。
多級灰度掩模指的是可以進行三級的曝光以獲得曝光部分、中間曝光部分以及未曝光部分的掩模,並且藉由一次的曝光及顯影製程,可以形成具有多個(典型地具有兩個)厚度區域的抗蝕劑掩模。因此,藉由使用多級灰度掩模,可以縮減光掩模的數目。
作為多級灰度掩模的代表例,具有灰色調掩模以及半色調掩模。
灰色調掩模由透光基板、形成在其上的遮光部及衍射光柵構成。在遮光部中,光透過率為0%。另一方面,衍射光柵可以藉由將狹縫、點、網眼等的光透過部的間隔設定為用於曝光的光的解析度限度以下的間隔來控制光透過率。注意,可以使用具有週期性的狹縫、點、網眼以及具有非週期性的狹縫、點、網眼的雙方作為衍射光柵。
作為透光基板,可以使用石英等的透光基板。遮光部及衍射光柵可以使用鉻或氧化鉻等的吸收光的遮光材料形成。
在對灰色調掩模照射曝光光線的情況下,在遮光部中,光透過率為0%,而在沒設置有遮光部及衍射光柵的區域中,光透過率為100%。另外,在衍射光柵中,可以以10%至70%的範圍內調整光透過率。藉由調整衍射光柵
的狹縫、點或網眼的間隔及柵距,可以調整衍射光柵中的光透過率。
半色調掩模由透光基板、形成在其上的半透過部以及遮光部構成。作為半透過部,可以使用MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSi等。遮光部可以使用鉻或氧化鉻等的吸收光的遮光材料形成。
在對半色調掩模照射曝光光線的情況下,在遮光部中,光透過率為0%,而在沒設置有遮光部及半透過部的區域中,光透過率為100%。另外,在半透過部中,可以以10%至70%的範圍內調整光透過率。半透過部中的光透過率可以根據半透過部的材料調整。
藉由使用多級灰度掩模來進行曝光之後進行顯影,如圖14B所示可以形成具有膜厚不同的區域的掩模135。
接著,使用掩模135對半導體膜131、具有n型導電類型的半導體膜132、導電膜133進行蝕刻並進行分離。其結果是,可以形成半導體膜136、具有n型導電類型的半導體膜137及導電膜138(參照圖14B)。
接著,對掩模135進行灰化。其結果,掩模的面積縮小並且其厚度減薄。此時,膜厚薄的區域的掩模的抗蝕劑(重疊於閘極電極層101的一部分的區域)被去掉,而可以形成被分離的掩模139(參照圖14C)。
使用掩模139對導電膜138進行蝕刻,而形成源極電極層或汲極電極層105a、105b。因為當如本實施例所示對導電膜138進行濕蝕刻,導電膜138各向同性地被蝕
刻,所以掩模139的端部和源極電極層或汲極電極層105a、105b的端部不一致而其進一步縮退,而在源極電極層或汲極電極層105a、105b的外側突出具有n型導電類型的半導體膜137及半導體膜136。接著,使用掩模139對具有n型導電類型的半導體膜137及半導體膜136進行蝕刻,而形成源區或汲區104a、104b、半導體層103(參照圖14D)。另外,只對半導體層103的一部分進行蝕刻,而形成具有凹部的半導體層。
可以以同一製程形成源區或汲區104a、104b和半導體層103的凹部,半導體層103的端部的一部分如上所述那樣被蝕刻而露出。然後,去除掩模139。
藉由上述製程,可以製造如圖13A、13B所示的薄膜電晶體174。
如本實施例所示,藉由利用使用多級灰度掩模形成的具有多個(典型的是兩個)厚度的抗蝕劑掩模,可以縮減抗蝕劑掩模數,因此可以實現製程的簡化和低成本化。
本實施例可以與其他實施例適當地組合來實施。
在本實施例中,以下說明在半導體裝置的一個例子的顯示裝置中,在同一基板上至少製造驅動電路的一部分和配置在像素部中的薄膜電晶體的例子。
根據實施例1至4中的任何一個,形成配置在像素部中的薄膜電晶體。此外,因為實施例1至4中的任何一個
所示的薄膜電晶體是n通道型TFT,所以將可以由n通道型TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體相同的基板上。
圖16A示出半導體裝置的一個例子的主動矩陣型液晶顯示裝置的方塊圖的一例。圖16A所示的顯示裝置在基板5300上包括:具有多個具備顯示元件的像素的像素部5301;選擇各像素的掃描線驅動電路5302;以及控制對被選擇了的像素的視頻信號輸入的信號線驅動電路5303。
像素部5301藉由從信號線驅動電路5303在行方向上延伸地配置的多個信號線S1-Sm(未圖示)與信號線驅動電路5303連接,並且藉由從掃描線驅動電路5302在列方向上延伸地配置的多個掃描線G1-Gn(未圖示)與掃描線驅動電路5302連接,並具有對應於信號線S1-Sm以及掃描線G1-Gn配置為矩陣形的多個像素(未圖示)。並且,各個像素與信號線Sj(信號線S1-Sm中任一)、掃描線Gi(掃描線G1-Gn中任一)連接。
此外,實施例1至4中的任何一個所示的薄膜電晶體是n通道型TFT,參照圖17說明由n通道型TFT構成的信號線驅動電路。
圖17所示的信號線驅動電路包括:驅動器IC5601;開關群5602_1至5602_M;第一佈線5611;第二佈線5612;第三佈線5613;以及佈線5621_1至5621_M。開關群5602_1至5602_M分別包括第一薄膜電晶體5603a、
第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c。
驅動器IC5601連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及佈線5621_1至5621_M。而且,開關群5602_1至5602_M分別連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及分別對應於開關群5602_1至5602_M的佈線5621_1至5621_M。而且,佈線5621_1至5621_M分別藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到三個信號線。例如,第J行的佈線5621_J(佈線5621_1至5621_M中任一個)分別藉由開關群5602_J所具有的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。
注意,對第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613分別輸入信號。
注意,驅動器IC5601較佳的形成在單晶基板上。再者,開關群5602-1至5602_M較佳的形成在與像素部相同的基板上。因此,較佳的藉由FPC等連接驅動器IC5601和開關群5602_1至5602_M。
接著,參照圖18的時序圖說明圖17所示的信號線驅動電路的工作。注意,圖18的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi時的時序圖。再者,第i列掃描線Gi的選擇期間被分割為第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3。而且,圖17的信號線驅動電路在其他行的掃描線被選擇的情況下也進行與圖18相同的工作。
注意,圖18的時序圖示出第J行佈線5621_J分別藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1的情況。
注意,圖18的時序圖示出第i列掃描線Gi被選擇的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通/截止的時序5703a、第二薄膜電晶體5603b的導通/截止的時序5703b、第三薄膜電晶體5603c的導通/截止的時序5703c及輸入到第J行佈線5621_J的信號5721_J。
注意,在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中,對佈線5621_1至佈線5621_M分別輸入不同的視頻信號。例如,在第一子選擇期間T1中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj-1,在第二子選擇期間T2中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj,在第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj+1。再者,在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號分別為Data_j-1、Data_j、Data_j+1。
如圖18所示,在第一子選擇期間T1中,第一薄膜電晶體5603a導通,第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c截止。此時,輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。在第二子選擇期間T2中,第二薄膜電晶體5603b導通,而第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。此時,輸入
到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中,第三薄膜電晶體5603c導通,而第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時,輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此,圖17的信號線驅動電路藉由將一個閘極選擇期間分割為三個來可以在一個閘極選擇期間中將視頻信號從一個佈線5621輸入到三個信號線。因此,圖17的信號線驅動電路可以將形成驅動器IC5601的基板和形成有像素部的基板的連接數設定為信號線數的大約1/3。藉由將連接數設定為大約1/3,圖17的信號線驅動電路可以提高可靠性、成品率等。
注意,只要能夠如圖17所示,將一個閘極選擇期間分割為多個子選擇期間,並在各子選擇期間中從某一個佈線向多個信號線分別輸入視頻信號,就對於薄膜電晶體的配置、數量及驅動方法等沒有限制。
例如,當在三個以上的子選擇期間的每一個期間中從一個佈線將視頻信號分別輸入到三個以上的信號線時,追加薄膜電晶體及用於控制薄膜電晶體的佈線,即可。但是,當將一個閘極選擇期間分割為四個以上的子選擇期間時,一個子選擇期間變短。因此,一個閘極選擇期間優選分割為兩個或三個子選擇期間。
作為另一個例子,也可以如圖19的時序圖所示,將一個選擇期間分割為預充電期間Tp、第一子選擇期間
T1、第二子選擇期間T2、第三子選擇期間T3。再者,圖19的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通/截止的時序5803a、第二薄膜電晶體5603b的導通/截止的時序5803b、第三薄膜電晶體5603c的導通/截止的時序5803c以及輸入到第J行佈線5621_J的信號5821_J。如圖19所示,在預充電期間Tp中,第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c導通。此時,輸入到佈線5621_J的預充電電壓Vp藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c分別輸入到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。在第一子選擇期間T1中,第一薄膜電晶體5603a導通,第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c截止。此時,輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。在第二子選擇期間T2中,第二薄膜電晶體5603b導通,第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。此時,輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中,第三薄膜電晶體5603c導通,第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時,輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此,因為應用圖19的時序圖的圖17的信號線驅動電路可以藉由在子選擇期間之前提供預充電選擇期間來對信號線進行預充電,所以可以高速地進行對像素的視頻信
號的寫入。注意,在圖19中,使用相同的附圖標記來表示與圖18相同的部分,而省略對於相同的部分或具有相同的功能的部分的詳細說明。
此外,說明掃描線驅動電路的結構。掃描線驅動電路包括移位暫存器、緩衝器。此外,根據情況,還可以包括位準轉移器。在掃描線驅動電路中,藉由對移位暫存器輸入時鐘信號(CLK)及起始脈衝信號(SP),生成選擇信號。所生成的選擇信號在緩衝器中被緩衝放大,並供給到對應的掃描線。掃描線連接到一條線用的像素的電晶體的閘極電極。而且,由於需要將一條線用的像素的電晶體一齊導通,因此使用能夠產生大電流的緩衝器。
參照圖20和圖21說明用於掃描線驅動電路的一部分的移位暫存器的一個方式。
圖20示出移位暫存器的電路結構。圖20所示的移位暫存器由多個正反器(正反器5701_1至5701_n)構成。此外,輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈衝信號、重置信號來進行工作。
說明圖20的移位暫存器的連接關係。在圖20的移位暫存器的第i級正反器5701_i(正反器5701_1至5701_n中任一個)中,圖21所示的第一佈線5501連接到第七佈線5717_i-1,圖21所示的第二佈線5502連接到第七佈線5717_i+1,圖21所示的第三佈線5503連接到第七佈線5717_i,並且圖21所示的第六佈線5506連接到第五佈線5715。
此外,在奇數級的正反器中圖21所示的第四佈線5504連接到第二佈線5712,在偶數級的正反器中其連接到第三佈線5713,並且圖21所示的第五佈線5505連接到第四佈線5714。
但是,第一級正反器5701_1的圖21所示的第一佈線5501連接到第一佈線5711,而第n級正反器5701_n的圖21所示的第二佈線5502連接到第六佈線5716。
注意,第一佈線5711、第二佈線5712、第三佈線5713、第六佈線5716也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者,第四佈線5714、第五佈線5715也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。
接著,圖21示出圖20所示的正反器的詳細結構。圖21所示的正反器包括第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578。注意,第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578是n通道型電晶體,並且當閘極-源極間電壓(Vgs)超過臨界值電壓(Vth)時它們成為導通狀態。
接著,下面示出圖20所示的正反器的連接結構。
第一薄膜電晶體5571的第一電極(源極電極及汲極電極中的一方)連接到第四佈線5504,並且第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極及汲極電極中的另一方)連接到第三佈線5503。
第二薄膜電晶體5572的第一電極連接到第六佈線5506,並且第二薄膜電晶體5572的第二電極連接到第三佈線5503。
第三薄膜電晶體5573的第一電極連接於第五佈線5505,第三薄膜電晶體5573的第二電極連接於第二薄膜電晶體5572的閘極電極,並且第三薄膜電晶體5573的閘極電極連接於第五佈線5505。
第四薄膜電晶體5574的第一電極連接到第六佈線5506,第四薄膜電晶體5574的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極,並且第四薄膜電晶體5574的閘極電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極。
第五薄膜電晶體5575的第一電極連接到第五佈線5505,第五薄膜電晶體5575的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極,並且第五薄膜電晶體5575的閘極電極連接到第一佈線5501。
第六薄膜電晶體5576的第一電極連接到第六佈線5506,第六薄膜電晶體5576的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極,並且第六薄膜電晶體5576的閘極電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極。
第七薄膜電晶體5577的第一電極連接到第六佈線
5506,第七薄膜電晶體5577的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極,並且第七薄膜電晶體5577的閘極電極連接到第二佈線5502。第八薄膜電晶體5578的第一電極連接到第六佈線5506,第八薄膜電晶體5578的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極,並且第八薄膜電晶體5578的閘極電極連接到第一佈線5501。
注意,以第一薄膜電晶體5571的閘極電極、第四薄膜電晶體5574的閘極電極、第五薄膜電晶體5575的第二電極、第六薄膜電晶體5576的第二電極以及第七薄膜電晶體5577的第二電極的連接部分為節點5543。再者,以第二薄膜電晶體5572的閘極電極、第三薄膜電晶體5573的第二電極、第四薄膜電晶體5574的第二電極、第六薄膜電晶體5576的閘極電極及第八薄膜電晶體5578的第二電極的連接部分為節點5544。
注意,第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503以及第四佈線5504也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者,第五佈線5505、第六佈線5506也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。
此外,也可以僅使用實施例1至4中的任何一個所示的n通道型TFT製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。因為實施例1至4中的任何一個所示的n通道型TFT的電晶體遷移率大,所以可以提高驅動電路的驅動頻率。另外,由於實施例1至4中的任何一個所示的n通道型
TFT利用包含銦、鎵和鋅的氧缺少氧化物半導體層的源區或汲區減少寄生電容,因此頻率特性(稱為f特性)高。例如,由於可以使使用實施例1至4中的任何一個所示的n通道型TFT的掃描線驅動電路進行高速工作,因此可以提高幀頻率或實現黑屏插入等。
再者,藉由增大掃描線驅動電路的電晶體的通道寬度,或配置多個掃描線驅動電路等,可以實現更高的幀頻率。在配置多個掃描線驅動電路的情況下,藉由將用於驅動偶數列的掃描線的掃描線驅動電路配置在一側,並將用於驅動奇數列的掃描線的掃描線驅動電路配置在其相反一側,可以實現幀頻率的提高。
此外,在製造半導體裝置的一個例子的主動矩陣型發光顯示裝置的情況下,因為至少在一個像素中配置多個薄膜電晶體,因此較佳的配置多個掃描線驅動電路。圖16B示出主動矩陣型發光顯示裝置的方塊圖的一例。
圖16B所示的發光顯示裝置在基板5400上包括:具有多個具備顯示元件的像素的像素部5401;選擇各像素的第一掃描線驅動電路5402及第二掃描線驅動電路5404;以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的信號線驅動電路5403。
在輸入到圖16B所示的發光顯示裝置的像素的視頻信號為數位方式的情況下,藉由切換電晶體的導通和截止,像素處於發光或非發光狀態。因此,可以採用區域灰度法或時間灰度法進行灰度級顯示。面積灰度法是一種驅動
法,其中藉由將一個像素分割為多個子像素並根據視頻信號分別驅動各子像素,來進行灰度級顯示。此外,時間灰度法是一種驅動法,其中藉由控制像素發光的期間,來進行灰度顯示。
因為發光元件的回應速度比液晶元件等高,所以與液晶元件相比適合於時間灰度法。在具體地採用時間灰度法進行顯示的情況下,將一個幀期間分割為多個子幀期間。然後,根據視頻信號,在各子幀期間中使像素的發光元件處於發光或非發光狀態。藉由將一個幀期間分割為多個子幀期間,可以利用視頻信號控制在一個幀期間中像素實際上發光的期間的總長度,並可以顯示灰度級。
注意,在圖16B所示的發光顯示裝置中示出一種例子,其中當在一個像素中配置兩個TFT,即開關TFT和電流控制TFT時,使用第一掃描線驅動電路5402生成輸入到開關TFT的閘極佈線的第一掃描線的信號,而使用第二掃描線驅動電路5404生成輸入到電流控制TFT的閘極佈線的第二掃描線的信號。但是,也可以使用一個掃描線驅動電路生成輸入到第一掃描線的信號和輸入到第二掃描線的信號。此外,例如根據開關元件所具有的各電晶體的數量,可能會在各像素中設置多個用來控制開關元件的工作的第一掃描線。在此情況下,既可以使用一個掃描線驅動電路生成輸入到多個第一掃描線的所有信號,又可以使用多個掃描線驅動電路生成輸入到多個第一掃描線的所有信號。
此外,在發光顯示裝置中也可以將能夠由n通道型TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體相同的基板上。另外,也可以僅使用實施例1至4中的任何一個所示的n通道型TFT製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。
此外,上述驅動電路除了液晶顯示裝置及發光顯示裝置以外還可以用於利用與開關元件電連接的元件來驅動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器),並具有如下優點:與紙相同的易讀性、耗電量比其他的顯示裝置小、可形成為薄且輕的形狀。
作為電泳顯示器可考慮各種方式。電泳顯示器是如下裝置,即在溶劑或溶質中分散有多個包含具有正電荷的第一粒子和具有負電荷的第二粒子的微囊,並且藉由對微囊施加電場使微囊中的粒子互相向相反方向移動,以僅顯示集合在一方的粒子的顏色。注意,第一粒子或第二粒子包含染料,且在沒有電場時不移動。此外,第一粒子和第二粒子的顏色不同(包含無色)。
像這樣,電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應的顯示器。在該介電電泳效應中,介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示器不需要液晶顯示裝置所需的偏振片和對置基板,從而可以使其厚度和重量減少一半。
將在溶劑中分散有上述微囊的溶液稱作電子墨水,該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外,還可以藉由使用彩色濾光片或具有色素的粒子來進行
彩色顯示。
此外,藉由在主動矩陣基板上適當地設置多個上述微囊以使微囊夾在兩個電極之間,而完成主動矩陣型顯示裝置,並且當對微囊施加電場時可以進行顯示。例如,可以使用根據實施例1至4中的任何一個所示的薄膜電晶體而獲得的主動矩陣基板。
此外,作為微囊中的第一粒子及第二粒子,採用選自導電體材料、絕緣體材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或這些材料的組合材料即可。
藉由上述步驟,能夠製造作為半導體裝置的可靠性高的顯示裝置。
本實施例可以與其他實施例所示的結構適當地組合而實施。
在此,表示至少不使閘極絕緣層和氧過剩氧化物半導體層的疊層接觸於空氣地進行連續成膜的反交錯型薄膜電晶體的製造例子。在此,表示直至進行連續成膜的處理的製程,而作為後面的製程根據實施例1至4中的任一個製造薄膜電晶體即可。
在本發明說明中,連續成膜是指如下狀態:在從利用濺射法進行的第一成膜製程到利用濺射法進行的第二成膜製程的一系列製程中,放置有被處理基板的氣氛不接觸於
空氣等的污染氣氛而一直控制為真空或惰性氣體氣氛(氮氣氛或稀有氣體氣氛)。藉由進行連續成膜,可以避免水分等再附著於清淨化的被處理基板上而進行成膜。
在相同處理室內進行從第一成膜製程到第二成膜製程的一系列製程的狀態包括在本發明說明中的連續成膜的範圍內。
另外,當在不同處理室內進行從第一成膜製程到第二成膜製程的一系列製程時,在結束第一成膜製程之後,不接觸於空氣地在處理室之間進行基板搬運,然後進行第二成膜,這個狀態也包括在本發明說明中的連續成膜的範圍內。
注意,在第一成膜製程和第二成膜製程之間具有基板搬運製程、對準製程、緩冷製程或者加熱或冷卻基板以將其設定為第二製程所需要的溫度的製程等的狀態也包括在本發明說明中的連續成膜的範圍內。
但是在第一成膜製程和第二成膜製程之間具有清洗製程、濕蝕刻、抗蝕劑形成等的使用液體的製程的情況不包括在本發明說明中的連續成膜的範圍內。
在不暴露於空氣地進行連續成膜的情況下,較佳的使用如圖22所示那樣的多室型製造裝置。
在製造裝置的中央部中設置有具有搬運基板的搬運機構(典型的是搬運機械81)的搬運室80,並且搬運室80藉由閘閥83聯結有卡匣(cassette)室82,該卡匣室82設置收納有搬入及搬出到搬運室80內的多個基板的卡匣
盒(cassette case)。
另外,搬運室80藉由閘閥84至88分別連接到多個處理室。在此,表示五個處理室連接到上面形狀是六角形的搬運室80的例子。另外,藉由改變搬運室的上面形狀,可以改變能夠連接的處理室數。例如採用四角形則可以連接三個處理室,而採用八角形則可以連接七個處理室。
在五個處理室中,將至少一個處理室設定為進行濺射的濺射處理室。至少在濺射處理室的處理室內部中,設置有濺射靶材、用於對靶材進行濺射的電力施加機構、氣體導入單元、將基板保持在預定位置的基板支架等。另外,在濺射處理室中設置有控制處理室內的壓力的壓力控制單元以將濺射處理室內處於減壓狀態。
濺射法包括如下方法:作為濺射電源使用高頻電源的RF濺射法、DC濺射法以及以脈衝方式施加偏壓的脈衝DC濺射法。RF濺射法主要用於形成絕緣膜,而DC濺射法主要用於形成金屬膜。
另外,也有可以設置材料不同的多個靶材的多元濺射裝置。多元濺射裝置既可以在同一處理室中層疊形成不同的材料膜,又可以在同一處理室中同時對多種材料進行放電而進行成膜。
另外,也有使用磁控管濺射法的濺射裝置和使用ECR濺射法的濺射裝置:在使用磁控管濺射法的濺射裝置中,在處理室內部具備磁鐵機構;而在使用ECR濺射法的濺
射裝置中,不使用輝光放電而利用使用微波產生的電漿。
作為濺射處理室,適當地使用上述多樣的濺射法。
另外,作為成膜方法具有反應濺射法、偏壓濺射法:在反應濺射法中,當進行成膜時使靶材物質和濺射氣體成分起化學反應而形成這些化合物薄膜;而在偏壓濺射法中,當進行成膜時對基板也施加電壓。
另外,將在五個處理室中的其他處理室之一設定為在進行濺射之前進行基板的預熱等的加熱處理室、在進行濺射之後冷卻基板的冷卻處理室或進行電漿處理的處理室。
接著,說明製造裝置的工作的一例。
將容納有使被成膜面朝向下方的基板94的基板卡匣設置在卡匣室82,並利用設置在卡匣室82中的真空排氣單元使卡匣室處於減壓狀態。注意,預先對各處理室及搬運室80的內部利用設置在它們中的真空排氣單元進行減壓。藉由上述步驟,當在各處理室之間搬運基板時可以不接觸空氣地維持清潔的狀態。
注意,在使被成膜面朝向下面的基板94上預先至少設置有閘極電極。也可以在閘極電極與基板之間設置基底絕緣膜。例如,作為基底絕緣膜,沒有特別的限制,但是可以使用藉由濺射法而獲得的氮化矽膜、氮氧化矽膜等。在作為基板94使用包含鹼金屬的玻璃基板的情況下,基底絕緣膜具有如下作用:抑制因鈉等的可動離子從基板侵入到其上的半導體區域中而使TFT的電特性變化。
在此,使用藉由電漿CVD法形成覆蓋閘極電極的氮
化矽膜,以形成第一層的閘極絕緣層的基板。藉由電漿CVD法形成的氮化矽膜緻密,並藉由將它用作第一層的閘極絕緣層可以抑制針孔等的產生。注意,雖然在此示出閘極絕緣層是疊層的例子,但是不局限於此而也可以採用單層或三層以上的疊層。
接著,開啟閘閥83並利用搬運機械81從卡匣抽出第一個基板94,開啟閘閥84並將第一個基板94搬運到第一處理室89中,並且關閉閘閥84。在第一處理室89中,利用加熱器或燈加熱對基板進行加熱來去除附著在基板94上的水分等。特別是,因為當閘極絕緣層包含水分時,有TFT的電特性變化的憂慮,所以進行濺射成膜之前的加熱是有效的。注意,當在卡匣室82中設置基板的階段中充分地去除水分時,不需要進行該加熱處理。
此外,也可以在第一處理室89中設置電漿處理單元,並對第一層的閘極絕緣層的表面進行電漿處理。另外,還可以在卡匣室82中設置加熱單元並在卡匣室82中進行加熱以去除水分。
接著,開啟閘閥84並利用搬運機械81將基板搬運到搬運室80,開啟閘閥85將基板搬運到第二處理室90中,並且關閉閘閥85。
在此,作為第二處理室90,採用使用RF磁控濺射法的濺射處理室。
在第二處理室90中,形成氮化矽膜(SiNx膜)作為第一層閘極絕緣層。
在形成SiNx膜之後,開啟閘閥85以利用搬運機械81不接觸空氣地將基板搬運到搬運室80,然後開啟閘閥86以將基板搬運到第三處理室91內,並且關閉閘閥86。
這裏,第三處理室91是利用RF磁控濺射法的濺射處理室。
在第三處理室91中,形成用作第二層的閘極絕緣層的氧化矽膜(SiOx膜)。作為閘極絕緣層,除了氧化矽膜之外,還可以使用氧化鋁膜(Al2O3膜)、氧化鎂膜(MgOx膜)、氮化鋁膜(AlNx膜)、氧化釔膜(YOx膜)等。
使用Si單晶靶材並使用氬氣和氧氣藉由濺射形成閘極絕緣層,以儘量減少閘極絕緣層中的氫。防止該閘極絕緣層中的氫擴散並與IGZO膜中的過剩的氧起反應而成為H2O成分是極為重要的。藉由連續成膜而避免水分附著於閘極絕緣層與IGZO膜的介面也是重要的。因此,優選地是,藉由利用低溫泵等對處理室內進行真空排氣,而在極限壓力為1×10-7至1×10-10Torr(大約1×10-5Pa至1×10-8Pa)的超高真空區域,即所謂的UHV區域中進行濺射。另外,當不使閘極絕緣層與IGZO膜的介面接觸空氣地連續層疊時,對閘極絕緣層的表面進行氧自由基處理以使其表面變成氧過剩區域是在形成氧供給源的方面上有效的,該氧供給源用來當在之後步驟中進行用來提高可靠性的熱處理時將IGZO膜介面改質。
另外,藉由對閘極絕緣層進行氧自由基處理以形成氧
過剩區域,將IGZO膜一側的表面的氧濃度設定為高於閘極絕緣層內部的氧濃度。與沒進行氧自由基處理的情況相比,進行了氧自由基處理的情況下的閘極絕緣層與IGZO膜的介面的氧濃度變高。
若對閘極絕緣層進行氧自由基處理後層疊IGZO膜,並且進行熱處理,則IGZO膜的閘極絕緣層一側的氧濃度也變高。
此外,也可以對閘極絕緣層中添加少量的例如氟、氯等的鹵素來將鈉等的可動離子固定化。作為其方法,在處理室中引入包含鹵素的氣體進行濺射。但是,在引入包含鹵素元素的氣體的情況下,處理室的排氣單元需要設置有除害裝置。較佳的將使閘極絕緣層包含的鹵素元素的濃度設定為如下濃度:藉由使用SIMS(二次離子質譜分析法)的分析而可以得到的濃度峰值在1×1015cm-3以上且1×1020cm-3以下的範圍內。
在形成SiOx膜之後,以不接觸空氣的方式開啟閘閥86並利用搬運機械81將基板搬運到搬運室80,開啟閘閥87並將基板搬運到第四處理室92中,並且關閉閘閥87。
在此,作為第四處理室92,採用使用DC磁控濺射法的濺射處理室。在第四處理室92中,對閘極絕緣層表面進行氧自由基處理,形成氧過剩氧化物半導體層(形成IGZO膜)作為半導體層,並形成氧缺少氧化物半導體層作為源區及汲區。
作為對閘極絕緣層表面的氧自由基處理,可以進行反
濺射(reverse sputtering)處理等的電漿處理。反濺射處理是指不對靶材一側施加電壓地在氧或氧及氬氣氛中對基板一側施加電壓而形成電漿以對基板表面進行改質處理的方法。另外,也可以對閘極絕緣層進行氮化處理,只要在氮氣氛中進行反濺射處理等的電漿處理,即可。
包含In、Ga及Zn的氧化物半導體膜(IGZO膜)作為半導體層。可以在稀有氣氛下或氧氣氛下使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材進行成膜。在此,為了使IGZO膜包含極多的氧,在只有氧的氣氛下,或在氧為90%以上且Ar為10%以下的氣氛下作為靶材使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體,並進行採用脈衝DC濺射法的濺射,來形成具有過量的氧的IGZO膜。
如上所述,藉由以不接觸空氣的方式連續形成具有過量的氧的SiOx膜和具有過量的氧的IGZO膜,因為其彼此是具有過量的氧的膜所以可以使其介面狀態穩定,並提高TFT的可靠性。當在形成IGZO膜之前基板接觸於空氣時,水分等附著在基板上並對介面狀態造成壞影響,因此有引起臨界值電壓的不均勻性、電特性退化、成為常開啟狀態的TFT等的憂慮。水分是氫化合物,而藉由以不接觸於空氣的方式進行連續成膜,可以防止氫化合物存在於介面中。從而,藉由進行連續成膜,可以減少臨界值電壓的不均勻性,防止電特性的退化,並且減少TFT移動到常開啟一側的狀態,較佳的避免該移動。
此外,也可以藉由在第三處理室91的濺射處理室中
設置人工石英的靶材和包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶材的雙方,並使用擋板按順序層疊而進行連續形成,在相同的處理室中進行層疊。在靶材和基板之間設置擋板,打開進行成膜的靶材的擋板,而關閉不進行成膜的靶材的擋板。在相同的處理室中進行層疊的優點是可減少所使用的處理室數並可以防止當在不同的處理室之間搬運基板時微粒等附著在基板上。
在不使用灰色調掩模的製程中,在此藉由卡匣室從製造裝置搬出基板並使用光微影技術對具有過量的氧的IGZO膜進行蝕刻加工。但是在使用灰色調掩模的製程中,繼續進行以下所示的連續成膜。
接著,在第四處理室92中,在只有稀有氣體的氣氛中進行脈衝DC濺射法的濺射,以接觸氧過剩的IGZO膜上地形成氧缺少的IGZO膜。該氧缺少的IGZO膜的氧濃度低於氧過剩的IGZO膜。該氧缺少的IGZO膜用作源區或汲區。
接著,開啟閘閥87並利用搬運機械81不接觸空氣地將基板搬運到搬運室80,開啟閘閥88將基板搬運到第五處理室93中,並且關閉閘閥88。
在此,作為第五處理室93,採用使用DC磁控濺射法的濺射處理室。在第五處理室93中,形成成為源極電極層或汲極電極層的金屬多層膜(導電膜)。在第五處理室93的濺射處理室中設置鈦靶材和鋁靶材的雙方,並使用擋板按順序層疊進行連續成膜來在同一個處理室中進行層
疊。在此,在鈦膜上層疊鋁膜,而且在鋁膜上層疊鈦膜。
如上所述,在使用灰色調掩模的情況下,可以不接觸於空氣地連續形成具有過量的氧的SiOx膜、具有過量的氧的IGZO膜、缺少氧的IGZO膜和金屬多層膜。特別是,可以將具有過量的氧的IGZO膜的介面狀態更穩定化,提高TFT的可靠性。在IGZO膜的形成前後基板接觸於空氣的情況下,水分等附著在基板上,對介面狀態造成壞影響,並且有引起臨界值的不均勻,電特性的退化,成為常開啟的TFT的狀態等的憂慮。因為水分是氫化合物,所以藉由不接觸於空氣地連續形成,可以防止氫化合物存在於IGZO膜的介面。從而,藉由連續形成四個膜,可以減少臨界值的不均勻性,防止電特性的退化,並且減少TFT移動到常開啟一側的狀態,較佳的避免該移動。
另外,藉由不接觸於空氣地連續形成氧缺少IGZO膜和成為源極電極層及汲極電極層的金屬多層膜,在氧缺少IGZO膜和金屬多層膜之間可以實現良好的介面狀態,而可以降低接觸電阻。
另外,藉由在第三處理室91的濺射處理室內設置人工石英靶和含有In、Ga及Zn的氧化物半導體靶的雙方,可以使用擋板依次轉換引入的氣體而連續地形成三個層從而在同一處理室內進行疊層。在相同的處理室中進行層疊的優點是可以減少所使用的處理室數並可以防止當在不同的處理室之間搬運基板時附著在基板上的微粒等。
在反復進行上述製程對卡匣盒內的基板進行成膜處
理,而結束多個基板的處理之後,將真空狀態的卡匣室暴露於空氣並取出基板及卡匣。
另外,在第一處理室89中可以進行具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜的形成之後的加熱處理,具體而言可以進行200℃至600℃的加熱處理,較佳的是300℃至500℃的加熱處理。藉由進行該加熱處理,可以提高反交錯型薄膜電晶體的電特性。該加熱處理只要在具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜的成膜之後進行,則沒有特別的限制,例如可以在剛形成具有過量的氧的IGZO膜及缺少氧的IGZO膜之後或在剛形成金屬多層膜之後進行該加熱處理。
接著,使用灰色調掩模對各疊層膜進行蝕刻加工。即可以使用乾蝕刻、濕蝕刻進行形成,又可以在多次蝕刻中分別選擇性地進行蝕刻。
在藉由蝕刻加工形成半導體層、源區、汲區、源極電極層及汲極電極層之後,也可以在形成保護膜之前進行真空烘烤。
在以下的製程中,根據上述實施例1至實施例4中的任何一個可以制造反交錯型薄膜電晶體。
雖然在此以多室方式的製造裝置為例子進行說明,但是也可以使用串聯聯結濺射處理室的串列方式的製造裝置來不接觸於空氣地進行連續成膜。
此外,圖22所示的裝置中採用將被成膜面朝向下面,即採用所謂的朝下方式的處理室,但是也可以採用將
基板豎為垂直的縱向安裝方式的處理室。縱向安裝方式的處理室具有其占地面積比朝下方式的處理室小的優點,並且當使用因基板的自重而會彎曲的大面積的基板時是有效。
藉由製造薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路,來可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外,可以將薄膜電晶體的驅動電路的一部分或整體一體形成在與像素部相同的基板上,來形成系統型面板(system-on-panel)。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件,可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。在發光元件的範圍內包括利用電流或電壓控制亮度的元件,具體而言,包括無機EL(Electro Luminescence;電致發光)、有機EL等。此外,也可以應用電子墨水等的對比度因電作用而變化的顯示介質。
此外,顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。再者,本發明係關於一種元件基板,該元件基板相當於製造該顯示裝置的過程中的顯示元件完成之前的一個方式,並且它在多個各像素中分別具備用於將電流供給到顯示元件的單元。具體而言,元件基板既可以是只形成有顯示元件的像素電極的狀態,又可以是形成成為像素電極的導電膜之後且藉由蝕
刻形成像素電極之前的狀態,而可以採用各種方式。
注意,本發明說明中的顯示裝置是指圖像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。另外,顯示裝置還包括安裝有連接器諸如FPC(Flexible Printed Circuit;撓性印刷電路)、TAB(Tape Automated Bonding;載帶自動鍵合)帶或TCP(Tape Carrier Package;載帶封裝)的模組;將印刷線路板固定到TAB帶或TCP端部的模組;藉由COG(Chip On Glass;玻璃上晶片)方式將IC(積體電路)直接安裝到顯示元件上的模組。
在本實施例中,示出液晶顯示裝置的例子作為半導體裝置。
圖23A和23B示出應用本發明的一個實施例的主動矩陣型液晶顯示裝置。圖23A是液晶顯示裝置的平面圖,而圖23B是沿著圖23A中的V-X的截面圖。用於半導體裝置的薄膜電晶體201可以與實施例2所示的薄膜電晶體同樣地製造,並且它是包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外,也可以應用實施例1、實施例3或實施例4所示的薄膜電晶體作為本實施例的薄膜電晶體201。
圖23A所示的本實施例的液晶顯示裝置包括源極佈線層202、多閘極結構的反交錯薄膜電晶體201、閘極佈線層203、電容佈線層204。
另外,在圖23B中,在本實施例的液晶顯示裝置中具
有液晶顯示元件260,並且基板200和基板266中間夾著液晶層262彼此對置。該基板200設置有多閘極結構的薄膜電晶體201、絕緣層211、絕緣層212、絕緣層213、用於顯示元件的電極層255、用作取向膜的絕緣層261、偏振片268。並且該基板266設置有用作取向膜的絕緣層263、用於顯示元件的電極層265、用作彩色濾光片的著色層264、偏振片267。
另外,還可以使用不使用取向膜的顯示藍相的液晶。藍相是液晶相的一種,是指當使膽甾相液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉變到均質相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內,所以為了改善溫度範圍而將使用混合有5重量%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層262。包含顯示為藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度短,即為10μs至100μs,並且由於其具有光學各向同性而不需要取向處理從而視角依賴小。
另外,雖然圖23A和23B示出應用透過型液晶顯示裝置的例子,但是也可以應用反射型液晶顯示裝置或半透過型液晶顯示裝置。
另外,雖然在圖23A和23B的液晶顯示裝置中示出在基板266的外側(可見一側)設置偏振片267,並在內側依次設置著色層264、用於顯示元件的電極層265的例子,但是也可以在基板266的內側設置偏振片267。另外,偏振片和著色層的疊層結構也不局限於圖23A和23B所示的結構,只要根據偏振片和著色層的材料或製程條件
適當地設定即可。另外,還可以設置用作黑矩陣的遮光膜。
另外,在本實施例中,使用用作保護膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層211、212及213)覆蓋藉由實施例1可得到的薄膜電晶體,以降低薄膜電晶體的表面凹凸並提高薄膜電晶體的可靠性。注意,因為保護膜用於防止懸浮在大氣中的有機物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質的侵入,所以較佳的採用緻密的膜。使用濺射法並利用氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧化氮鋁膜或氮氧化鋁膜的單層或疊層而形成保護膜,即可。在本實施例中,示出藉由濺射法形成保護膜的例子,但是沒有特別的限制,而可以使用各種方法形成保護膜。
形成絕緣層211作為保護膜的第一層。絕緣層211起到防止鋁膜的小丘的作用。在此,使用濺射法形成氧化矽膜作為絕緣層211。
另外,形成絕緣層212作為保護膜的第二層。在此,使用濺射法形成氮化矽膜作為絕緣層212。當使用氮化矽膜作為保護膜的一個層時,可以抑制鈉等的可動離子侵入到半導體區域中而使TFT的電特性變化。
另外,也可以在形成保護膜之後進行對IGZO半導體層的退火(300℃至400℃)。
另外,形成絕緣層213作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層213,可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙
烯酸、苯並環丁烯、聚醯胺、環氧等。另外,除了上述有機材料之外,還可以使用低介電常數材料(low-k材料)、矽氧烷基樹脂、PSG(磷矽玻璃)、BPSG(硼磷矽玻璃)等。矽氧烷基樹脂除了氫之外還可以具有氟、烷基或芳基中的至少一種作為取代基。另外,也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜,來形成絕緣層213。
另外,矽氧烷基樹脂相當於以矽氧烷基材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷基樹脂除了氫以外,還可以具有氟、烷基或芳香烴中的至少一種作為取代基。
對絕緣層213的形成方法沒有特別的限制,可以根據其材料利用濺射法、SOG法、旋轉塗敷、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮片、輥塗、幕塗、刮刀塗布等來形成。在使用材料液形成絕緣層213的情況下,也可以在進行焙燒的製程中同時進行對IGZO半導體層的退火(300℃至400℃)。藉由兼作絕緣層213的焙燒製程和對IGZO半導體層的退火,可以有效地製造半導體裝置。
作為用作像素電極層的電極層255、265,可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
此外,可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合
物)的導電組成物形成電極層255、265。使用導電組成物形成的像素電極的薄層電阻較佳的為10000Ω/□以下,並且其波長為550nm時的透光率較佳的為70%以上。另外,導電組成物所包含的導電高分子的電阻率較佳的為0.1Ω.cm以下。
作為導電高分子,可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如,可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。
藉由上述製程,可以製造可靠性高的液晶顯示裝置作為半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
在本實施例中,作為半導體裝置示出電子紙的例子。
在圖30中,作為半導體裝置的例子示出主動矩陣型電子紙。可以與實施例2所示的薄膜電晶體同樣地製造用於半導體裝置的薄膜電晶體581,並且該薄膜電晶體581是包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外,也可以應用實施例1、實施例3或實施例4所示的薄膜電晶體作為本實施例的薄膜電晶體581。
圖30的電子紙是採用扭轉球顯示方式的顯示裝置的例子。扭轉球顯示方式是指一種方法,其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在用於顯示元件的電極層的第一電極層及第二電極層之間,並在第一電極層及第二電極層之間產生電位差來控制球形粒子的方向,以執行顯示。
密封在基板580與基板596之間的薄膜電晶體581是多閘極結構的反交錯型薄膜電晶體,並且在形成於絕緣層583、584及585中的開口中藉由源極電極層或汲極電極層接觸於第一電極層587並與它電連接。在第一電極層587和設置於基板596的第二電極層588之間設置有球形粒子589,該球形粒子589具有黑色區590a和白色區590b,其周圍包括充滿了液體的空洞594,並且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填充材料595(參照圖30)。
此外,還可以使用電泳元件代替扭轉球。使用直徑為10μm至200μm左右的微囊,該微囊中封入有透明液體和帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒。對於設置在第一電極層和第二電極層之間的微囊,當由第一電極層和第二電極層施加電場時,白色微粒和黑色微粒移動到相反方向,從而可以顯示白色或黑色。應用這種原理的顯示元件就是電泳顯示元件,一般地稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率,因而不需要輔助燈。此外,耗電量低,並且在昏暗的地方也能夠辨別顯示部。另外,即使不向顯示部供應電源,也能夠保持顯示過一次的圖像,因此,即使從電波發射源離開具有顯示功能的半導
體裝置(簡單地稱為顯示裝置,或稱為具備顯示裝置的半導體裝置),也能夠儲存顯示過的圖像。
藉由上述製程,可以製造作為半導體裝置的可靠性高的電子紙。
本實施例可以與其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
在本實施例中,示出發光顯示裝置的例子作為半導體裝置。在此,示出利用電致發光的發光元件作為顯示裝置所具有的顯示元件。利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物來進行區別,一般來說,前者稱為有機EL元件,而後者稱為無機EL元件。
在有機EL元件中,藉由對發光元件施加電壓,電子和電洞從一對電極分別注入到包含發光有機化合物的層,以產生電流。然後,由於這些載流子(電子和電洞)重新結合,發光有機化合物形成激發態,並且當該激發態恢復到基態時,得到發光。根據這種機理,該發光元件稱為電流激勵型發光元件。
根據其元件的結構,將無機EL元件分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件包括在粘合劑中分散有發光材料的粒子的發光層,且其發光機理是利用供體能級和受體能級的供體-受體重新結合型發光。薄膜型無機EL元件具有利用電介質層夾住發光層
並還利用電極夾住該發光層的結構,且其發光機理是利用金屬離子的內層電子躍遷的定域型發光。注意,在此使用有機EL元件作為發光元件而進行說明。
在圖26A和26B中,示出主動矩陣型發光顯示裝置作為半導體裝置的例子。圖26A是發光顯示裝置的平面圖,而圖26B是沿著圖26A中的線Y-Z的截面圖。注意,圖27示出圖26A和26B所示的發光顯示裝置的等效電路。
可以與實施例1及實施例2所示的薄膜電晶體同樣地製造用於半導體裝置的薄膜電晶體301、302,並且該薄膜電晶體301、302是包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外,也可以應用實施例3或實施例4所示的薄膜電晶體作為本實施例的薄膜電晶體301、302。
圖26A及圖27所示的本實施例的發光顯示裝置包括多閘極結構的薄膜電晶體301、發光元件303、電容元件304、源極佈線層305、閘極佈線層306、電源線307。薄膜電晶體301、302是n通道型薄膜電晶體。
此外,在圖26B中,本實施例的發光顯示裝置包括基板300、薄膜電晶體302、絕緣層311、絕緣層312、絕緣層313、分隔壁321以及用於發光元件303的第一電極層320、電場發光層322、第二電極層323。
較佳的使用丙烯、聚醯亞胺、聚醯胺等的有機樹脂、
或矽氧烷形成絕緣層313。
在本實施例中,因為像素的薄膜電晶體302是n型,所以較佳的使用陰極作為像素電極層的第一電極層320。具體而言,作為陰極,可以使用功函數小的材料例如Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。
使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚矽氧烷形成分隔壁321。特別佳的是,使用感光材料,在第一電極層320上形成開口部,並將其開口部的側壁形成為具有連續的曲率而成的傾斜面。
電場發光層322既可以由單層構成,又可以由多個層的疊層構成。
覆蓋電場發光層322地形成用作陽極的第二電極層323。利用在實施例7中作為像素電極層列舉的使用具有透光性的導電材料的透光導電膜,而可以形成第二電極層323。除了上述透光導電膜之外,還可以使用氮化鈦膜或鈦膜。藉由重疊第一電極層320、電場發光層322和第二電極層323,形成有發光元件303。然後,也可以在第二電極層323及分隔壁321上形成保護膜,以防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件303中。作為保護膜,可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC膜等。
再者,在實際上,較佳的當完成圖26B的狀態之後,使用氣密性高且漏氣少的保護薄膜(貼合薄膜、紫外線固性樹脂薄膜等)及覆蓋材料進行封裝(密封)以進一步防止發光元件暴露於空氣中。
接著,參照圖28A至28C說明發光元件的結構。在此,以驅動TFT是n型的情況為例子來說明像素的截面結構。與實施例1所示的薄膜電晶體同樣地製造用於圖28A、28B和28C的半導體裝置的驅動TFT7001、7011、7021,並且這些TFT是包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體。此外,也可以應用實施例2、實施例3或實施例4所示的薄膜晶體管用作TFT7001、7011、7021。
發光元件的陽極及陰極中之至少一方是透明以向外部發光,即可。而且,有如下結構的發光元件,即在基板上形成薄膜電晶體及發光元件,並從與基板相反的面向外部發光的頂部發射、從基板一側向外部發光的底部發射、以及從基板一側及與基板相反的面向外部發光的雙面發射。像素結構可以應用於任何發射結構的發光元件。
參照圖28A說明頂部發射結構的發光元件。
在圖28A中示出當驅動TFT7001是n型,且從發光元件7002發射的光穿過陽極7005一側時的像素的截面圖。在圖28A中,發光元件7002的陰極7003和驅動TFT7001電連接,在陰極7003上按順序層疊有發光層7004、陽極7005。作為陰極7003,只要是功函數小且反射光的導電膜,就可以使用各種材料。例如,較佳的採用Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等。而且,發光層7004可以由單層或多層的疊層構成。在由多層構成時,在陰極
7003上按順序層疊電子注入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、電洞注入層。注意,不需要設置上述的所有層。使用透過光的具有透光性的導電材料形成陽極7005,也可以使用具有透光性的導電膜例如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面,表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
使用陰極7003及陽極7005夾住發光層7004的區域相當於發光元件7002。在圖28A所示的像素中,從發光元件7002發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7005一側。
接著,參照圖28B說明底部發射結構的發光元件。圖28B示出在驅動TFT7011是n型,且從發光元件7012發射的光發射到陰極7013一側的情況下的像素的截面圖。在圖28B中,在與驅動TFT7011電連接的具有透光性的導電膜7017上形成有發光元件7012的陰極7013,在陰極7013上按順序層疊有發光層7014、陽極7015。注意,在陽極7015具有透光性的情況下,也可以覆蓋陽極上地形成有用於反射光或進行遮光的遮罩膜7016。與圖28A的情況同樣地,陰極7013只要是功函數小的導電材料,就可以使用各種材料。但是,將其厚度設定為透過光的程度(較佳的為5nm至30nm左右)。例如,也可以將膜厚度為20nm的鋁膜用作陰極7013。而且,與圖28A同樣地,發光層7014可以由單層或多個層的疊層構成。陽極
7015不需要透過光,但是可以與圖28A同樣地使用具有透光性的導電材料形成。並且,雖然遮罩膜7016例如可以使用反射光的金屬等,但是不局限於金屬膜。例如,也可以使用添加有黑色的顏料的樹脂等。
由陰極7013及陽極7015夾有發光層7014的區域相當於發光元件7012。在圖28B所示的像素中,從發光元件7012發射的光如箭頭所示那樣發射到陰極7013一側。
接著,參照圖28C說明雙面發射結構的發光元件。在圖28C中,在與驅動TFT7021電連接的具有透光性的導電膜7027上形成有發光元件7022的陰極7023,而在陰極7023上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖28A的情況同樣地,作為陰極7023,只要是功函數小的導電材料,就可以使用各種材料。但是,將其厚度設定為透過光的程度。例如,可以將膜厚度為20nm的Al用作陰極7023。而且,與圖28A同樣地,發光層7024可以由單層或多個層的疊層構成。陽極7025可以與圖28A同樣地使用具有透過光的透光性的導電材料形成。
陰極7023、發光層7024和陽極7025重疊的部分相當於發光元件7022。在圖28C所示的像素中,從發光元件7022發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7025一側和陰極7023一側。
注意,雖然在此描述了有機EL元件作為發光元件,但是也可以設置無機EL元件作為發光元件。
注意,雖然在本實施例中示出了控制發光元件的驅動
的薄膜電晶體(驅動TFT)和發光元件電連接的例子,但是也可以採用在驅動TFT和發光元件之間連接有電流控制TFT的結構。
注意,本實施例所示的半導體裝置不局限於圖28A至28C所示的結構而可以根據本發明的技術思想進行各種變形。
藉由上述製程,可以製造可靠性高的發光顯示裝置作為半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
接著,下面示出半導體裝置的一個實施例的顯示面板的結構。在本實施例中,說明具有液晶元件作為顯示元件的液晶顯示裝置的一個實施例的液晶顯示面板(也稱為液晶面板)、包括發光元件作為顯示元件的半導體裝置的一個實施例的發光顯示面板(也稱為發光面板)。
參照圖29A和29B說明相當於半導體裝置的一個實施例的發光顯示面板的外觀及截面。圖29A是一種面板的俯視圖,其中利用密封材料在第一基板與第二基板之間密封包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體及發光元件。圖29B相當於沿著圖29A的H-I的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b的方式設置有密封材料4505。此外,在像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b上設置有第二基板4506。因此,像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b、以及掃描線驅動電路4504a、4504b與填料4507一起由第一基板4501、密封材料4505和第二基板4506密封。
此外,設置在第一基板4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b包括多個薄膜電晶體。在圖29B中,例示包括在像素部4502中的薄膜電晶體4510和包括在信號線驅動電路4503a中的薄膜電晶體4509。
薄膜電晶體4509、4510相當於包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體,並可以應用實施例1、實施例2、實施例3或實施例4所示的薄膜電晶體。在本實施例中,薄膜電晶體4509、4510是n通道型薄膜電晶體。
此外,附圖標記4511相當於發光元件,發光元件4511所具有的作為像素電極的第一電極層4517與薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層電連接。注意,發光元件4511的結構不局限於本實施例所示的結構。可以根據從發光元件4511發光的方向等適當地改變發光元件
4511的結構。
另外,供給到信號線驅動電路4503a、4503b、掃描線驅動電路4504a、4504b、或像素部4502的各種信號及電位是從FPC4518a、4518b供給的。
在本實施例中,連接端子4515由與第二電極層4512相同的導電膜形成,並且佈線4516由與發光元件4511所具有的第一電極層4517相同導電膜形成。
連接端子4515藉由各向異性導電膜4519與FPC4518a所具有的端子電連接。
位於從發光元件4511取出光的方向的第二基板4506需要具有透光性。在此情況下,使用如玻璃板、塑膠板、聚酯薄膜或丙烯薄膜等的具有透光性的材料。
此外,作為填料4507,除了氮及氬等的惰性氣體之外,還可以使用紫外線固性樹脂或熱固性樹脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)。在本實施例中,作為填料4507使用氮。
另外,若有需要,也可以在發光元件的射出面上適當地設置諸如偏振片、圓偏振片(包括橢圓偏振片)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色濾光片等的光學薄膜。另外,也可以在偏振片或圓偏振片上設置抗反射膜。例如,可以進行抗眩光處理,該處理是利用表面的凹凸來擴散反射光並降低眩光的處理。
信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路
4504a、4504b也可以作為在另行準備的基板上由單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路安裝。此外,也可以另行僅形成信號線驅動電路或其一部分、或者掃描線驅動電路或其一部分而安裝。本實施例不局限於圖29A及29B的結構。
接著,參照圖24A至24C說明相當於本發明的半導體裝置的一個實施例的液晶顯示面板的外觀及截面。圖24A、24B是一種面板的俯視圖,其中利用密封材料4005將包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體4010、4011及液晶元件4013密封在與第二基板4006之間。圖24C相當於沿著圖24A、24B的M-N的截面圖。
以圍繞設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外,在像素部4002和掃描線驅動電路4004上設置有第二基板4006。因此,像素部4002和掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一基板4001、密封材料4005和第二基板4006密封。此外,在與第一基板4001上的由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有信號線驅動電路4003,該信號線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在另行準備的基板上。
注意,對於另行形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制,而可以採用COG方法、引線鍵合方法或TAB方
法等。圖24A是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子,而圖24B是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路4003的例子。
此外,設置在第一基板4001上的像素部4002和掃描線驅動電路4004包括多個薄膜電晶體。在圖24B中例示像素部4002所包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動電路4004所包括的薄膜電晶體4011。
薄膜電晶體4010、4011相當於包括被進行了氧自由基處理的閘極絕緣層上的氧過剩氧化物半導體層及作為源區及汲區的氧缺少氧化物半導體層的可靠性高的薄膜電晶體,並可以應用實施例1、2、3或4所示的薄膜電晶體。在本實施例中,薄膜電晶體4010、4011是n通道型薄膜電晶體。
此外,液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜電晶體4010電連接。而且,液晶元件4013的對置電極層4031形成在第二基板4006上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當於液晶元件4013。注意,像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有用作取向膜的絕緣層4032、4033,且隔著絕緣層4032、4033夾有液晶層4008。
注意,作為第一基板4001、第二基板4006,可以使用玻璃、金屬(典型的是不鏽鋼)、陶瓷、塑膠。作為塑膠,可以使用FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics;玻璃纖維強化塑膠)板、PVF(聚氟乙烯)薄膜、聚酯薄膜或
丙烯樹脂薄膜。此外,還可以使用具有將鋁箔夾在PVF薄膜及聚酯薄膜之間的結構的薄膜。
此外,附圖標記4035表示藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而得到的柱狀間隔物,並且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(單元間隙)而設置的。注意,還可以使用球狀間隔物。
另外,供給到另行形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供給的。
在本實施例中,連接端子4015由與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相同的導電膜形成,並且佈線4016由與薄膜電晶體4010、4011的閘極電極層相同的導電膜形成。
連接端子4015藉由各向異性導電膜4019電連接到FPC4018所具有的端子。
此外,雖然在圖24A至24C中示出另行形成信號線驅動電路4003並將它安裝在第一基板4001上的例子,但是本實施例不局限於該結構。既可以另行形成掃描線驅動電路而安裝,又可以另行僅形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分而安裝。
圖25示出使用應用本發明的一個實施例製造的TFT基板2600來構成液晶顯示模組作為半導體裝置的一例。
圖25是液晶顯示模組的一例,利用密封材料2602固定TFT基板2600和對置基板2601,並在其間設置包括
TFT等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605來形成顯示區。在進行彩色顯示時需要著色層2605,並且當採用RGB方式時,對應於各像素設置有分別對應於紅色、綠色、藍色的著色層。在TFT基板2600和對置基板2601的外側配置有偏振片2606、偏振片2607、擴散板2613。光源由冷陰極管2610和反射板2611構成,電路基板2612利用撓性線路板2609與TFT基板2600的佈線電路部2608連接,且其中組裝有控制電路及電源電路等的外部電路。此外,可以以在偏振片和液晶層之間具有相位差板的狀態層疊。
作為液晶顯示模組可以採用TN(扭曲向列;Twisted Nematic)模式、IPS(平面內轉換;In-Plane-Switching)模式、FFS(邊緣電場轉換;Fringe Field Switching)模式、MVA(多疇垂直取向;Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(垂直取向構型;Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(軸對稱排列微胞;Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(光學補償彎曲;Optical Compensated Birefringence)模式、FLC(鐵電性液晶;Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(反鐵電性液晶;AntiFerroelectric Liquid Crystal)模式等。
藉由上述製程,可以製造作為半導體裝置的可靠性高的顯示面板。
本實施例可以與其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
根據本發明的一個實施例的半導體裝置可以應用於電子紙。電子紙可以用於顯示資訊的所有領域的電子設備。例如,可以將電子紙應用於電子書籍(電子書)、招貼、電車等的交通工具的車廂廣告、信用卡等的各種卡片中的顯示等。圖31A和31B以及圖32示出電子設備的一例。
圖31A示出使用電子紙製造的海報2631。在廣告媒體是紙印刷物的情況下用手進行廣告的交換,但是如果使用應用本發明的一個實施例的電子紙,則在短時間內能夠改變廣告的顯示內容。此外,顯示不會打亂而可以獲得穩定的圖像。注意,海報也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。
此外,圖31B示出電車等的交通工具的車廂廣告2632。在廣告媒體是紙印刷物的情況下用手進行廣告的交換,但是如果使用應用本發明的一個實施例的電子紙,則在短時間內不需要許多人手地改變廣告的顯示內容。此外,顯示不會打亂而可以得到穩定的圖像。注意,車廂廣告也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。
另外,圖32示出電子書籍2700的一例。例如,電子書籍2700由兩個框體,即框體2701及框體2703構成。框體2701及框體2703由軸部2711形成為一體,且可以以該軸部2711為軸進行開閉工作。藉由這種結構,可以進行如紙的書籍那樣的工作。
框體2701組裝有顯示部2705,而框體2703組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連續的畫面的結構,又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由採用顯示不同的畫面的結構,例如在右邊的顯示部(圖32中的顯示部2705)中可以顯示文章,而在左邊的顯示部(圖32中的顯示部2707)中可以顯示圖像。
此外,在圖32中示出框體2701具備操作部等的例子。例如,在框體2701中,具備電源2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意,也可以採用在與框體的顯示部相同的面具備鍵盤及定位裝置等的結構。另外,也可以採用在框體的背面及側面具備外部連接用端子(耳機端子、USB端子或可與AC配接器及USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。再者,電子書籍2700也可以具有電子詞典的功能。
此外,電子書籍2700也可以採用以無線的方式收發資訊的結構。還可以採用以無線的方式從電子書籍伺服器購買所希望的書籍資料等,然後下載的結構。
根據本發明的一個實施例的半導體裝置可以應用於各種電子設備(包括遊戲機)。作為電子設備,可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機或數位攝像機等的影像拍攝裝置、數位相
框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可擕式遊戲機、可擕式資訊終端、聲音再現裝置、彈珠機等的大型遊戲機等。
圖33A示出電視裝置9600的一例。在電視裝置9600中,框體9601組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示圖像。此外,在此示出利用支架9605支撐框體9601的結構。
可以藉由利用框體9601所具備的操作開關、另行提供的遙控操作機9610進行電視裝置9600的操作。藉由利用遙控操作機9610所具備的操作鍵9609,可以進行頻道及音量的操作,並可以對在顯示部9603上顯示的圖像進行操作。此外,也可以採用在遙控操作機9610中設置顯示從該遙控操作機9610輸出的資訊的顯示部9607的結構。
注意,電視裝置9600採用具備接收機及數據機等的結構。可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者,藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路,從而進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)的資訊通信。
圖33B示出數位相框9700的一例。例如,在數位相框9700中,框體9701組裝有顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種圖像,例如藉由顯示使用數位相機等拍攝的圖像資料,可以發揮與一般的相框同樣的功能。
注意,數位相框9700採用具備操作部、外部連接用
端子(USB端子、可以與USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部相同的面,但是藉由將它設置在側面或背面上來提高設計性,所以是較佳的。例如,可以對數位相框的記錄媒體插入部插入儲存有由數位相機拍攝的圖像資料的記憶體並提取圖像資料,然後可以將所提取的圖像資料顯示於顯示部9703。
此外,數位相框9700既可以採用以無線的方式收發資訊的結構,又可以以無線的方式提取所希望的圖像資料並進行顯示的結構。
圖34A示出一種可擕式遊戲機,其由框體9881和框體9891的兩個框體構成,並且藉由連接部9893可以開閉地連接。框體9881安裝有顯示部9882,並且框體9891安裝有顯示部9883。另外,圖31A所示的可擕式遊戲機還具備揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(即,具有測定如下因素的功能的裝置:力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動數、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)、以及麥克風9889)等。當然,可擕式遊戲機的結構不局限於上述結構,只要採用如下結構即可:至少具備根據本發明的一個實施例的半導體裝置。因此,可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖34A所示
的可擕式遊戲機具有如下功能:讀出儲存在記錄媒體中的程式或資料並將它顯示在顯示部上;以及藉由與其他可擕式遊戲機進行無線通信而共用資訊。注意,圖34A所示的可擕式遊戲機所具有的功能不局限於此,而可以具有各種各樣的功能。
圖34B示出大型遊戲機的一種的自動賭博機(吃角子老虎)9900的一例。在自動賭博機9900的框體9901中安裝有顯示部9903。另外,自動賭博機9900還具備如起動手柄或停止開關等的操作單元、投幣孔、揚聲器等。當然,自動賭博機9900的結構不局限於此,只要採用如下結構即可:至少具備根據本發明的一個實施例的半導體裝置。因此,可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖35示出行動電話機1000的一例。行動電話機1000除了安裝在框體1001的顯示部1002之外還具備操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
圖35所示的行動電話機1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入資訊。此外,可以用手指等觸摸顯示部1002來進行打電話或電子郵件的輸入的操作。
顯示部1002的螢幕主要有三個模式。第一是以圖像的顯示為主的顯示模式,第二是以文字等的資訊的輸入為主的輸入模式,第三是顯示模式和輸入模式的兩個模式混合的顯示與輸入模式。
例如,在打電話或製作電子郵件的情況下,將顯示部
1002設定為以文字輸入為主的文字輸入模式,並進行在螢幕上顯示的文字的輸入操作,即可。在此情況下,較佳的是,在顯示部1002的螢幕的大多部分中顯示鍵盤或號碼按鈕。
此外,藉由在行動電話機1000的內部設置具有陀螺儀和加速度感測器等檢測傾斜度的感測器的檢測裝置,判斷行動電話機1000的方向(行動電話機1000處於垂直或水準的狀態時變為豎向方式或橫向方式),而可以對顯示部1002的螢幕顯示進行自動切換。
藉由觸摸顯示部1002或對框體1001的操作按鈕1003進行操作,切換螢幕模式。此外,還可以根據顯示在顯示部1002上的圖像種類切換螢幕模式。例如,當顯示在顯示部上的圖像信號為動態圖像的資料時,將螢幕模式切換成顯示模式,而當顯示在顯示部上的圖像信號為文字資料時,將螢幕模式切換成輸入模式。
另外,當在輸入模式中藉由檢測出顯示部1002的光感測器所檢測的信號得知在一定期間中沒有顯示部1002的觸摸操作輸入時,也可以以將螢幕模式從輸入模式切換成顯示模式的方式進行控制。
還可以將顯示部1002用作圖像感測器。例如,藉由用手掌或手指觸摸顯示部1002,來拍攝掌紋、指紋等,而可以進行個人識別。此外,藉由在顯示部中使用發射近紅外光的背光燈或發射近紅外光的感測用光源,也可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。
在本實施例中,示出薄膜電晶體為通道保護型薄膜電晶體的例子。因此,除此以外的部分與實施例1或實施例2同樣,而省略與實施例1或實施例2相同的部分或具有與實施例1或實施例2相同的功能的部分及製程的重複說明。
下面,參照圖36說明用於半導體裝置的薄膜電晶體175。
如圖36所示,在基板100上設置有薄膜電晶體175,該薄膜電晶體175包括閘極電極層101、閘極絕緣層102、半導體層103、通道保護層108、源區或汲區104a及104b、源極電極層或汲極電極層105a及105b。
在本實施例的薄膜電晶體175中,在半導體層103的通道形成區域上設置有通道保護層108。因為通道保護層108用作通道截斷環,所以半導體層103不被蝕刻。還可以不接觸空氣地連續形成閘極絕緣層102、半導體層103以及通道保護層108。藉由不接觸空氣地連續形成所層疊的薄膜,可以提高生產率。
作為通道保護層108,可以使用無機材料(氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁等)。作為製造方法,可以採用濺射法。
半導體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體層,源區或汲區104a、104b是包含In、Ga及Zn的
氧缺少氧化物半導體層。
在本發明的實施例之一中,不特別局限於對閘極絕緣層102進行氧自由基處理,從而在本實施例中示出不進行氧自由基處理的例子。注意,在進行氧自由基處理的情況下,在形成閘極絕緣層102之後對閘極絕緣層表面進行氧自由基處理以形成氧過剩區域。另外,連續形成閘極絕緣層102及半導體層103。
源區及汲區104a、104b的氧缺少氧化物半導體層包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,其載流子濃度高於半導體層103。
在本實施例中,藉由作為薄膜電晶體採用閘極電極層、閘極絕緣層、半導體層(氧過剩氧化物半導體層)、源區或汲區(氧缺少氧化物半導體層)、源極電極層和汲極電極層的疊層結構,並使用在氧缺少氧化物半導體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區或汲區,能夠在半導體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄,也因為相對於閘極絕緣層的比例充分而能夠十分抑制寄生電容。
根據本實施例可以得到光電流少、寄生電容小、開關比高的薄膜電晶體,而可以製造具有良好的工作特性的薄膜電晶體。因此,可以提供具有電特性高並可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
在本實施例中,示出本發明的實施例之一的薄膜電晶體為頂閘極型薄膜電晶體的例子。因此,除此以外的部分與實施例1或實施例2同樣,而省略與實施例1或實施例2相同的部分或具有與實施例1或實施例2相同的功能的部分及製程的重複說明。
下面,參照圖37說明用於半導體裝置的薄膜電晶體176。
如圖37所示,在基板100上設置有薄膜電晶體176,該薄膜電晶體176包括源極電極層或汲極電極層105a及105b、源區或汲區104a及104b、半導體層103、閘極絕緣層102、閘極電極層101。
半導體層103是包含In、Ga及Zn的氧過剩氧化物半導體層,源區或汲區104a、104b是包含In、Ga及Zn的氧缺少氧化物半導體層。
在形成半導體層103之後,優選對半導體層103表面進行氧自由基處理以形成氧過剩區域。另外,連續形成半導體層103和閘極絕緣層102。
在本實施例中,在半導體層103上層疊藉由濺射法形成的氧化矽膜及藉由電漿CVD法形成的氮化矽膜作為閘極絕緣層102。
具有氧過剩區域的閘極絕緣層和氧過剩氧化物半導體層很好搭配,從而能夠得到優良的介面特性。
源區及汲區104a、104b的氧缺少氧化物半導體層包含其尺寸為1nm以上10nm以下的晶粒,其載流子濃度高
於半導體層103。
在本實施例中,藉由作為薄膜電晶體採用閘極電極層、閘極絕緣層、半導體層(氧過剩氧化物半導體層)、源區或汲區(氧缺少氧化物半導體層)、源極電極層和汲極電極層的疊層結構,並使用在氧缺少氧化物半導體層中含有晶粒的載流子濃度高的源區或汲區,能夠在半導體層的厚度薄的情況下抑制寄生電容。即使厚度薄,也因為相對於閘極絕緣層的比例充分而能夠十分抑制寄生電容。
根據本實施例可以得到光電流少、寄生電容小、開關比高的薄膜電晶體,而可以製造具有良好的工作特性的薄膜電晶體。因此,可以提供具有電特性高並可靠性高的薄膜電晶體的半導體裝置。
本實施例可以與其他實施例適當地組合而實施。
100‧‧‧基板
101‧‧‧閘極電極層
102‧‧‧閘極絕緣層
103‧‧‧半導體層
104a‧‧‧源區或汲區
104b‧‧‧源區或汲區
105a‧‧‧源極電極層或汲極電極層
105b‧‧‧源極電極層或汲極電極層
107a,107b‧‧‧絕緣膜
Claims (10)
- 一種顯示裝置,包含:閘極電極;該閘極電極上之第一絕緣膜;該第一絕緣膜上之第二絕緣膜;該第二絕緣膜上之氧化物半導體層;與該氧化物半導體層電連接之源極電極;與該氧化物半導體層電連接之汲極電極;該氧化物半導體層上之第三絕緣膜;該第三絕緣膜上之第四絕緣膜;該第四絕緣膜上之第五絕緣膜;及該第四絕緣膜上之密封材料,其中:該氧化物半導體層,係包含銦、鎵、及鋅,該源極電極及該汲極電極,係各具有第一鈦、該第一鈦上之鋁、及該鋁上之第二鈦,該氧化物半導體層,係具有於藉透射電子顯微鏡所得之剖面影像,觀察到晶界為模糊之結晶的區域,該氧化物半導體層中的該結晶大小為1nm至10nm,該區域,係位於與該第一鈦相接之處,該區域的氧濃度係比該氧化物半導體層的氧濃度還低,該區域,係具有供應載體之功能,該第一絕緣膜,係含氮與矽, 該第二絕緣膜,係含氧與矽,該第三絕緣膜,係含氧與矽,該第四絕緣膜,係含氮與矽,該第五絕緣膜,係含有機材料,該密封材料,係具有與該第四絕緣膜相接之區域。
- 如申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中,該第二絕緣膜,係具有藉採用二次離子質譜分析計之分析所得的氫濃度為2×1019cm-3以下之區域。
- 如申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中,該第二絕緣膜之氧濃度,係趨向與該氧化物半導體層之界面而增加。
- 如申請專利範圍第1項之顯示裝置,其中,該第一絕緣膜或該第二絕緣膜,係具有藉採用二次離子質譜分析法之分析所得的鹵素濃度為1×1015cm-3以上、1×1020cm-3以下的區域。
- 一種顯示裝置,包含:閘極電極;該閘極電極上之閘極絕緣膜;該閘極絕緣膜上之氧化物半導體層;與該氧化物半導體層電連接之源極電極;與該氧化物半導體層電連接之汲極電極;該氧化物半導體層上之第一絕緣膜;該第一絕緣膜上之第二絕緣膜;及該第一絕緣膜上之密封材料, 其中:該氧化物半導體層,係包含銦、鎵、及鋅;該源極電極及該汲極電極,係各具有第一鈦、該第一鈦上之鋁、及該鋁上之第二鈦,該氧化物半導體層,係具有於藉透射電子顯微鏡所得之剖面影像,觀察到晶界為模糊之結晶的區域,該氧化物半導體層中的該結晶大小為1nm至10nm,該區域,係位於與該第一鈦相接之處,該區域的氧濃度係比該氧化物半導體層的氧濃度還低,該區域,係具有供應載體之功能,該第一絕緣膜係含無機材料,該第二絕緣膜,係含有機材料。
- 如申請專利範圍第1或5項之顯示裝置,其中,該有機材料,係聚醯亞胺或丙烯酸。
- 如申請專利範圍第1或5項之顯示裝置,其中,該閘極電極,係具有銅。
- 一種氧缺少氧化物半導體膜,其中:具有In、Ga、Zn,於藉透射電子顯微鏡所得之觀察到分散存在的晶粒之剖面影像,存在模糊之晶界。
- 一種氧缺少氧化物半導體膜,其中:具有In、Ga、Zn,於藉透射電子顯微鏡所得之觀察到分散存在的晶粒之 剖面影像,存在不明確之晶界。
- 如申請專利範圍第8或9項之氧缺少氧化物半導體膜,其中,該晶粒,係具有1nm至10nm之大小。
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