[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的一个方式涉及一种包括由将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管(下面称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，本发明的一个方式涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置及具有有机发光元件的发光显示装置用作部件而安装的电子设备。 

注意，在本说明书中，半导体装置是指利用半导体特性来能够发挥功能的所有装置。电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。 

背景技术

近年来，对一种有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示装置、电泳显示装置)正在进行积极的研究开发，在该有源矩阵型显示装置中的配置为矩阵状的每个显示像素中设置由薄膜晶体管(TFT)构成的开关元件。在有源矩阵型显示装置中，每个像素(或每一个点)设置有开关元件，且在其像素密度与单纯矩阵方式相比增加的情况下可以进行低电压驱动，所以是有利的。 

此外，将氧化物半导体膜用于沟道形成区来制造薄膜晶体管(TFT)等并应用于电子器件及光器件的技术受到关注。例如，可举出将ZnO用作氧化物半导体膜的TFT及将InGaO₃(ZnO)_m用作氧化物半导体膜的TFT。在专利文献1、专利文献2等中公开将这种使用氧化物半导体膜形成的TFT形成在具有透光性的衬底上并用作图像显示装置的开关元件等的技术。 

[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报 

[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报 

对将氧化物半导体膜用于沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作速 度高，制造工序较简单，具有充分的可靠性。 

当形成薄膜晶体管时，作为源电极层及漏电极层使用低电阻的金属材料。尤其是，当制造进行大面积的显示的显示装置时，明显地出现布线的电阻所引起的信号的延迟问题。因此，作为布线及电极的材料，优选使用电阻值低的金属材料。另一方面，当采用由电阻值低的金属材料构成的源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜直接接触的薄膜晶体管结构时，有接触电阻增高的忧虑。在源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜的接触面形成肖特基结的现象被认为是接触电阻增高的原因之一。 

再者，还有如下忧虑：在源电极层及漏电极层和氧化物半导体膜直接接触的部分形成电容，频率特性(被称为f特性)降低，因此阻碍薄膜晶体管的高速工作。 

发明内容

本发明的一个方式的课题之一在于：提供一种使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管，其中降低源电极及漏电极和氧化物半导体层的接触电阻，并且还提供其制造方法。 

此外，本发明的一个方式的课题之一还在于：提高使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性及可靠性。 

另外，本发明的一个方式的课题之一还在于：减少使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的不均匀。尤其是，在液晶显示装置中，当各个元件之间的不均匀大时，有发生起因于其TFT特性的不均匀的显示不均匀的忧虑。 

此外，在具有发光元件的显示装置中，也有如下忧虑：当配置为在像素电极中流过一定的电流的TFT(配置于驱动电路或对像素的发光元件供给电流的TFT)的导通电流(I_on)的不均匀大时，在显示屏中产生亮度的不均匀。如上所述，本发明的一个方式的目的在于解决上述课题中的至少一个。 

本发明的一个方式的要旨在于：使用包含In、Ga及Zn的氧化物 半导体层作为半导体层，并包括在半导体层和源电极层及漏电极层之间设置有缓冲层的反交错型(底栅结构)的薄膜晶体管。 

在本说明书中，将使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜形成的半导体层也表示为“IGZO半导体层”。 

源电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。再者，优选尽量减少该接触电阻。同样地，漏电极层和IGZO半导体层需要实现欧姆接触。再者，优选尽量减少该接触电阻。 

于是，通过在源电极层及漏电极层和IGZO半导体层之间意图性地设置载流子浓度比IGZO半导体层高的缓冲层形成欧姆接触。 

作为缓冲层，使用具有n型导电型的包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。也可以使缓冲层包含赋予n型的杂质元素。作为杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、钪、钇、锆、铪、硼、铊、锗、锡、铅等。当使缓冲层包含镁、铝、钛等时，发挥对氧的阻挡效果等，且通过成膜之后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最合适的范围内。