[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本申请为同一申请人于2009年7月31日提交的申请号为200910159685.3、发明名称为“半导体装置及其制造方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及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学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发挥功能的所有装置。电光学装置、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）进行着积极的研究开发，在该有源矩阵型显示装置中的配置为矩阵状的显示像素的每个中设置由TFT构成的开关元件。在有源矩阵型显示装置中，每个像素（或1个点）设置有开关元件，且在其像素密度与简单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或专利文献2等中公开了将这些使用氧化物半导体膜的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

[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055

在有源矩阵型显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性很重要，且该电特性影响到显示装置的性能。特别是，在薄膜晶体管的电特性中，阈值电压（Vth）很重要。在场效应迁移率高、阈值电压值也高，或场效应迁移率高、阈值电压值为负的情况下，作为电路难以控制。在采用阈值电压值高且阈值电压的绝对值大的薄膜晶体管的情况下有如下忧虑，即在驱动电压低的状态下不能发挥作为TFT的开关功能，而是成为负载。此外，当阈值电压值为负时，容易处于所谓的常导通（normallyon）状态，其中即使栅极电压为0V，也在源电极和漏电极之间流过电流。

在n沟道型薄膜晶体管的情况下，优选采用只有当对栅极电压施加正电压时，才形成沟道而开始产生漏极电流的晶体管。如下晶体管不适合用于电路的薄膜晶体管：除非增高驱动电压，否则不形成沟道的晶体管；在负电压状态下也形成沟道而流过漏极电流的晶体管。

本发明的课题之一在于：提供一种结构，该结构是使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的栅极电压尽量相近于0V的正阈值电压形成沟道的。

另外，本发明的课题之一还在于：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偏差。尤其是，在液晶显示装置中，当各个元件之间的偏差大时，有发生起因于其TFT特性的偏差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恒定的电流的TFT（驱动电路的TFT或配置于像素的对发光元件供给电流的TFT）的导通电流（I_on）的偏差大时，在显示画面中产生亮度的偏差。

薄膜晶体管的阈值电压值被认为受到氧化物半导体层的界面、即氧化物半导体层和栅绝缘膜的界面，或氧化物半导体层和电极的界面所带来的很大的影响。

于是，通过在清洁的状态下形成这些界面，可以提高薄膜晶体管的电特性并防止制造工序的复杂化，从而实现具备量产性和高性能的薄膜晶体管。

发明内容

不接触于大气地利用溅射法或PCVD法来连续地形成栅绝缘膜、氧化物半导体层、沟道保护膜的三层，以便在清洁状态下形成上述界面。优选的是，通过在减压下连续地形成这三层可以实现具有良好的界面的氧化物半导体层，并且可以实现TFT的截止时的泄漏电流低且电流驱动能力高的薄膜晶体管。

本说明书中所公开的一个实施方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在具有绝缘表面的衬底上形成栅电极；通过溅射法不接触于大气地层叠栅电极上的第一绝缘膜、第一绝缘膜上的氧化物半导体层、氧化物半导体层上的第二绝缘膜；选择性地蚀刻第二绝缘膜并在重叠于栅电极的位置上形成保护膜；将保护膜用作掩模来蚀刻氧化物半导体层的上层；在氧化物半导体层及保护膜上形成导电膜；将保护膜用作蚀刻停止层来选择性地蚀刻上述导电膜。

本发明解决至少一个上述课题。