[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有由将氧化物半导体膜用作沟道形成区的薄膜晶体管(以下，称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，涉及将以液晶显示面板为代表的电光装置或具有有机发光元件的发光显示装置作为部件而安装的电子设备。

另外，本说明书中的半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

近年来，对在配置为矩阵状的每个显示像素中设置由TFT构成的开关元件的有源矩阵型显示装置(液晶显示装置、发光显示装置或电泳显示装置)正在积极地进行研究开发。由于有源矩阵型显示装置在各个像素(或每个点)中设置开关元件，与单纯矩阵方式相比，在增加像素密度的情况下能够以低电压进行驱动而具有优势。

另外，将氧化物半导体膜用作沟道形成区来形成薄膜晶体管(TFT)等，并且将其应用于电子器件或光器件的技术受到关注。例如，可以举出将氧化锌(ZnO)用作氧化物半导体膜的TFT、或使用InGaO₃(ZnO) _m的TFT。在专利文献1和专利文献2中公开有如下技术：将使用这些氧化物半导体膜的TFT形成在具有透光性的衬底上，并将其应用于图像显示装置的开关元件等。

[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

对于将氧化物半导体膜用作沟道形成区的薄膜晶体管，要求工作速度快，制造工序相对简单，并且具有充分的可靠性。

在形成薄膜晶体管时，源电极和漏电极使用低电阻的金属材料。 尤其是，在制造用于进行大面积显示的显示装置时，起因于布线的电阻的信号迟延问题较为显著。所以，作为布线或电极的材料优选使用电阻值低的金属材料。当薄膜晶体管采用由电阻值低的金属材料构成的源电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的结构时，有可能导致接触电阻增大。可以认为以下原因是导致接触电阻增大的要因之一：在源电极和漏电极与氧化物半导体膜的接触面上形成有肖特基结。

并且，在源电极和漏电极与氧化物半导体膜直接接触的部分中形成电容，并且频率特性(称为f特性)降低，有可能妨碍薄膜晶体管的高速工作。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种在使用含有铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物半导体膜的薄膜晶体管中，减小了源电极或漏电极的接触电阻的薄膜晶体管及其制造方法。

此外，本发明的目的之一还在于提高使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜的薄膜晶体管的工作特性或可靠性。

另外，本发明的目的之一还在于降低使用含有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性。尤其是，在液晶显示装置中，在各元件间的不均匀性较大的情况下，有可能发生起因于该TFT特性的不均匀性的显示不均匀。

此外，在具有发光元件的显示装置中，当以在像素电极中有一定的电流流过的方式设置的TFT(配置在驱动电路或像素中的向发光元件供给电流的TFT)的导通电流(I_on)的不均匀性较大时，有可能引起在显示画面中的亮度的不均匀。

以上，本发明的目的在于解决上述问题的至少一个。

本发明的一个方式的要旨在于：使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜作为半导体层，并且包括在半导体层与源电极层和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，也将使用含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜形成的半导体层表示为“IGZO半导体层”。

源电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触，更优选尽可能地降低该接触电阻。与此相同，漏电极层与IGZO半导体层需要欧姆接触，更优选尽可能地降低该接触电阻。

由此，在源电极层和漏电极层与IGZO半导体层之间，通过意图性地设置比IGZO半导体层载流子浓度高的缓冲层来形成欧姆接触。

作为缓冲层使用具有n型导电型并含有In、Ga及Zn的氧化物半导体膜。还可以使缓冲层含有赋予n型的杂质元素。至于杂质元素，例如可以使用镁、铝、钛、铁、锡、钙、锗、钪、钇、锆、铪、硼、铊、铅等。通过将镁、铝、钛等包含在缓冲层中，可以起到对氧的阻挡效果等，并通过成膜后的加热处理等可以将半导体层的氧浓度保持于最佳的范围内。

缓冲层用作n⁺层，还可以称为漏区或源区。