[发明专利]薄膜晶体管及其制造方法、以及显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有氧化物半导体层作为沟道(活性层)的薄膜晶体管 (TFT)、制造该薄膜晶体管的方法、以及利用薄膜晶体管的显示装置。

背景技术

诸如氧化锌、氧化铟镓锌(InGaAnO)等的氧化物半导体显示了作为 半导体器件的活性层的优良属性。近年来，针对TFT、发光器件、透明导 电膜等的应用，正在对氧化物半导体进行研发。例如，利用氧化物半导体 的TFT比现有的液晶显示装置中使用的利用无定形硅(a-Si:H)的TFT 具有更高的电子迁移率，并具有优良的电气属性。还存在即使在室温附近 的低温情况下也可以预期到较高的电子迁移率。

另一方面，公知的是，氧化物半导体的热阻抗是不足的，通过TFT制 造工艺中的热处理，氧、锌等析出，并发生晶格缺陷。该晶格缺陷在电气 方面引起氧化物半导体层中较浅的杂质水平和较低的阻抗。因此，其操作 成为常开型的操作，即，其中在不施加栅极电压的情况下漏极电流流动的 耗尽型。缺陷水平变得较高，阈值电压降低，并且泄漏电流增大。因此存 在利用氧化物半导体的TFT的特性波动较大的缺点(J.Non-Crystalline Solids 354(2008)2826)。

为了克服此缺点，提出了一种技术，例如，与由氧化物半导体制成的 沟道层接触的栅极绝缘膜由无定形氧化铝(Al₂O₃)制成，并被用作减小界 面中的缺陷水平的密封膜(例如，见日本专利No.3,913,756)。

发明内容

但是，当氧化铝用于密封膜(栅极绝缘膜)时，发生如下问题：氧化 铝中的铝(Al)在氧化物半导体中扩散，并且长期属性劣化。此外，还存 在另一个问题：难以执行在氧化铝和氧化物半导体之间的选择性刻蚀，处 理边界较窄，并且成品率较低。

期望提供一种薄膜晶体管及其制造方法，能够抑制密封膜的元素扩散 到沟道层(氧化物半导体)中。

还期望提供一种薄膜晶体管及其制造方法，其实现了对密封膜和沟道 层(氧化物半导体)的选择性刻蚀，并期望提供一种通过利用该薄膜晶体 管实现稳定显示的显示装置。

根据本发明的实施例，提供了一种薄膜晶体管，包括：栅极电极；沟 道层，其主要成分是氧化物半导体；栅极绝缘膜，其设置在所述栅极电极 和所述沟道层之间；密封层，其设置在所述沟道层的与所述栅极电极相对 的一侧上；以及一对电极，其与所述沟道层接触并用作源极和漏极。所述 密封层具有两层结构，所述两层结构至少由和第二绝缘膜形成，第一绝缘 膜由第一绝缘材料制成，第二绝缘膜由第二绝缘材料制成。所述第二绝缘 材料具有对所述氧化物半导体和所述第一绝缘材料每一者的刻蚀选择性， 并且设置在所述第一绝缘膜和所述沟道层之间。

所述氧化物半导体是ZnO、ITO和In-M-Zn-O中的至少一者(其中M 表示Ga、Al、Fe和Sn中的至少一者)。例如，所述第一绝缘材料是 Al₂O₃，并且所述第二绝缘材料是SiO_X、SiN_X、Y₂O₃、TaO和HfO及其氮 氧化合物中的至少一者。

在该薄膜晶体管中，具有对所述氧化物半导体和所述第一绝缘材料每 一者的刻蚀选择性的第二绝缘膜被设置在其主要成分为氧化物半导体的沟 道层和诸如Al₂O₃之类的第一绝缘膜之间。因此，抑制了第一绝缘膜中的 元素扩散到沟道层中，并且能够用第一绝缘膜和沟道层之间的第二绝缘膜 进行对第一绝缘膜和沟道层的选择性刻蚀。

根据本发明的实施例的薄膜晶体管的第一制造方法涉及底栅极型薄膜 晶体管的制造方法，并包括以下步骤(要素)：

(A1)在衬底上形成栅极电极；

(B1)在所述栅极电极上形成栅极绝缘膜，此后，在所述栅极绝缘膜 上形成其主要成分为氧化物半导体的沟道层；

(C1)在所述沟道层上按顺序形成由第二绝缘材料制成的第二绝缘膜 和由第一绝缘材料制成的第一绝缘膜；

(D1)在所述第一绝缘膜上形成沟道保护膜，此后，利用所述第二绝 缘膜作为停止层来刻蚀所述第一绝缘膜；

(E1)利用处理后的所述第一绝缘膜作为掩模并利用所述沟道层作为 停止层来刻蚀所述第二绝缘膜；