[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本申请是2009年10月23日提交的题为“半导体装置的制造方法”的发明专利申请No.200910207024.3的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用氧化物半导体的半导体装置及其制造方法。

背景技术

以液晶显示装置为代表的形成在玻璃衬底等的平板上的薄膜晶体管使用非晶硅、多晶硅制造。使用非晶硅的薄膜晶体管具有如下特性：虽然其场效应迁移率低，但是可以对应于玻璃衬底的大面积化。另一方面，使用结晶硅的薄膜晶体管具有如下特性：虽然其场效应迁移率高，但是需要进行激光退火等的晶化工序，因此其不一定适合于玻璃衬底的大面积化。

另一方面，使用氧化物半导体制造薄膜晶体管，并将其应用于电子装置和光装置的技术受到注目。例如，专利文献1及专利文献2公开作为氧化物半导体膜使用氧化锌、In-Ga-Zn-O类氧化物半导体来制造薄膜晶体管，并将其用于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

在氧化物半导体中设置有沟道形成区的薄膜晶体管可以实现比使用非晶硅的薄膜晶体管更高的场效应迁移率。作为氧化物半导体膜，可以利用溅射法等在300℃以下的温度下形成，其制造工序比使用多晶硅的薄膜晶体管简单。

使用上述氧化物半导体在玻璃衬底、塑料衬底等上形成薄膜晶体管，并可以期待将其应用于液晶显示器、电致发光显示器或电子纸等。

另外，当制造薄膜晶体管时，采用使用多个曝光掩模(也称作光掩模)，并且通过光刻工序形成叠层结构的方法。但是，光刻工序是包括多个工序的工序，其是对制造成本、成品率及生产率等形成较大影响的主要原因之一。其中，设计或制造成本高的曝光掩模数的缩减是重要课题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一在于通过缩减曝光掩模数而将光刻工序简化来以低成本且高生产率地制造半导体装置。

在反交错型薄膜晶体管的半导体装置的制造方法中，使用掩模层进行蚀刻工序，该掩模层由用作透过的光变成多个强度的曝光掩模的多级灰度掩模形成。

使用多级灰度掩模形成的掩模层成为具有多个膜厚的形状，并且通过进行蚀刻可以进一步改变其形状，所以可以用于加工为不同的图案的多个蚀刻工序。因此，使用一个多级灰度掩模可以形成对应于至少两种以上的不同的图案的掩模层。由此，可以缩减曝光掩模数且可以缩减对应的光刻工序，所以可以实现工序的简化。

在反交错型薄膜晶体管的制造工序中，进行将半导体膜以及导电膜加工为岛状的蚀刻工序（第一蚀刻工序），以及将导电膜和半导体膜蚀刻加工成源电极层、漏电极层以及具有凹部的半导体层的蚀刻工序（第二蚀刻工序）。采用利用蚀刻气体的干蚀刻进行该第一蚀刻工序以及第二蚀刻工序。

作为蚀刻气体，优选采用含有氯的气体（氯类气体，例如Cl₂、BCl₃、SiCl₄等）。还可以采用对上述气体中加入了氧或稀有气体（例如Ar等）的蚀刻气体。

作为本说明书中所使用的氧化物半导体，形成由InMO₃（ZnO）_m（m＞O）表示的薄膜，来制造将该薄膜作为半导体层的薄膜晶体管。另外，作为M，其表示选自镓（Ga）、铁（Fe）、镍（Ni）、锰（Mn）或钴（Co）中的一种金属元素或多种金属元素。例如，作为M，除了包含Ga之外，还有Ga和Ni或Ga和Fe等包含Ga以外的上述元素的情况。另外，在上述氧化物半导体中，除了包含作为M的金属元素之外，作为杂质元素有时包含Fe、Ni以及其他过渡金属或该过渡金属的氧化物。在本说明书中也将该薄膜称为In-Ga-Zn-O类非单晶膜。

作为In-Ga-Zn-O类非单晶膜的结晶结构，由于在利用溅射法进行成膜后，以200℃至500℃，典型的是300℃至400℃进行10分至100分的加热处理，在XRD（X线分析）的分析中观察为非晶结构。另外，当薄膜晶体管的电特性在栅极电压为±20V时，可以制造导通截止比为10⁹以上，迁移率为10以上的In-Ga-Zn-O类非单晶膜。