相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)基于并主張2016年1月8日提交的日本在先專利申請(qǐng)no.2016-002595號(hào)的優(yōu)先權(quán)的利益，這里通過參照將其全部?jī)?nèi)容引用于此。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及薄膜晶體管。

背景技術(shù)：

例如作為適用于液晶顯示器等顯示裝置或各種控制電路等的薄膜晶體管，開發(fā)了在半導(dǎo)體層中使用了由氧化物構(gòu)成的半導(dǎo)體的薄膜晶體管。在這樣的薄膜晶體管中，通過由與半導(dǎo)體層接觸設(shè)置的氧化膜向半導(dǎo)體層供給氧，從而調(diào)整例如閾值電壓等的電氣特性。但是，氧化膜的成膜速率(rate)較低，制造需要時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本實(shí)施方式，提供薄膜晶體管，該薄膜晶體管具備第1絕緣膜、設(shè)置在上述第1絕緣膜之上的氧化物半導(dǎo)體層、和設(shè)置在上述氧化物半導(dǎo)體層之上的第2絕緣膜，上述第1絕緣膜和上述第2絕緣膜的至少一方具有與上述氧化物半導(dǎo)體層接觸的第1區(qū)域和比上述第1區(qū)域更遠(yuǎn)離上述氧化物半導(dǎo)體層的第2區(qū)域，上述第2區(qū)域具有比上述第1區(qū)域高的氬濃度。

根據(jù)本實(shí)施方式，提供薄膜晶體管，該薄膜晶體管具備由氧化硅構(gòu)成的第1絕緣膜、由氧化硅構(gòu)成的第2絕緣膜、位于上述第1絕緣膜與上述第2絕緣膜之間的氧化物半導(dǎo)體層，上述第1絕緣膜具有膜質(zhì)不同的第1區(qū)域和第2區(qū)域，上述第1區(qū)域與上述氧化物半導(dǎo)體層接觸，上述第2區(qū)域比上述第1區(qū)域更遠(yuǎn)離上述氧化物半導(dǎo)體層。

根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供可縮短制造時(shí)間的薄膜晶體管。

附圖說明

圖1是概略地表示第一實(shí)施方式的薄膜晶體管的一例的剖視圖。

圖2是概略地表示圖1所示的薄膜晶體管的制造方法的剖視圖。

圖3是概略地表示第二實(shí)施方式的薄膜晶體管的一例的圖。

圖4是概略地表示第三實(shí)施方式的薄膜晶體管的一例的圖。

圖5是表示使用了上述實(shí)施方式的薄膜晶體管的顯示裝置的一例的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下邊參照附圖邊對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，披露的只是一個(gè)例子，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主旨內(nèi)很容易想到符合本發(fā)明的精神的適當(dāng)?shù)淖兓?。此外，在某些情況下，為了使描述更加清晰，各部分的寬度、厚度、形狀等與實(shí)際狀況相比在附圖中示意性地示出。然而，示意圖只是一個(gè)例子，其對(duì)本發(fā)明的解釋不加以限制。此外，在說明書和附圖中，對(duì)于與在先的附圖中描述過的結(jié)構(gòu)單元具有相同的或相似的功能的結(jié)構(gòu)單元，賦予相似的標(biāo)號(hào)，重復(fù)的詳細(xì)描述除非必要將予以省略。

(第一實(shí)施方式)

圖1是概略地表示第一實(shí)施方式的薄膜晶體管1的構(gòu)成例的剖視圖。薄膜晶體管1是例如底柵晶體管。圖中示出的第1方向x以及第2方向y與基板平行，第3方向z與基板正交。第1方向x和第2方向y相互正交地表示，但也可以以90度以外的角度交叉。以下，有將第3方向z稱為上方(或簡(jiǎn)單稱為上)，將與第3方向z相反的方向稱為下方(或簡(jiǎn)單地稱為下)的情況。

絕緣基板(以下稱為基板)11由例如玻璃等絕緣材料形成?；?1的表面上也可以形成有例如由氧化硅構(gòu)成的作為基底層的絕緣膜。

基板11上形成有構(gòu)成薄膜晶體管1的柵電極12。柵電極12由例如銅、鋁、鈦、鉬、鎢中的某一種或者包含它們中的至少一種的合金等金屬材料形成。

基板11上形成有覆蓋柵電極12的第1絕緣膜(柵極絕緣膜)13。第1絕緣膜13由例如氧化硅形成。第1絕緣膜13也可以是包含例如被氧化硅層夾持的氮化硅層的層構(gòu)造。

第1絕緣膜13上的與柵電極12對(duì)應(yīng)的區(qū)域中，形成有作為薄膜晶體管1的活性層發(fā)揮功能的氧化物半導(dǎo)體層(以下也稱為半導(dǎo)體層)14。換言之，半導(dǎo)體層14在第1絕緣膜13之上，形成在柵電極12的正上方即形成在與柵電極12重疊的區(qū)域。

半導(dǎo)體層14由例如銦(in)、鎵(ga)、鋅(zn)、錫(sn)中的至少一種的氧化物形成。作為形成半導(dǎo)體層14的代表的例子，有例如氧化銦鎵鋅(igzo)、氧化銦鎵(igo)、氧化銦鋅(izo)、氧化鋅錫(znsno)、氧化鋅(zno)等。

在半導(dǎo)體層14的兩端部以及第1絕緣膜13上形成有源極/漏極電極15a、15b。源極電極15a和漏極電極15b在第1方向x上隔開間隔，與半導(dǎo)體層14的兩端部以及第1絕緣膜13接觸。源極/漏極電極15a、15b由例如銅、鋁、鈦、鉬、鎢中的某一種或包含它們中的至少一種的合金等的金屬材料形成。

在源極/漏極電極15a、15b以及半導(dǎo)體層14之上，形成有覆蓋源極/漏極電極15a、15b以及半導(dǎo)體層14的第2絕緣膜16。第2絕緣膜16由例如氧化硅等的氧化物絕緣材料形成。第2絕緣膜16包含第一層(第1區(qū)域)16a、和設(shè)置在第一層16a上的第二層(第2區(qū)域)16b。第一層16a是一部分與半導(dǎo)體層14接觸的、不含氬的或氬濃度較低的層。第二層16b是比第一層16a更遠(yuǎn)離半導(dǎo)體層14的、含氬且氬濃度比第一層16a高的層。即，第2絕緣膜16的氬濃度在與半導(dǎo)體層14接觸的區(qū)域中大致等于0，隨著遠(yuǎn)離半導(dǎo)體層14而變高。

第一層16a的膜厚t16a比第二層16b的膜厚t16b薄。例如，第一層16a的膜厚t16a形成為大于等于第二層16b的膜厚t16b的1/8而小于等于第二層16b的膜厚t16b的3/8，優(yōu)選的是大于等于1/6而小于等于1/3。

另外，第一層16a的膜厚t16a以及第二層16b的膜厚t16b在基板11上的整個(gè)面中是一定的。例如，第2絕緣膜16具有與半導(dǎo)體層14接觸的區(qū)域、和與源極/漏極電極15a、15b接觸的區(qū)域。第一層16a的膜厚t16a在第2絕緣膜16與半導(dǎo)體層14接觸的區(qū)域中和第2絕緣膜16與源極/漏極電極15a、15b接觸的區(qū)域中是相等的。并且，第二層16b的膜厚t16b在第2絕緣膜16與半導(dǎo)體層14接觸的區(qū)域中和第2絕緣膜16與源極/漏極電極15a、15b接觸的區(qū)域中是相等的。

第2絕緣膜16上形成有由例如氮化硅構(gòu)成的第3絕緣膜17。

接著，說明第2絕緣膜16的詳細(xì)情況。

第2絕緣膜16使用例如等離子體化學(xué)氣相淀積法(cvd法)形成，由成膜速率不同的2個(gè)層構(gòu)成。即，第2絕緣膜16含有成膜速率較低的作為氧供給源發(fā)揮功能的第一層16a、和與第一層16a相比成膜速率較高的作為氧供給源的功能較低的第二層16b。

作為氧供給源的第一層16a使用例如硅烷(sih4)氣體和氧化亞氮(n2o)氣體而成膜。因此，成膜速率低。

另一方面，不需要作為氧供給源發(fā)揮功能的第二層16b是在sih4和n2o氣體中添加氬而成膜的。通過添加氬，與不添加氬的情況相比，能夠提高絕緣膜的成膜速率。

并且，通過利用氬離子向絕緣膜的成長(zhǎng)面賦予離子沖擊，由此與不添加氬的情況相比，所成膜的絕緣膜的膜密度變大。即，第二層16b的膜密度比第一層16a的膜密度變大。

并且，等離子體cvd裝置的處理室中氬作為稀釋氣體而發(fā)揮功能，因此由等離子體帶來的分解效率提高。從而，促進(jìn)了導(dǎo)入到處理室中的氮的分解。作為結(jié)果，第二層16b內(nèi)的氮的濃度與第一層16a的氮的濃度相比變低。

第2絕緣膜16由膜質(zhì)不同的第一層16a和第二層16b構(gòu)成這一點(diǎn)可以通過各種解析檢測(cè)出。

例如使用二次離子質(zhì)量解析(sims)法，通過在第2絕緣膜16中沿著第3方向(層疊方向)z檢測(cè)氬、氮中的至少一方的濃度變化，能夠檢測(cè)出第2絕緣膜16由不同的膜質(zhì)的2層構(gòu)成。

例如，在第二層16b中，檢測(cè)出比第一層16a高的濃度的氬。由此，可知第2絕緣膜16包含氬濃度不同的2個(gè)區(qū)域。例如，在第一層16a中檢測(cè)出濃度比第二層16b高的氮。由此，可知第2絕緣膜16含有氮濃度不同的2個(gè)區(qū)域。

例如使用sims法，通過在第一層16a和第二層16b的邊界檢測(cè)被偏析出的氟，能夠檢測(cè)第一層16a與第二層16b的邊界。

例如使用盧瑟福背散射光譜法(rbs法)，通過沿著第3方向z檢測(cè)氬、氮中的至少一方的濃度變化，能夠判斷為第2絕緣膜16由不同的膜質(zhì)的2層構(gòu)成。

例如使用rbs法，通過沿著第3方向z檢測(cè)膜密度變化，能夠判斷為第2絕緣膜16由不同的膜質(zhì)的2層構(gòu)成。

另外，使用升溫脫附氣體分光法(tds法)時(shí)，在檢測(cè)出氬氣體的情況下，能夠判斷為至少包含一個(gè)成膜時(shí)使用了氬而成的絕緣膜。因此，能夠判斷為第2絕緣膜16至少包含第二層16b。

接著，參照?qǐng)D2(a)～(d)，說明圖1所示的薄膜晶體管1的制造方法。

如圖2(a)所示，在形成有柵電極12的基板11上，使用例如等離子體cvd法而形成例如由氧化硅構(gòu)成的第1絕緣膜13。此時(shí)，等離子體cvd裝置的處理室中被導(dǎo)入例如氬。由此，與不導(dǎo)入氬的情況相比，第1絕緣膜13的成膜速率提高。接著，在第1絕緣膜13上，使用例如濺射法而形成由例如銦(in)、鎵(ga)、鋅(zn)、錫(sn)中的至少一種的氧化物構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體層14a。接著，氧化物半導(dǎo)體層14a被蝕刻，形成例如島狀的氧化物半導(dǎo)體層14。

接著，如圖2(b)所示，使用例如濺射法在這些之上形成由銅、鋁、鈦、鉬、鎢中的某一種或包含它們中的至少一種的合金等構(gòu)成的金屬層。接著，在金屬層上形成具有開口部的抗蝕劑膜18。將該抗蝕劑膜18作為掩模來蝕刻金屬層，形成源極/漏極電極15a、15b。

接著，如圖2(c)所示，在除去抗蝕劑膜18之后，在氧化物半導(dǎo)體層14、以及源極/漏極電極15a、15b上使用例如等離子體cvd法形成由例如氧化硅構(gòu)成的第一層16a。即，在等離子體cvd裝置的處理室中導(dǎo)入sih4以及n2o氣體，形成第一層16a。此時(shí)，向等離子體cvd裝置的處理室不導(dǎo)入氬。這樣形成的第一層16a作為向半導(dǎo)體層14供給氧的氧供給源而發(fā)揮功能。

接著，如圖2(d)所示，在第一層16a上使用例如等離子體cvd法形成由例如氧化硅構(gòu)成的第二層16b。即，與第一層16a的形成連續(xù)地形成第二層16b。此時(shí)，氬被導(dǎo)入到等離子體cvd裝置的處理室。由此，第二層16b的成膜速率與不導(dǎo)入氬的情況相比變大。

接著，對(duì)半導(dǎo)體層14執(zhí)行熱處理。由此，第一層16a中所包含的氧被擴(kuò)散到半導(dǎo)體層14中的與第一層16a接觸的區(qū)域。作為結(jié)果，半導(dǎo)體層14中的氧欠損被補(bǔ)填。

另外，能夠省略圖2(d)所示的工序中的熱處理。即，只要通過在比圖2(d)所示的工序靠后的工序中提供的熱能夠從第一層16a向半導(dǎo)體層14供給充足的氧，熱處理就能夠省略。

接著，如圖1所示，使用例如cvd法在基板11的整個(gè)面上堆積氮化硅，形成作為保護(hù)膜的第3絕緣膜17，形成薄膜晶體管1。

另外，本實(shí)施方式中例示了底柵型的薄膜晶體管，但本實(shí)施方式能夠還適用于頂柵型的薄膜晶體管。

根據(jù)本實(shí)施方式，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層14上的第2絕緣膜16包含作為氧供給源的第一層16a和作為氧供給源的功能較低的第二層16b，在將第二層16b成膜時(shí)，向原料氣體中添加了氬。因此，與第一層16a相比，能夠提高膜厚較厚的第二層16b的成膜速率，與不添加氬的情況相比，能夠縮短第2絕緣膜16的總的成膜時(shí)間。從而，能夠大幅地縮短薄膜晶體管1的制造時(shí)間。

進(jìn)而，通過調(diào)整第一層16a與第二層16b的膜厚之比，能夠調(diào)整向半導(dǎo)體層14供給的氧的量。例如，若增加第2絕緣膜16中的第一層16a的厚度，則向半導(dǎo)體層14供給的氧的量增加。例如，若減少第2絕緣膜16中的第一層16a的厚度，則向半導(dǎo)體層14供給的氧的量減少。從而，通過調(diào)整第一層16a與第二層16b的膜厚之比，能夠控制薄膜晶體管1的閾值電壓。

進(jìn)而，第二層16b由于作為氧供給源的功能較低，因此與第2絕緣膜16僅由第一層16a構(gòu)成的情況相比，能夠抑制向半導(dǎo)體層14的過剩的氧的供給。從而，能夠抑制氧自由基的發(fā)生。作為結(jié)果，能夠抑制由半導(dǎo)體層14內(nèi)的氧自由基引起的缺陷能級(jí)的生成，能夠得到穩(wěn)定的電氣特性。

(第二實(shí)施方式)

上述第一實(shí)施方式在半導(dǎo)體層14以及源極/漏極電極15a、15b上形成成膜速率低且作為氧供給源的第一層16a，并在第一層16a上形成成膜速率高且作為氧供給源的能力低的第二層16b。

對(duì)此，第二實(shí)施方式從設(shè)置在柵電極與半導(dǎo)體層之間的柵極絕緣膜向半導(dǎo)體層供給氧。

圖3是概略地表示第二實(shí)施方式的薄膜晶體管2的一例的剖視圖。

基板11上形成有覆蓋柵電極12的第1絕緣膜(柵極絕緣膜)13c。第1絕緣膜13c由例如氧化硅等氧化物絕緣材料形成。第1絕緣膜13c包含有形成在基板11以及柵電極12上且作為氧供給源的功能較低的第二層(第2區(qū)域)13b、和形成在第二層13b上且作為氧供給源發(fā)揮功能的第一層(第1區(qū)域)13a。第一層13a的膜厚t13a比第二層13b的膜厚t13b薄。例如，第一層13a的膜厚t13a形成為大于等于第二層13b的膜厚t13b的1/8而小于等于3/8，優(yōu)選的是大于等于1/6而小于等于1/3。

另外，與第一實(shí)施方式同樣地，第一層13a的膜厚t13a以及第二層13b的膜厚t13b在基板11上的整個(gè)面中是一定的。例如，第1絕緣膜13c具有與柵電極12接觸的區(qū)域、和與基板11接觸的區(qū)域。第一層13a的膜厚t13a在第1絕緣膜13c與柵電極12接觸的區(qū)域中和在第1絕緣膜13c與基板11接觸的區(qū)域中是相等的。并且，第二層13b的膜厚t13b在第1絕緣膜13c與柵電極12接觸的區(qū)域中和在第1絕緣膜13c與基板11接觸的區(qū)域中是相等的。但是，通過氧化物半導(dǎo)體的加工方法，第一層13a的膜厚t13a有在沒有半導(dǎo)體層14的部分處、當(dāng)氧化物半導(dǎo)體層加工時(shí)(過度蝕刻時(shí))被蝕刻而變薄的可能性。

第一層13a以及第二層13b分別是與第一實(shí)施方式的第一層16a以及第二層16b同質(zhì)的氧化膜。即，第一層13a的成膜速率比第二層13b的成膜速率低。第一層13a中包含的氮的濃度比第二層13b中包含的氮的濃度高。第二層13b中包含的氬的濃度比第一層13a中包含的氬的濃度高。第二層13b的膜密度比第一層13a的膜密度大。

在第一層13a上形成有氧化物半導(dǎo)體層14。即，半導(dǎo)體層14的基板11側(cè)的整個(gè)面與第一層13a接觸。

源極/漏極電極15a、15b以及半導(dǎo)體層14上形成有覆蓋它們的第2絕緣膜16c。第2絕緣膜16c是與第一實(shí)施方式的第二層16b同質(zhì)的氧化膜。

其他的構(gòu)成與第一實(shí)施方式相同，因此省略說明。

第二實(shí)施方式的制造方法除了第1絕緣膜13c以外、與第一實(shí)施方式大致相同。第1絕緣膜13c以sih4和n2o氣體作為原料使用例如cvd法形成。具體來說，首先，在處理室內(nèi)導(dǎo)入sih4和n2o氣體、以及氬氣體，成膜第二層13b。之后，停止氬氣體的導(dǎo)入，成膜第一層13a。由此，形成包含第二層13b以及第一層13a的第1絕緣膜13c。

根據(jù)上述第二實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相同的效果。

(第三實(shí)施方式)

上述第一、第二實(shí)施方式從與半導(dǎo)體層14接觸的2個(gè)絕緣膜中的一方的絕緣膜向半導(dǎo)體層14供給了氧。

與此相對(duì)，第三實(shí)施方式從與半導(dǎo)體層14接觸的2個(gè)絕緣膜向半導(dǎo)體層14供給氧。

圖4是概略地表示第三實(shí)施方式的薄膜晶體管3的一例的剖視圖。

在設(shè)置有柵電極12的基板11上，與第二實(shí)施方式同樣地形成有由成膜速率低且作為氧供給源發(fā)揮功能的第一層(第1區(qū)域)13a和成膜速率高且作為氧供給源的功能低的第二層(第2區(qū)域)13b構(gòu)成的第1絕緣膜13c。即，第二層13b形成在柵電極12以及基板11上。第一層13a形成在第二層13b上，與半導(dǎo)體層14接觸。

半導(dǎo)體層14上，與第一實(shí)施方式同樣地，形成有由成膜速率低且作為氧供給源發(fā)揮功能的第一層(第3區(qū)域)16a和成膜速率高且作為氧供給源的功能較低的第二層(第4區(qū)域)16b構(gòu)成的第2絕緣膜16。即，第一層16a形成在半導(dǎo)體層14以及源極/漏極電極15a、15b上。

其他的構(gòu)成與第一、第二實(shí)施方式相同，因此省略說明。

根據(jù)上述第三實(shí)施方式，半導(dǎo)體層14被構(gòu)成第1絕緣膜13c的作為氧供給源的第一層13a、和構(gòu)成第2絕緣膜16的作為氧供給源的第一層16a夾持。由此，半導(dǎo)體層14被從第1絕緣膜13和第2絕緣膜16這兩方供給氧。從而，與第一以及第二實(shí)施方式相比，半導(dǎo)體層14上能夠有效且均勻地將氧向半導(dǎo)體層14供給。

(適用例)

能夠使用第一～第三實(shí)施方式中例示的薄膜晶體管來制作顯示裝置。

圖5概略地示出了具備第一～第三實(shí)施方式中例示的薄膜晶體管tr的顯示裝置4的構(gòu)成例。本例中，顯示裝置4是具備例如液晶元件的液晶顯示裝置。但是，第一～第三實(shí)施方式中例示的薄膜晶體管tr不限于液晶顯示裝置，還能夠適用在有機(jī)電致發(fā)光(el)顯示裝置、其他的自發(fā)發(fā)光型顯示裝置、或具有電泳元件等的電子紙型顯示裝置等所謂的平板型的顯示裝置。

如圖5所示，顯示裝置4具備顯示圖像的有源區(qū)(顯示區(qū)域)act和有源區(qū)act的外側(cè)的周邊電路區(qū)域(非顯示區(qū)域)。有源區(qū)act包含例如配置在第1方向(行方向)x、第2方向(列方向)y上的多個(gè)像素px。顯示裝置4具備在第1方向x上延伸的多個(gè)柵極線g、與這些多個(gè)柵極線g平行而延伸的多個(gè)電容線c、與這些多個(gè)柵極線g以及電容線c交叉的在第2方向y上延伸的多個(gè)源極線s。

周邊電路區(qū)域具備柵極驅(qū)動(dòng)器gd、源極驅(qū)動(dòng)器sd、電壓施加部vcs、供電部vs等。各柵極線g延伸到有源區(qū)act的外部，與柵極驅(qū)動(dòng)器gd連接。各源極線s延伸到有源區(qū)act的外部，與源極驅(qū)動(dòng)器sd連接。各電容線c延伸到有源區(qū)act的外部，與電壓印加部vcs連接。

各像素px具備薄膜晶體管tr、電容元件cs、像素電極pe、共通電極ce、以及設(shè)置在像素電極pe與共通電極ce之間的液晶層lq。薄膜晶體管tr是第一實(shí)施方式、第二實(shí)施方式或第三實(shí)施方式所示的構(gòu)成的晶體管。薄膜晶體管tr的柵電極與柵極線g連接。薄膜晶體管tr的第一電極(源極電極15a)與源極線s連接，薄膜晶體管tr的第二電極(漏極電極15b)與電容元件cs的第一電極和像素電極pe連接。電容元件cs的第二電極與電容線c連接。共通電極ce與有源區(qū)act的外部所具備的供電部vs連接。

另外，第一、第二、第三實(shí)施方式中例示出的薄膜晶體管也可以使用在構(gòu)成顯示裝置4的柵極驅(qū)動(dòng)器gd、源極驅(qū)動(dòng)器sd等的電路中。

根據(jù)具備這樣的薄膜晶體管tr的顯示裝置4，與具備適用了硅半導(dǎo)體的薄膜晶體管的顯示裝置相比，能夠降低由光引起的泄漏電流，并且能夠減少薄膜晶體管的設(shè)置面積。因此，能夠降低耗電，并且能夠擴(kuò)大在各像素中對(duì)顯示有幫助的開口面積。

雖然已經(jīng)描述了某些實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅通過示例的方式呈現(xiàn)，并不打算限定發(fā)明的范圍。事實(shí)上，這些新的實(shí)施方式能夠以其他的各種形態(tài)實(shí)施，此外，在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以進(jìn)行各種省略、替換和更改。這些實(shí)施方式和其變形包含在發(fā)明的范圍和主旨中，并且包含在權(quán)利要求書所記載的發(fā)明和其等價(jià)的范圍中。