制造氧化物半导体场效应晶体管的方法 【技术领域】
本发明涉及一种制造场效应晶体管的方法。更具体地说，本发明涉及一种制造以氧化物膜作为半导体层的场效应晶体管的方法。
背景技术
近年来，已积极开发了这样的薄膜晶体管(TFT)，其包括基于多晶透明导电ZnO的氧化物薄膜的沟道层(日本专利申请公开No.2002-076356)。
日本专利申请公开No.2002-076356说明了由于该薄膜能够在低温下形成并且可透过可见光，因此能够在诸如塑料板或膜之类的基板上形成柔性透明TFT。
不过，基于ZnO的化合物在室温下不能形成稳定的非晶相，而是形成多晶相。于是由于晶界(grain boundary)处的散射，难以提高电子迁移率。此外，多晶晶粒的形状和互连随着成膜方法而极大地变化。这还产生TFT器件的特性的变化。
为了解决上面提及的问题，最近，报告了包含In-Ga-Zn-O非晶氧化物的薄膜晶体管(K.Nomura等，Nature 432，488(2004))。可在室温下在塑料基板或玻璃基板上形成这种晶体管。另外，该晶体管具有大约在6到9cm2/Vs范围中的场效应迁移率，并且是常关型的。另外，该晶体管可透过可见光。此外，通过用诸如电子束或粒子束之类的能量束照射In-Ga-Zn-O非晶氧化物活性层，能够改变电导率(US2007/0054507A1)。
此外，已报告当在包含水分的气氛中执行退火(称为蒸汽(steam)氧化)时，蒸汽的强氧化能力能够提高由硅氧化物膜构成的栅极绝缘层的介电强度，并且能够重构(reform)半导体和氧化物绝缘层之间的界面(日本专利No.3225268)。
另外，日本专利申请公开No.2007-311404公开一种生产过程，包括在形成氧化物半导体之后，在氧化气体气氛中执行热处理以便获得在长期操作中稳定的氧化物半导体晶体管的步骤。它还公开了使用氧自由基、氧、蒸汽或臭氧作为氧化气体。
研究了包含非晶氧化物(包括非晶In-Ga-Zn-O)的TFT，发现在一些情况下TFT的晶体管特性发生变化。
晶体管特性的变化会导致例如显示器的像素电路中由晶体管驱动的有机发光二极管(LED)和液晶的操作的变化。所述变化可能由在源电极和沟道之间以及在漏电极和沟道之间产生的寄生电阻引起。
鉴于上面的问题做出了本发明，于是，本发明的目的是提供一种制造能够减少上面提及的寄生电阻的场效应晶体管的方法。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供一种制造场效应晶体管的方法，所述场效应晶体管在基板上至少具有源电极、漏电极、氧化物半导体层、绝缘层、和栅电极，所述方法包括在氧化物半导体层上形成绝缘层之后，通过在包含水分的气氛中退火增大氧化物半导体层的电导率的退火步骤，其中退火步骤的蒸汽压高于退火温度下大气中的饱和蒸气压(vapor pressure)。在该方法中，绝缘层是栅极绝缘层和保护层至少之一。
本发明的另一个目的是提供一种用上述方法制造的场效应晶体管。
本发明的又一个目的是提供一种显示设备，其中在基板上使显示器件的电极与场效应晶体管的源电极和漏电极之一连接，其中场效应晶体管是如上所述的场效应晶体管。
当在包含水、重水、蒸汽或重水蒸汽(下面称为水分)的气氛中执行退火时，按照本发明的制造场效应晶体管的方法，水分穿过在氧化物半导体上形成的绝缘层，并在氧化物半导体层中扩散。从而，能够提高氧化物半导体层的电导率。
另外，当采用保护场效应晶体管的沟道区免受蒸汽气氛影响的结构时，能够提高与源电极和漏电极接触的区域中的电导率。这能够减少在源电极和氧化物半导体层之间以及在漏电极和氧化物半导体层之间产生的寄生电阻，能够产生具有极佳特性的场效应晶体管。
通过参考附图对示例性实施例的下述说明，本发明的其它特征将变得明显。
【附图说明】
图1A、1B、1C和1D是图解说明按照本发明地场效应晶体管的示例性结构的截面视图。图1A图解说明顶栅交错型薄膜晶体管，图1B图解说明顶栅/顶接触型薄膜晶体管，图1C图解说明底栅反向交错型薄膜晶体管，图1D图解说明底栅/底接触型薄膜晶体管。
图2是晶体管的截面视图，它示意图解说明在制造顶栅交错型薄膜晶体管的过程中，当按照本发明在包含水分的气氛中退火时，氧化物半导体的电导率增大的区域。
图3是晶体管的截面视图，它示意图解说明在制造顶栅/顶接触型薄膜晶体管的过程中，当按照本发明在包含水分的气氛中退火时，氧化物半导体的电导率增大的区域。
图4是晶体管的截面视图，它示意图解说明在制造底栅反向交错型薄膜晶体管的过程中，当按照本发明在包含水分的气氛中退火时，氧化物半导体的电导率增大的区域。
图5是晶体管的截面视图，它示意图解说明在制造底栅反向交错型薄膜晶体管的过程中，以不同于图4中图解说明的方式，当按照本发明在包含水分的气氛中退火时，氧化物半导体的电导率增大的区域。
图6是晶体管的截面视图，它示意图解说明在制造底栅/底接触型薄膜晶体管的过程中，当按照本发明在包含水分的气氛中退火时，氧化物半导体的电导率增大的区域。
图7是图解说明当按照本发明在包含水分的气氛中退火时In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜样本的形状的图。
图8是表示当按照本发明在包含水分的气氛中退火时In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜的电阻率的变化的曲线图。
图9是按照本发明的显示设备的例子的截面图。
图10是按照本发明的显示设备的另一个例子的截面图。
图11是图解说明显示设备的结构的视图，其中包括有机EL器件和薄膜晶体管的像素是二维布置的。
图12A、12B、12C和12D是在图1A、1B、1C和1D中所示的场效应晶体管中，当整个氧化物半导体的电导率增大时的截面视图。图12A图解说明在顶栅交错型薄膜晶体管中，当按照本发明在包含水分的气氛中执行退火步骤时的截面视图；图12B图解说明在顶栅/顶接触型薄膜晶体管中，当按照本发明在包含水分的气氛中执行退火步骤时的截面视图；图12C图解说明在底栅反向交错型薄膜晶体管中，当按照本发明在包含水分的气氛中执行退火步骤时的截面视图；图12D图解说明在底栅/底接触型薄膜晶体管中，当按照本发明在包含水分的气氛中执行退火步骤时的截面视图。
【具体实施方式】
下面参考附图详细说明按照本发明的制造场效应晶体管的方法。
图1A-1D图解说明按照本发明的场效应晶体管的示例性结构。图1A图解说明示例性顶栅交错型薄膜晶体管，图1B图解说明示例性顶栅/顶接触型薄膜晶体管，图1C图解说明示例性底栅反向交错型薄膜晶体管，图1D图解说明示例性底栅/底接触型薄膜晶体管。
在图1A-1D中，附图标记10表示基板，附图标记11表示源电极，附图标记12表示漏电极，附图标记13表示氧化物半导体层，附图标记14表示栅极绝缘层，附图标记15表示栅电极，附图标记16表示层间绝缘层，附图标记17表示保护层。
图2-6是晶体管的截面视图，示意图解说明按照本发明在包含水分的气氛中退火的步骤中增大氧化物半导体的电导率的区域。图2对应于图1A，图3对应于图1B，图4和图5对应于图1C，图6对应于图1D。
下面，以图2为例，按照根据本发明的制造方法中的步骤的顺序进行说明。
在图2中图解说明的基板10上形成电极层。之后由电极层形成源电极11和漏电极12。可通过溅射、脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发或化学气相沉积(CVD)形成电极层。基板10可以是玻璃基板、塑料基板或者塑料膜。此外，可以优选地使用具有良好电导率的材料作为电极材料。导电材料的例子包括诸如In2O3:Sn、ZnO和InxZnyO之类的氧化物导体，和诸如Pt、Au、Ni、Al和Mo之类的金属电极材料。
随后，利用光刻术形成用于源电极11和漏电极12的图案。
氧化物半导体层13由在具有图案化的源电极11和图案化的漏电极12的基板10上的氧化物膜形成。可通过溅射、脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发或化学气相沉积(CVD)形成氧化物半导体层13。此外，可以使用具有半导体特性并且通过在包含水分的气氛中退火而增大其电导率的材料作为氧化物半导体材料。氧化物半导体材料的例子包括铟氧化物和锌氧化物。氧化物半导体材料优选地由非晶氧化物材料构成，更优选地由包含In、Ga和Zn的非晶氧化物材料构成。
在氧化物半导体层13上形成栅极绝缘层14。可通过溅射、脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发或化学气相沉积(CVD)形成栅极绝缘层14。栅极绝缘材料只需要具有良好的绝缘特性。绝缘材料的例子包括Al2O3、Y2O3、HfO2，和由这些化合物中的至少两种构成的混合晶体化合物。不过，为了在形成栅极绝缘层之后在包含水分的气氛中执行退火时获得足够的效果，期望栅极绝缘材料是氧化物。即，在氧化物半导体层上形成的绝缘层(包括如后所述的保护层)优选地是氧化物绝缘层，并且从适当的蒸汽渗透性和与氧化物半导体的相容性的观点来看，最优选的是在溅射中使用SiOx。
随后，在栅极绝缘层14上形成栅电极15。可通过溅射、脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发或化学气相沉积(CVD)形成栅电极15。可优选地使用具有电导性的材料作为电极材料。例如，可以使用诸如In2O3:Sn、ZnO和InxZnyO之类的氧化物导体，和诸如Pt、Au、Ni、Al和Mo之类的金属电极材料。这里，通过光刻术形成栅电极15的图案。形成所述图案的位置可以是如果考虑到源电极11和漏电极12之间的位置关系能够获得晶体管特性的任何位置。
随后，执行包含水、重水、蒸汽或重水蒸汽的气氛中的退火步骤，该退火步骤是本发明的特征。这种情况下，期望蒸汽压高于大气中的饱和蒸气压。在本发明中，“大气中的饱和蒸气压”指的是1个大气压下(主要由氮和氧构成的)空气中的饱和蒸气压。在执行按照本发明的这种退火的情况下，当使用具有低蒸汽渗透性的金属作为栅电极时，在当从栅电极15侧观看时未被栅电极15覆盖的区域中，蒸汽通过栅极绝缘层14，并且氧化物半导体19的电导率能够被增大，如图2中所示。更具体地说，通过使用栅电极15作为掩模，在与源电极11和漏电极12连接的区域中氧化物半导体的电导率能够被增大，同时形成沟道的部分受到保护。当按照本发明用水分执行退火时，由于氧化物半导体层被栅极绝缘层14覆盖，因此与半导体的界面被暴露的情况相比，能够减小杂质的附着的影响，从而，能够获得稳定的特性。
当在形成栅极绝缘层14之前在包含水分的气氛中执行退火，并执行增大氧化物半导体的电导率的步骤时，取决于形成栅极绝缘层14的条件，氧化物半导体的电导率再次被改变，以致不能充分体现本发明的效果。
图3是晶体管的截面视图，示意图解说明在制造顶栅/顶接触型薄膜晶体管的过程中，在按照本发明在包含水分的气氛中退火的步骤中，氧化物半导体的电导率增大的区域。
这里，按照图2中图解说明的上述方式形成氧化物半导体层13、栅极绝缘层14和栅电极15。通过在形成栅电极15之后按照本发明在包含水分的气氛中退火，能够获得与参考图2说明的效果类似的效果。随后，在通过与形成栅极绝缘层时使用的手段相同的手段有选择地形成层间绝缘层之后，形成接触孔，之后，形成源电极和漏电极，从而完成场效应晶体管。
图4是晶体管的截面视图，示意图解说明在制造底栅反向交错型薄膜晶体管的过程中，在按照本发明在包含水分的气氛中退火的步骤中，氧化物半导体的电导率增大的区域。
在图4中，按照上面参考图2说明的相同方式，形成栅电极15、栅极绝缘层14、氧化物半导体层13和保护层17。按照与形成栅极绝缘层相同的方式形成保护层，这里需要所述保护层以具有在退火步骤中掩蔽蒸汽的效果。于是，期望保护层具有堆叠结构，所述堆叠结构具有与氧化物半导体层13接触的诸如SiOx之类的氧化物绝缘层部分17″，和置于其上的诸如SiNx之类的低蒸汽渗透性材料部分17′。在保护层中形成接触孔，以获得图4中图解说明的形状。通过在该过程中在包含水分的气氛中退火，能够提高氧化物半导体的电导率。
之后，形成源电极和漏电极，以完成场效应晶体管。此时，由于上面提及的保护层起蚀刻阻挡物的作用，因此源电极和漏电极的图案化不受相对于氧化物半导体的蚀刻选择比的影响。
此外，在制造底栅反向交错型薄膜晶体管的过程中，可以采用下述措施。可在通过选择诸如ITO之类的具有蒸汽渗透性的材料作为源电极和漏电极形成源电极和漏电极之后，执行按照本发明的在包含水分的气氛中退火的步骤。
图5示意图解说明在与图4中图解说明的步骤不同的步骤中制造的晶体管的截面视图和氧化物半导体的电导率增大的区域，该晶体管可在制造底栅反向交错型薄膜晶体管的过程中，按照本发明在包含水分的气氛中被退火。
在图5中，按照和上面参考图2说明的相同方式形成由金属制成的栅电极15、栅极绝缘层14、氧化物半导体层13和保护层17。在保护层17上形成具有低蒸汽渗透性的沟道覆盖体18。具有低蒸汽渗透性的沟道覆盖体18的形成是本发明的实施例的特征之一。可在使用栅电极15作为曝光掩模的条件下，利用氧化物半导体13的透明性，在沟道部分中以自对准方式形成沟道覆盖体18。如果膜厚为几微米的话，那么可以使用在光刻工艺中使用的光敏树脂作为沟道覆盖体18的材料。这样，获得图5中图解说明的形式。通过在该过程中在包含水分的气氛中退火，能够获得和参考图2说明的效果一样的效果。
在该结构中，和图4中图解说明的情况不同，并不需要保护层来具有掩蔽蒸汽的效果。此外，在包含水分的气氛中退火的步骤之后，可以除去沟道覆盖体18。在该过程之后，形成源电极和漏电极，以完成场效应晶体管。此时，与参考图4的说明类似，由于上面提及的保护层起蚀刻阻挡物的作用，因此源电极和漏电极的图案化不受相对于氧化物半导体的蚀刻选择比的影响。
图6是晶体管的截面视图，示意图解说明在制造底栅/底接触型薄膜晶体管的过程中，在按照本发明在包含水分的气氛中退火的步骤中，氧化物半导体的电导率增大的区域。
在图6中，按照和上面参考图2说明的相同方式形成由金属制成的栅电极15、栅极绝缘层14、由透明氧化物导体制成的源电极11和漏电极12、氧化物半导体层13和保护层17。和参考图5的说明类似，在保护层17上形成具有低蒸汽渗透性的沟道覆盖体18。从而，可在使用栅电极15作为曝光掩模的条件下，利用氧化物半导体13的透明性，在沟道部分中以自对准方式形成沟道覆盖体18。这样，获得图6中图解说明的形式。通过在该过程中在包含水分的气氛中退火，能够获得和参考图2说明的效果一样的效果。
下面，更详细地说明按照本发明在包含水分的气氛中退火氧化物半导体的效果。
已报道的是，在包含水分的气氛中退火(通常称为蒸汽氧化)时，蒸汽的强氧化能力提高了由硅氧化物膜形成的栅极绝缘层的介电强度，并且重构半导体和氧化物绝缘层之间的界面。不过，按照本发明人的发现，就氧化物半导体来说，取决于条件，表现出减小电阻或者增大电导率的效果。
图7是样本的示意截面视图，该样本被制造用于测量在包含水分的气氛中被退火的In-Ga-Zn-O非晶氧化物膜的电导率的变化。该样本是通过在Corning#1737基板(由Corning Inc.制造)上图案化膜厚20nm的InGaZnO4薄膜、形成电极、之后溅射形成厚度100nm的SiOx膜作为保护层而形成的。
图8图解说明InGaZnO4薄膜的电导率，所述InGaZnO4薄膜是分别在200℃、250℃和300℃下退火之后的图7中图解说明的样本。“○”表示在空气中执行退火1小时之后该样本的电导率，“●”表示在空气中在相应温度下执行退火1小时并且进一步在相同温度下蒸汽退火1小时之后该样本的电导率。蒸汽退火是通过把图7中图解说明的样本和纯水真空封闭在玻璃管中执行的。此时纯水的量被调整为在退火温度下约为两个大气压。如图8中图解所示，发现通过执行蒸汽退火，由于水或蒸汽通过膜厚100nm的SiOx绝缘层到达氧化物半导体，因此与在空气中退火的情况相比，氧化物半导体的电导率被增大。该结果表明存在除退火的热效果之外，由水或蒸汽增大氧化物半导体的载流子密度的效果。增大载流子密度的这种效果被认为归因于蒸汽向氧化物半导体中加入了H原子。该结果还表明空气中的水分不足以获得上面提及的效果，还暗示增大电导率的效果取决于退火气氛中的水分的量。更具体地说，当在包含水分的气氛中退火的步骤中的饱和蒸气压高于退火温度下空气中的饱和蒸气压时，能够获得上面提及的效果。
如上所述，日本专利申请公开No.2007-311404公开为了充分地执行归因于热处理的氧化，使用氧自由基、氧、蒸汽和臭氧。不过，本发明的降阻效果不是通过在由空气代表的氧化性气氛中的热处理获得的效果，相反而是对于氧化物半导体在包含水分的气氛中退火所特有的效果。另外，在氧化物半导体上形成的绝缘层必须是蒸汽可透过的。
此外，按照本发明人的发现，可在100℃或更高以及低于500℃下执行在包含水分的气氛中退火的步骤。众所周知，在能够稳定地获得蒸汽的100℃或更高的温度下，蒸汽压高于大气压。在这个意义上，能够在100℃或更高的温度下稳定地实现在包含水分的气氛中退火的步骤。按照本发明人的发现，当饱和蒸气压变得更高时，蒸汽更易于穿过SiOx绝缘层。随着温度变得更高，饱和蒸气压变得更高。根据上面的关系，按照本发明，蒸汽的温度优选为120℃或更高，更优选地为200℃或更高。例如，当温度为120℃或更高时，能够获得两个大气压的饱和蒸气压。此外，SiOx绝缘层的蒸汽渗透性极大地与蒸汽压关联，据认为随着蒸汽压变高，渗透性变高。如图8中所示观察到电导率变化的蒸汽压约为两个大气压。考虑到SiOx绝缘层的蒸汽渗透性，在120℃或更高，认为蒸汽穿过膜厚100nm的SiOx绝缘层，并被有效地供应到氧化物半导体的表面。
此外，在高温区中，如K.Nomura等，Nature 432，488(2004)中所述，通过在500℃或更高的温度下退火，开始发生从非晶相到晶相的固态相变，这种情况下很难获得单晶，预期将获得多晶。由于因晶界的生成，多晶引起薄膜晶体管的特性的变化，因此并不适合作为本发明的主要部分的“在包含水分的气氛中退火的步骤”。
根据在200℃下的蒸汽退火的结果明显可看出，按照本发明，能够增大和控制整个氧化物半导体沟道层的电导率。图1A-1D示意图解说明在包含水分的气氛中的退火步骤中晶体管的截面视图，和氧化物半导体的电导率增大的区域。通常，通过调整成膜过程中的氧化条件，具体地说，溅射法或PLD法中的氧气含量，控制氧化物半导体层的电导率。不过，因氧含量的增大而引起的氧化物半导体的电导率下降非常快，因此在一些情况下，包括再现性在内的控制是困难的。在氧化物半导体中，存在这样的情况，在对半导体来说电导率太低(即，电阻率太高)的条件下形成氧化物沟道层，并确保氧化物沟道层特性的再现性，然后通过退火提高电导率。在这种情况下，不低于300℃的温度是必需的。由于按照本发明在包含水分的气氛中退火，能够在低到不高于250℃的温度下增大电导率，从而产生希望的半导体性质。这种情况下，从控制电导率以便起半导体的作用的观点来看，蒸汽温度优选为120℃或更高以及250℃或更低，更优选为120℃或更高以及200℃或更低。
下面，说明利用由按照本发明的制造场效应晶体管的方法制造的晶体管的显示设备。
通过使输出端子，即，由本发明的方法形成的场效应晶体管的漏极耦接到诸如有机或无机电致发光(EL)器件或液晶器件之类的显示器件的电极，能够装配所述显示设备。下面将参考显示设备的截面视图详细说明显示设备。
如图9中所示，场效应晶体管在基板111上包括氧化物膜(沟道层)112、源电极113、漏电极114、栅极绝缘膜115和栅电极116。漏电极114经层间绝缘膜117与第一电极118电连接。第一电极118与发光层119接触，发光层119与第二电极120接触。从而，借助从源电极113经氧化物膜112的沟道流向漏电极114的电流，能够控制将提供给发光层119的电流。将提供给发光层119的电流于是可由场效应晶体管的栅电极116的电压控制。第一电极118、发光层119和第二电极120构成无机或有机电致发光器件。
另选地，如图10中所示，延伸的漏电极114也充当第一电极118。经第一电极118对插在高电阻膜121和122之间的液晶单元或电泳粒子单元123施加电压。液晶单元或电泳粒子单元123、高电阻膜121和122、第一电极118和第二电极120构成显示器件。借助从源电极113经非晶氧化物半导体膜112的沟道流向漏电极114的电流，能够控制将施加于显示器件的电压。于是，该电压能够由TFT的栅电极116的电压控制。当显示器件的显示介质是包含封闭在绝缘膜中的流体和粒子的囊体时，能够消除高电阻膜121和122。
接下来，下面参考图11说明包括多个二维排列的像素的显示设备。像素包括EL器件(这里，称为有机EL器件)和场效应晶体管。
在图11中，图解说明晶体管201，其驱动有机EL层204和对像素进行选择的晶体管202。电容器203保持选择状态，保存公共电极线207和第二晶体管202的源电极之间的电荷，并保持第一晶体管201的选通信号。像素是通过扫描电极线205和信号电极线206选择的。
更具体地说，图像信号作为脉冲信号从驱动器电路(未示出)经扫描电极线205发送给栅电极。同时，图像信号作为脉冲信号从另一个驱动器电路(未示出)经信号电极线206发送给晶体管202。从而，选择像素。随后，接通晶体管202，以把电荷保存在置于信号电极线206和晶体管202的源电极之间的电容器203中。从而，把第一晶体管201的栅电压保持在希望的电压，第一晶体管201被接通。保持这种状态，直到收到下一个信号为止。在第一晶体管201处于“ON”状态的时候，持续向有机EL层204供给电压和电流，从而保持发光。
在图11中图解说明的显示设备中，一个像素包括两个晶体管和一个电容器。不过，一个像素可以包括三个或更多的晶体管，以改善性能。
实施例
下面，说明本发明的实施例，不过本发明决不局限于这些实施例。
(实施例1)
图1A图解说明制造顶栅交错型场效应晶体管的方法。
通过溅射在玻璃基板10(1737，Corning Inc.生产)上形成用于形成源电极和漏电极的电极层。电极由铟锡氧化物(ITO)形成，具有50nm的厚度。
随后，通过光刻术和蚀刻使电极层图案化，从而形成源电极11和漏电极12。
之后，在具有源电极11和漏电极12的玻璃基板10上形成厚度30nm的In-Zn-Ga-O氧化物非晶半导体层13。利用射频(RF)溅射设备在室温(25℃)的基板温度下形成氧化物半导体层。靶材是具有In2O3·ZnO成分的三英寸多晶烧结体(compact)。RF输入功率为200W。形成膜时的气氛的总压强为0.5Pa，此时的气体流率为Ar∶O2＝95∶5。随后，通过光刻术和蚀刻，使氧化物半导体层13图案化。
随后形成栅极绝缘层14和栅电极15。
栅极绝缘层14通过溅射由作为靶材的SiO2形成，具有100nm的厚度。通过光刻术和剥离，使栅极绝缘层14图案化。
栅电极15通过溅射由Mo形成，具有100nm的厚度。此外，通过光刻术和蚀刻，使栅电极15图案化。
随后，使用压力蒸汽炉在两个大气压和250℃下执行退火1小时，以增大在与源电极11和漏电极12接触的区域中的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。这样，完成按照本发明的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后(hysteresis)特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例2)
图1B图解说明制造顶栅/顶接触型场效应晶体管的方法。
首先，在图1B中图解说明的玻璃基板10(1737，由Corning Inc.生产)上形成厚度50nm的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层13。在室温(25℃)的基板温度下通过RF溅射设备形成氧化物半导体膜。使用成分为In2O3·ZnO的三英寸多晶烧结体作为靶材，RF输入功率为200W。形成膜时的气氛的总压强为0.5Pa，此时的气体流率为Ar∶O2＝93∶7。之后，使用光刻技术和蚀刻技术使氧化物半导体层13图案化。
随后形成栅极绝缘层14和栅电极15。
栅极绝缘层14通过溅射由作为靶材的SiO2形成，具有100nm的厚度。通过光刻术和剥离，使栅极绝缘层14图案化。
栅电极15通过溅射由Mo形成，具有100nm的厚度。此外，通过光刻术和蚀刻，使栅电极15图案化。
随后，使用压力蒸汽炉在两个大气压和250℃下执行退火1小时，以增大与源电极11和漏电极12接触的区域中的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。这样，获得图3中图解说明的结构。
之后，通过溅射形成300nm厚度的由SiNx制成的层间绝缘层16，通过光刻术和蚀刻形成接触孔。最后，通过溅射沉积200nm厚度的由Mo制成的源电极和漏电极，并通过光刻术和蚀刻使之图案化。这样，完成按照本发明的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例3)
图1C图解说明制造底栅顶接触型场效应晶体管的方法。
首先，利用光刻技术和蚀刻技术在基板10(1737，由Corning Inc.生产)上图案化并形成栅电极15。通过溅射在玻璃基板10上以厚度50nm由Mo形成电极。
随后，就栅极绝缘层14来说，使用SiO2作为靶材，通过溅射形成厚度200nm的SiO2膜。此外，使用厚度30nm的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体材料作为氧化物半导体膜13。
在室温(25℃)的基板温度下，用RF溅射设备形成氧化物半导体膜。使用成分为In2O3·ZnO的三英寸多晶烧结体作为靶材，RF输入功率为200W。形成膜时的气氛的总压强为0.5Pa，此时的气体流率为Ar∶O2＝95∶5。之后，使用光刻技术和蚀刻技术使氧化物半导体层13图案化。
随后，形成还充当蚀刻阻挡物的保护层17、源电极11和漏电极12。
作为还充当蚀刻阻挡物的保护层17，使用SiO2和SiNx的堆叠结构。SiO2和Si3N4被用作靶材，顺序通过溅射沉积厚度100nm的SiO2和厚度300nm的SiNx。此外，通过光刻术和蚀刻在保护层17中形成接触孔。
作为源电极11和漏电极12的电极材料使用铟锡氧化物(ITO)，膜厚为150nm。通过光刻术和蚀刻使源电极11和漏电极12图案化。
随后，使用压力蒸汽炉在两个大气压和300℃下执行退火1小时，以增大与源电极11和漏电极12接触的区域中的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。这样，完成按照本发明的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例4)
本实施例是实施例3的另选工艺。图1C图解说明制造底栅顶接触型场效应晶体管的方法。
一直到氧化物半导体层13都是以和实施例3相同的方式形成的。之后，就还充当蚀刻阻挡物的保护层17来说，使用SiO2作为靶材，通过溅射沉积100nm厚度的SiO2，并在其上形成具有低蒸汽渗透性的沟道覆盖体。用栅电极作为曝光掩模，利用氧化物半导体的透明性，在沟道部分中按自对准方式形成沟道覆盖体。此外，作为沟道覆盖体的材料，使用膜厚5μm的光敏聚酰亚胺。
随后，使用压力蒸汽炉在两个大气压和300℃下执行退火1小时，以增大与源电极11和漏电极12接触的区域中的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。这样，获得图5中图解说明的结构。随后，利用沟道覆盖体作为掩模，在保护层17中形成接触孔。此时，在形成接触孔之后可除去沟道覆盖体。
作为源电极11和漏电极12的电极材料，使用Mo，膜厚为150nm。通过光刻术和蚀刻使源电极11和漏电极12图案化。这样，完成按照本发明的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例5)
图1D图解说明制造底栅/底接触型场效应晶体管的方法。
一直到栅极绝缘层14都是以与实施例3和4相同的方式形成的。之后，通过溅射形成用于形成源电极和漏电极的电极层17。就电极材料来说，使用Mo作为靶材，通过溅射沉积200nm厚，并通过光刻术和蚀刻使之图案化。随后，形成厚度50nm的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层13。在室温(25℃)的基板温度下通过RF溅射设备形成氧化物半导体膜。使用具有In2O3·ZnO成分的三英寸多晶烧结体作为靶材，RF输入功率为200W。形成膜时的气氛的总压强为0.5Pa，此时的气体流率为Ar∶O2＝90∶10。之后，使用光刻技术和蚀刻技术使氧化物半导体层13图案化。随后，就保护层17来说，使用SiO2作为靶材，通过溅射形成100nm厚度的SiO2。此外，沉积300nm厚度的SiNx作为沟道覆盖层，并通过光刻术和蚀刻使沟道覆盖体18图案化。
随后，使用压力蒸汽炉在两个大气压和300℃下执行退火1小时，以增大与源电极11和漏电极12接触的区域中的In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。这样，完成按照本发明的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例6)
在图1A-1D中所示的每个场效应晶体管中，都表示了这样的情况，即，整个In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层13的电导率被增大和控制为充当TFT的最佳电导率。
在实施例1-4中所示的每个场效应晶体管中，形成In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体层的条件被设定在Ar∶O2＝80∶20的气体流率下，并在氧化物半导体上形成栅极绝缘层14或保护层17。之后，利用压力蒸汽炉在200℃和2个大气压下执行退火1小时，以增大In-Zn-Ga-O非晶氧化物半导体的电导率。图12A-12D中表示了该阶段中的示意图。之后，除了该过程之外，按照和实施例1-4相同的方式完成本发明中的场效应晶体管。
按照本实施例制造的场效应晶体管能够在滞后特性、均匀性、高速可操作性等等方面获得极好的特性。
(实施例7)
本实施例说明包括顶栅型TFT的显示设备。
按照和实施例1或2中相同的方式制造顶栅型TFT。形成漏电极的ITO膜的短边被延长到100μm。除了90μm的延长部分之外，用绝缘层覆盖TFT，同时确保用于源电极和栅电极的配线。在其上涂覆聚酰亚胺膜，并对其执行摩擦处理。
同时，按照相同的方式在塑料基板上形成ITO膜和聚酰亚胺膜，并对其执行摩擦处理。与其上形成有顶栅型TFT的基板相对并距离5μm放置其上形成有ITO膜和聚酰亚胺膜的塑料基板。用向列液晶填充基板之间的空间。此外，在这种结构的两侧设置一对偏光板。当对顶栅型TFT的源电极施加电压以改变施加于栅电极的电压时，透光率仅仅在从漏电极延伸出的ITO膜的30μm×90μm部分中被改变。也能够随源电极和漏电极之间施加的电压处于使顶栅型TFT处于ON状态的栅极电压而连续改变透光率。从而制造包括作为显示器件的液晶单元的显示设备，如图9中所示。
在本实施例中，其上形成TFT的基板可以是白色塑料基板，TFT的每个电极可由金形成，并且可以消除聚酰亚胺膜和偏光器。用其中把粒子和流体封闭在绝缘膜中的囊体填充白色塑料基板和透明塑料基板之间的空间。在具有这种结构的显示设备中，施加于延伸的漏电极和位于上部的ITO膜之间的电压由TFT控制，以致囊体中的粒子上下移动，从而通过控制从透明基板侧看到的延伸的漏电极区的反射率，能够执行显示。
在本实施例中，可以彼此相邻地形成TFT，从而形成具有例如普通的4个晶体管1个电容器结构的电流控制电路。该结构的末级晶体管之一可以是图6中图解说明的TFT，以驱动有机电致发光(EL)器件。例如，可以使用包括上面提及的充当漏电极的ITO膜的TFT。可在从漏电极延伸出的ITO膜的30μm×90μm部分上形成包括电荷注入层和发光层的有机EL器件。从而，能够制造包括EL器件的显示设备。
(实施例8)
按照实施例4的显示器件和TFT是二维排列的。例如，在矩形的短边方向以40μm的间隔并且在长边方向以120μm的间隔布置7425×1790个像素，每个像素的大小都约为30μm×115μm。像素包括诸如液晶单元或EL器件的按照实施例4的显示器件、和TFT。1790条栅极线沿长边方向穿过7425个TFT的栅电极。7425条信号线沿短边方向穿过其中1790个TFT的源电极从非晶氧化物半导体膜伸出5μm的部分。使栅极线与栅极驱动器电路连接。使信号线与源极驱动器电路连接。就液晶显示器件来说，可在液晶显示器件上适当地放置大小与液晶显示器件相同的滤色器，以制造约211像素/英寸(ppi)的A4大小的有源矩阵彩色图像显示设备。在滤色器中，沿长边方向重复红、绿和蓝(RGB)。
另外，就EL器件来说，使包括在EL器件中的两个TFT中的第一个TFT的栅电极与栅极线连接，使第二个TFT的源电极与信号线连接。沿EL器件的长边方向重复RGB的发射波长。从而，能够制造分辨率与液晶显示器件相同的发射型彩色图像显示设备。
用于驱动有源矩阵的驱动器电路可包括与按照本发明的像素TFT相同的TFT，或者现有的IC芯片。
尽管已参考示例性实施例说明了本发明，不过应当理解，本发明并不局限于公开的示例性实施例。下面的权利要求的范围应被给予最宽广的解释，以包含所有这样的修改及等同的结构和功能。
本申请要求日本专利申请No.2007-249231(2007年9月26日提交)和No.2008-223480(2008年9月1日提交)的权益，在此通过引用将这两件专利申请全部并入本文。