(57)【要約】【課題】薄膜トランジスタでは、酸化物半導体で構成されるソース領域およびドレイン領域の低抵抗化が必要である。【解決手段】表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備える。前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、を備える。前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。【選択図】図２
2019036615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備え、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、
前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、
を備え、
前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、
前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。
【請求項２】
請求項１の表示装置において、
前記無機絶縁膜は、酸化アルミニウムの単層膜または酸化アルミニウムと酸化シリコン膜の積層膜であり、
前記イオン種はアルゴンであり、
前記金属はアルミニウムである。
【請求項３】
請求項１の表示装置において、
前記金属は前記酸化物半導体膜の上部から下部まで含まれている。
【請求項４】
請求項１の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、さらに、前記酸化物半導体膜の前記チャネル領域と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を備え、
前記無機絶縁膜は前記ゲート電極が前記ゲート絶縁膜と接する面とは異なる面に接して設けられる。
【請求項５】
請求項４の表示装置において、
前記酸化物半導体膜は遮光層の上方に設けられ、
前記酸化物半導体膜の前記チャネル領域上に前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極がこの順に同一形状で設けられ、
前記無機絶縁膜の表面に層間絶縁膜が設けられる。
【請求項６】
請求項１の表示装置において、
前記無機絶縁膜は前記酸化物半導体の前記チャネル領域と前記ゲート電極との間に延伸して設けられ、前記ゲート電極が層間絶縁膜と接する面とは異なる面に接して設けられる部分は、ゲート絶縁膜である。
【請求項７】
請求項６の表示装置において、
前記酸化物半導体膜は遮光層上に設けられ、
前記無機絶縁膜および前記ゲート電極の表面に前記層間絶縁膜が設けられる。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは表示領域に形成されている。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項の表示装置において、
前記表示装置は液晶表示装置である。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項の表示装置において、
前記表示装置は有機ＥＬ表示装置である。
【請求項１１】
表示装置の製造方法は、
（ａ）基板上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
（ｂ）前記酸化物半導体膜の表面に、金属を含む膜を形成する工程と、
（ｃ）前記金属を含む膜にイオン注入を行い、前記金属を含む膜から前記酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域に前記金属を侵入させる工程と、
を備える。
【請求項１２】
請求項１１の表示装置の製造方法において、
前記金属を含む膜は無機絶縁膜である。
【請求項１３】
請求項１２の表示装置の製造方法において、さらに、
（ｄ）前記（ｂ）工程の前に、前記酸化物半導体膜の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を備える。
【請求項１４】
請求項１３の表示装置の製造方法において、さらに、
（ｅ）前記（ａ）工程の前に、前記基板の上に遮光層を形成する工程と、
（ｆ）前記（ａ）工程の前に、前記遮光層および前記基板の表面にアンダコート層を形成する工程と、
（ｇ）前記無機絶縁膜の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記層間絶縁膜をおよび前記無機絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
（ｉ）前記接続孔の中および前記層間絶縁膜の上に金属膜を形成する工程と、
を備える。
【請求項１５】
請求項１２の表示装置の製造方法において、さらに、
（ｄ）前記（ｃ）工程の前に、前記無機絶縁膜の上に、ゲート電極を形成する工程を備える。
【請求項１６】
請求項１５の表示装置の製造方法において、さらに、
（ｅ）前記（ａ）工程の前に、前記基板の上に遮光層を形成する工程と、
（ｆ）前記（ａ）工程の前に、前記遮光層および前記基板の表面にアンダコート層を形成する工程と、
（ｇ）前記無機絶縁膜および前記ゲート電極の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
（ｈ）前記層間絶縁膜をおよび前記無機絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
（ｉ）前記接続孔の中および前記層間絶縁膜の上に金属膜を形成する工程と、
を備える。
【請求項１７】
請求項１２の表示装置の製造方法において、
前記無機絶縁膜は酸化アルミニウムであり、前記金属はアルミニウムである。
【請求項１８】
請求項１７の表示装置の製造方法において、
前記イオン注入のイオン種はアルゴンである。
【請求項１９】
請求項１５の表示装置の製造方法において、
前記無機絶縁膜は酸化アルミニウム膜の単相膜または酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜の積層膜で構成され、前記金属はアルミニウムである。
【請求項２０】
請求項１９の表示装置の製造方法において、
前記イオン注入のイオン種はアルゴンである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は表示装置に関し、例えば酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを備える表示装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ駆動方式の液晶表示装置または有機ＥＬ（Electroluminescence ）表示装置では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）がスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタに酸化物半導体を使うものがある（例えば、日本国特開２０１２−１５４３６号公報（特許文献１）またはそれに対応する米国特許出願公開第２０１２／０００１１６７号明細書（特許文献２））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５４３６号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０００１１６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１または特許文献２のような薄膜トランジスタでは、酸化物半導体で構成されるソース領域およびドレイン領域の低抵抗化が必要である。
その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備える。前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、を備える。前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例１に係る薄膜トランジスタの構造を表す平面図
【図２】図１のＡ１−Ａ２断面図
【図３】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図４】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図５】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図６】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図７】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図８】図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図９】実施例２に係る薄膜トランジスタの構造を表す平面図
【図１０】図９のＢ１−Ｂ２断面図
【図１１】図１０の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図１２】図１０の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図１３】図１０の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図１４】図１０の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図
【図１５】実施例１または実施例２に係る薄膜トランジスタが適用される液晶表示装置の平面図
【図１６】図１５のＡ−Ａ断面図
【図１７】図１５の液晶表示装置の表示領域の断面図
【図１８】実施例１または実施例２に係る薄膜トランジスタが適用される有機ＥＬ表示装置の平面図
【図１９】図１８のＢ−Ｂ断面図
【図２０】図１８の有機ＥＬ表示装置の表示領域の断面図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施形態に係る薄膜トランジスタは、酸化物半導体膜上に金属を含む膜を形成し、低抵抗化したい領域の金属を含む膜にイオン種をイオン注入する。ノックオンにより膜に含まれる金属が酸化物半導体膜に侵入して低抵抗化することができる。なお、膜にはイオン種が含まれる。膜は金属膜でも金属を含む絶縁膜でもよい。金属膜の場合は、イオン注入後金属膜を取り除くか金属膜の絶縁膜化が必要であるが、絶縁膜の場合はそのまま酸化物半導体膜のバリア膜として機能することができるので好ましい。絶縁膜としては、例えば金属酸化膜（例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ）等）、金属窒化膜（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等）、金属酸窒化膜（例えば、窒化酸化アルミニウム（ＡｌＯＮ）、窒化酸化ハフニウム（ＨｆＯＮ）、窒化酸化チタン（ＴｉＯＮ）等）等である。イオン種は、水素以外であればよく、例えばアルゴン（Ａｒ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）等通常のイオン注入で用いられるものが好ましい。なお、水素を除くのは、酸化物半導体膜で水素還元が行われないようにするためである。
【０００８】
水素の還元等を利用して酸化物半導体膜の酸素濃度を低下させて低抵抗化領域を形成する方法および金属を熱拡散させて低抵抗化領域を形成する方法よりも、イオン注入方式の方が、短チャネル長化を抑制しやすい（ΔＬが小さい）。
【０００９】
アルミニウム（Ａｌ）等の金属はソースドレイン領域を低抵抗化しやすい。イオン注入ではアルミニウム（Ａｌ）等の金属のイオン種は特殊であるので、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を酸化物半導体膜に直接注入するよりもイオン種として一般的なアルゴン（Ａｒ）ガス等を用いてアルミニウム（Ａｌ）等の金属を弾き出して酸化物半導体膜に注入するのが好ましい。
【００１０】
以下に、実施例について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【実施例１】
【００１１】
実施例１に係る薄膜トランジスタの構造について図１、２を用いて説明する。図１は実施例１に係る薄膜トランジスタを示す平面図である。図２は図１の一点鎖線Ａ１−Ａ２に対応する断面図である。なお、図１には図２の断面構造の一部の層のみが示されている。
【００１２】
薄膜トランジスタ１０は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などのスイッチング素子や駆動素子として用いられるものであり、例えば、基板１００に遮光層１２、アンダコート膜１３、酸化物半導体膜２０、ゲート絶縁膜３０、ゲート電極４０、無機絶縁膜７０、層間絶縁膜５０、ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄがこの順に積層されたトップゲート型の構成を有している。
【００１３】
基板１００は、例えば、ガラス基板やプラスチックフィルムなどにより構成されている。
【００１４】
酸化物半導体膜２０は、アンダコート膜１３上に、ゲート電極４０およびその近傍を含む島状に設けられ、薄膜トランジスタ１０の活性層としての機能を有するものである。酸化物半導体膜２０は、例えば厚みが５０ｎｍ程度であり、ゲート電極４０に対向してチャネル領域２０Ａを有している。チャネル領域２０Ａ上には、ゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０がこの順に同一形状で設けられており、チャネル領域２０Ａの一方の側にはソース領域２０Ｓ、他方の側にはドレイン領域２０Ｄがそれぞれ設けられている。
【００１５】
ここで酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）等の元素と、酸素とを含む化合物である。具体的には、非晶質の酸化物半導体としては、酸化インジウムガリウム亜鉛（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ：ＩＧＺＯ）が挙げられ、結晶性の酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ：ＩＧＯ）、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）等が挙げられる。
【００１６】
ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄは、それぞれ、低抵抗領域２１を有している。低抵抗領域２１は、アルミニウム（Ａｌ）をドーパントとして含んでいることにより低抵抗化されている。低抵抗領域２１に含まれるアルミニウム濃度は、チャネル領域２０Ａよりも高いことが好ましい。アルミニウム（Ａｌ）はソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの上面から下面まで含まれており、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの全体が低抵抗領域２１になっている。
【００１７】
ゲート絶縁膜３０は、例えば、厚みが３００ｎｍ程度であり、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜などの単層膜または積層膜により構成されている。特に、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜は、酸化物半導体膜２０を還元させにくいので好ましい。
【００１８】
ゲート電極４０は、基板１００上の選択的な領域に設けられ、例えば、厚みが１０ｎｍ〜５００ｎｍ、具体的には２００ｎｍ程度であり、モリブデン（Ｍｏ）により構成されている。ゲート電極４０は低抵抗であることが望ましいので、その構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの低抵抗金属が好ましい。また、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）よりなる低抵抗層と、チタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）よりなるバリア層とを組み合わせた積層膜も好ましい。ゲート電極４０の低抵抗化が可能となるからである。
【００１９】
無機絶縁膜７０は、酸化物半導体膜２０、ゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０に接して設けられている。これにより、この薄膜トランジスタ１０は、層間絶縁膜５０に起因する不良を抑え、セルフアライン構造を有する薄膜トランジスタ１０の電気的特性を向上させ信頼性を向上させることが可能となっている。
【００２０】
無機絶縁膜７０は、イオン注入に用いられたイオン源種であるＡｒを含有する酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜である。無機絶縁膜７０の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。
【００２１】
層間絶縁膜５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）の単層膜、または酸化シリコン（ＳｉＯ）と窒化シリコン（ＳｉＮ）の積層膜等の無機絶縁膜である。なお、層間絶縁膜５０は、例えば、厚みが２μｍ〜３μｍ程度であり、ポリイミド等のイミド系樹脂等の有機樹脂膜により構成されている有機絶縁膜であってもよい。
【００２２】
ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄは、層間絶縁膜５０に設けられた接続孔５０Ａおよび無機絶縁膜７０に設けられた接続孔７０Ａを介してソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの低抵抗領域２１に接続されている。ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄは、例えば、厚みが２００ｎｍ程度であり、モリブデン（Ｍｏ）により構成されている。また、ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄは、ゲート電極４０と同様に、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの低抵抗金属配線により構成されていることが好ましい。更に、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）よりなる低抵抗層と、チタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）よりなるバリア層とを組み合わせた積層膜も好ましい。このような積層膜を用いることにより、配線遅延の少ない駆動が可能となる。
【００２３】
また、ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄは、ゲート電極４０直上の領域を回避して設けられていることが望ましい。ゲート電極４０とソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄとの交差領域に形成される寄生容量を低減することが可能となるからである。
【００２４】
次に、薄膜トランジスタ１０の製造方法について図３〜８を用いて説明する。図３〜８は、図２の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図であり、工程順に表している。  
まず、基板１００の全面に、例えばスパッタリング法により、金属膜を形成する。次いで、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、金属膜を所望の形状に成形し遮光層１２を形成する。次いで、図３に示すように、基板１１および遮光層１２の全面に酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）と酸化シリコン（ＳｉＯ）の積層、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）と酸化シリコン（ＳｉＯ）の積層などでアンダコート膜１３を形成する。
【００２５】
次に、アンダコート膜１３の全面に、例えばスパッタリング法により、上述した材料よりなる酸化物半導体膜２０を、５０ｎｍ程度の厚みで形成する。
【００２６】
次いで、図４に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより酸化物半導体膜２０を島状に成形する。
【００２７】
続いて、アンダコート膜１３および酸化物半導体膜２０の全面に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法等により、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜などのゲート絶縁材料膜を、３００ｎｍ程度の厚みで形成する。酸化シリコン（ＳｉＯ）膜はプラズマＣＶＤ法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。また、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜は、反応性スパッタリング法または原子層成膜法により形成することが可能である。
【００２８】
そののち、ゲート絶縁材料膜の全面に、例えばスパッタリング法により、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の単層膜あるいは積層膜よりなるゲート電極材料膜を、２００ｎｍ程度の厚みで形成する。
【００２９】
ゲート電極材料膜を形成したのち、図５に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート電極材料膜を所望の形状に成形して、酸化物半導体膜２０上にゲート電極４０を形成する。
【００３０】
引き続き、同じく図５に示すように、ゲート電極４０をマスクとしてゲート絶縁材料膜をエッチングすることによりゲート絶縁膜３０を形成する。これにより、酸化物半導体膜２０上に、ゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０がこの順に同一形状で形成される。
【００３１】
ゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０を形成した後、図６に示すように、アンダコート膜１３、酸化物半導体膜２０、ゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０の表面に、例えばスパッタリング法により酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０Ｂを、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、具体的には２５ｎｍ〜５０ｎｍの厚みで形成する。
【００３２】
酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０を形成した後、アルゴン（Ａｒ）のイオン注入を行うことにより、図７に示すように、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０Ｂからアルミニウム（Ａｌ）をノックオンする（弾き出す）ことでソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０Ｂと接する上面側から、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄ中にアルミニウム（Ａｌ）が侵入していく。酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０Ｂとチャネル領域２０Ａの間にはゲート絶縁膜３０およびゲート電極４０が設けられているので、アルミニウム（Ａｌ）はチャネル領域２０Ａの真上からチャネル領域２０Ａにほとんど侵入しない。これにより、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄに、チャネル領域２０Ａよりもアルミニウム（Ａｌ）濃度が高い低抵抗領域２１が形成される。なお、熱拡散によるものとは異なり、アルミニウム（Ａｌ）はソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの上面付近のみならず下面にも含まれる。ただし、通常のイオン注入のプロファイル同様に、下面付近の濃度は上面付近の濃度よりも小さい。また、アルゴン（Ａｒ）を酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜７０Ｂに注入することにより、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）にＡｒが含まれる無機絶縁膜７０が形成される。
【００３３】
なお、無機絶縁膜７０は、酸化物半導体膜２０のソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄ以外に、ゲート絶縁膜３０またはゲート電極４０上などにも形成される。
【００３４】
ここで、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の応用において、光を薄膜トランジスタ１０の基板１００方向に透過する必要がある場合においては、無機絶縁膜７０を残した場合においては、無機絶縁膜７０の透過率が低く、輝度が低下してしまい表示装置としての表示品位が低下する場合がある。この様な場合においては、酸化物半導体膜２０と接している無機絶縁膜７０以外の領域をフォトリソグラフィとエッチングプロセスを行うことにより除去することも可能である。このようなプロセス工程を経ることで、表示装置の透過率を向上させることが可能になるので、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置の応用において、光を薄膜トランジスタ１０の基板１００を通して透過する応用に本実施例の技術を用いることも可能となる。
【００３５】
低抵抗領域２１を形成したのち、図８に示すように、無機絶縁膜７０上に、例えばプラズマＣＶＤ法等により、酸化シリコン（ＳｉＯ）の単層膜または酸化シリコン（ＳｉＯ）と窒化シリコン（ＳｉＮ）の積層膜などの層間絶縁膜５０を、３００ｎｍ程度の厚みで形成する。酸化シリコン（ＳｉＯ）膜および窒化シリコン（ＳｉＮ）膜はプラズマＣＶＤ法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。続いて、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングにより接続孔５０Ａを形成する。なお、層間絶縁膜５０は、有機樹脂膜で形成してもよい。この場合、例えばスピンコーター等を用いて上述した材料よりなる有機樹脂を上述した厚みで塗布し、露光および現像を行うことにより所望のパターンを形成する。続いて例えば２００℃〜３００℃程度の温度でアニールすることにより、接続孔５０Ａを有する有機樹脂膜を形成する。
【００３６】
続いて、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、無機絶縁膜７０に接続孔７０Ａを形成する。その後、層間絶縁膜５０の上に、例えばスパッタリング法により、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜を２００ｎｍの厚みで形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより所定の形状に成形する。これにより、図８に示すように、接続孔を介してソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄをソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの低抵抗領域２１に接続する。以上により、図１に示した薄膜トランジスタ１０が完成する。
【００３７】
薄膜トランジスタ１０では、図示しない配線層を通じてゲート電極４０に所定のしきい値電圧以上の電圧（ゲート電圧）が印加されると、酸化物半導体膜２０のチャネル領域２０Ａ中に電流（ドレイン電流）が生じる。
【００３８】
また、酸化物半導体膜２０のソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄに、チャネル領域２０Ａよりもアルミニウムをドナーとして多く含む低抵抗領域２１が設けられているので、素子特性が安定したものとなる。
【実施例２】
【００３９】
実施例２に係る薄膜トランジスタは実施例１の無機絶縁膜７０に代えてゲート絶縁膜を用いる例である。実施例２に係る薄膜トランジスタの構造について図９、１０を用いて説明する。図９は実施例２に係る薄膜トランジスタを示す平面図である。図１０は図９の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２に対応する断面図である。なお、図９には図１０の断面構造の一部の層のみが示されている。
【００４０】
薄膜トランジスタ１０Ａは、例えば、基板１００に遮光層１２およびアンダコート膜１３、酸化物半導体膜２０、ゲート絶縁膜８０、ゲート電極４０、層間絶縁膜５０、ソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄがこの順に積層されたトップゲート型の構成を有している。ゲート絶縁膜８０は酸化物半導体膜２０のチャネル領域２１Ａのみならずソース領域２１Ｓ、ドレイン領域２１Ｄおよびアンダコート膜１３も覆っている。言い換えると、無機絶縁膜であるゲート絶縁膜８０は酸化物半導体膜２０のソース領域２１Ｓ（ドレイン領域２１Ｄ）からチャネル領域２１Ａとゲート電極４０との間に延伸している。酸化物半導体膜２０には実施例１と同様な低抵抗領域２１を有しているソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄを備えている。
【００４１】
ゲート絶縁膜８０は、例えば、厚みが３００ｎｍ程度であり、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の単層膜または酸化アルミニウム（ＡｌＯ）と酸化シリコン（ＳｉＯ）膜の積層膜により構成されている。ゲート絶縁膜８０は、酸化物半導体膜２０（チャネル領域２０Ａ、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄ）およびアンダコート膜１３に接して設けられている。これにより、この薄膜トランジスタ１０Ａは、層間絶縁膜５０に起因する不良を抑え、セルフアライン構造を有する薄膜トランジスタ１０Ａの信頼性を向上させることが可能となっている。
【００４２】
ゲート絶縁膜８０は無機絶縁膜であり、外気に対して良好なバリア性を有するので、酸化物半導体膜２０の電気的特性を変化させる酸素や水分の影響を低減し、薄膜トランジスタ１０Ａの電気特性を安定化させることが可能となる。
【００４３】
次に、薄膜トランジスタ１０Ａの製造方法について図１１〜１４を用いて説明する。図１１〜１４は、図１０の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図であり、工程順に表している。実施例２に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程のうち酸化物半導体膜を形成するまでの工程は実施例１の図３、４の工程と同様である。
【００４４】
酸化物半導体膜２０を形成した後、図１１に示すように、アンダコート膜１３および酸化物半導体膜２０の全面に、例えばスパッタリング法等により、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の単層膜または酸化シリコン（ＳｉＯ）膜と酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜の積層膜のゲート絶縁材料膜８０Ｂを、３００ｎｍ程度の厚みで形成する。酸化シリコン（ＳｉＯ）膜はプラズマＣＶＤ法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。また、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜は、反応性スパッタリング法または原子層成膜法により形成することが可能である。
【００４５】
その後、ゲート絶縁材料膜の全面に、例えばスパッタリング法により、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の単層膜あるいは積層膜よりなるゲート電極材料膜を、２００ｎｍ程度の厚みで形成する。
【００４６】
ゲート電極材料膜を形成した後、図１２に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート電極材料膜を所望の形状に成形して、酸化物半導体膜２０上にゲート電極４０を形成する。
【００４７】
ゲート電極４０を形成した後、ゲート絶縁材料膜８０Ｂのゲート電極４０がない部分にアルゴン（Ａｒ）のイオン注入を行うことにより、図１３に示すように、ゲート絶縁材料膜８０Ｂからアルミニウム（Ａｌ）をノックオンすることでソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄのゲート絶縁材料膜８０Ｂと接する上面側から、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄ中にＡｌが侵入していく。なお、チャネル領域２０Ａではゲート絶縁材料膜８０Ｂの上にゲート電極４０が形成されているので、ゲート電極４０の下のゲート絶縁材料膜８０Ｂからアルミニウム（Ａｌ）が注入されることはほとんどない。これにより、ソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄに、チャネル領域２０Ａよりも（Ａｌ）濃度が高い低抵抗領域２１が形成される。アルゴン（Ａｒ）がゲート絶縁材料膜８０Ｂのゲート電極４０に接しない部分に注入されることにより、アルゴン（Ａｒ）が含まれるゲート絶縁膜８０が形成される。
【００４８】
低抵抗領域２１を形成した後、図１４に示すように、ゲート電極４０およびゲート絶縁膜８０上に、実施例１と同様に、層間絶縁膜５０を形成し、接続孔５０Ａを形成する。
【００４９】
続いて、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート絶縁膜８０に接続孔８０Ａを形成する。その後、層間絶縁膜５０の上に、例えばスパッタリング法により、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜を２００ｎｍの厚みで形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより所定の形状に成形する。これにより、図１４に示すように、接続孔５０Ａおよび接続孔８０Ａを介してソース電極６０Ｓおよびドレイン電極６０Ｄをソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄの低抵抗領域２１に接続する。以上により、図１０に示した薄膜トランジスタ１０Ａが完成する。
【００５０】
また、酸化物半導体膜２０のソース領域２０Ｓおよびドレイン領域２０Ｄに、チャネル領域２０Ａよりもアルミニウムをドナーとして多く含む低抵抗領域２１が設けられているので、素子特性が安定したものとなる。
【００５１】
＜適用例１＞
薄膜トランジスタ１０、１０Ａをスイッチング素子として備えた表示装置について説明する。
【００５２】
図１５は、実施例１または実施例２に係る薄膜トランジスタが適用される液晶表示装置の平面図である。図１６は、図１５のＡ−Ａ断面図である。図１７は液晶表示装置の表示領域の断面図である。液晶表示装置１では、基板１００と対向基板２００が対向して形成され、基板１００と対向基板２００の間に液晶層３００（図１７参照）が挟持されている。基板１００の下には下偏光板１３０が貼り付けられ、対向基板２００の上側には上偏光板２３０が貼り付けられている。
【００５３】
基板１００は対向基板２００よりも大きく形成され、基板１００が１枚になっている部分が端子部１５０となっており、液晶表示装置１に外部から信号や電力を供給するためのフレキシブル配線基板１６０が接続される。液晶表示パネルは自身では発光しないので、液晶表示装置１は背面にバックライト４００を配置している。
【００５４】
液晶表示装置１は、図１５に示すように、表示領域２４０と周辺領域２５０に分けることができる。表示領域２４０には多数の画素がマトリクス状に形成され、各画素はスイッチング素子である薄膜トランジスタを有している。周辺領域２５０には、走査線、映像信号線等を駆動するための、駆動回路が形成されている。
【００５５】
図１７において、基板１００の上にＴＦＴアレイ層１２０が形成されている。ＴＦＴアレイ層１２０は図２、１０等で示す薄膜トランジスタ１０、１０Ａの層構造を有している。図１６では、その上に有機パッシベーション膜１１７が形成されている。
【００５６】
図１７はＩＰＳ方式の液晶表示装置の場合であり、有機パッシベーション膜１１７の上にコモン電極１２１が平面状に形成されている。コモン電極１２１を覆って容量絶縁膜１２２が形成され、その上に画素電極１２３が形成されている。画素電極１２３は、櫛歯状あるいはストライプ状である。画素電極１２３を覆って液晶分子３０１を初期配向させるための配向膜１２４が形成されている。
【００５７】
画素電極１２３とコモン電極１２１の間に映像信号が印加されると、矢印で示すように電気力線が発生し、液晶分子３０１を回転させて液晶層３００の透過率を制御することによって、画像を形成する。
【００５８】
図１７において液晶層３００を挟んで対向基板２００が配置されている。対向基板２００にはカラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２が形成されている。カラーフィルタ２０１とブラックマトリクス２０２を覆ってオーバーコート膜２０３が形成され、その上に液晶分子３０１を初期配向させるための配向膜２０４が形成されている。
【００５９】
液晶表示装置１において、画素電極１２３に映像信号が書き込まれると、画素電極１２３とコモン電極１２１と容量絶縁膜１２２によって形成される保持容量によって、１フレームの間、電圧が保持される。この時薄膜トランジスタのリーク電流が大きいと、画素電極１２３の電圧が変化し、フリッカ等が発生して、良好な画像を形成できなくなる。酸化物半導体膜で構成される薄膜トランジスタ１０、１０Ａを用いることによって、リーク電流が小さい、良好な画像を有する液晶表示装置を実現することができる。
【００６０】
＜適用例２＞
実施例１乃至２で説明した薄膜トランジスタは、有機ＥＬ表示装置にも適用することが出来る。図１８は、有機ＥＬ表示装置２の平面図である。図１９は図１８のＢ−Ｂ断面図である。図２０は有機ＥＬ表示装置の表示領域の断面図である。
【００６１】
図１８において、表示領域２４０と周辺領域２５０が形成されている。表示領域２４０には、有機ＥＬ駆動薄膜トランジスタやスイッチング薄膜トランジスタが形成されている。スッチング薄膜トランジスタには、リーク電流の小さい酸化物半導体膜で構成される薄膜トランジスタ１０、１０Ａが好適である。なお、有機ＥＬ表示装置はバックライトを設けないので、薄膜トランジスタ１０、１０Ａの遮光層１２は設けなくてもよい。
【００６２】
図１８において、表示領域２４０を覆って反射防止用偏光板２２０が貼り付けられている。有機ＥＬ表示装置２には反射電極が形成されているので、外光反射を抑えるために偏光板２２０が使用されている。表示領域２４０以外の部分に端子部１５０が形成され、端子部１５０には有機ＥＬ表示装置２に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板１６０が接続している。
【００６３】
図１９において、基板１００に有機ＥＬ層を含む表示素子層２１０が形成されている。表示素子層２１０は図１８の表示領域２４０に対応して形成されている。有機ＥＬ材料は水分によって分解するので、外部からの水分の侵入を防止するために、表示素子層２１０を覆って保護膜２１４が窒化シリコン（ＳｉＮ）等によって形成されている。保護膜２１４の上に偏光板２２０が貼り付けられている。また、表示素子層２１０以外の部分には端子部１５０が形成され、端子部１５０にフレキシブル配線基板１６０が接続している。
【００６４】
図２０において、基板１００の上にＴＦＴアレイ層１２０が形成されている。図２，１０等で示す薄膜トランジスタ１０、１０Ａの層構造を有している。図２０において、ＴＦＴアレイ層１２０の上に有機パッシベーション膜１１７が形成されている。
【００６５】
図２０において、有機パッシベーション膜１１７の上にカソードとしての下部電極２１１が形成されている。下部電極は反射電極としてのアルミニウム（Ａｌ）合金等と、カソードとしてのＩＴＯ等との積層膜で形成されている。下部電極２１１の上には、有機ＥＬ層２１２が形成されている。有機ＥＬ層２１２は、例えば電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層等で形成される。有機ＥＬ層２１２の上には、アノードとしての上部電極２１３が形成される。上部電極２１３は、透明導電膜である酸化インジウム亜鉛、ＩＴＯ等によって形成されるほか、銀等の金属の薄膜で形成される場合もある。上部電極２１３を覆って保護膜２１４が窒化シリコン（ＳｉＮ）等によって形成され、保護膜２１４には反射を防止するための偏光板２２０が粘着材２２１によって接着している。
【符号の説明】
【００６６】
１…液晶表示装置、２…有機ＥＬ表示装置、１０…薄膜トランジスタ、２０…酸化物半導体薄膜、２０Ａ…チャネル領域、２０Ｓ…ソース領域、２０Ｄ…ドレイン領域、２１…低抵抗領域、３０…ゲート絶縁膜、４０…ゲート電極、５０…層間絶縁膜、６０Ｓ…ソース電極、６０Ｄ…ドレイン電極、７０…無機絶縁膜、１００…基板、２００…対向基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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