阅读说明：本技术 薄膜晶体管、显示装置和薄膜晶体管的制造方法 (Thin film transistor, display device, and method for manufacturing thin film transistor ) 是由 菅原祐太 道中悟志 野寺伸武 松本隆夫 于 2019-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明的一个实施方式的薄膜晶体管包括：基板；被基板支撑的栅极；覆盖栅极的栅极绝缘层；以及氧化物半导体层,是设置在栅极绝缘层且具有结晶硅区域的氧化物半导体层,结晶硅区域包括第一区域、第二区域和位于第一区域及第二区域之间的沟道区域,沟道区域、第一区域及第二区域经由栅极绝缘层与栅极重叠；保护绝缘层,以覆盖沟道区域,且露出第一区域及第二区域的方式配置在氧化物半导体层上；源极,与第一区域电连接；漏极,与第二区域电连接,沟道区域的结晶性与所述第一区域及所述第二区域的结晶性不同。(A thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes: a substrate; a gate electrode supported by the substrate; a gate insulating layer covering the gate electrode; and an oxide semiconductor layer which is provided on the gate insulating layer and has a crystalline silicon region including a first region, a second region, and a channel region located between the first region and the second region, the channel region, the first region, and the second region overlapping the gate electrode via the gate insulating layer; a protective insulating layer which is provided over the oxide semiconductor layer so as to cover the channel region and expose the first region and the second region; a source electrode electrically connected to the first region; and a drain electrically connected to the second region, wherein a crystallinity of the channel region is different from a crystallinity of the first region and a crystallinity of the second region.)

薄膜晶体管、显示装置和薄膜晶体管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管、显示装置和薄膜晶体管的制造方法。

背景技术

薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)例如在液晶显示器、有机电致发光(EL，Electro-Luminescence)显示器等的显示装置中，作为各个像素的开关元件而广泛被应用。

薄膜晶体管包括在基板上形成栅极、绝缘膜、半导体层(沟道层)、源极以及漏极的构成。其中，底栅型薄膜晶体管的特征在于栅极相比沟道层靠近基板侧形成。

近来，开发了在薄膜晶体管的活性层上使用氧化物半导体代替硅半导体(非晶硅、多晶硅等)的薄膜晶体管(氧化物半导体TFT)。氧化物半导体TFT具有与非晶硅薄膜晶体管相比电子迁移率大，此外，与多晶硅薄膜晶体管相比截止电流小的优点。

例如，专利文献1公开了一种具有由非晶氧化物半导体构成的活性层的底栅型氧化物半导体TFT。专利文献1(特开2014-225626号公报)中，公开了在氧化物半导体TFT的活性层的一部分上设置有以在源极/漏极的蚀刻期间保护活性层为目的的蚀刻阻挡层的结构(称为“蚀刻阻挡结构”)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

随着显示装置的大型化和高清晰度，需要进一步提高薄膜晶体管的迁移率以提高导通特性。另外，在本说明书中，将要成为薄膜晶体管的活性层中沟道的部分的迁移率称为“薄膜晶体管的迁移率”或“沟道迁移率”，以区分有源层自身材料的迁移率。然而，本发明人经检讨，在氧化物半导体TFT中，难以在抑制截止电流降低的同时提高沟道迁移率。详细内容后文叙述。本发明的一实施方式鉴于上述情况，提供一种可以抑制截止电流降低的同时提高导通特性(例如，沟道迁移率)的氧化物半导体TFT。用于解决技术问题的技术方案

本发明的一个实施方式的薄膜晶体管包括基板；栅极，被所述基板支撑；栅极绝缘层，覆盖所述栅极；以及氧化物半导体层，设置在所述栅极绝缘层的、具有结晶区域的，且所述结晶区域包括第一区域、第二区域和位于所述第一区域及所述第二区域之间的沟道区域，所述沟道区域、所述第一区域及所述第二区域经由所述栅极绝缘层与所述栅极重叠；保护绝缘层，以覆盖所述沟道区域，且露出所述第一区域及所述第二区域的方式配置在所述氧化物半导体层上；源极，与所述第一区域电连接；漏极，与所述第二区域电连接，所述沟道区域的结晶性与所述第一区域及所述第二区域的结晶性不同。

在某些实施方式中，所述沟道区域的结晶性低于所述第一区域及所述第二区域的结晶性。

在某些实施方式中，所述沟道区域的平均晶粒粒径小于所述第一区域及所述第二区域的平均晶粒粒径。

在某些实施方式中，所述沟道区域包括微晶氧化物半导体，所述第一区域及所述第二区域包括多晶氧化物半导体或多晶氧化物导体。在某些实施方式中，所述氧化物半导体进一步包括非晶区域。

本发明的其它实施方式的薄膜晶体管包括：基板；栅极，被所述基板支撑；栅极绝缘层，覆盖所述栅极；以及氧化物半导体层，设置在所述栅极绝缘层上，且包括第一区域、第二区域和位于所述第一区域及所述第二区域之间的沟道区域，所述沟道区域、所述第一区域及所述第二区域经由所述栅极绝缘层与所述栅极重叠；保护绝缘层，以覆盖所述沟道区域，且露出所述第一区域及所述第二区域的方式配置在所述氧化物半导体层上；源极，与所述第一区域电连接；漏极，与所述第二区域电连接，所述沟道区域为非晶态，所述第一区域及所述第二区域为结晶态。

在某些实施方式中，所述保护绝缘层的一部分位于所述氧化物半导体层和所述源极之间，所述保护绝缘层的另一部分位于所述氧化物半导体层和所述漏极之间。

在某些实施方式中，所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。

本发明的一个实施方式的显示装置，包括：上述任一项的薄膜晶体管；以及具有多个像素的显示区域，所述薄膜晶体管配置在所述多个像素中的每一个上。

本发明的一实施方式的薄膜晶体管的制造方法，包括：步骤(A)，准备在表面上形成栅极和覆盖所述栅极的栅极绝缘层的基板；步骤(B)，在所述栅极绝缘层上形成由非晶氧化物半导体构成的半导体膜；步骤(C)，在所述半导体膜上形成绝缘膜，通过进行所述绝缘膜的图案化，来形成覆盖成为所述半导体膜中的沟道区域的部分的保护绝缘层；步骤(D)，通过将激光从所述保护绝缘层的上方照射所述半导体膜，在从所述基板的法线方向观察时与所述栅极重叠的区域中，以所述半导体膜中被所述保护绝缘层覆盖的部分的结晶性与未被所述保护绝缘层覆盖的部分的结晶性不同的方式，使被所述保护绝缘层覆盖的所述部分及未被所述保护绝缘层覆盖的所述部分结晶；步骤(E)，形成源极和漏极，所述源极电连接到所述半导体膜中未被所述保护绝缘层覆盖的所述部分中的一部分，所述漏极是电连接到未被所述保护绝缘层覆盖的所述部分中的另一部分。

在某些实施方式中，所述步骤(D)中，通过将激光从所述保护绝缘层的上方照射所述半导体膜，在从所述基板的法线方向观察时与所述栅极重叠的区域中，以所述半导体膜中被所述保护绝缘层覆盖的部分的结晶性低于未被所述保护绝缘层覆盖的部分的结晶性的方式而使其结晶。

本发明其它实施方式的薄膜晶体管的制造方法，包括：步骤(A)，准备在表面形成栅极和覆盖所述栅极的栅极绝缘层的基板；步骤(B)，在所述栅极绝缘层上形成由非晶氧化物半导体构成的半导体膜；步骤(C)，在所述半导体膜上形成绝缘膜，通过进行所述绝缘膜的图案化，来形成覆盖成为所述半导体膜中的沟道区域的部分的保护绝缘层；步骤(D)，通过将激光从所述保护绝缘层的上方照射所述半导体膜，在从所述基板的法线方向观察时与所述栅极重叠的区域中，使所述半导体膜中未被所述保护绝缘层覆盖的部分结晶的方式，而被所述保护绝缘层覆盖的部分保持为非晶态；步骤(E)，形成源极和漏极，所述源极电连接到所述半导体膜中未被所述保护绝缘层覆盖的所述部分中的一部分，所述漏极是电连接到未被所述保护绝缘层覆盖的所述部分中的另一部分。

在某些实施方式中，所述激光的波长约为248nm，所述保护绝缘层是氧化硅层。

在某些实施方式中，在所述步骤(D)中，仅对所述半导体膜的一部分照射所述激光，且所述半导体膜中未照射所述激光的部分保持为非晶态。

有益效果

根据本发明的一实施方式，提供一种一边可以抑制截止特性的降低，一边可以改善导通特性的氧化物半导体TFT。

附图说明

图1是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意截面图。

图2是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意俯视图。

图3A是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的制造方法的示意截面图。

图3B是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的制造方法的示意截面图。

图3C是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的制造方法的示意截面图。

图3D是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的制造方法的示意截面图。

图4是表示计算激光吸收率时所使用的膜结构模型的示意截面图。

图5是表示激光吸收率的计算结果的图表。

图6是表示本实施方式涉及的薄膜晶体管的Vg-Id特性的图表。

图7是变形例1的薄膜晶体管的示意俯视图。

图8是变形例2的薄膜晶体管的示意俯视图。

图9是变形例3的薄膜晶体管的示意俯视图。

图10是变形例4的薄膜晶体管的示意俯视图。

图11是变形例5的薄膜晶体管的示意俯视图。

图12是说明第二实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意截面图。

图13是说明第二实施方式涉及的显示装置的构成的框图。

图14是说明各像素的构成示例的电路图。

图15是说明实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意截面图。

图16A是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

图16B是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

图16C是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

图16D是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

图16E是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

图16F是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。

具体实施方式

已知一种通过在预定温度下加热氧化物半导体膜来使氧化物半导体膜结晶的技术。

本发明的发明人研究了一种用激光照射非晶氧化物半导体膜以使其结晶的方法(激光退火)，目的在于通过提高氧化物半导体膜的耐光性及迁移率来改善氧化物半导体TFT的导通特性。以下，说明本发明通过研究发现的如下见解。

若通过激光退火使氧化物半导体膜结晶，则有增加膜内的缺氧而降低电阻的情况。若使用这种氧化物半导体膜而形成TFT，则可能增大截止电流的同时，无法获得作为晶体管的开关特性。因此，对于氧化物半导体膜的、特别是成为沟道区域的部分，优选在抑制电阻降低的同时迁移率获得改善的条件下进行结晶。

另一方面，优选作为与氧化物半导体膜中的源极或漏极电连接的接触区域的部分通过结晶来降低电阻。由于可以通过降低接触区域的电阻来降低氧化物半导体TFT的导通电阻，因此可以进一步提高导通特性。

因此，在具有蚀刻阻挡结构的氧化物半导体TFT中，本发明人发现通过使用蚀刻阻挡层对氧化物半导体膜进行激光退火，可以使成为氧化物半导体膜的沟道区域的部分和成为接触区域的部分的结晶性不同，并想到本发明。根据本发明的实施方式，由于可以分别控制沟道区域和接触区域的结晶性，所以可以提供能够同时实现截止特性和导通特性的氧化物半导体TFT。

另外，例如，在特开2012-253752号公报记载了通过加热处理使氧化物半导体膜结晶的方法。然而，在该方法中，由于整个氧化物半导体膜在基本相同的条件下结晶，因此，难以优化沟道区域的结晶性和接触区域的结晶性。

特开2014-140005号公报公开了一种通过将栅极作为掩模，从基板背面向氧化物半导体膜照射激光，仅使氧化物半导体膜中不与栅极重叠的部分结晶的方法。结晶部分作为连接到源极或漏极的接触区域发挥功能。在该方法中，由于沟道区域不能结晶，因此，不能提高沟道迁移率。此外，由于在接触区域的基板侧不能配置可以作为遮光膜发挥功能的栅极，因此有可能发生因光引起的特性降低。

基于附图具体地说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意截面图，图2是该构成的示意俯视图。第一实施例涉及的薄膜晶体管包括例如，栅极2、栅极绝缘层3、半导体层4、蚀刻阻挡膜(保护绝缘层)5、源极6A以及漏极6B。此处，半导体层4为包括例如含有铟、镓和锌的氧化物(In-Ga-Zn-O类氧化物)的氧化物半导体层。另外，在图2的俯视图中，为了简化，仅表示栅极2、构成半导体层4的多晶氧化物半导体区域42A、42B以及微晶氧化物半导体区域43、和蚀刻阻挡膜5的位置关系，且省略表示薄膜晶体管的其它构成。

栅极2是在基板1的表面上图案化形成的电极，并且可以使用由例如Al、Mg、Mo、Cr、Ta、Cu、Ti、Ni、W、Mn等金属以及以这些金属作为主要成分的合金或金属氧化物等材料而形成。此处，作为基板1，可以使用例如玻璃基板等具有绝缘性的基板。

栅极绝缘层3以在基板1上覆盖栅极2的方式形成。栅极绝缘层3可以是有机物质的绝缘膜，也可以是无机物质的绝缘膜。在有机物质的绝缘膜中，例如，可以使用原硅酸四乙酯(TEOS，Tetraethyl orthosilicate)。此外，在无机物质的绝缘膜中，例如，可以使用SiO₂、SiO₂/SiN、SiN、SiON、Al2O₃、HfO₂等。

半导体层4包括非晶氧化物半导体区域41、多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B、以及微晶氧化物半导体区域43。非晶氧化物半导体区域41形成在栅极绝缘层3的上侧(与基板的相反侧)，且具有例如25nm以上的厚度。此外，与非晶氧化物半导体区域41同样，多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B以及微晶氧化物半导体区域43形成在栅极绝缘层3的上侧，且位于与非晶氧化物半导体区域41相同的层中。另外，多晶氧化物半导体区域42A和多晶氧化物半导体区域42B与微晶氧化物半导体区域43以及非晶氧化物半导体区域41相比具有低电阻的低电阻区域。这些区域42A，42B也可以是多晶氧化物导体区域。

在本实施方式中，在俯视时由栅极2的外缘划定的区域(在图2所示的示例中，为矩形状区域，以下称为“栅极区域”)的内侧形成有多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B以及微晶氧化物半导体区域43。此外，在本实施方式中，半导体层4中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域为微晶氧化物半导体区域43，夹着微晶氧化物半导体区域43而位于两侧的区域分布为多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B。即，在本实施方式中，半导体层4中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的结晶性低于其它外侧的两个区域的结晶性。此处，优选地，夹着微晶氧化物半导体区域43而位于两侧，且未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B的宽度D1、D2分别为3um以上。

另外，半导体层4的结晶性(crystallinity，也称为“结晶化度”。)可以通过例如使用透射型电子显微镜(TEM)观察截面形状来判断。例如，在透射型电子显微镜的衍射图案中，可以将不是环状衍射图案，只有朦胧的光环图案，或者光环图案中只有一个环状衍射图案，判断为非晶态(非晶)。此外，在透射型电子显微镜的衍射图案中，在观察到两个以上的环状衍射图案(Debye-Schiller环)的情况下，观察到的Debye-Schiller环数量较多的可以判断为多晶，且观察到的Debye-Schiller环数量较少的可以判断为微晶。此外，通过使用电子显微照片测量晶粒的形状也可以判断半导体层4的结晶性。微晶中的晶粒的大小为1nm以上且1μm以下，例如1nm以上且15nm以下。另一方面，多晶中的晶粒的大小也可以是15nm以上且10μm以下。

在微晶氧化物半导体区域43的上侧形成有岛状的蚀刻阻挡膜5。蚀刻阻挡膜5可以使用例如SiO₂等材料形成。在本实施方式中，位于栅极2的上方，且以覆盖在栅极区域内侧中的半导体层4的部分区域(形成微晶氧化物半导体区域43的区域)的方式形成有蚀刻阻挡膜5。

在半导体层4的上侧，相互隔开地形成具有所需图案的源极6A以及漏极6B。源极6A以及漏极6B可以使用由例如Al、Mg、Mo、Cr、Ta、Cu、Ti、Ni、W、Mn等金属以及以这些金属作为主要成分的合金或金属氧化物等材料而形成。在本实施方式中，源极6A形成在未被蚀刻阻挡膜5覆盖的一个多晶氧化物半导体区域42A的上方，漏极6B形成在未被蚀刻阻挡膜5覆盖的另一个多晶氧化物半导体区域42B的上方。

图3A～图3D是说明第一实施方式涉及的薄膜晶体管的制造方法的示意截面图。首先，在具有玻璃基板等的绝缘性的基板1的表面上，通过溅射方法由例如Al、Mg、Mo、Cr、Ta、Cu、Ti、Ni、W、Mn等金属、以这些金属作为主要成分的合金、或金属氧化物等形成金属膜，通过进行使用光掩模光刻、金属膜的干蚀刻、抗蚀剂的剥离、以及清洁来图案化形成栅极2。

接着，通过CVD(Chemical Vapor Deposition)法使用例如SiO₂、SiN等材料形成膜，在基板1上以覆盖栅极2的方式形成栅极绝缘层3。栅极绝缘层3也可以是例如SiO₂、SiN等材料的层叠膜。

接着，通过使用溅射方法，在氧化物半导体具有低电阻的温度以下的环境下形成，在栅极绝缘层3上形成非晶氧化物半导体膜(例如非晶In-Ga-Zn-O类半导体膜)(厚度：例如20nm～200nm)40。另外，可以使用脉冲激光沉积方法、电子束蒸发方法、涂布成膜等其它成膜方法来代替溅射方法，形成氧化物半导体膜。接着，通过使用CVD方法形成具有10～200nm左右厚度的SiO₂膜，在非晶氧化物半导体膜40上形成蚀刻阻挡膜5。图3A表示在基板1的表面上形成栅极2、栅极绝缘层3、非晶氧化物半导体膜40和蚀刻阻挡膜5的状态。

接着，通过进行使用光掩模光刻、蚀刻阻挡膜5的干蚀刻、抗蚀剂的剥离以及清洁，按岛状形成蚀刻阻挡膜5。在该时刻，非晶氧化物半导体膜40具有被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域、和未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域。被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的厚度可以大于未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的厚度，被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的厚度也可以为例如25nm以上。图3B表示在非晶氧化物半导体膜40上形成岛状的蚀刻阻挡膜5的状态。

接着，在俯视时在栅极区域的内侧，将激光(能量束)从蚀刻阻挡膜5上方照射到与由蚀刻阻挡膜5的外缘划定的区域相比大的区域，对非晶氧化物半导体膜40进行退火处理。作为退火处理所使用的激光，可以使用具有200～400nm波长的XeF、KrF、XeCl等混合气体的准分子激光、或钇铝石榴石(YAG，Yttrium Aluminum Garnet)、三波等固体激光。非晶氧化物半导体膜40的激光吸收率随着蚀刻阻挡膜5的厚度而变化。在本实施方式中，从以下的观点来设定蚀刻阻挡膜5的厚度。

图4是表示计算激光吸收率时所使用的膜结构模型的示意截面图，图5是表示激光吸收率的计算结果的图表。在本实施方式中，采用由栅极301、栅极绝缘层302、栅极绝缘层303、非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304以及蚀刻阻挡层305这五层构成的多层膜结构的膜结构模型，通过考虑各膜的境界面的振幅反射率以及振幅透射率来计算非晶In-Ga-Zn-O类半导体层中的激光吸收率。

另外，计算所使用的激光的波长设为248nm。此外，栅极301相对于上述激光的折射率设为1.46，消光系数设为3.62的Mo膜(厚度：未设定)。栅极绝缘层302相对于上述激光的折射率设为2.28，消光系数设为0的SiN膜(厚度：固定)，栅极绝缘层303的折射率设为1.51，消光系数设为0的SiO₂膜(厚度：固定)。非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304的折射率设为2.3，消光系数设为0.5的非晶氧化物半导体膜(厚度：固定)。蚀刻阻挡层305的折射率设为1.51，消光系数设为0的氧化硅(SiO₂)膜(厚度：可变)。

考虑到波长248nm的激光从垂直于上述膜结构模型的表面的方向入射时的多重干涉，一边使蚀刻阻挡层305的厚度变化，一边计算非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304中的激光的吸收率。

图5中所示的图表，表示使蚀刻阻挡层305的厚度变化时的非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304中的激光吸收率的计算结果。图表的横轴表示蚀刻阻挡层305的厚度(nm)，纵轴表示非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304的激光吸收率。从图5所示的计算结果可得知，非晶In-Ga-Zn-O类半导体层304(对应于非晶氧化物半导体膜40)中的激光吸收率相对于蚀刻阻挡层305(对应于蚀刻阻挡膜5)的厚度，从约0.7(最小值)到0.9(最大值)的范围内周期性地变化。

在本实施方式中，参照图5的计算结果，设定蚀刻阻挡膜5的厚度。具体地，使得非晶氧化物半导体膜40中的激光吸收率设为在包括最小值或最小值附近的值(包括最小值的预订范围内的值)来设定厚度。

例如，在本实施方式中，将蚀刻阻挡膜5的厚度设定在50～85nm(或135～170nm)的范围内，且形成蚀刻阻挡膜5形成设定的厚度，使得非晶氧化物半导体膜40的激光吸收率变为包括最小值的预定范围内的值。之后，通过干蚀刻、抗蚀剂的剥离以及清洁，将蚀刻阻挡膜5形成为岛状，进一步照射具有上述波长的激光(准分子激光器或固体激光器)，对非晶氧化物半导体膜40实施退火处理。

在蚀刻阻挡膜5的厚度在50～85nm(或135～170nm)的范围中，非晶氧化物半导体膜40的激光吸收率为最小值或最小值附近的值，与不存在蚀刻阻挡膜5的情况(厚度为0的情况)相比，激光吸收率小。因此，非晶氧化物半导体膜40中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的激光吸收率与未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域相比低。结果，非晶氧化物半导体膜40中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域，例如是包括微晶氧化物半导体的区域，未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域例如是包括多晶氧化物半导体的区域。

另外，非晶氧化物半导体膜40中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的激光吸收率也可以大致相等于未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的激光吸收率。在这种情况下，由两者的激光吸收发生的热能原本大致相等。然而，在被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域中，热量由蚀刻阻挡膜5吸收，并且用于使非晶氧化物半导体结晶的热能减少，因此被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的结晶性低于未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域的结晶性。结果，例如，在非晶氧化物半导体膜40中被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域成为包括微晶氧化物半导体的区域，未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域成为包括多晶氧化物半导体的区域。

通过使用上述激光从蚀刻阻挡膜5上方对非晶氧化物半导体膜40实施退火处理，从而非晶氧化物半导体膜40中被蚀刻阻挡膜5覆盖的的区域形成微晶氧化物半导体区域43，位于微晶氧化物半导体区域43的两侧，且未被蚀刻阻挡膜5覆盖的区域形成多晶氧化物半导体区域42A和多晶氧化物半导体区域42B。非晶氧化物半导体膜40中未被激光照射的区域直接保持非晶态(非晶氧化物半导体区域41)。图3C表示通过利用激光的退火处理形成包括非晶氧化物半导体区域41、多晶氧化物半导体区域42A、多晶氧化物半导体区域42B以及微晶氧化物半导体区域43的半导体层4的状态。

接着，通过溅射方法形成由例如Al、Mg、Mo、Cr、Ta、Cu、Ti、Ni、W、Mn等金属、以这些金属作为主要成分的合金、或金属氧化物等材料的金属膜，通过进行使用光掩模的光刻、金属膜的干蚀刻、抗蚀剂的剥离、以及清洁，在半导体层4上图案化形成源极6A和漏极6B。此时，以在蚀刻阻挡膜5上源极6A和漏极6B彼此隔开，且源极6A的一部分位于多晶氧化物半导体区域42A的上方，漏极6B的一部分位于多晶氧化物半导体区域42B的上方的方式进行使用光掩模的光刻以及金属膜的干蚀刻。图3D表示形成源极6A和漏极6B的状态。

接着，说明本实施方式涉及的薄膜晶体管的电特性。图6是表示本实施方式涉及的薄膜晶体管的Vg-Id特性的图表。图表的横轴表示栅极电压Vg(V)，纵轴表示漏极电流Id(A)。另外，漏极电压Vd的值设为10V。在图6中，实线图表表示本实施方式涉及的薄膜晶体管的Vg-Id特性，虚线图表示沟道部由非晶氧化物半导体区域(非晶In-Ga-Zn-O类半导体区域)形成的第一比较例的薄膜晶体管的Vd-Id特性，单点划线的图表表示沟道部仅由多晶氧化物半导体区域(多晶In-Ga-Zn-O类半导体区域)形成的第二比较例的薄膜晶体管的Vg-Id特性。

另外，第二比较例的薄膜晶体管的制造方法与上述参照图3A～图3D描述的方法同样。然而，与图3A～图3D所示的方法不同之处在于，在非晶氧化物半导体膜上形成作为蚀刻阻挡层的绝缘膜之后，在对绝缘膜进行图案化之前，将激光从绝缘膜上方照射到非晶氧化物半导体膜。因此，用激光照射的非晶氧化物半导体膜的整个区域在实际相同的条件下结晶成为多晶氧化物半导体区域。之后，对绝缘膜进行图案化，以形成覆盖多晶氧化物半导体区域的一部分的蚀刻阻挡层。因此，在第二比较例的薄膜晶体管中，半导体层中被蚀刻阻挡层覆盖的区域、源极以及漏极连接的区域的结晶性大致相同。

从图6所示的图表获得以下电特性。(1)在第一比较例中迁移率为8.83cm²/Vs，相对地，在本实施方式涉及的薄膜晶体管中迁移率为18.17cm²/Vs。(2)在第一比较例及本实施方式涉及的薄膜晶体管中，亚阈值系数为0.44V/dec。(3)在第一比较例中，阈值电压为3.62V，相对地，在本实施方式涉及的薄膜晶体管中，阈值电压为2.61V。(4)当栅极电压为-15V时，在第一比较例中，截止电流为4.64×10^-13A，相对地，在本实施方式涉及的薄膜晶体管中，截止电流为4.90×10^-13A。(5)在第二比较例中，即使在栅极电压为负的区域中，也会流过与导通电流相等的电流。也就是说，没有作为TFT执行开关动作。

从上述结果可知，本实施方式的薄膜晶体管具有高于第一比较例的薄膜晶体管的迁移率(沟道迁移率)。此外，可知，本实施方式的薄膜晶体管的截止电流与第一比较例的薄膜晶体管被抑制低到同样程度。

如上所述，在本实施方式中，半导体层4中与源极6A和漏极6B连接(在该示例中为直接接触)的接触区域由低电阻的多晶氧化物半导体区域42A和42B构成，且沟道区域由微晶氧化物半导体区域43构成而保持电阻，可以抑制截止电流的上升的同时提高迁移率和开关动作。

接着，说明栅极2、半导体层4的结晶区域(即，激光照射区域)以及蚀刻阻挡膜5的配置关系的变形例。

(变形例1)

图7是变形例1的薄膜晶体管的示意俯视图。在变形例1中，结晶区域(即，激光照射区域)从栅极区域突出。这种构成是在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，通过将激光照射区域扩大到栅极区域的外侧来形成。

(变形例2)

图8是变形例2的薄膜晶体管的示意俯视图。在变形例2中，结晶区域(即，激光照射区域)从栅极区域突出而形成，且蚀刻阻挡膜5具有从栅极区域突出的部分。这种构成是在对蚀刻阻挡膜5进行蚀刻时，通过将光掩模的范围扩大到栅极区域的外侧并且留下栅极区域的外侧部分而形成。此外，在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，通过将激光照射区域扩大到栅极区域的外侧来形成。

(变形例3)

图9是变形例3的薄膜晶体管的示意俯视图。在变形例3中，蚀刻阻挡膜5具有从栅极区域突出的部分，且结晶区域(即，激光照射区域)是从栅极区域以及由蚀刻阻挡膜5的外缘划定的区域突出。这种构成是在蚀刻蚀刻阻挡膜5时，通过将光掩模的范围扩大到栅极区域的外侧并且留下栅极区域的外侧部分而形成。此外，在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，通过将激光照射区域扩大到栅极区域以及由蚀刻阻挡膜5的外缘划定的区域的外侧来形成。

(变形例4)

图10是变形例4的薄膜晶体管的示意俯视图。在变形例4中，结晶区域(即，激光照射区域)从栅极区域突出而形成，蚀刻阻挡膜5具有从栅极区域以及结晶区域(即，激光照射区域)突出的部分。这种构成是在蚀刻蚀刻阻挡膜5时，通过将光掩模的范围扩大到栅极区域以及结晶区域(即，激光照射区域)的外侧，并且留下栅极区域以及结晶区域(即，激光照射区域)的外侧部分而形成。此外，在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，通过将激光照射区域扩大到栅极区域的外侧来形成。

(变形例5)

图11是变形例5的薄膜晶体管的示意俯视图。在变形例5中，特征在于，在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，结晶区域(即，激光照射区域)从栅极区域突出而形成，且蚀刻阻挡膜5形成在栅极区域内侧的区域。这种构成是在蚀刻蚀刻阻挡膜5时，通过将光掩模的范围限制到栅极区域的内侧而形成。此外，在非晶氧化物半导体膜40的退火处理中，通过将激光照射区域扩大到栅极区域的外侧来形成。

(第二实施方式)

在第二实施方式中，说明使用本实施方式涉及的薄膜晶体管的显示装置的构成。

使用第二实施方式的薄膜晶体管作为液晶显示装置中的开关元件时，在源极6A和漏极6B的上层依次形成钝化膜82、有机膜83以及像素电极9(参照图12)。

图14是说明第二实施方式涉及的薄膜晶体管的构成的示意截面图。第二实施方式涉及的薄膜晶体管包括例如，栅极2、栅极绝缘层3、半导体层4、蚀刻阻挡膜触5、源极6A以及漏极6B、以及钝化膜82、有机膜83以及像素电极9。另外，栅极2、栅极绝缘层3、半导体层4、蚀刻阻挡膜5、源极6A以及漏极6B的构成与第一实施方式同样。

钝化膜82是使用例如SiN等通过CVD方法在源极6A和漏极6B的上层形成。此外，钝化膜82的上层形成有丙烯酸类的树脂等的有机膜83。之后，通过光刻、干法蚀刻、抗蚀剂的剥离以及清洁来图案化，而设置与漏极6B相对的接触孔81。此外，在有机膜83上通过溅射方法形成氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)膜，通过图案化形成像素电极9。另外，在有机膜83的部分，可以使用除丙烯酸类的树脂以外的旋涂玻璃(SOG、Spin-on Glass)膜。

图13是说明第二实施方式涉及的显示装置的构成的框图。图13所示的显示装置表示液晶显示装置的示例，例如，包括液晶显示面板100、栅极驱动器101、源极驱动器102、电源电路103、图像存储器104和控制电路105。

控制电路105与从外部输入的同步信号同步地，输出分别用于控制栅极驱动器101、源极驱动器102、电源电路103和图像存储器104的控制信号。

图像存储器104临时存储显示对象的视频数据，并按照从控制电路105输入的存储器控制信号将视频数据输出到源极驱动器102。另外，图像存储器104也可以构成为，内置在控制电路105中，通过控制电路105的内部处理将视频数据输出到源极驱动器102。

电源电路103基于从控制电路105输入的电源控制信号，产生栅极驱动器101用的驱动电压以及源极驱动器102用的驱动电压等，并分别提供给栅极驱动器101以及源极驱动器102。

栅极驱动器101基于从控制电路105输入的栅极驱动器控制信号，产生用于导通/截止开关元件11(参照图14)的扫描信号，并且将产生的扫描信号依次施加到连接到栅极驱动器的各栅极线，所述开关元件11是按矩阵状配置在液晶显示面板100的各像素10所具备的开关元件。

源极驱动器102基于从控制电路105输入的源极驱动器控制信号，根据从图像存储器104输入的视频数据生成数据信号，且将生成的数据信号依次施加到分别与源极驱动器102连接的各源极线。相应的开关元件11导通的情况下，从源极驱动器102通过源极线提供的数据信号被写入各像素10。

另外，在本实施方式中，虽然说明了栅极驱动器101和源极驱动器102设置在液晶显示面板100外部的构成，但是，栅极驱动器101和源极驱动器102也可以安装在液晶显示面板100的周边。

图14是说明各像素10的构成示例的电路图。各像素10包括开关元件11和显示元件12。开关元件11例如是第一实施例所示的薄膜晶体管，该源极6A连接到源极线，漏极6B连接到像素电极9。此外，开关元件11的栅极2连接到栅极线。开关元件11可以根据提供给栅极线的扫描信号而切换导通/截止的状态，像素电极9从源极线电断开，或者像素电极9电连接到源极线。

液晶显示面板100包括与像素电极9相对的相对电极。在像素电极9和相对电极之间封入液晶材料，从而形成液晶电容C1。相对电极连接到未图示的公共电压产生电路，并通过施加该公共电压产生电路产生的公共电压Vcom，以维持在例如固定电位。

各像素10构成为，包括相对于液晶电容C1并联连接的保持电容C2，对像素电极9施加电压时，电荷被充电到该保持电容C2。因此，即使在没有通过源极线施加数据电压期间，也可以通过保持电容C2保持有的电位来保持像素10的电压值。

液晶显示装置的控制电路105通过栅极驱动器101、源极驱动器102等，控制施加在像素电极9和相对电极之间的电压的大小，并通过控制各像素10中的液晶物质的透射率，以调整透过液晶物质的光的光量而进行视频显示。

作为各像素10所具备的开关元件11，通过采用第一实施方式所示的薄膜晶体管，可以实现低电耗。由于通过采用第一实施方式所示的薄膜晶体管，可以抑制薄膜晶体管之间的特性变化，因此，可以良好地保持液晶显示面板100的显示质量。

另外，在第二实施方式中，示出了作为显示装置的示例的液晶显示装置，但是，也可以构成为，采用作为有机EL显示装置所使用的像素选择用的开关元件、或像素驱动用的开关元件的第一实施方式所示的薄膜晶体管。

应当认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，并非限制性的。本发明的范围不由上述极线意味而由权利要求书表示，可以认为包含与权利要求书等同的意思以及范围内的全部变更。

关于上述实施方式，将进一步公开以下附记。

本发明的一个实施方式的薄膜晶体管包括：形成于基板上的栅极、以覆盖该栅极的方式形成的栅极绝缘层、形成于该栅极绝缘层上的半导体层、位于所述栅极的上方且覆盖所述半导体层一部分区域的蚀刻阻挡膜，所述半导体层为包括铟、镓和锌氧化物的化合物的氧化物半导体层，由所述蚀刻阻挡层覆盖的所述一部分区域中的所述氧化物半导体层的结晶性与夹着所述一部分区域位于两侧的两个区域中的所述氧化物半导体层的结晶性不同，所述薄膜晶体管还包括在所述氧化物半导体层上分离设置且至少一部分位于所述两个区域的一个的上方的源极源极、和至少一部分位于所述两个区域的另一个的上方的漏极。

本发明的一个方式涉及的薄膜晶体管在所述一部分区域中的所述氧化物半导体层是微晶氧化物半导体层，所述两个区域中的所述氧化物半导体层是多晶氧化物半导体层。

本发明的一个方式涉及的薄膜晶体管在与所述微晶氧化物半导体层和所述多晶氧化物半导体层相同的层内包括非晶氧化物半导体层。

本发明的一个方式涉及的显示装置包括多个显示元件、和选择或驱动应该显示的显示元件的上述薄膜晶体管。

本发明的一个方式涉及的薄膜晶体管的制造方法为：在基板上形成栅极；以覆盖该栅极的方式形成栅极绝缘层；在该栅极绝缘层上形成包含铟、镓和锌氧化物的化合物的氧化物半导体层；在所述氧化物半导体层上形成蚀刻阻挡层，该蚀刻阻挡层具有被设定为所述氧化物半导体层对应该照射的能源束的吸收率成为包含最小值或最大值的规定范围内的值的厚度；除去所述蚀刻阻挡膜的一部分，以使所述氧化物半导体层具有未被所述蚀刻板膜覆盖的两个区域；从所述蚀刻板膜的上方照射上述能量束，而使由上述蚀刻阻挡膜覆盖的区域中的氧化物半导体层的结晶性与未被所述蚀刻阻挡膜覆盖的上述两个区域中的氧化物半导体层的结晶性不同；在所述半导体层上分离形成至少一部分位于所述两个区域的一个上方的源极、和至少一部分位于所述两个区域的另一个上方的漏极。

参照图15，进一步说明本发明一方式的薄膜晶体管的构成。薄膜晶体管包括基板1、由基板1支撑的栅极2、覆盖栅极的栅极绝缘层3、设置在栅极绝缘层3上且具有结晶区域Rc的半导体层(氧化物半导体层)4、配置在半导体层4的一部分上的保护绝缘层(也称为“蚀刻阻挡层”)5、源极6A以及漏极6B。

另外，在本说明书中，“结晶区域Rc”是主要包括结晶氧化物半导体(多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、单晶氧化物半导体或c轴大致垂直于层表面取向的晶体氧化物半导体)的区域。

结晶区域Rc包括第一区域4s、第二区域4d、位于第一区域4s和第二区域4d之间的沟道区域4c。第一区域4s是与源极6A电连接的区域(源极接触区域)。第二区域4d是与漏极6B电连接的区域(漏极接触区域)。在本实施方式中，沟道区域4c、第一区域4s和第二区域4d经由栅极绝缘层3与栅极2重叠。第一区域4s也可以与源极6A直接接触。同样地，第二区域4d也可以与漏极6B直接接触。

保护绝缘层5以覆盖沟道区域4c，且露出于第一区域4s和第二区域4d的方式配置。保护绝缘层5也可以与沟道区域4c的上表面接触。在图示的示例中，保护绝缘层5为岛状。另外，保护绝缘层5也可以以覆盖整个半导体层4的方式形成，并且，具有露出于半导体层4的第一区域4s的开口部和露出于第二区域4d的开口部。

在图案化导电膜而形成源极6A和漏极6B的步骤(源极/漏极分离步骤)中，保护绝缘层5具有作为保护沟道区域4c的蚀刻阻挡层的功能。即，保护绝缘层5与上述导电膜相比靠下方(即，在形成半导体层4之后且在形成源极和漏极用的导电膜之前)形成。因此，保护绝缘层5的一部分位于半导体层4和源极6A之间，保护绝缘层5的另一部分保护绝缘层5位于半导体层4和漏极6B之间。

在本实施例中，结晶区域Rc的沟道区域4c的结晶性低于第一区域4s和第二区域4d的结晶性。如上所述，这种晶体结构是在非晶氧化物半导体膜的一部分上形成保护绝缘层5之后，进行从保护绝缘层5上方照射激光的结晶化步骤，并控制被半导体膜中被保护绝缘膜5覆盖的部分的激光吸收率(即，具有保护绝缘层5的层叠结构的激光的反射率)来制造获得。

作为示例，沟道区域4c的平均晶粒粒径也可以小于第一区域4s和第二区域4d的平均晶粒粒径。或者，使用拉曼光谱法测量的沟道区域4c的结晶化率也可以小于第一区域4s和第二区域4d的结晶化率。也就是说，包含在沟道区域4c中的非晶相的体积比也可以大于包含在第一区域4s和第二区域4d中的非晶相的体积比。

也可以是，沟道区域4c、第一区域4s和第二区域4d均包括微晶氧化物半导体。或者，也可以是沟道区域4c包括微晶氧化物半导体，第一区域4s和第二区域4d包括多晶氧化物半导体或多晶氧化物导体。或者，也可以是沟道区域4c包括多晶氧化物半导体，第一区域4s和第二区域4d包括多晶氧化物半导体或多晶氧化物导体。

半导体层4在结晶区域Rc的基础上，还可以包括非晶区域Ra。例如，当仅对非晶氧化物半导体膜的一部分照射激光而结晶时，激光照射的区域变为结晶区域Rc，未被激光照射的区域保持为非晶区域Ra。关于这种结晶方法，在本说明书中引用例如，国际公开第WO2011/055618号、国际公开第WO2011/132559号、国际公开第WO2016/157351号和国际公开第WO2016/170571号的全部公开内容。

结晶区域Rc的电阻率可以低于非晶区域Ra的电阻率。此外，第一区域4s及第二区域4d的电阻率可以低于沟道区域4c的电阻率。

半导体层4可以包括铟、镓和锌。例如，可以包括In-Ga-Zn-O类半导体。包含在半导体层4中的氧化物半导体的种类和组成不特别限定。氧化物半导体可以是包含铟、镓、锌、锡、铝、硅、锗、钛、钼、硼和锰等元素中的至少一种。例如，可以使用In-Zn-O类半导体、In-Sn-Zn-O类半导体等已知的氧化物半导体。氧化物半导体的材料，结构、形成方法等在日本专利第6275294号说明书中记载。为了参考，在本说明书中援用日本专利第6275294号说明书的全部公开内容。

本实施方式的薄膜晶体管可以是例如如下制造获得。首先，在基板1上形成栅极2和覆盖栅极2的栅极绝缘层3。其次，在栅极绝缘层3上形成由非晶氧化物半导体构成的非晶氧化物半导体膜40。接着，在非晶氧化物半导体膜40上形成将成为保护绝缘层的绝缘膜，通过图案化绝缘膜以获得覆盖成为非晶氧化物半导体膜40中的沟道区域的部分的保护绝缘层5(参照图3B)。

之后，通过从保护绝缘层5的上方用激光照射非晶氧化物半导体膜40，使在从基板1的法线方向观察时与栅极2重叠的区域中，以非晶氧化物半导体膜40中被保护绝缘层5覆盖的部分的结晶性低于未被保护绝缘层5覆盖的部分的结晶性的方式结晶化。由此，用激光照射的区域被结晶化，获得具有结晶区域Rc的半导体层4。

接着，形成源极6A和漏极6B，该源极6A电连接到结晶区域Rc中未被保护绝缘层5覆盖的部分中的一部分(此处，第一区域4s)，该漏极6B是电连接到结晶区域Rc中未被保护绝缘层5覆盖的部分中的另一部分(此处，第二区域4d)。因此，制造了薄膜晶体管。

根据本实施方式，由于薄膜晶体管的半导体层(活性层)4中的、成为在源极6A和漏极6B之间流动的电流的路径的部分(第一区域4s、第二区域4d和沟道区域4c)由结晶氧化物半导体构成，与使用非晶氧化物半导体的TFT相比，可以改善沟道迁移率。此外，由于沟道区域4c的结晶性低于第一区域4s和第二区域4d的结晶性，一边可以抑制沟道区域4c的电阻降低引起的导通电流的增大，一边可以改善迁移率。因此，可以确保所需的截止特性，同时提高导通特性。

此外，当通过上述方法制造薄膜晶体管时，图案化保护绝缘膜而形成保护绝缘层5之后，激光从图案化的保护绝缘层5的上方照射到非晶氧化物半导体膜40以进行激光退火。因此，可以使非晶氧化物半导体膜40中被保护绝缘膜5覆盖的部分的结晶性与未被覆盖的部分的结晶性不同。即，通过使用保护绝缘层5，即使在不同的照射条件下进行多次激光退火，也可以单独形成结晶性不同的区域。

在上述结晶工序中，通过将激光从保护绝缘层5的上方照射到非晶氧化物半导体膜40，在从基板1的法线方向观察时与栅极2重叠的区域中，可以使非晶氧化物半导体膜40中未被保护绝缘层5覆盖的部分结晶，使被保护绝缘层5覆盖的部分保持非晶态。结果，沟道区域4c成为非晶区域，第一区域4s和第二区域4d成为多晶区域或微晶区域。由此，无需增大截止电流，也可以降低导通电阻。

或者，在上述结晶工序中，可以使得沟道区域4c的结晶性高于第一区域4s和第二区域4d的结晶性而结晶。在这样的配置中，例如，保护绝缘层5的厚度设定厚度(图5所示的示例中，厚度：85～135nm)，使得非晶氧化物半导体膜40中的激光吸收率为最大值或最大值附近的值(包括最大值的预定范围内的值)，并从保护绝缘层5的上方进行激光退火。在这种情况下，例如，沟道区域4c是多晶区域，第一区域4s和第二区域4d是微晶区域。因此，在半导体层(活性层)4中，一边成为在源极6A和漏极6B之间流动的电流的经路的部分结晶而提高沟道迁移率，一边通过部分地降低作为电流经路的部分的结晶性(此处，降低第一区域4s和第二区域4d的结晶性)，可以抑制截止电流的增加。

当从基板1的法线方向观察时，栅极2、保护绝缘层5和结晶区域Rc(用激光照射的区域)的位置关系不限于图1、图7～图11所示的示例。图16A～图16F是表示薄膜晶体管的又一个示例的俯视图。可以是以图16A～图16F所例示的方式配置。在任一配置示例中，保护绝缘层5以仅与栅极2的一部分重叠的方式配置。此外，结晶区域Rc以与栅极2的至少部分重叠的方式配置。结晶区域Rc包括与栅极2和保护绝缘层5两者重叠的部分以及与栅极2重叠且不与保护绝缘层5重叠的部分。

例如，从基板1的法线方向上观察时，保护绝缘层5也可以在薄膜晶体管的沟道宽度方向上横穿结晶区域Rc而延伸。或者，从基板1的法线方向上观察时，保护绝缘层5也可以为岛状，位于结晶区域Rc的内部。从基板1的法线方向上观察时，结晶区域Rc可以位于栅极2内部。或者，结晶区域Rc的一部分也可以不与栅极2重叠。例如，也可以通过扫描由非晶氧化物半导体构成的半导体膜的整个表面的激光退火方法，使整个半导体膜结晶。

本申请基于2018年6月28日提出的日本专利申请第2018-123446号，参照其公开的全部内容引用至本申请。