半导体装置以及包括该半导体装置的显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提高包括氧化物半导体膜的晶体管的场效应迁移率及可靠性。半导体装置包括具有氧化物半导体膜的晶体管。晶体管包括栅电压高于0V且10V以下的晶体管的场效应迁移率的最大值为40以上且小于150的区域；阈值电压为‑1V以上且1V以下的区域；以及S值小于0.3V/decade的区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及包括该半导体装置的显示装置
本专利技术的一个实施方式涉及一种包括氧化物半导体膜的半导体装置及包括该半导体装置的显示装置。注意，本专利技术的一个实施方式不局限于上述
本说明书等所公开的专利技术的一个实施方式的
涉及一种物体、方法或制造方法。本专利技术涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(compositionofmatter)。本专利技术的一个实施方式尤其涉及一种氧化物半导体或该氧化物半导体的制造方法。本专利技术的一个实施方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、它们的驱动方法以及它们的制造方法。在本说明书等中，半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置。晶体管等半导体元件、半导体电路、运算装置、存储装置都是半导体装置的一个实施方式。摄像装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池或有机薄膜太阳能电池等)及电子设备可以包括半导体装置。
技术介绍
通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管(也称为场效应晶体管(FET)或薄膜晶体管(TFT))的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于如集成电路(IC)或图像显示装置(显示装置)等电子器件。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜的材料，以硅为代表的半导体材料被周知。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，已公开了使用In-Ga-Zn类氧化物半导体制造晶体管的技术(参照专利文献1)。此外，公开了具有如下结构的实现高场效应迁移率(有时简称为迁移率或μFE)的半导体装置，其中，层叠多个氧化物半导体层，在该多个氧化物半导体层中的被用作沟道的氧化物半导体层包含铟及镓，且铟的比率高于镓的比率(参照专利文献1)。非专利文献1公开了由In1-xGa1+xO3(ZnO)m(-1≤x≤1，且m为自然数)表示的同系物相(homologousseries)。此外，非专利文献1公开了同系物相的固溶区域(solidsolutionrange)。例如，在m＝1的情况下的同系物相的固溶区域中在x为-0.33至0.08的范围内，且m＝2的情况下的同系物相的固溶区域在x为-0.68至0.32的范围内。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开第2007-96055号公报[专利文献2]日本专利申请公开第2014-007399号公报[非专利文献][非专利文献1]M.Nakamura,N.Kimizuka,andT.Mohri,“ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃”,J.SolidStateChem.,1991,Vol.93,pp.298-315
技术实现思路
将氧化物半导体膜用于沟道区域的晶体管的场效应迁移率越高越好。然而，当提高晶体管的场效应迁移率时，晶体管具有其特性趋于常开启特性的问题。注意，“常开启特性”是指即使对栅电极不施加电压也有沟道，而电流流过晶体管的状态。此外，在将氧化物半导体膜用于沟道区域的晶体管中，形成在氧化物半导体膜中的氧空位对晶体管特性造成负面影响。例如，在氧化物半导体膜中形成有的氧空位与氢键合以成为载流子供应源。在氧化物半导体膜中形成有的载流子供应源产生包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性的变动，典型的是，产生阈值电压的漂移。例如，在氧化物半导体膜中的氧空位量过多时，晶体管的阈值电压向负方向漂移而晶体管具有常开启特性。因此，尤其是在氧化物半导体膜的沟道区域中，氧空位量优选少，或者氧空位量优选为不使晶体管呈现常开启特性的程度之量。此外，非专利文献1公开了InxZnyGazOw的例子，并且在x、y及z以得到ZnGa2O4附近的组成的方式设定，即x、y及z分别近于0、1及2时，容易形成或混有尖晶石型的结晶结构。作为具有尖晶石型结晶结构的化合物，已知有以AB2O4(A及B为金属)表示的化合物。但是，当尖晶石结晶结构形成在或混在In-Ga-Zn类氧化物半导体中时，包含该In-Ga-Zn类氧化物半导体的半导体装置(例如，晶体管)的电特性或可靠性有可能受到尖晶石结晶结构导致的不良影响。鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提高包括氧化物半导体膜的晶体管的场效应迁移率及可靠性。本专利技术的一个实施方式的目的之一是防止包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动并提高该晶体管的可靠性。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种具有低功耗的半导体装置。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种具有良好的电特性的半导体装置。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的氧化物半导体。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置。注意，上述目的的记载不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述目的。上述以外的目的从说明书等的记载看来显而易见，且可以从说明书等的记载中抽取上述以外的目的。本专利技术的一个实施方式是一种包括晶体管的半导体装置，晶体管包括绝缘膜、第一导电膜、第二导电膜、第三导电膜以及氧化物半导体膜。第一导电膜包括与氧化物半导体膜接触的区域。第二导电膜包括与氧化物半导体膜接触的区域。第三导电膜包括夹着绝缘膜与氧化物半导体膜重叠的区域。晶体管包括栅电压大于0V且10V以下时的晶体管的场效应迁移率的最大值为40cm2/Vs以上且小于150cm2/Vs的区域、阈值电压为-1V以上且1V以下的区域、S值小于0.3V/decade的区域以及关态电流低于1×10-12A/cm2的区域，在μFE(max)表示晶体管的场效应迁移率的最大值且μFE(Vg＝2V)表示晶体管的栅电压为2V的场效应迁移率的值时，μFE(max)/μFE(Vg＝2V)为1以上且小于1.5。本专利技术的一个实施方式是一种包括晶体管的半导体装置，晶体管包括第一栅电极、第一栅电极上的第一绝缘膜、第一绝缘膜上的氧化物半导体膜、氧化物半导体膜上的第二绝缘膜、第二绝缘膜上的第二栅电极、氧化物半导体膜以及第二栅电极上的第三绝缘膜。氧化物半导体膜包括与栅电极重叠的沟道区域、与第三绝缘膜接触的源区域以及与第三绝缘膜接触的漏区域。第一栅电极与第二栅电极彼此电连接。晶体管包括栅电压大于0V且10V以下的晶体管的场效应迁移率的最大值为40cm2/Vs以上且小于150cm2/Vs的区域、阈值电压为-1V以上且1V以下的区域、S值小于0.3V/decade的区域以及关态电流低于1×10-12A/cm2的区域，在μFE(max)表示晶体管的场效应迁移率的最大值且μFE(Vg＝2V)表示晶体管的栅电压为2V的场效应迁移率的值时，μFE(max)/μFE(Vg＝2V)为1以上且小于1.5。在上述实施方式中，优选的是，氧化物半导体膜包括浅缺陷态密度低于1.0×10-12cm-2的区域。本专利技术的一个实施方式是一种包括晶体管的半导体装置，晶体管包括绝缘膜、第一导电膜、第二导电膜、第三导电膜以及氧化物半导体膜。第一导电膜包括与氧化物半导体膜接触的区域。第二导电膜包括与氧化物半导体膜接触的区域。第三导电膜包括夹着绝缘膜与氧化物半导体膜重叠的区域。晶体管包括栅电压大于0V且10V以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：晶体管，包括：绝缘膜；第一导电膜；第二导电膜；第三导电膜；以及氧化物半导体膜，其中，所述第一导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第二导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第三导电膜包括与所述氧化物半导体膜重叠的区域，所述绝缘膜设置于所述第三导电膜与所述氧化物半导体膜之间，所述晶体管，包括：栅电压高于0V且10V以下的所述晶体管的场效应迁移率的最大值为40cm2/Vs以上且小于150cm2/Vs的区域；阈值电压为‑1V以上且1V以下的区域；S值小于0.3V/decade的区域；以及关态电流低于1×10‑12A/cm2的区域，并且，在μFE(max)表示所述晶体管的所述场效应迁移率的所述最大值且μFE(Vg＝2V)表示栅电压为2V的所述晶体管的所述场效应迁移率的值时，μFE(max)/μFE(Vg＝2V)为1以上且小于1.5。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.22 JP 2016-057716;2016.03.22 JP 2016-057711.一种半导体装置，包括：晶体管，包括：绝缘膜；第一导电膜；第二导电膜；第三导电膜；以及氧化物半导体膜，其中，所述第一导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第二导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第三导电膜包括与所述氧化物半导体膜重叠的区域，所述绝缘膜设置于所述第三导电膜与所述氧化物半导体膜之间，所述晶体管，包括：栅电压高于0V且10V以下的所述晶体管的场效应迁移率的最大值为40cm2/Vs以上且小于150cm2/Vs的区域；阈值电压为-1V以上且1V以下的区域；S值小于0.3V/decade的区域；以及关态电流低于1×10-12A/cm2的区域，并且，在μFE(max)表示所述晶体管的所述场效应迁移率的所述最大值且μFE(Vg＝2V)表示栅电压为2V的所述晶体管的所述场效应迁移率的值时，μFE(max)/μFE(Vg＝2V)为1以上且小于1.5。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜包括浅缺陷态密度低于1.0×10-12cm-2的区域。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜包括其中第一区域和第二区域混在一起的复合氧化物半导体，所述第一区域包括以选自铟、锌和氧中的一个或多个为主要成分的多个第一簇，所述第二区域包括以选自铟、元素M、锌和氧中的一个或多个为主要成分的多个第二簇，所述元素M为Al、Ga、Y和Sn中的一个，所述第一区域包括所述多个第一簇彼此连接的部分，并且所述第二区域包括所述多个第二簇彼此连接的部分。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中在所述第二区域铟、所述元素M及锌的原子个数比为In：M：Zn＝4：2：3或4：2：3附近，并且在所述[In]为4时，所述[M]为1.5以上且2.5以下，且所述[Zn]为2以上且4以下。5.根据权利要求3所述的半导体装置，其中在所述第二区域铟、所述元素M及锌的原子个数比为In：M：Zn＝5：1：6或5：1：6附近，并且在所述[In]为5时，所述[M]为0.5以上且1.5以下，且所述[Zn]为5以上且7以下。6.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述多个第一簇具有电导电性，并且所述多个第二簇具有电半导体性。7.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述多个第一簇都包括0.5nm以上且1.5nm以下的部分。8.一种显示装置，包括：权利要求1所述的半导体装置；以及显示元件。9.一种显示模块，包括：权利要求8所述的显示装置；以及触摸传感器。10.一种电子设备，包括：权利要求1所述的半导体装置，以及操作键和电池中的至少一个。11.一种半导体装置，包括：晶体管，包括：绝缘膜；第一导电膜；第二导电膜；第三导电膜；以及氧化物半导体膜，其中，所述第一导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第二导电膜包括与所述氧化物半导体膜接触的区域，所述第三导电膜包括与所述氧化物半导体膜重叠的区域，所述绝缘膜设置于所述第三导电膜与所述氧化物半导体膜之间，所述晶体管，包括：栅电压高于0V且10V以下的所述晶体管的场效应迁移率的最大值为40cm2/Vs以上且小于150cm2/V...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，肥冢纯一，冈崎健一，岛行德，松田慎平，马场晴之，本田龙之介，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP