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

在包括氧化物半导体的晶体管中，抑制电特性的变动且提高可靠性。半导体装置包括晶体管。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、以及氧化物半导体膜及第二栅电极上的第三绝缘膜。氧化物半导体膜包括与第二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电连接。在对晶体管的饱和区域中的场效应迁移率进行测量时，场效应迁移率的最小值与场效应迁移率的最大值之差为15cm

Semiconductor device and display device including the semiconductor device

In transistors including oxide semiconductors, changes in electrical characteristics are suppressed and reliability is improved. Semiconductor devices include transistors. The transistor includes the first gate electrode, the first insulating film on the first gate electrode, the oxide semiconductor film on the first insulating film, the second insulating film on the oxide semiconductor film, the second gate electrode on the second insulating film, and the third insulating film on the oxide semiconductor film and the second gate electrode. The oxide semiconductor film includes a channel region overlapping the second gate electrode, a source region contacting the third insulating film and a leakage region contacting the third insulating film. The first gate electrode is electrically connected with the second gate electrode. When measuring the field effect mobility in the saturated region of a transistor, the difference between the minimum and maximum field effect mobility is 15 cm.

【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以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)或组合物(compositionofmatter)。本专利技术的实施方式尤其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、其驱动方法或其制造方法。在本说明书等中，半导体装置一般是指通过利用半导体特性而能够工作的装置。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)及电子设备有时都包括半导体装置。
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形成晶体管(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)及图像显示装置(显示装置)等电子器件。作为可以用于晶体管的半导体薄膜，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，公开了一种技术，其中使用氧化物薄膜形成自对准顶栅晶体管(参照专利文献1)。此外，实现高场效应迁移率(有时，简称为迁移率或μFE)的半导体装置具有如下结构：其中，层叠有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，并且铟的比率比镓的比率高(参照专利文献2)。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开第2009-278115号公报[专利文献2]日本专利申请公开第2014-007399号公报
技术实现思路
作为包括氧化物半导体膜的晶体管的结构，可以举出底栅结构或顶栅结构等。当将包括氧化物半导体膜的晶体管用于显示装置时，使用底栅晶体管的情况多于使用顶栅晶体管的情况，这是因为其制造工序比较简单且其制造成本低。然而，底栅晶体管有如下缺点：随着显示装置的屏幕的大型化或者显示装置的图像的高清晰化，该显示装置的典型例子是具有4k×2k像素(水平方向的3840个像素，垂直方向的2160个像素)或8k×4k像素(水平方向的7680个像素，垂直方向的4320个像素)的高清晰显示装置，晶体管的栅电极与源电极及漏电极之间的寄生电容所导致的信号迟延等增大，这导致显示装置的显示质量的降低。于是，作为包括氧化物半导体膜的顶栅晶体管，期待着具有稳定的半导体特性及高可靠性的结构的开发。鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是在包括氧化物半导体的晶体管中，抑制电特性的变动并提高可靠性。本专利技术的一个实施方式的另一目的之一是提供一种包括氧化物半导体的顶栅晶体管。本专利技术的一个实施方式的另一目的之一是提供一种包括氧化物半导体的通态电流(on-statecurrent)大的晶体管。本专利技术的一个实施方式的另一目的之一是提供一种包括氧化物半导体的关态电流(off-statecurrent)小的晶体管。本专利技术的一个实施方式的另一目的之一是提供一种功耗低的半导体装置。本专利技术的一个实施方式的另一目的之一是提供一种新颖的半导体装置。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。上述目的以外的目的从说明书等的记载看来是显而易见的，并可以从说明书等中抽取上述目的以外的目的。本专利技术的一个实施方式是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、以及氧化物半导体膜及第二栅电极上的第三绝缘膜。氧化物半导体膜包括与第二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。第一栅电极和第二栅电极电连接。当进行晶体管的饱和区域中的场效应迁移率的测量时，场效应迁移率的最小值与最大值之差为15cm2/Vs以下。在上述实施方式中，优选在施加到第一栅电极及第二栅电极的电压在3V至10V的范围内并且施加到漏区域的电压在10V至20V的范围内时，进行场效应迁移率的测量。在上述实施方式中，氧化物半导体膜优选包含In、M(M为Al、Ga、Y或Sn)及Zn。在上述实施方式中，优选的是，In、M及Zn的原子个数比在In:M:Zn＝4:2:3附近，并且当In的比例为4时，M的比例为1.5以上且2.5以下，Zn的比例为2以上且4以下。本专利技术的其他的一个实施方式是一种显示装置，该显示装置包括上述实施方式中任一个的半导体装置以及显示元件。本专利技术的其他的一个实施方式是一种显示模块，该显示模块包括该显示装置以及触摸传感器。本专利技术的其他的一个实施方式是一种电子设备，该电子设备包括上述实施方式中任一个的半导体装置、显示装置或显示模块以及操作键或电池。根据本专利技术的一个实施方式，在包括氧化物半导体的晶体管中，可以抑制电特性的变动并提高可靠性。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种包括氧化物半导体的顶栅晶体管。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种包括氧化物半导体的通态电流大的晶体管。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种包括氧化物半导体的关态电流小的晶体管。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种功耗低的半导体装置。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种新颖的半导体装置。注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述效果。上述效果以外的效果从说明书、附图、权利要求书等的描述中是显而易见的，并可以从所述描述中抽取。附图说明在附图中：图1A至图1C各自示出晶体管的Id-Vg特性；图2A和图2B示出晶体管的Id-Vg特性及Id-Vd特性；图3示出基于GCA计算出的Id-Vg特性以及线性迁移率及饱和迁移率的曲线；图4A至图4C是晶体管的俯视图及截面图；图5是说明晶体管的有效沟道长度的概念的示意图；图6A至图6C是各自示出施主密度的示意图；图7示出Id-Vg特性；图8示出Id-Vg特性；图9示出界面态密度的计算结果；图10A和图10B示出Id-Vg特性；图11示出迁移率曲线的形状；图12示出迁移率曲线的计算结果；图13示出sDOS的结果；图14A和图14B是说明半导体装置的截面图；图15A和图15B是说明半导体装置的截面图；图16A和图16B是说明半导体装置的截面图；图17A和图17B是说明半导体装置的截面图；图18A和图18B是说明半导体装置的截面图；图19A和图19B是说明半导体装置的截面图；图20A和图20B是说明半导体装置的截面图；图21A和图21B是说明半导体装置的截面图；图22A至图22C各自示出晶体管的带结构；图23A至图23C各自示出氧化物半导体的原子个数比的范围；图24示出InMZnO4的结晶；图25是在沟道区域中包括氧化物半导体的晶体管的能带图；图26A至图26C是氧化物半导体膜的截面TEM图像及截面HR-TEM图像；图27A至图27C是氧化物半导体膜的截面TEM图像及截面HR-TEM图像；图28A至图28C是氧化物半导体膜的截面TEM图像及截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体管，包括：第一栅电极、氧化物半导体膜以及第二栅电极，其中，所述第一栅电极和所述第二栅电极电连接，在所述晶体管的饱和区域中测量的场效应迁移率的最小值与最大值之差为15cm2/Vs以下，并且，在施加到所述第一栅电极及所述第二栅电极的电压在3V至10V的范围内并且施加到所述氧化物半导体膜的漏区域的电压在10V至20V的范围内时，进行所述场效应迁移率的测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 JP 2016-024579;2016.06.24 JP 2016-125371.一种晶体管，包括：第一栅电极、氧化物半导体膜以及第二栅电极，其中，所述第一栅电极和所述第二栅电极电连接，在所述晶体管的饱和区域中测量的场效应迁移率的最小值与最大值之差为15cm2/Vs以下，并且，在施加到所述第一栅电极及所述第二栅电极的电压在3V至10V的范围内并且施加到所述氧化物半导体膜的漏区域的电压在10V至20V的范围内时，进行所述场效应迁移率的测量。2.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述氧化物半导体膜包含In、M(M为Al、Ga、Y和Sn中的至少一个)及Zn。3.根据权利要求2所述的晶体管，其中In、M及Zn的原子个数比在In:M:Zn＝4:2:3附近，并且当In的比例为4时，M的比例为1.5以上且2.5以下，Zn的比例为2以上且4以下。4.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述氧化物半导体膜的沉积中的衬底温度为室温。5.根据权利要求1所述的晶体管，还包括电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极。6.根据权利要求1所述的晶体管，其中通过二次离子质谱分析法(SIMS)测得的所述氧化物半导体膜的氢浓度低于1×1018atoms/cm3。7.一种包括权利要求1所述的晶体管的半导体装置。8.一种晶体管，包括：第一栅电极、氧化物半导体膜以及第二栅电极，其中，所述第一栅电极和所述第二栅电极电连接，所述氧化物半导体膜包括纳米晶，在所述晶体管的饱和区域中测量的场效应迁移率的最小值与最大值之差为15cm2/Vs以下，并且，在施加到所述第一栅电极及所述第二栅电极的电压在3V至10V的范围内并且施加到所述氧化物半导体膜的漏区域的电压在10V至20V的范围内时，进行所述场效应迁移率的测量。9.根据权利要求8所述的晶体管，其中所述氧化物半导体膜包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，冈崎健一，津吹将志，马场晴之，重信幸惠，肥冢绘美，
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