本发明专利技术提供了一种包括薄膜晶体管的半导体器件，该薄膜晶体管具有氧化物半导体层和优秀的电特性。此外，提供了一种用于制造半导体器件的方法，其中在一个衬底上形成多种类型的不同结构的薄膜晶体管以形成多种类型的电路，而且其中没有显著增加步骤数量。在绝缘表面上形成金属薄膜之后，在该金属薄膜上形成氧化物半导体层。然后，执行诸如热处理之类的氧化处理以部分或全部地氧化该金属薄膜。此外，在诸如逻辑电路之类强调操作速度的电路与矩阵电路之间，薄膜晶体管的结构不同。
【技术实现步骤摘要】
半导体器件本申请是申请日为“2009年12月25日”、申请号为“200910262560.3”、题为“半导体器件及其制造方法”的分案申请。
本专利技术涉及具有利用薄膜晶体管(下文称为TFT)形成的电路的半导体器件及其制造方法。例如，本专利技术涉及其中安装了以液晶显示面板作为代表的电光器件或包括有机发光元件的发光显示器件作为其部件的电子器件。注意此说明书中的半导体器件指的是可使用半导体特性操作的所有器件，而且光电器件、半导体电路以及电子器件都是半导体器件。
技术介绍
针对多种应用使用多种金属氧化物。氧化铟是众所周知的材料，且用作液晶显示器等所必需的透明电极材料。某些金属氧化物具有半导体特性。具有半导体特性的金属氧化物是一种类型的化合物半导体。化合物半导体是利用结合到一起的两种或多种类型的半导体形成的半导体。一般而言，金属氧化物变成绝缘体。然而，已知金属氧化物根据金属氧化物中包括的元素的组合而变成半导体。例如，已知氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等是具有半导体特性的金属氧化物。公开了其中利用这样的金属氧化物形成的透明半导体层作为沟道形成区的一种薄膜晶体管(专利文献1到4与非专利文献1)。此外，已知作为金属氧化物的不仅有单组分氧化物而且有多组分氧化物。例如，作为同系化合物的InGaO3(ZnO)m(m为自然数)是已知的材料(非专利文献2到4)。而且，已经确认这样的In-Ga-Zn基氧化物可应用于薄膜晶体管的沟道层(专利文献5和非专利文献5和6)。此外，一种利用氧化物半导体制造薄膜晶体管、并将该薄膜晶体管应用于电子器件或光学器件的技术已经引起人们的注意。例如，专利文献6和专利文献7公开了使用氧化锌或In-Ga-Zn-O基氧化物半导体作为氧化物半导体膜来制造薄膜晶体管的技术，而且用这样的晶体管作为图像显示器件的开关元件等。[专利文献][专利文献1]日本已公开专利申请No.S60-198861[专利文献2]日本已公开专利申请No.H8-264794[专利文献3]PCT国际申请No.H11-505377的日文译文[专利文献4]日本已公开专利申请No.2000-150900[专利文献5]日本已公开专利申请No.2004-103957[专利文献6]日本已公开专利申请No.2007-123861[专利文献7]日本已公开专利申请No.2007-096055[非专利文献][非专利文献1]M.W.Prins、K.O.Grosse-Holz、G.Muller、J.F.M.Cillessen、J.B.Giesbers、R.P.Weening以及R.M.Wolf，“铁电透明薄膜晶体管(Aferroelectrictransparentthin-filmtransistor)”，应用物理快报(Appl.Phys.Lett.)，1996年6月17日第68卷第3650-3652页[非专利文献2]M.Nakamura、N.Kimizuka以及T.Mohri，“In2O3-Ga2ZnO4-ZnO系统在1350℃下的相态关系(ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃)”，J.SolidStateChem.，1991，第93卷第298-315页[非专利文献3]N.Kimizuka、M.Isobe以及M.Nakamura，“In2O3-ZnGa2O4-ZnO系统中的同系化合物——In2O3(ZnO)m(m＝3,4,和5)、InGaO3(ZnO)3、以及Ga2O3(ZnO)m(m＝7,8,9,和16)的合成和单晶数据(SynthesesandSingle-CrystalDataofHomologousCompounds,In2O3(ZnO)m(m＝3,4,and5),InGaO3(ZnO)3,andGa2O3(ZnO)m(m＝7,8,9,and16)intheIn2O3-ZnGa2O4-ZnOSystem)”，J.SolidStateChem.，1995，第116卷第170-178页[非专利文献4]M.Nakamura、N.Kimizuka、T.Mohri以及M.Isobe，“InFeO3(ZnO)m(m:自然数)及其同构化合物的同系系列、合成以及晶体结构(HomologousSeries,SynthesisandCrystalStructureofInFeO3(ZnO)m(m:naturalnumber)anditsIsostructuralCompound)”，KOTAIBUTSURI固态物理(SOLIDSTATEPHYSICS)，1993，第28卷，No.5，第317-327页[非专利文献5]K.Nomura、Ohta、K.Ueda、T.Kamiya、M.Hirano以及H.Hosono，“在单晶透明氧化物半导体中制造的薄膜晶体管(Thin-filmtransistorfabricatedinsingle-crystallinetransparentoxidesemiconductor)”，SCIENCE，2003年，第300卷，第1269-1272页[非专利文献6]K.Nomura、H.Ohta、A.Takagi、T.Kamiya、M.Hirano以及H.Hosono，“使用非晶氧化物半导体的透明柔性薄膜晶体管的腔室温制造(Room-temperaturefabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxidesemiconductors)”，NATURE，2004年，第432卷，第488-492页
技术实现思路
一个目的是提供一种包括薄膜晶体管的半导体器件，该薄膜晶体管具有氧化物半导体层和优秀的电特性。此外，另一目的是提供一种用于制造半导体器件的方法，其中在一个衬底上形成多种类型的不同结构的薄膜晶体管以形成多种类型的电路，而且其中没有显著增加步骤数量。在绝缘表面上形成金属薄膜之后，在该金属薄膜上形成比该金属薄膜厚的氧化物半导体层。然后，执行诸如热处理之类的氧化处理以部分或全部地氧化该金属薄膜。作为该金属薄膜，能使用在氧化处理之后用作半导体的材料，例如优选使用铟、锌、锡、钼或钨。经过氧化的金属薄膜成为第一氧化物半导体层，藉此获得第一氧化物半导体层和重叠的第二氧化物半导体层的叠层。注意第一氧化物半导体层具有比第二氧化物半导体层低的电阻率(即更高的电导率)。此外，第一氧化物半导体层与栅电极之间的距离比第二氧化物半导体层与栅电极之间的距离短。第一氧化物半导体层至少与栅绝缘膜接触。通过使用此叠层制造薄膜晶体管，能获得具有优秀的电特性(即电场迁移率)的薄膜晶体管。根据此说明书公开的本专利技术实施例的结构是一种用于制造半导体器件的方法，其包括以下步骤：在绝缘表面上形成栅电极；在栅电极上形成绝缘层；在绝缘层上形成金属薄膜；在金属薄膜上形成氧化物半导体层；以及在形成氧化物半导体层之后执行氧化处理以至少部分地氧化金属薄膜。通过上述结构，可解决上述问题中的至少一个。通过溅射法、真空汽相沉积法、涂覆法等形成该金属薄膜。该金属薄膜的厚度大于0nm且小于或等于10nm，优选为3nm到5nm(含3nm和5nm)。可替代地使用不本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括反相器电路和像素的半导体器件，所述反相器电路包括：第一晶体管；第二晶体管；且其中所述第一晶体管的源极电连接至所述第二晶体管的漏极；其中所述第一晶体管的栅极电连接至所述第一晶体管的源极，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的至少一个的沟道形成区包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层，其中所述第二氧化物半导体层设置在所述第一氧化物半导体层上，且其中所述第一氧化物半导体层具有比所述第二氧化物半导体层低的电阻率，且所述像素包括第三晶体管，其中所述第三晶体管的沟道形成区由第三氧化物半导体层的单层形成。
【技术特征摘要】
2008.12.26 JP 2008-3337881.一种包括反相器电路和像素的半导体器件，其中所述反相器电路包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的源极电连接至所述第二晶体管的漏极；其中所述第一晶体管的栅极电连接至所述第一晶体管的源极，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的至少一个的沟道形成区包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层，其中所述第一氧化物半导体层设置在栅绝缘层上并与该栅绝缘层接触，其中所述第二氧化物半导体层设置在所述第一氧化物半导体层上并与该第一氧化物半导体层接触，其中所述第一氧化物半导体层具有比所述第二氧化物半导体层低的电阻率，其中所述像素包括第三晶体管，且其中所述第三晶体管的沟道形成区由第三氧化物半导体层的单层形成。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管都是底栅型n沟道晶体管。3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管都包括形成在所述第二氧化物半导体层上的源电极和漏电极。4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管是耗尽型晶体管，且所述第二晶体管是增强型晶体管。5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层都包括铟。6.一种包括反相器电路和像素的半导体器件，其中所述反相器电路包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的源极电连接至所述第二晶体管的漏极；其中所述第一晶体管的栅极电连接至所述第一晶体管的漏极，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的至少一个的沟道形成区包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层，其中所述第一氧化物半导体层设置在栅绝缘层...
【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，小山润，
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
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