半导体装置及其制造方法以及电子设备制造方法及图纸

在薄膜晶体管（１）中，在绝缘性基板（２）上的栅电极（３）上，经由栅极绝缘层（４）层叠半导体层（５），在其上面形成源电极（５）和漏电极（７），进而形成将其上面覆盖的保护层（８），使半导体层（５）与气氛隔离。半导体层（５）（活性层）采用例如添加了Ⅴ族元素的ＺｎＯ的多晶状态的半导体而形成。ＺｎＯ是，因保护层（８）而减少其表面能级，由于向内部的耗尽层扩展被消除，因此ＺｎＯ为表示原本的电阻值的ｎ型半导体，处于自由电子过剩的状态。由于被添加的元素相对ＺｎＯ作为受主杂质发挥作用，因此减少了过剩的自由电子。这样，由于用于排除过剩的自由电子的栅电极电压降低了，因此阈值电压处于０Ｖ附近。这样，一种将氧化锌用于活性层，且具有使活性层与气氛隔离的保护层的半导体装置便能够得到实用了。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及其制造方法以及电子设备
本专利技术涉及一种具有氧化锌系的活性层的半导体装置，一种对用于电子设备中的开关元件适用的半导体装置以及采用该半导体装置的电子设备。
技术介绍
以往，氧化锌(ZnO)在可视光区域是透明的，而且是即使在由低温制作方面也表示比较良好的物性的半导体。因此，近年来盛行进行研究，且作出了各种技术报告。例如，在学术方面，发表了文献l～3的论文。这些论文都表示将ZnO作为活性层的薄膜晶体管能性能良好地进行工作。专利文献1：R.L.Hoffman，B.J.Norris and J.F.Wager，“ZnO-basedtransparent thin-film transistors”APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 82，NUMBER5，3 FEBRUARY 2003，PP733-735专利文献2：R.F.Carcia，R.S.McLean，M.H.Reilly andG.Nunes，Jr.“Transparent ZnO thin-film transistor fabricated by rf magnetronsuputtering”APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 82，NUMBER 7，17FEBRUARY 2003，PP1117-1119专利文献3：Junya NISHII et al.，“High Performance Thin FilmTransistors with Transparent ZnO Channels’Jpn.J.Appl.Phys.Phys.Vol.42.(2003)pp L347-L349，Part 2，No.4A，1April 2003并且，在专利申请方面，文献4～6中公开了一种在半导体中利用ZnO的技术。专利文献4：特开2000-150900公报(公开日：2000年5月30日)专利文献5：特开2000-277534公报(公开日：2000年10月6日)-->专利文献6：特开2002-76356公报(公开日：2002年3月15日)文献4中，记载了在晶体管的沟道层使用氧化锌等透明半导体，在栅极绝缘层也使用透明绝缘性氧化物，使晶体管透明。文献5中，记载了通过选择适当的基底膜的材料，从而消除氧化锌和基底膜的晶格失配，可实现含有采用氧化锌的薄膜晶体管的半导体设备的高性能化。文献6中，记载了一种为了改善具有氧化锌等透明沟道层的晶体管的导通/截止比特性或迁移率特性，而在氧化锌中掺杂3d迁移金属等的方法。专利文献7：特开昭63-101740好公报(公开日：1988年5月6日)由以上所记的论文以及文献表示了采用氧化锌的晶体管的有效性。然而，如文献7所公开那样，由于氧化锌相对气氛的敏感度较高，采用氧化锌的设备的特性变化较大，因此在实用性方面需要通过保护层(绝缘物)使氧化锌与气氛隔离。文献4记载了将在沟道层采用氧化锌的纵型场效应晶体管利用作为气敏传感器。上述文献1、2以及3中，在结构方面未赋以保护层，有关因赋以保护层而产生的影响方面没有进行讨论。并且，文献4、5以及6中，虽然也例示了在结构方面与气氛的隔离，但有关赋以保护层(这里栅极绝缘层与之对应)的影响方面也没有进行讨论。在将氧化锌用于活性层的晶体管中，在实用上，关于其特性追求稳定性，在采用对于气氛敏感性高的氧化锌时，与气氛的隔离成为绝对条件。在这种意义上，需要讨论有关因赋以保护层而产生的影响，关于这些以下进行说明。图14(a)为表示未赋以保护层的晶体管50。该晶体管50，成逆交错(stagger)结构，在玻璃基板52上由Ta形成的栅电极53上，通过由Al2O3形成的栅极绝缘层54将未打算进行掺杂的氧化锌作为半导体层55进行层叠，在该半导体层55上形成由Al构成的源电极56和漏电极57。图14(b)为表示赋予了保护层的晶体管51。该晶体管51，按照在上述晶体管50中，进一步覆盖半导体层55、源电极56以及漏电极57的一部分，成由Al2O3形成保护层58的结构。图15为表示将氧化锌用于活性层(半导体层55)的同一场效应晶体-->管中关于保护层的有无的Id-Vg特性。由图15可知，因保护层的有无，阈值电压在大幅度产生变化。赋予了保护层的晶体管的阈值电压，与未赋以保护层的晶体管的阈值相比，大幅向负值侧移动，成为不能实用的较大的负值。关于产生这样的现象，如下进行说明。氧化锌，原本就容易产生氧气空穴，从该氧气空穴生成自由电子，成为表示n型的传导性的半导体。但是，若因氧化锌在其表面具有的表面能级，而使在氧化锌表面的费米能级下降，则其结果为，耗尽层，在氧化锌内部扩展直到到达形成沟道层的栅极绝缘层界面为止，为了排除自由电子，而使氧化锌具有高电阻，在高电阻的氧化锌中作为可移动电荷的自由电子较少，为了排除该自由电子由于所需要的栅电极电压较小，因此阈值电压的绝对值较小。该状态下，成为无保护层的状态。若给氧化锌赋以Al2O3作为保护层，则氧化锌的表面能级会减少。这根据第50次应用物理学会关系联合演讲会、29p-F-8(2003/3)中，氧化锌与Al2O3的匹配性较好，缺陷能级较少的报告能够理解。由于其表面能级的减少，氧化锌表面的费米能级恢复到由氧化锌本来具有的自由电子的浓度决定的位置，其结果，不会产生耗尽层向氧化锌内部的扩展。因此，成为氧化锌表示原本的n型传导性，具有低电阻、即自由电子多的状态。为了排除这种多个存在的自由电子，需要较大的负的栅电极电压，其结果，阈值电压成为负的较大值。图16为表示因Al2O3保护层的有无而产生的氧化锌的电阻率的变化，表示因赋以Al2O3保护层，因而氧化锌的电阻率减少至约1/6400。据此也使上述机构得到证明。如上述，发现在将氧化锌用于活性层的场效应晶体管中，通过赋以保护层使作为晶体管的特性产生很大变化，而该讨论为首次进行。在将氧化锌使用于活性层的场效应晶体管中，由于氧化锌对于气氛具有的敏感度，因此保护层是不可或缺的。但是，如上述，赋予了保护层的场效应晶体管，由于阈值电压为负的较大电压，因此不能得到实际使用。
技术实现思路
-->本专利技术，就是鉴于上述问题，其目的在于提供一种将氧化锌用于活性层，且赋以使活性层与气氛隔离的保护层的、可实际使用的半导体装置以及具备该半导体装置的电子设备。本专利技术的半导体装置，包含：活性层，其由作为ZnO或者MgxZn1-xO的多晶状态、非晶状态或者多晶状态与非晶状态混合存在的状态的半导体组成，并添加了I族、III族、IV族、V族或者VII族元素；和隔离体，其使上述活性层，在上述活性层中的可移动电荷移动的区域不受气氛的影响的范围内与气氛隔离。上述构成中，隔离体，只要能将活性层与气氛隔离即可，不仅保护层或绝缘层还可包含电极等。并且，虽然可让活性层完全被隔离体隔离，然而只要至少让活性层中的可移动电荷移动的区域(例如、薄膜晶体管的沟道部分)在不受气氛影响的范围内与气氛隔离即可，如果满足这些则即使活性层的一部分从隔离体暴露至气氛中也没关系。这样，通过使由对于气氛敏感的ZnO或者MgxZn1-xO组成的活性层通过隔离体与气氛隔离，从而可使半导体装置的元件特性稳定化。并且，通过给活性层添加I族、III族、IV族、V族或者VII族本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具备：　　　　活性层，其由ＺｎＯ或者Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ的多晶状态、非晶状态、或者多晶状态与非晶状态混合存在的状态的半导体组成，并添加了Ⅰ族、Ⅲ族、Ⅳ族、Ⅴ族或者Ⅶ族元素；和　　　　隔离体，其使所述活性层，在所述活性层中的可移动电荷移动的区域不受气氛的影响的范围内，与气氛隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-6-20 177272/2003;JP 2004-3-18 079273/20041、一种半导体装置，其特征在于，具备：活性层，其由ZnO或者MgxZn1-xO的多晶状态、非晶状态、或者多晶状态与非晶状态混合存在的状态的半导体组成，并添加了I族、III族、IV族、V族或者VII族元素；和隔离体，其使所述活性层，在所述活性层中的可移动电荷移动的区域不受气氛的影响的范围内，与气氛隔离。2、根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述元素为氮、磷、砷、锑或者它们当中的2个种类以上。3、根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述元素为氮、磷、砷、锑或者它们当中的2个种类以上与氢。4、根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述活性层是在含有氮、一氧化二氮、一氧化氮或者二氧化氮中的1个种类以上，与水蒸气、过氧化氢、氨或者它们当中的1个种类以上的气氛中形成。5、一种半导体装置的制造方法，用于制造权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，在含有氮、一氧化二氮、一氧化氮或者二氧化氮中的1个种类以上，与水蒸气、过氧化氢、氨或者它们当中的1个种类以上的气氛中形成所述活性层。6、根据权利要求1～4任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述隔离体由不同的隔离层组成。7、根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述隔离层中的至少一个由SiO2、Al2O3、AlN、MgO、Ta2O5、TiO2、ZrO2、stab-ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、Na2O、Rb2O、In2O3、La2O3、Sc2O3、Y2O3、KNbO3、KTaO3、BaTiO3、CaSnO3、CaZrO3、CdSnO3、SrHfO3、SrSnO3、SrTiO3、YScO3、CaHfO3、MgCeO3、SrCeO3、BaCeO3、SrZrO3、BaZrO3、LiGaO2、LiGaO2的混晶系(Li1-(x+y)NaxKy)(Ga1-zAlz)O2或-->者含有它们当中的至少2种的固溶体形成。8、根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，在与所述活性层连接的2个电极以外与所述活性层形成界面的所述隔离层中，在与对控制所述活性层中的可移动电荷的移动的控制电极与所述活性层之间进行绝缘的隔离层形成界面的区域以外，与所述活性层形成界面的所述隔离层，由SiO2、Al2O3、AlN、MgO、Ta2O5、TiO2、ZrO2、stab-ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、Na2O、Rb2O、In2O3、La2O3、Sc2O3、Y2O3、KNbO3、KTaO3、BaTiO3、CaSnO3、CaZrO3、CdSnO3、SrHfO3、SrSnO3、SrTiO3、YScO3、CaHfO3、MgCeO3、SrCeO3、BaCeO3、SrZrO3、BaZrO3、LiGaO2、LiGaO2的混晶系(Li1-(x+y)NaxKy)(Ga1-zAlz)O2或者含有它们当中的至少2种的固溶体形成。9、根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述隔离层中的至少1个由树脂形成。10、根据权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，在与所述活性层连接的2个电极以外与所述活性层形成界面的所述活性层中，在与对控制所述活性层中的可移动电荷的移动的控制电极与所述活性层之间进行绝缘的隔离层形成界面的区域以外，与所述活性层形成界面的所述隔离层由树脂形成。11、根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，具备：栅电极，其对所述活性层中的可移动电荷的移动进行控制；栅极绝缘层，其作为对所述活性层与所述栅电极之间进行绝缘的所述绝缘层；和源电极以及漏电极，其与所述活性层连接，所述隔离层中的至少一个，由SiO2、Al2O3、AlN、MgO、Ta2O5、TiO2、ZrO2、stab-ZrO2、CeO2、K2O、Li2O、Na2O、Rb2O、In2O3、La2O3、Sc2O3、Y2O3、KNbO3、KTaO3、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉原利典，大野英男，川崎雅司，
申请(专利权)人：夏普株式会社，大野英男，川崎雅司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]