半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置及其制造方法。根据本发明专利技术，当形成薄膜晶体管时，使用氧化物半导体层，并且在该氧化物半导体层和栅绝缘层之间形成包含电导率比该氧化物半导体层的电导率高的钛化合物的簇。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用氧化物半导体的半导体装置、使用该半导体装置的显示装置、该 半导体装置及该显示装置的制造方法。
技术介绍
金属氧化物多样地存在并用于各种各样的用途。氧化铟是公知材料，它用作在液 晶显示器等中所需要的具有透光性的电极材料。 在金属氧化物中存在呈现半导体特性的金属氧化物。呈现半导体特性的金属氧化 物是化合物半导体的一种。化合物半导体是两种以上的原子键合而成的半导体。一般而言， 金属氧化物成为绝缘体。但是，已知，根据构成金属氧化物的元素的组合，成为半导体。 例如已知在金属氧化物中，氧化鸨、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化钛等呈现半导体 特性。另外，已公开了将由这种金属氧化物构成的透明半导体层用作沟道形成区的薄膜晶 体管(专利文献1至4、非专利文献1、非专利文献7)。 另外，作为金属氧化物不仅一元氧化物，还已知多元氧化物。例如，具有同源相 (homologous phase)的InGa03(ZnO)m(m为自然数)是公知的材料(非专利文献2至4)。 并且，已确认了可以将如上所述的In-Ga-Zn类氧化物用作薄膜晶体管的沟道层 (专利文献5、非专利文献5和6)。 现有的设置在有源矩阵型液晶显示器的各像素中的薄膜晶体管(TFT)使用非晶 硅或多晶硅，但是使用如上述那样的金属氧化物半导体代替这些硅材料来制造薄膜晶体管 的技术引人瞩目。例如，在专利文献6及专利文献7中公开作为金属氧化物半导体膜使用 氧化锌、In-Ga-Zn-0类氧化物半导体来制造薄膜晶体管，并将该薄膜晶体管用于图像显示 装置的开关元件等中的技术。日本特开昭60-198861号公报 日本特开平8-264794号公报 日本特表平11-505377号公报 日本特开2000-150900号公报 日本特开2004-103957号公报 日本特开2007-123861号公报 日本特开2007-96055号公报 M. W. Prins， K. 0. Grosse-Holz， G. Muller， J. F. M. Cillessen， J. B. Giesbers， R. P. Weening， and R. M. Wolf，"A ferroelectric transparentthin_film transistor", Appl.Phys. Lett. ，17June 1996， Vol. 68p. 3650—3652 M. Nakamura， N. Kimizuka， and T. Mohri ， "The Phase Relations inthe In203-Ga2Zn04-ZnO System at 1350°C"， J. Solid StateChem. ， 1991， Vol. 93， p. 298-315 N. Kimizuka，M. Isobe，and M. Nakamura，"Syntheses andSingle-Crystal Data of Homologous Compounds, In203(Zn0)m(m = 3，4， and5) ， InGa03(Zn0)3， and Ga203(ZnO)m(m = 7，8，9， andl6)in the In203_ZnGa204-Zn0 System", J. Solid StateChem. ，1995， Vol. 116， p.170-178 M. Nakamura， N. Kimizuka， T. Mohri， and M. Isobe， 〃 Syntheses and crystal structures of new homologous compounds, indinm iron zinc oxides(InFe03(ZnO)m) (m-natural number)andrelated compounds" ， K0TAI BUTSURI(SOLID STATE PHYSICS), 1993， Vol. 28， No. 5， PP. 317-327 K. Nomura, H. 0hta， K. Ueda， T. Kamiya， M. Hirano， and H. Hosono， "Thin-film transistor fabricated in single-crystallinetransparent oxide semiconductor，，， SCIENCE,2003， Vol. 300， p.1269-1272 K. Nomura, H. Ohta， A. Takagi， T. Kamiya， M. Hirano， and H. Hosono， "Room-temperature fabrication of transparent flexiblethin_film transistors using amorphous oxide semiconductors'', NATURE, 2004， Vol. 432， p. 488-492 Furubarashi et al. ， Japanese Journal of AppliedPhysics， Vol. 44， No.34， 2005， p.L1063-L1065 通过溅射法等在30(TC以下的温度中可以形成氧化物半导体膜，并且可以容易在 大型衬底的大范围内形成将沟道形成区设置在氧化物半导体中的薄膜晶体管。因此，可以 期待将氧化物半导体应用于有源矩阵型的显示装置。 另一方面，在有源矩阵型的液晶显示装置中，在较短的栅极开关时间期间进行对 于液晶层的电压的施加和存储电容的充电，所以需要大的驱动电流。尤其是在画面大型化 或高清晰化的液晶显示装置中要求更大的驱动电流。因此，用作开关元件的薄膜晶体管优 选为场效应迁移率高的薄膜晶体管。
技术实现思路
据此，本专利技术的目的之一在于在使用氧化物半导体的薄膜晶体管中，提高场效应 迁移率。本专利技术的目的之一还在于即使提高薄膜晶体管的场效应迁移率，也抑制截止电流 的增大。另外，本专利技术的目的之一还在于提供具有使用该氧化物半导体的薄膜晶体管的显 示装置。 本专利技术的要点是，在形成薄膜晶体管时，使用氧化物半导体层，在该氧化物半导 体层和栅绝缘层之间形成包含金属如钛且其电导率高于该氧化物半导体层的电导率的簇(cluster)。所公开的专利技术的一例是一种半导体装置，包括栅电极层；所述栅电极层上的栅绝缘层；所述栅绝缘层上的多个包含钛的簇；所述栅绝缘层及所述多个包含钛的簇上的氧 化物半导体层；以及所述氧化物半导体层上的源电极层及漏电极层，其中所述氧化物半导体层和所述源电极层及漏电极层电连接。所公开的专利技术的另一例是一种半导体装置，包括栅电极层；所述栅电极层上的栅绝缘层；所述栅绝缘层上的多个包含钛的簇；所述栅绝缘层及所述多个包含钛的簇上的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的具有n型导电型的缓冲层；以及所述缓冲层上的源电极层及漏电极层，其中所述多个包含钛的簇的电导率高于所述氧化物半导体层的电导率，所述缓冲层的载流子浓度高于所述氧化物半导体层的载流子浓度，并且所述氧化物半导体层和所述源电极层及漏电极层通过所述缓冲层而电连接。 注意，所述多个簇包含具有比所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：栅电极层；所述栅电极层上的栅绝缘层；所述栅绝缘层上的包含钛的多个簇；所述栅绝缘层及所述包含钛的多个簇上的氧化物半导体层；以及所述氧化物半导体层上的源电极层及漏电极层，其中所述氧化物半导体层和所述源电极层及漏电极层彼此电连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，岸田英幸，
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：JP[日本]