目的是提供具有良好电特性和高度可靠性的薄膜晶体管以及含有该薄膜晶体管作为开关元件的半导体器件。形成具有培育状态的In-Ga-Zn-O基膜，培育状态表现出的电子衍射图案既不同于出现晕环形状图案的传统已知的非晶状态也不同于清楚地出现点的传统已知的晶体状态。使用具有培育状态的In-Ga-Zn-O基膜用于沟道蚀刻的薄膜晶体管的沟道形成区。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含有氧化物半导体层的薄膜晶体管、以及含有薄膜晶体管的半导体器件和制造其的方法。
技术介绍
近年来，通过使用在衬底上形成的半导体薄膜(具有约数纳米到数百纳米的厚度)而制造具有绝缘表面的薄膜晶体管(TFT)的技术吸引了人们的注意力。薄膜晶体管被应用于广泛的电子器件，诸如IC或电光器件，且薄膜晶体管快速地被发展，特别是作为图像显示设备中的开关元件。各种金属氧化物被用于广泛的应用中。氧化铟是已知材料，且被用作液晶显示器等所必须的透光电极材料。一些金属氧化物具有半导体特性。这类有半导体特性的金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟、和氧化锌等。已知其中使用这种具有半导体特性的金属氧化物来形成沟道形成区的薄膜晶体管(专利文献1和2)。专利文献1日本已公开专利申请No. 2007-123861专利文献2日本已公开专利申请No. 2007-96055专利技术的公开内容本专利技术的实施例的目的是提供含有具有新状态的氧化物半导体层的半导体器件。此外，本专利技术的实施例的另一个目的是提供具有良好电特性和高可靠性的薄膜晶体管和含有该薄膜晶体管作为开关元件的半导体器件。形成具有新状态(培育(incubation)状态)的h-Ga-Si-O基膜，新状态表现出电子衍射图案，其不同于传统已知的非晶状态也不同于传统已知的晶体状态。使用具有培育状态的M-Ga-S1-O基膜用于薄膜晶体管的沟道形成区。当使用具有培育状态的 h-Ga-ai-Ο基膜用作薄膜晶体管的沟道形成区时，可改进导通状态电流和电子场效应迁移率，且可进一步改进可靠性。在本说明书中公开的本专利技术的一个实施例是设置有薄膜晶体管的半导体器件，该薄膜晶体管的沟道形成区部分地或全部地使用在电子衍射图案的分析中具有培育状态的 In-Ga-Zn-O基膜来形成，其中所述h-Ga-Si-O基膜的培育状态既不是清楚地出现点的晶体状态也不是出现晕环形状图案的非晶状态。通过以上结构，可解决以上问题中的至少一个问题。形成用InM03(Zn0)m(m > 0)表达的薄膜作为氧化物半导体层，并制造含有该薄膜作为氧化物半导体层的薄膜晶体管。要注意，M表示选自Ga、i^、Ni、Mn和Co的一种或多种金属元素。例如，M可以是( 或M可包括除了 ( 之外的上述金属元素，例如M可以是( 和 Ni、或者( 和狗。另外，在上述氧化物半导体中，在某些情况下，除包含作为M的金属元素之外，还包含诸如狗或M之类的过渡金属元素或过渡金属的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，在组合式被表达为InMO3 (ZnO)mOii > 0)的氧化物半导体层中，包括( 作为M的氧化物半导体被称作h-Ga-ai-Ο基氧化物半导体，且^-Ga-Si-O基氧化物半导体的薄膜也被称作h-Ga-Si-O基膜。只要氧化物半导体层是具有表现出电子衍射图案的培育状态的金属氧化物，氧化物半导体层并不被具体限于^-Ga-Si-O基金属氧化物，所述培育状态不同于传统已知的非晶状态，也不同于传统已知的晶体状态。作为可应用于氧化物半导体层的金属氧化物的其他示例，可采用下列金属氧化物中的任意项=In-Sn-O基金属氧化物；h-Sn-ai-O基金属氧化物dn-Al-ai-Ο基金属氧化物；Sn-Ga-Si-O基金属氧化物；Al-Ga-Si-O基金属氧化物；Sn-Al-Si-O基金属氧化物；In-Si-O基金属氧化物；Sn-Si-O基金属氧化物；Al-Si-O基金属氧化物^n-O基金属氧化物；Sn-O基金属氧化物；或Si-O基金属氧化物。氧化硅可被包含在使用上述金属氧化物中的任意项所形成的氧化物半导体层中。作为本专利技术的实施例，使用了底栅薄膜晶体管。具体地，底栅薄膜晶体管是沟道蚀刻类型，其中源电极层和漏电极层中的每一个在氧化物半导体层之上与氧化物半导体层交迭，且其中氧化物半导体层的一部分在氧化物半导体层的沟道形成区上被蚀刻。根据本专利技术的另一个实施例，半导体器件包括在绝缘表面之上的栅电极层；在所述栅电极层之上的第一绝缘层；在所述第一绝缘层之上的含有铟、镓、以及锌的氧化物半导体层；在所述氧化物半导体层之上的源电极层或漏电极层；以及第二绝缘层，其覆盖源电极层或漏电极层，其中氧化物半导体层包括其厚度小于与源电极层或漏电极层交迭的区域的厚度的区域，其中第二绝缘层与氧化物半导体层与氧化物半导体层的厚度更小的区域相接触，且其中氧化物半导体层的厚度更小的区域在电子衍射图案的分析中具有培育状态， 其中所述培育状态既不是清楚地出现点的晶体系统也不是出现晕环形状图案的非晶系统。在本说明书中，在电子衍射图案的分析中，培育状态既不是清楚地出现点的晶体系统也不是出现晕环形状图案的非晶系统，而是其中在电子衍射图案的分析中没有清楚地但是周期性地出现点的状态。此外，培育状态对应于如下状态使用用于例如摩尔比为 In2O3 Ga2O3 SiO = 1 1 1 或 In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 2 的成膜的靶而获得的氧化物半导体膜的状态，该膜用溅射方法形成；和在达到诸如LfeaiO4的晶体状态(见图35)和M2Ga2SiO7的晶体状态(见图34)之类的稳定晶体状态之前的状态，即，部分地结合但还没有变成具有成为一个晶体的稳定分子结构的晶体的前体。图28、图29、图30、以及图31示出表现出培育状态的图案的示例。图沈示出沟道蚀刻的薄膜晶体管的截面的照片，其沟道形成区使用具有培育状态的M-Ga-S1-O基氧化物半导体层而形成，这可使用高分辨率透射电子显微镜(TEM 由日立有限公司制造的"H9000-NAR")而观察到。图27示出在氧化物半导体层和其上接触的氧化物绝缘层之间的界面的高倍放大照片GOO万倍放大倍率)，这是用扫描透射电子显微镜(STEM 由日立有限公司制造的"HD-2700")在200kV的加速电压下观察到的。此外，图32示出在电子衍射图案的分析中清楚地出现点的晶体系统的图案的示例，作为比较示例。当已知晶格常数与图32的电子衍射图案比较时，其中的晶体结构对应于图；34中所示的^i2Ga2SiCV图34是晶体结构的示意图，其中参考标号201指示平面ab 中h原子的位点(site) ；202, h原子；203，( 原子或Si原子；以及204，氧原子。另外，图33示出其中在电子衍射图案的分析中出现晕环形状图案的非晶系统的图案，作为另一个比较示例。每一个在图28、图29、图30、以及图31中示出培育状态的图案不同于图32和图 33中的图案。在上述结构中，使用含有选自以下组的金属元素作为其主要组分的膜或含有这些金属元素中的任意项的合金膜形成薄膜晶体管的栅电极层、源电极层、以及漏电极层铝、 铜、钼、钛、铬、钽、钨、钕、以及钪。源电极层和漏电极层中的每一个并不限于含有上述元素的单层，可以是两个或更多层的层叠。使用氧化铟、氧化铟-氧化锡合金、氧化铟-氧化锌合金、氧化锌、氧化锌铝、氧氮化锌铝、氧化锌镓等的透光氧化物导电层用作源电极层、漏电极层、以及栅电极层，这样可改进像素部分中的透光性质并可增加孔径比。另外，使用驱动器电路部分和像素部分(每一个都形成在一衬底上)可形成使用根据本专利技术的实施例的晶体管、以及EL元件、液晶元件、电泳元件等的显示设备。因为薄膜晶体管容易因静电等而本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫永昭治，坂田淳一郎，坂仓真之，山崎舜平，
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：
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