晶体管及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及晶体管及半导体装置。本发明专利技术的一个方式的目的是改善在氧化物半导体层中形成沟道的晶体管的开关特性。在氧化物半导体层的端部产生寄生沟道是因为晶体管的源极及漏极与该端部电连接。换言之，如果该端部不与晶体管的源极和漏极中的至少一方电连接，就不会在该端部产生寄生沟道。因此，本发明专利技术的一个方式提供一种晶体管，其中氧化物半导体层的端部不与源极和漏极中的至少一方电连接或者能够降低氧化物半导体层的端部不与源极和漏极中的至少一方电连接的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶体管。尤其涉及一种在氧化物半导体层中形成沟道的晶体管。另外，本专利技术涉及具有该晶体管的半导体装置。例如，涉及一种在各个像素中包括该晶体管的主动矩阵型显示装置。另外，在本说明书中，半导体装置是指利用半导体特性而工作的所有装置。
技术介绍
近年来，作为晶体管的构成材料，被称为氧化物半导体的具有半导体特性的金属氧化物引人注目。金属氧化物被用于广泛的用途。例如，氧化铟被用于液晶显示装置的像素电极的材料。作为具有半导体特性的金属氧化物，例如可以举出氧化钨、氧化锡、氧化铟和氧化锌。在这种具有半导体特性的金属氧化物层中形成沟道的晶体管已是众所周知的(专利文献I及专利文献2)。日本专利申请公开2007-123861号公报日本专利申请公开2007-96055号公报在氧化物半导体层中形成沟道的晶体管有时根据加工条件或加热处理条件而发生电特性变化。该变化被认为起因于在氧化物半导体层的形成工序中降阻元素(氯(Cl)、氟(F)、硼(B)或氢(H)等)混入氧化物半导体层中或者氧(O)从氧化物半导体层脱离等。另夕卜，在氧化物半导体层的端部容易发生该变化。换言之，在于氧化物半导体层中形成沟道的晶体管中，该氧化物半导体层的端部成为低电阻区，而在该区域中容易产生晶体管的寄生沟道。也就是说，在该晶体管中有可能形成两种沟道:根据栅极与源极之间的电压形成的沟道(也称为第一沟道)；上述寄生沟道(也称为第二沟道)。在有可能形成两种沟道的晶体管中，形成有各个沟道的晶体管的栅极与源极之间的阈值电压大多不同。典型的是，形成有第一沟道的阈值电压比形成有第二沟道的阈值电压高。并且，第一沟道的电流驱动能力比第二沟道的电流驱动能力高。因此，在处于截止状态的该晶体管的栅极与源极之间的电压上升的情况下，源极与漏极的电流发生两个阶段的变化。具体而言，确认到在形成第二沟道的阈值电压附近呈现第一阶段的变化(栅极与源极之间的电流的增加)，再者在形成第一沟道的阈值电压附近呈现第二阶段的变化(栅极与源极之间的电流的增加)。
技术实现思路
在数字电路中晶体管用作开关。无须说，发生两个阶段的变化的元件作为开关是不合适的。鉴于该问题，本专利技术的一个方式的目的是改善在氧化物半导体层中形成沟道的晶体管的开关特性。在氧化物半导体层的端部产生寄生沟道是因为晶体管的源极及漏极与该端部电连接。换言之，如果该端部不与晶体管的源极和漏极中的至少一方电连接，就不会在该端部产生寄生沟道。因此，本专利技术的一个方式提供一种晶体管，其中氧化物半导体层的端部不与源极和漏极中的至少一方电连接或者能够降低氧化物半导体层的端部与源极和漏极中的至少一方电连接的概率。例如，本专利技术的一个方式是一种晶体管，其中晶体管的源极和漏极中的至少一方不与氧化物半导体层的端部接触。另外，在本专利技术的一个方式中，优选不与氧化物半导体层的端部接触的源极和漏极中的至少一方与氧化物半导体层的端部之间的距离比源极与漏极之间的距离长。在本专利技术的一个方式的晶体管中，晶体管的源极和漏极不通过氧化物半导体层的端部彼此电连接或者能够降低晶体管的源极和漏极通过氧化物半导体层的端部彼此电连接(在该端部产生寄生沟道)的概率。由此，在该晶体管中，源极与漏极之间的电流不会根据栅极与源极之间的电压发生两个阶段的变化或者能够降低源极与漏极之间的电流根据栅极与源极之间的电压发生两个阶段的变化的概率。换言之，在根据本专利技术的一个方式中，可以改善在氧化物半导体层中形成沟道的晶体管的开关特性。附图说明图1A和图1B分别是示出晶体管的结构例子的平面图及截面图；图2是示出晶体管的结构例子的平面图；图3A和图3B分别是示出晶体管的结构例子的平面图及截面图；图4A是示出液晶显示装置的结构例子的图，图4B是示出像素的结构例子的图，图4C是示出像素所具有的晶体管的结构例子的图；图5是示出晶体管的Vg-1d曲线的图；图6是示出晶体管的结构例子的平面图；图7是示出晶体管的Vg-1d曲线的图。具体实施例方式下面，对本专利技术的一个方式进行详细说明。但是，本专利技术不局限于以下说明，在不脱离其宗旨及其范围的条件下，其方式可以被变换为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定于以下所示的记载内容中。〈晶体管的结构例子〉参照图1A和图1B对根据本专利技术的一个方式的晶体管的结构进行说明。图1A是根据本专利技术的一个方式的晶体管的平面图，图1B是沿着图1A所示的平面图中的线A-B的截面图。图1A和图1B所不的晶体管具有:设置在具有绝缘表面的衬底10上的棚极11 ;设置在栅极11上的栅极绝缘层12 ;隔着栅极绝缘层12与栅极11重叠的氧化物半导体层13 ；氧化物半导体层13上的源极14及漏极15。并且，在该晶体管上设置有绝缘层16以及通过设置在绝缘层16中的开口部与漏极15接触的导电层17。另外，源极14和漏极15可以互相替换。换言之，本专利技术的一个方式不局限于如图1A和图1B所示那样的漏极15被源极14围绕的结构，还可以采用源极被漏极围绕的结构。在图1A和图1B所示的晶体管中，有时氧化物半导体层13中的与源极14接触的区域和氧化物半导体层13中的与漏极15接触的区域中的至少一方含有的降阻元素的浓度比氧化物半导体层13的端部含有的该降阻元素的浓度低。另外，作为该降阻元素的例子，可以举出氯(Cl)、氟(F)、硼(B)或氢(H)。在图1A和图1B所示的晶体管中，有时氧化物半导体层13中的与源极14接触的区域和氧化物半导体层13中的与漏极15接触的区域中的至少一方含有的氧的浓度比氧化物半导体层13的端部含有的氧的浓度高。注意，在图1A和图1B所示的晶体管中，源极14及漏极15的双方都不与氧化物半导体层13的端部接触。具体而言，在该晶体管中，源极14为具有开口部的圆形形状(内圆周及外圆周都为圆状)，并且漏极15位于该开口部中。因此,在图1A和图1B所示的晶体管中，即使在氧化物半导体层13的端部降阻的情况下，也在该端部不产生寄生沟道。从而，图1A和图1B所示的晶体管不发生由寄生沟道引起的开关特性的劣化。另外，具有由源极和漏极中的一方围绕源极和漏极中的另一方的结构的晶体管都具有上述特征。即，在如下晶体管中即使在氧化物半导体层13的端部降阻的情况下也在该端部不产生寄生沟道，在该晶体管中，源极和漏极中的一方的内圆周及外圆周为闭曲线或者多角形形状或者一部分为曲线且其他部分为折线，并且源极和漏极中的另一方位于源极和漏极中的一方的内侧。〈衬底〉作为具有绝缘表面的衬底10，只要是具有能够承受后面的加热处理的程度的耐热性的衬底，就可以使用任何衬底。例如，可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底等衬底。另外，作为衬底10，也可以使用柔性衬底。另外，为了防止含有在衬底10中的元素混入到在后面形成的氧化物半导体层中，可以在衬底10上形成绝缘层。〈导电体〉作为栅极11、源极14、漏极15及导电层17，可以使用选自铝(Al )、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钥(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)、钪(Sc)中的元素；以上述元素为成分的合金；或者以上述元素为成分的氮化物。另外，也可以使用这些材料的叠层。〈绝缘体〉作为栅极绝缘层12及绝缘层16，可以使用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钽等的绝缘体。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：衬底上的栅极；所述栅极上的栅极绝缘层；所述栅极绝缘层上的包括第一部分及第二部分的氧化物半导体层，其中所述第一部分是端部，所述第二部分是所述端部之外的部分；以及所述氧化物半导体层上的第一导电层及第二导电层，其中，所述第一导电层及所述第二导电层不与所述第一部分接触但与所述第二部分接触，并且，所述第二部分的降阻元素的浓度低于所述第一部分的所述降阻元素的浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：津吹将志，
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：