氧化物材料及半导体器件制造技术

目的在于提供一种适用于被包括于晶体管或二极管等中的半导体的材料。另一个目的在于提供一种包括晶体管的半导体器件，其中介于氧化物半导体膜及与该氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜之间的界面处的电子态状况良好。再者，另一个目的在于通过对将氧化物半导体膜用于沟道的晶体管提供稳定电特性，制造高可靠性的半导体器件。半导体器件使用包括c-轴取向的晶体的氧化物材料形成，当从表面或界面方向看时该晶体具有三角形或六角形原子排列，并绕着c-轴旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化物材料及半导体器件
本专利技术涉及包括电路的半导体器件，该电路包括半导体元件如晶体管；及用于制造该半导体器件的方法。例如，本专利技术涉及安装于电源电路的功率器件；包括存储器、晶闸管、转换器或图像传感器等的半导体集成电路；以及安装上以液晶显示面板为代表的光电器件或包括发光元件的发光显示器件等作为构件的电子设备。再者，本专利技术涉及该半导体器件中所用的氧化物。在本说明书中，“半导体器件”一般表示可通过利用半导体特性起作用的器件；光电器件、显示器件如发光显示器件、半导体电路及电子设备均包括于半导体器件中。
技术介绍
许多形成于玻璃衬底等上的晶体管利用非晶硅或多晶硅等制造，如液晶显示器件中经常见到的。尽管包括非晶硅的晶体管具有低场效应迁移率，但是其可形成于较大玻璃衬底上。另一方面，尽管包括多晶硅的晶体管具有高场效应迁移率，但是其并不适于形成于较大玻璃衬底上。除了使用硅所形成的晶体管，利用氧化物半导体形成晶体管并将该晶体管应用于电子设备或光学器件的技术引人注目。例如，在专利文献1及专利文献2中，公开了通过使用氧化锌或In-Ga-Zn-O类氧化物作为氧化物半导体制造晶体管的技术以及将该晶体管用于显示器件等的像素的开关元件的技术。参考文献专利文献1：日本专利申请公开2007-123861号；专利文献2：日本专利申请公开2007-096055号。
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的在于提供一种适用于被包括于晶体管或二极管等中的半导体的材料。另一个目的在于提供一种可通过使用大型衬底如母玻璃实现批量生产的高可靠性的半导体器件。晶体管的电特性容易受介于氧化物半导体膜及与该氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜之间的界面处的电子态影响。当在制造该晶体管时或制造该晶体管之后介于该氧化物半导体膜与该栅极绝缘膜之间的界面处于非晶态时，该界面处的缺陷密度高，因此该晶体管的电特性容易产生不稳定。再者，其中氧化物半导体膜用于沟道的晶体管的电特性被可见光或紫外光照射而改变。鉴于这种问题，本专利技术的一个方式的目的在于提供一种包括晶体管的半导体器件，其中介于氧化物半导体膜及与该氧化物半导体膜接触的栅极绝缘膜之间的界面处的电子态是良好的。再者，本专利技术的一个方式的目的在于通过对将氧化物半导体膜用于沟道的晶体管提供稳定电特性，制造高可靠性的半导体器件。使用包括c-轴取向的晶体的氧化物材料，该晶体当从a-b平面、表面或界面方向看时具有三角形或六角形原子排列。此外，在该晶体中，a-轴或b-轴的方向在该a-b平面中变化。注意，该氧化物材料可以含有锌。当含有锌时，容易形成包括c-轴取向的晶体的氧化物材料，从该a-b平面、表面或界面的方向看时该晶体具有三角形或六角形原子排列，且其中该a-轴或该b-轴的方向是在该a-b平面中变化。或者，该氧化物材料含有两种或多种选自铟、镓、锌、锡、钛和铝中的元素。该氧化物材料可通过溅射法、分子束外延法、原子层沉积法或脉冲激光沉积法等形成。该氧化物材料可通过层叠两种组成不同的膜形成。或者，在层叠两种膜之后，该氧化物材料可通过使这些膜结晶化形成。本专利技术的一个方式是一种包括多个金属氧化物层的氧化物材料，该多个金属氧化物层通过四配位的氧原子（以下称为四配位氧）键合。此外，一个金属氧化物层是包括四配位中心金属原子、五配位中心金属原子或可具有五个配体或六个配体的中心金属原子且通过三配位氧原子（以下称为三配位氧）或四配位氧键合该中心金属原子等，由此在平面方向上伸展的层。在该氧化物材料具有导电性的情况下，该氧化物材料可用于晶体管的栅电极的材料。该栅电极可通过层叠包括该氧化物材料的膜和金属膜来形成。在该氧化物材料具有导电性的情况下，该氧化物材料可用于晶体管的源电极和漏电极。注意，该源电极和漏电极可通过层叠该氧化物材料和金属膜来形成。在该氧化物材料具有半导体特性的情况下，包括该氧化物材料的膜可用于晶体管的活性层。在该情况下，例如，包括该氧化物材料的膜被设置为与该晶体管的用作源电极和漏电极的导电膜及绝缘膜接触。注意，该绝缘膜用作该晶体管的栅极绝缘膜、基极绝缘膜或中间层绝缘膜。根据本专利技术的一个方式，可提供具有优良电特性的半导体器件。再者，高可靠性的半导体器件的批量生产可利用大型衬底如母玻璃进行。根据本专利技术的一个方式，提供一种半导体器件，包括：栅电极；与所述栅电极接触的栅极绝缘膜；以及与所述栅极绝缘膜接触的氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜包括氧化物材料，其中，所述氧化物半导体膜通过溅射法形成，所述氧化物材料包括c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述氧化物半导体膜的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成从垂直于a-b平面的方向看时具有三角形或六角形形状的原子，并且，在所述a-b平面中，所述多个晶体的第一晶体的a-轴方向及b-轴方向之一与所述多个晶体的第二晶体的a-轴方向及b-轴方向之一不同。根据本专利技术的一个方式，提供一种半导体器件，包括：栅电极；与所述栅电极接触的栅极绝缘膜；以及与所述栅极绝缘膜接触的氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜包括氧化物材料，其中，所述氧化物材料包括c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述氧化物半导体膜的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成从垂直于表面或所述氧化物半导体膜及所述栅极绝缘膜之间的界面的方向看时具有三角形或六角形形状的原子，并且，所述多个晶体的第一晶体具有所述多个晶体的第二晶体绕着c-轴旋转的结构。根据本专利技术的一个方式，提供一种半导体器件，包括：包含氧化物材料的栅电极；以及与所述栅电极相邻的栅极绝缘膜，其中，所述氧化物材料包含c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述栅电极的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成从垂直于a-b平面、表面或所述氧化物半导体膜及所述栅极绝缘膜之间的界面的方向看时具有三角形或六角形形状的原子，在所述a-b平面中，所述多个晶体的第一晶体的a-轴方向及b-轴方向之一与所述多个晶体的第二晶体的a-轴方向及b-轴方向之一不同，并且，所述氧化物材料具有导电性。根据本专利技术的一个方式，提供一种半导体器件，包括：栅电极；与所述栅电极相邻的栅极绝缘膜；以及包含氧化物材料并与所述栅极绝缘膜相邻的半导体层；其中，所述氧化物材料包含c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述半导体层的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成在a-b平面中具有三角形或六角形形状的原子，并且，在所述a-b平面中，所述多个晶体的第一晶体的a-轴方向及b-轴方向之一与所述多个晶体的第二晶体的a-轴方向及b-轴方向之一不同。附图说明图1A至图1D示出根据本专利技术的一个方式的氧化物材料的结构；图2A至图2C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图3A至图3C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图4A至图4C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图5A至图5C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图6A至图6C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图7A至图7C是示出本专利技术的一个方式的半导体器件的例子的俯视图和截面图；图8是示出包括本专利技术的一个方式的晶体管的液晶显示器件的例子的电路图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.17 JP 2010-282135;2011.07.08 JP 2011-151851.一种半导体器件，包括：栅电极；与所述栅电极接触的栅极绝缘膜；以及与所述栅极绝缘膜接触的氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜包括氧化物材料，其中，所述氧化物材料包含元素，所述元素包括具有五个配体的原子和具有六个配体的原子，所述氧化物半导体膜通过溅射法形成，所述氧化物材料包括c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述氧化物半导体膜的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成从垂直于a-b平面的方向看时具有三角形或六角形形状的原子，并且，在所述a-b平面中，所述多个晶体的第一晶体的a-轴方向及b-轴方向之一与所述多个晶体的第二晶体的a-轴方向及b-轴方向之一不同。2.一种半导体器件，包括：栅电极；与所述栅电极接触的栅极绝缘膜；以及与所述栅极绝缘膜接触的氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜包括氧化物材料，其中，所述氧化物材料包括元素，所述元素包括具有五个配体的原子和具有六个配体的原子，所述氧化物材料包括c-轴取向的多个晶体，所述多个晶体的c-轴以垂直于所述氧化物半导体膜的表面的方向取向，所述多个晶体各自包含排列成从垂直于所述氧化物半导体膜的表面或所述氧化物半导体膜及所述栅极绝缘膜之间的界面的方向看时具有三角形或六角形形状的原子，并且，所述多个晶体的第一晶体具有所述多个晶体的第二晶体绕着c-轴旋转的结构。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述多个晶体各自包含当从垂直于所述c-轴的方向看时以层状的方式排列的金属原子或金属原子及氧原子。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述多个晶体各自包含当从垂直于所述c-轴的方向看时以层状的方式排列的金属原子或金属原子及氧原子。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述多个晶体各自包含两个组成互不相同的层。6.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述多个晶体各自包含两个组成互不相同的层。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述多个晶体各自包含多个金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，中岛基，本田达也，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：
国别省市：