半導體器件及其制造方法技術

目的是提供具有良好電特性和高度可靠性的薄膜晶體管以及含有該薄膜晶體管作為開關元件的半導體器件。形成具有培育狀態的In-Ga-Zn-O基膜，培育狀態表現出的電子衍射圖案既不同于出現暈環形狀圖案的傳統已知的非晶狀態也不同于清楚地出現點的傳統已知的晶體狀態。使用具有培育狀態的In-Ga-Zn-O基膜用于溝道蝕刻的薄膜晶體管的溝道形成區。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及含有氧化物半導體層的薄膜晶體管、以及含有薄膜晶體管的半導體器件和制造其的方法。
技術介紹
近年來，通過使用在襯底上形成的半導體薄膜(具有約數納米到數百納米的厚度)而制造具有絕緣表面的薄膜晶體管(TFT)的技術吸引了人們的注意力。薄膜晶體管被應用于廣泛的電子器件，諸如IC或電光器件，且薄膜晶體管快速地被發展，特別是作為圖像顯示設備中的開關元件。各種金屬氧化物被用于廣泛的應用中。氧化銦是已知材料，且被用作液晶顯示器等所必須的透光電極材料。一些金屬氧化物具有半導體特性。這類有半導體特性的金屬氧化物的示例包括氧化鎢、氧化錫、氧化銦、和氧化鋅等。已知其中使用這種具有半導體特性的金屬氧化物來形成溝道形成區的薄膜晶體管(專利文獻1和2)。專利文獻1日本已公開專利申請No. 2007-123861專利文獻2日本已公開專利申請No. 2007-96055專利技術的公開內容本專利技術的實施例的目的是提供含有具有新狀態的氧化物半導體層的半導體器件。此外，本專利技術的實施例的另一個目的是提供具有良好電特性和高可靠性的薄膜晶體管和含有該薄膜晶體管作為開關元件的半導體器件。形成具有新狀態(培育(incubation)狀態)的h-Ga-Si-O基膜，新狀態表現出電子衍射圖案，其不同于傳統已知的非晶狀態也不同于傳統已知的晶體狀態。使用具有培育狀態的M-Ga-S1-O基膜用于薄膜晶體管的溝道形成區。當使用具有培育狀態的 h-Ga-ai-Ο基膜用作薄膜晶體管的溝道形成區時，可改進導通狀態電流和電子場效應遷移率，且可進一步改進可靠性。在本說明書中公開的本專利技術的一個實施例是設置有薄膜晶體管的半導體器件，該薄膜晶體管的溝道形成區部分地或全部地使用在電子衍射圖案的分析中具有培育狀態的 In-Ga-Zn-O基膜來形成，其中所述h-Ga-Si-O基膜的培育狀態既不是清楚地出現點的晶體狀態也不是出現暈環形狀圖案的非晶狀態。通過以上結構，可解決以上問題中的至少一個問題。形成用InM03(Zn0)m(m > 0)表達的薄膜作為氧化物半導體層，并制造含有該薄膜作為氧化物半導體層的薄膜晶體管。要注意，M表示選自Ga、i^、Ni、Mn和Co的一種或多種金屬元素。例如，M可以是( 或M可包括除了 ( 之外的上述金屬元素，例如M可以是( 和 Ni、或者( 和狗。另外，在上述氧化物半導體中，在某些情況下，除包含作為M的金屬元素之外，還包含諸如狗或M之類的過渡金屬元素或過渡金屬的氧化物作為雜質元素。在本說明書中，在組合式被表達為InMO3 (ZnO)mOii > 0)的氧化物半導體層中，包括( 作為M的氧化物半導體被稱作h-Ga-ai-Ο基氧化物半導體，且^-Ga-Si-O基氧化物半導體的薄膜也被稱作h-Ga-Si-O基膜。只要氧化物半導體層是具有表現出電子衍射圖案的培育狀態的金屬氧化物，氧化物半導體層并不被具體限于^-Ga-Si-O基金屬氧化物，所述培育狀態不同于傳統已知的非晶狀態，也不同于傳統已知的晶體狀態。作為可應用于氧化物半導體層的金屬氧化物的其他示例，可采用下列金屬氧化物中的任意項=In-Sn-O基金屬氧化物；h-Sn-ai-O基金屬氧化物dn-Al-ai-Ο基金屬氧化物；Sn-Ga-Si-O基金屬氧化物；Al-Ga-Si-O基金屬氧化物；Sn-Al-Si-O基金屬氧化物；In-Si-O基金屬氧化物；Sn-Si-O基金屬氧化物；Al-Si-O基金屬氧化物^n-O基金屬氧化物；Sn-O基金屬氧化物；或Si-O基金屬氧化物。氧化硅可被包含在使用上述金屬氧化物中的任意項所形成的氧化物半導體層中。作為本專利技術的實施例，使用了底柵薄膜晶體管。具體地，底柵薄膜晶體管是溝道蝕刻類型，其中源電極層和漏電極層中的每一個在氧化物半導體層之上與氧化物半導體層交迭，且其中氧化物半導體層的一部分在氧化物半導體層的溝道形成區上被蝕刻。根據本專利技術的另一個實施例，半導體器件包括在絕緣表面之上的柵電極層；在所述柵電極層之上的第一絕緣層；在所述第一絕緣層之上的含有銦、鎵、以及鋅的氧化物半導體層；在所述氧化物半導體層之上的源電極層或漏電極層；以及第二絕緣層，其覆蓋源電極層或漏電極層，其中氧化物半導體層包括其厚度小于與源電極層或漏電極層交迭的區域的厚度的區域，其中第二絕緣層與氧化物半導體層與氧化物半導體層的厚度更小的區域相接觸，且其中氧化物半導體層的厚度更小的區域在電子衍射圖案的分析中具有培育狀態， 其中所述培育狀態既不是清楚地出現點的晶體系統也不是出現暈環形狀圖案的非晶系統。在本說明書中，在電子衍射圖案的分析中，培育狀態既不是清楚地出現點的晶體系統也不是出現暈環形狀圖案的非晶系統，而是其中在電子衍射圖案的分析中沒有清楚地但是周期性地出現點的狀態。此外，培育狀態對應于如下狀態使用用于例如摩爾比為 In2O3 Ga2O3 SiO = 1 1 1 或 In2O3 Ga2O3 ZnO = 1 1 2 的成膜的靶而獲得的氧化物半導體膜的狀態，該膜用濺射方法形成；和在達到諸如LfeaiO4的晶體狀態(見圖35)和M2Ga2SiO7的晶體狀態(見圖34)之類的穩定晶體狀態之前的狀態，即，部分地結合但還沒有變成具有成為一個晶體的穩定分子結構的晶體的前體。圖28、圖29、圖30、以及圖31示出表現出培育狀態的圖案的示例。圖沈示出溝道蝕刻的薄膜晶體管的截面的照片，其溝道形成區使用具有培育狀態的M-Ga-S1-O基氧化物半導體層而形成，這可使用高分辨率透射電子顯微鏡(TEM 由日立有限公司制造的"H9000-NAR")而觀察到。圖27示出在氧化物半導體層和其上接觸的氧化物絕緣層之間的界面的高倍放大照片GOO萬倍放大倍率)，這是用掃描透射電子顯微鏡(STEM 由日立有限公司制造的"HD-2700")在200kV的加速電壓下觀察到的。此外，圖32示出在電子衍射圖案的分析中清楚地出現點的晶體系統的圖案的示例，作為比較示例。當已知晶格常數與圖32的電子衍射圖案比較時，其中的晶體結構對應于圖；34中所示的^i2Ga2SiCV圖34是晶體結構的示意圖，其中參考標號201指示平面ab 中h原子的位點(site) ；202, h原子；203，( 原子或Si原子；以及204，氧原子。另外，圖33示出其中在電子衍射圖案的分析中出現暈環形狀圖案的非晶系統的圖案，作為另一個比較示例。每一個在圖28、圖29、圖30、以及圖31中示出培育狀態的圖案不同于圖32和圖 33中的圖案。在上述結構中，使用含有選自以下組的金屬元素作為其主要組分的膜或含有這些金屬元素中的任意項的合金膜形成薄膜晶體管的柵電極層、源電極層、以及漏電極層鋁、 銅、鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、以及鈧。源電極層和漏電極層中的每一個并不限于含有上述元素的單層，可以是兩個或更多層的層疊。使用氧化銦、氧化銦-氧化錫合金、氧化銦-氧化鋅合金、氧化鋅、氧化鋅鋁、氧氮化鋅鋁、氧化鋅鎵等的透光氧化物導電層用作源電極層、漏電極層、以及柵電極層，這樣可改進像素部分中的透光性質并可增加孔徑比。另外，使用驅動器電路部分和像素部分(每一個都形成在一襯底上)可形成使用根據本專利技術的實施例的晶體管、以及EL元件、液晶元件、電泳元件等的顯示設備。因為薄膜晶體管容易因靜電等而本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宮永昭治，坂田淳一郎，坂倉真之，山崎舜平，
申請(專利權)人：株式會社半導體能源研究所，
類型：發明
國別省市：