[發(fā)明專利]晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080047999.5
• 申請日: 2010-10-08
• 公開（公告）號: CN102668095A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 山崎舜平
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社半導(dǎo)體能源研究所
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 秦晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，例如薄膜晶體管，其中在每一場效應(yīng)晶體管中使用氧化物半導(dǎo)體。

背景技術(shù)

使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜來構(gòu)成薄膜晶體管(TFT)的技術(shù)引人注目。薄膜晶體管已經(jīng)用于以液晶電視機為代表的顯示裝置。作為可以應(yīng)用于薄膜晶體管中的半導(dǎo)體薄膜已知硅類半導(dǎo)體材料，除此以外，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。

作為用于氧化物半導(dǎo)體的材料，已知氧化鋅或含有氧化鋅的物質(zhì)。分別使用電子載流子濃度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物(氧化物半導(dǎo)體)形成的薄膜晶體管已公開在專利文獻1至3中。

[專利文獻1]日本專利申請公開2006-165527號公報

[專利文獻2]日本專利申請公開2006-165528號公報

[專利文獻3]日本專利申請公開2006-165529號公報

當(dāng)在氧化物半導(dǎo)體被形成為薄膜時發(fā)生了在氧化物半導(dǎo)體和化學(xué)計算成分之間的偏離。例如，因氧過剩或缺乏而氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電率變化。另外，在薄膜形成過程中混入氧化物半導(dǎo)體的氫形成氧(O)-氫(H)鍵并且OH鍵充當(dāng)電子給體，這成為使導(dǎo)電率變化的因素。再者，由于OH基是極性分子，所以對于諸如使用氧化物半導(dǎo)體制造的薄膜晶體管那樣的有源器件成為使其特性變動的因素。

即使當(dāng)電子載流子濃度低于10¹⁸/cm³時，氧化物半導(dǎo)體實際上是n型氧化物半導(dǎo)體，在所述專利文獻中公開了的薄膜晶體管的開關(guān)比僅為10³。上述薄膜晶體管的低開關(guān)比是由大截止電流引起的。

在顯示裝置中，在制造階段或工作期間有如下問題，即在元件、電極或布線等中蓄積了不需要的電荷。例如，在薄膜晶體管的情況下，這樣的電荷蓄積可能引起產(chǎn)生寄生溝道而導(dǎo)致泄漏電流流過。另外，在底柵型晶體管的情況下，在半導(dǎo)體層中的背溝道部(即形成在半導(dǎo)體層的上部的夾在源電極及漏電極之間的半導(dǎo)體層的區(qū)域)的表面或內(nèi)部可能蓄積電荷使得可能產(chǎn)生寄生溝道，并且可能容易產(chǎn)生泄漏電流，這引起閾值電壓的變動。

為了提高薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率，可減小載流子沿其移動的溝道長度，但是減小溝道長度，則引起薄膜晶體管的截止電流的上升。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明的一個實施例的目的是提供一種具有高速工作的薄膜晶體管，其中在薄膜晶體管導(dǎo)通時能夠流過大電流，并在薄膜晶體管截止時截止電流非常低。

本發(fā)明的一個實施例是一種縱向薄膜晶體管，其中通過去除氧化物半導(dǎo)體中會成為電子給體(供體)的雜質(zhì)，使用本征或基本上本征的半導(dǎo)體的、其具有大于硅半導(dǎo)體的能隙的氧化物半導(dǎo)體形成溝道形成區(qū)。

換言之，本發(fā)明的一個實施例是一種縱向薄膜晶體管，其中使用氧化物半導(dǎo)體膜形成溝道形成區(qū)，在該氧化物半導(dǎo)體膜中去除氧化物半導(dǎo)體所包含的氫或OH基，使得氧化物半導(dǎo)體所包含的氫濃度低于或等于5×10¹⁹/cm³，優(yōu)選為低于或等于5×10¹⁸/cm³，更優(yōu)選為低于或等于5×10¹⁷/cm³，并且載流子濃度低于或等于5×10¹⁴/cm³，優(yōu)選為低于或等于5×10¹²/cm³。

氧化物半導(dǎo)體的能隙為大于或等于2eV，優(yōu)選為大于或等于2.5eV，更優(yōu)選為大于或等于3eV，使形成供體的諸如氫等的雜質(zhì)盡量降低，使得載流子濃度為低于或等于1×10¹⁴/cm³，優(yōu)選為低于或等于1×10¹²/cm³。

另外，在本發(fā)明的一個實施例中薄膜晶體管的多個柵電極隔著源電極、氧化物半導(dǎo)體膜以及覆蓋漏電極的柵極絕緣膜彼此相對。換言之，柵電極隔著柵極絕緣膜與源電極、氧化物半導(dǎo)體膜以及漏電極的側(cè)面相對。由此，溝道寬度大。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過使用氫濃度降低了純度提高了的氧化物半導(dǎo)體，使得有可能極大降低截止電流，以及提高薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率及導(dǎo)通電流。

附圖說明

圖1A和1B是說明薄膜晶體管的俯視圖及截面圖；

圖2是使用氧化物半導(dǎo)體的反交錯型薄膜晶體管的縱截面圖；

圖3A和3B是沿著圖2所示的A-A′截面的薄膜晶體管的層的能帶圖(示意圖)；