[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080050573.5
• 申請(qǐng)日: 2010-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102598269A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小山潤(rùn);山崎舜平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及含有用氧化物半導(dǎo)體形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件。

注意，在本說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體器件是指可通過(guò)利用半導(dǎo)體性質(zhì)起作用的所有器件，且電光器件、半導(dǎo)體電路、和電子器件全都是半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

用于使用在具有絕緣表面的襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜形成薄膜晶體管的技術(shù)已經(jīng)吸引了注意。硅基半導(dǎo)體材料已知被作為可應(yīng)用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體薄膜。作為另一種材料，氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)吸引了注意。

氧化鋅和含有氧化鋅的襯底已經(jīng)被已知作為氧化物半導(dǎo)體材料。此外，使用其載流子(電子)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經(jīng)被公開(kāi)(參考文獻(xiàn)1到3)。

[參考文獻(xiàn)]

[參考文獻(xiàn)1]：日本公開(kāi)專利申請(qǐng)No.2006-165527

[參考文獻(xiàn)2]：日本公開(kāi)專利申請(qǐng)No.2006-165528

[參考文獻(xiàn)3]：日本公開(kāi)專利申請(qǐng)No.2006-165529

本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容

在需要良好電特性的固態(tài)圖像傳感器中，盡管其具有類似于顯示設(shè)備結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，一般地使用由使用SOI襯底或塊狀單晶硅襯底形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

然而，不可說(shuō)由使用單晶硅形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有理想的電特性。例如，截止態(tài)電流(也被稱為漏電流等)并非足夠低至被認(rèn)為基本是零。進(jìn)一步，硅的溫度特性相對(duì)大地被變化。特別地，硅的截止態(tài)電流可能會(huì)變化。因此，在形成諸如固態(tài)圖像傳感器之類的電荷保留半導(dǎo)體器件的情況下，希望的是將研發(fā)不論周圍環(huán)境而能保持電勢(shì)且能具有低截止態(tài)電流的器件。

鑒于上述問(wèn)題，所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供含有具有穩(wěn)定的電特性(如，特別低的截止態(tài)電流)的薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是固態(tài)圖像傳感器，含有使用氧化物半導(dǎo)體形成的至少一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和放大器晶體管，且含有其中重置晶體管和轉(zhuǎn)換晶體管是使用氧化物半導(dǎo)體形成的像素。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體是通過(guò)移除可能是電子施主的雜質(zhì)的本征或基本本征的半導(dǎo)體，且具有相比硅半導(dǎo)體更大的能隙。

換言之，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成了含有其溝道形成區(qū)是使用氧化物半導(dǎo)體膜形成的薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器。在該氧化物半導(dǎo)體膜中，移除了氧化物半導(dǎo)體中含有的氫或O-H基團(tuán)，以使氧化物半導(dǎo)體中氫的濃度是5×10¹⁹/cm³或更低，優(yōu)選地是5×10¹⁸/cm³或更低，更優(yōu)選地是5×10¹⁷/cm³或更低或者低于由次級(jí)離子質(zhì)譜儀(SIMS)所測(cè)得的最低值的1×10¹⁶/cm³，且載流子濃度為低于1×10¹⁴/cm³，優(yōu)選地是1×10¹²/cm³或更低。

氧化物半導(dǎo)體的能隙是2eV或更大，優(yōu)選的是2.5eV或更大，更優(yōu)選的是3eV或更大。諸如氫之類形成施主的雜質(zhì)，盡可能地被減少。載流子濃度被設(shè)置為1×10¹⁴/cm³或更低，優(yōu)選地是1×10¹²/cm³或更低。

當(dāng)使用這樣高純度的氧化物半導(dǎo)體用于薄膜晶體管的溝道形成區(qū)時(shí)，薄膜晶體管具有常態(tài)截止的電特性。在1到10V的漏電壓下，薄膜晶體管的截止態(tài)電流為1×10^-13A或更低或100aA/μm(μm表示該薄膜晶體管的溝道寬度)或更低，優(yōu)選地為10aA/μm或更低，更優(yōu)選地是1aA/μm或更低。

在本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一半導(dǎo)體器件，其含有埋在硅氧化物襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件部件、通過(guò)轉(zhuǎn)換晶體管電連接至光電轉(zhuǎn)換元件部分的信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分、電連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的重置晶體管、以及其柵電極電連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的放大器晶體管。該半導(dǎo)體器件還包括像素部分，其中轉(zhuǎn)換晶體管的溝道形成區(qū)和重置晶體管的溝道形成區(qū)被使用氧化物半導(dǎo)體形成，且放大器晶體管的溝道形成區(qū)使用硅半導(dǎo)體而形成。

此外，放大器晶體管可以是含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管。進(jìn)一步，可在像素部分中提供選擇晶體管。進(jìn)一步，在連接至像素部分的外圍電路部分中，優(yōu)選地使用含有硅半導(dǎo)體的塊狀晶體管形成互補(bǔ)晶體管。