[發明專利]晶體管及半導體裝置

有效

• 申請號: 201210475836.8
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103137701B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 津吹將志
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L29/41
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 侯穎媖

技術領域

本發明涉及一種晶體管。尤其涉及一種在氧化物半導體層中形成溝道的晶體管。另外，本發明涉及具有該晶體管的半導體裝置。例如，涉及一種在各個像素中包括該晶體管的主動矩陣型顯示裝置。另外，在本說明書中，半導體裝置是指利用半導體特性而工作的所有裝置。

背景技術

近年來，作為晶體管的構成材料，被稱為氧化物半導體的具有半導體特性的金屬氧化物引人注目。金屬氧化物被用于廣泛的用途。例如，氧化銦被用于液晶顯示裝置的像素電極的材料。作為具有半導體特性的金屬氧化物，例如可以舉出氧化鎢、氧化錫、氧化銦和氧化鋅。在這種具有半導體特性的金屬氧化物層中形成溝道的晶體管已是眾所周知的（專利文獻1及專利文獻2）。

[專利文獻1]日本專利申請公開2007-123861號公報

[專利文獻2]日本專利申請公開2007-96055號公報

在氧化物半導體層中形成溝道的晶體管有時根據加工條件或加熱處理條件而發生電特性變化。該變化被認為起因于在氧化物半導體層的形成工序中降阻元素（氯（Cl）、氟（F）、硼（B）或氫（H）等）混入氧化物半導體層中或者氧（O）從氧化物半導體層脫離等。另外，在氧化物半導體層的端部容易發生該變化。換言之，在于氧化物半導體層中形成溝道的晶體管中，該氧化物半導體層的端部成為低電阻區，而在該區域中容易產生晶體管的寄生溝道。也就是說，在該晶體管中有可能形成兩種溝道：根據柵極與源極之間的電壓形成的溝道（也稱為第一溝道）；上述寄生溝道（也稱為第二溝道）。

在有可能形成兩種溝道的晶體管中，形成有各個溝道的晶體管的柵極與源極之間的閾值電壓大多不同。典型的是，形成有第一溝道的閾值電壓比形成有第二溝道的閾值電壓高。并且，第一溝道的電流驅動能力比第二溝道的電流驅動能力高。因此，在處于截止狀態的該晶體管的柵極與源極之間的電壓上升的情況下，源極與漏極的電流發生兩個階段的變化。具體而言，確認到在形成第二溝道的閾值電壓附近呈現第一階段的變化（柵極與源極之間的電流的增加），再者在形成第一溝道的閾值電壓附近呈現第二階段的變化（柵極與源極之間的電流的增加）。

發明內容

在數字電路中晶體管用作開關。無須說,發生兩個階段的變化的元件作為開關是不合適的。鑒于該問題，本發明的一個方式的目的是改善在氧化物半導體層中形成溝道的晶體管的開關特性。

在氧化物半導體層的端部產生寄生溝道是因為晶體管的源極及漏極與該端部電連接。換言之，如果該端部不與晶體管的源極和漏極中的至少一方電連接，就不會在該端部產生寄生溝道。因此，本發明的一個方式提供一種晶體管，其中氧化物半導體層的端部不與源極和漏極中的至少一方電連接或者能夠降低氧化物半導體層的端部與源極和漏極中的至少一方電連接的概率。

例如，本發明的一個方式是一種晶體管，其中晶體管的源極和漏極中的至少一方不與氧化物半導體層的端部接觸。另外，在本發明的一個方式中，優選不與氧化物半導體層的端部接觸的源極和漏極中的至少一方與氧化物半導體層的端部之間的距離比源極與漏極之間的距離長。

在本發明的一個方式的晶體管中，晶體管的源極和漏極不通過氧化物半導體層的端部彼此電連接或者能夠降低晶體管的源極和漏極通過氧化物半導體層的端部彼此電連接（在該端部產生寄生溝道）的概率。由此，在該晶體管中，源極與漏極之間的電流不會根據柵極與源極之間的電壓發生兩個階段的變化或者能夠降低源極與漏極之間的電流根據柵極與源極之間的電壓發生兩個階段的變化的概率。換言之，在根據本發明的一個方式中，可以改善在氧化物半導體層中形成溝道的晶體管的開關特性。

附圖說明

圖1A和圖1B分別是示出晶體管的結構例子的平面圖及截面圖；

圖2是示出晶體管的結構例子的平面圖；

圖3A和圖3B分別是示出晶體管的結構例子的平面圖及截面圖；

圖4A是示出液晶顯示裝置的結構例子的圖，圖4B是示出像素的結構例子的圖，圖4C是示出像素所具有的晶體管的結構例子的圖；

圖5是示出晶體管的Vg-Id曲線的圖；

圖6是示出晶體管的結構例子的平面圖；

圖7是示出晶體管的Vg-Id曲線的圖。

具體實施方式

下面，對本發明的一個方式進行詳細說明。但是，本發明不局限于以下說明，在不脫離其宗旨及其范圍的條件下，其方式可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定于以下所示的記載內容中。

〈晶體管的結構例子〉