[發明專利]半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201780059506.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN109791949B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 鈴木正彥;今井元;北川英樹;菊池哲郎;西宮節治;上田輝幸;原健吾;大東徹;伊藤俊克
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;C23C14/08;C23C14/58;G02F1/1368;H01L21/28;H01L21/336;H01L21/363
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 權鮮枝;張艷鳳

半導體裝置具備包含半導體層(7)、柵極電極(3)、柵極絕緣層(5)、源極電極(8)以及漏極電極(9)的薄膜晶體管(101)，半導體層(7)具有層疊結構，該層疊結構包含：第1氧化物半導體層(71)，其包含In和Zn，第1氧化物半導體層所包含的In相對于全部金屬元素的原子數比大于第1氧化物半導體層所包含的Zn相對于全部金屬元素的原子數比；第2氧化物半導體層(72)，其包含In和Zn，第2氧化物半導體層所包含的Zn相對于全部金屬元素的原子數比大于第2氧化物半導體層所包含的In相對于全部金屬元素的原子數比；以及中間氧化物半導體層(70)，其配置在第1氧化物半導體層與第2氧化物半導體層之間，第1氧化物半導體層和第2氧化物半導體層是結晶質氧化物半導體層，中間氧化物半導體層是非晶質氧化物半導體層，第1氧化物半導體層(71)配置在比第2氧化物半導體層(72)靠柵極絕緣層(5)側。

技術領域

本發明涉及使用氧化物半導體形成的半導體裝置。

背景技術

液晶顯示裝置等使用的有源矩陣基板按每個像素具備薄膜晶體管(Thin FilmTransistor：以下稱為“TFT”)等開關元件。作為這樣的開關元件，以往廣泛使用將非晶硅膜作為活性層的TFT(以下，稱為“非晶硅TFT”)、將多晶硅膜作為活性層的TFT(以下，稱為“多晶硅TFT”)。

近年來，有時使用氧化物半導體來代替非晶硅或多晶硅作為TFT的活性層的材料。將這種TFT稱為“氧化物半導體TFT”。氧化物半導體具有比非晶硅高的遷移率。因此，氧化物半導體TFT能按比非晶硅TFT高的速度進行動作。已知使用將氧化物半導體層作為活性層的TFT(以下，稱為“氧化物半導體TFT”。)。

另一方面，已知將柵極驅動器、源極驅動器等驅動電路單片(一體)地設置于基板上的技術。最近，已利用使用氧化物半導體TFT制作這些驅動電路(單片驅動器)的技術。

已提出在氧化物半導體TFT中將組成不同的2個氧化物半導體層層疊而成的層疊半導體層用作活性層。將這種TFT結構稱為“2層溝道結構”，將具有2層溝道結構的TFT稱為“2層溝道結構TFT”。例如專利文獻1公開了使用包含組成不同的2個非晶體In-Ga-Zn-O系半導體的層疊半導體層作為氧化物半導體TFT的活性層。

另一方面，例如使用非晶體或結晶質的In-Ga-Zn-O系半導體作為氧化物半導體。結晶質In-Ga-Zn-O系半導體能具有比非晶體In-Ga-Zn-O系半導體高的遷移率。結晶質In-Ga-Zn-O系半導體例如公開于專利文獻2等。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2013-041945號公報

專利文獻2：特開2014-007399號公報

發明內容

發明要解決的問題

本申請的發明人對具有高遷移率的氧化物半導體TFT的結構反復進行了各種研究。在該過程中，對使用結晶質氧化物半導體的2層溝道結構TFT的特性進行研究發現，在TFT間，可能產生閾值等的特性波動。另外發現，有時在一部分TFT中，閾值電壓向負的方向移位，即使不施加柵極電壓也成為流過漏極電流的常導通型(耗盡化)。因此，得到具有期望的特性且可靠性優異的2層溝道結構TFT是困難的。在后面描述本申請的發明人的詳細的研究結果。

本發明的一實施方式是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供具備具有穩定的特性的可靠性高的氧化物半導體TFT的半導體裝置。

用于解決問題的方案