[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2009年10月30日、申请号为200910209089.1、发明名称为“半导体器件及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及使用氧化物半导体的半导体器件、使用所述半导体器件的显示装置、及其制造方法。 

背景技术

近些年来，以液晶显示器为代表的液晶显示装置逐渐普及。作为液晶显示器，经常使用配置有像素的有源矩阵液晶显示装置，每个像素都包括薄膜晶体管（TFT）。在包含于有源矩阵液晶显示装置中的薄膜晶体管中，非晶硅或多晶硅被用作有源层。虽然使用非晶硅的薄膜晶体管具有低场效应迁移率，但是它易于被形成于大尺寸衬底诸如大的玻璃衬底的上方。另一方面，虽然使用多晶硅的薄膜晶体管具有高场效应迁移率，但是使用多晶硅在大尺寸衬底诸如大的玻璃衬底的上方形成薄膜晶体管要耗费大量时间，这是因为需要晶化过程，诸如激光退火。 

鉴于上述问题，使用氧化物半导体而非上述硅材料制造薄膜晶体管并且应用于电子器件或光学器件的技术已受到关注。例如，专利文献1和专利文献2公开了使用氧化锌或In-Ga-Zn-O类氧化物半导体作为氧化物半导体薄膜来制造薄膜晶体管并且将此类晶体管用作图像显示装置的开关元件等的技术。 

[引用文献列表] 

[专利文献] 

[专利文献1]日本特开2007-123861 

[专利文献2]日本特开2007-96055 

在沟道形成区中使用氧化物半导体的薄膜晶体管的场效应迁移率大约为使用非晶硅的薄膜晶体管的场效应迁移率的10到100倍。氧化物半导体膜可以在300℃或更低温度下通过溅射法等方法形成。其制造工艺比使用多晶硅的薄膜晶体管更容易。因而，即使在使用大尺寸衬底的情况中，显示装置的像素部分和外围驱动电路也可以被形成于相同衬底之上。 

在有源矩阵液晶显示装置中，因为在短暂的栅开关期间中电压被施加于液晶层并且电被存储于存储电容中，所以需要大驱动电流。特别地，在具有大屏幕的液晶显示装置或者高清晰度液晶显示装置中，需要大驱动电流。因此，用作开关元件的薄膜晶体管优选地具有高场效应迁移率。 

然而，使用氧化物半导体的薄膜晶体管的场效应迁移率低于使用多晶硅的薄膜晶体管，这种使用多晶硅的薄膜晶体管通常被用于液晶显示装置的驱动电路。 

发明内容

本发明的实施方式的目的是改善使用氧化物半导体的薄膜晶体管的场效应迁移率。本发明的实施方式的另一个目的是抑制具有改善了的场效应迁移率的薄膜晶体管在截止电流上的增加。本发明的实施方式的又一个目的是提供包括使用氧化物半导体的薄膜晶体管的显示装置。 

根据本发明的实施方式，在薄膜晶体管的形成中，使用氧化物半导体层，并在氧化物半导体层和栅绝缘层之间形成具有比氧化物半导体层更高的导电率和更小的厚度的半导体层。 

本发明的一个实施方式是一种半导体器件，包括：栅电极层；位于栅电极层上方的栅绝缘层；位于栅绝缘层上方的半导体层；位于半导体层上方的氧化物半导体层；和位于氧化物半导体层上方的源电极 层和漏电极层，其中氧化物半导体层为包含铟、镓、和锌的氧化物半导体层；半导体层的厚度小于氧化物半导体层的厚度；半导体层的导电率高于氧化物半导体层的导电率；并且氧化物半导体层与源电极层和漏电极层电气连接。 

本发明的另一个实施方式是一种半导体器件，包括：栅电极层；位于栅电极层上方的栅绝缘层；位于栅绝缘层上方的半导体层；位于半导体层上方的氧化物半导体层；位于氧化物半导体层上方的具有n型导电性的缓冲层；和位于缓冲层上方的源电极层和漏电极层，其中氧化物半导体层和缓冲层为氧化物半导体层，其每个都包含铟、镓、和锌；缓冲层的载流子浓度高于氧化物半导体层的载流子浓度；半导体层的厚度小于氧化物半导体层的厚度；半导体层的导电率高于氧化物半导体层的导电率；缓冲层的导电率高于半导体层的导电率；并且氧化物半导体层与源电极层和漏电极层经由缓冲层电连接。 

注意，半导体层优选地为包含铟、镓、和锌的氧化物半导体层。半导体层的导电率优选地高于1.0×10^-3S/cm。氧化物半导体层优选地具有位于源电极层和漏电极层之间并且厚度小于与源电极层和漏电极层重叠的区域的厚度的区域。缓冲层的载流子浓度优选地为1×10¹⁸/cm³或更高，而氧化物半导体层的载流子浓度优选地低于1×10¹⁷/cm³。