[发明专利]半导体元件及其制造方法、以及包括该半导体元件的电子器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件及其制造方法、以及包括该半导体元件的 电子器件，特别涉及具有氧化锌膜作为活性层的基底的半导体元件及 其制造方法、以及包括该半导体元件的电子器件。

背景技术

近年来，液晶显示装置、有机EL(电致发光)显示装置等薄型显 示装置(平板显示器：FPD)的利用迅速发展。在这些薄型显示装置中， 特别是作为能够进行高品质的显示的显示装置，可举出有源矩阵型显 示装置。

在上述有源矩阵型显示装置中，使用非晶硅TFT(薄膜晶体管)、 多晶硅TFT等。这样的非晶硅TFT(薄膜晶体管)、多晶硅TFT，在可 见光区域具有光灵敏度。因此，当被照射光时会生成载流子，电阻下 降。这会导致有源矩阵型显示装置的显示品质的下降。为了避免该显 示品质的下降，利用金属覆膜等遮光层将光遮断，从而防止由光引起 的电阻变化。但是，在上述结构中，有效显示面积下降，因此需要使 背光源明亮。结果，会产生能量的利用效率下降的新问题。为此，作 为用于上述有源矩阵型显示装置那样的用途的晶体管，在可见光区域 不具有光灵敏度的透明的晶体管的开发已在进行。

作为在这样的晶体管中使用的透明的活性层的材料，可举出例如 氧化锌(ZnO)、氧化镁锌(Mg_xZn_1-xO)、氧化镉锌(Cd_xZn_1-xO)、氧 化镉(CdO)等。其中，氧化锌是在低温下的制造中显示出比较好的 物性的半导体，因此，使用氧化锌作为活性层的材料的晶体管受到关 注。但是，当在活性层中单独使用氧化锌时，晶体管特性并没有良好 到能够实用化。为此，通过在氧化锌膜中掺杂杂质来改善晶体管特性 的技术的开发已在进行。作为这样的技术，能够举出例如专利文献1～ 3的技术。

在专利文献1中记载有：使用ZnO等透明半导体作为晶体管的沟 道层，作为栅极绝缘层，也使用掺杂有能够取1价的价数的元素或V 族元素的绝缘性ZnO等透明绝缘性材料，从而使晶体管透明。

另外，在专利文献2中记载有：通过在ZnO等透明的沟道材料中 添加Ni等3d过渡金属元素能够实现高电阻化，即使在比较低的温度 (例如室温等)下进行薄膜形成，也能够实现具有优异的开关比(on-off ratio)和迁移率的高性能的薄膜晶体管。

进一步，在专利文献3中公开了：使用预先添加有掺杂剂的ZnO 前体溶液，通过化学浴析出法、光化学沉积法、或溶胶-凝胶法形成活 性层，同时用上述掺杂剂对活性层进行掺杂的薄膜晶体管元件活性层 的制造方法。并记载有：根据该制造方法，能够实现耐高压操作、具 有良好的元件特性的薄膜晶体管。另外，作为上述掺杂剂，记载有S 那样的VIA族元素。

另外，在上述以外，在使用多晶膜作为晶体管的活性层的情况下， 存在由于晶界的作用，引起晶体管特性的劣化的问题。因此，需要抑 制晶界对晶体管特性造成的影响。作为实现这一点的技术，例如可使 用以下的SOI技术：在作为在活性层中使用多晶膜的晶体管而被实用 化的多晶硅晶体管中，通过对活性层部分的多晶硅或非晶硅照射激光 等而使其单晶化。

专利文献1：日本公开专利公报“特开2000-150900号公报(公 开日：2000年5月30日)”

专利文献2：日本公开专利公报“特开2002-076356号公报(公 开日：2002年3月15日)”

专利文献3：日本公开专利公报“特开2005-093974号公报(公 开日：2005年4月7日)”

发明内容

如上所述，在使用ZnO膜作为透明的活性层的晶体管中，尝试了 通过在ZnO膜中掺杂杂质以改善晶体管特性。但是，在上述专利文献 1～3中，关于抑制晶界对晶体管特性造成的影响，完全没有考虑。即， 在使用多晶ZnO膜作为活性层的情况下，在上述专利文献1～3的技术 中，无法抑制由晶界的作用引起的晶体管特性的劣化。

另外，氧化锌的熔点高达2000℃，因此难以像硅那样进行薄膜的 结晶化。即，在使用多晶ZnO膜作为活性层的情况下，不能利用SOI 技术抑制由晶界的作用引起的晶体管特性的劣化。

这样，在现有技术中，在使用多晶ZnO膜作为活性层的情况下， 不能抑制由晶界的作用引起的晶体管特性的劣化。因此，要求开发在 使用多晶ZnO膜作为活性层的晶体管中，抑制由晶界的作用引起的晶 体管特性的劣化的技术。