[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用氧化物半导体的半导体器件及制造该半导体器件 的方法。

背景技术

正如通常在液晶显示器件中看到的那样，在像玻璃衬底那样的平 板上形成的薄膜晶体管是使用非晶硅或多晶硅制造的。使用非晶硅制 造的薄膜晶体管具有低的电场效应迁移率，但这样的晶体管可以在面 积较大的玻璃衬底上形成。另一方面，使用多晶硅制造的薄膜晶体管 具有高的电场效应迁移率，但需要像激光退火那样的晶化过程，并且 这样的晶体管未必适用于较大的玻璃衬底。

鉴于上述情况，人们的注意力已经被吸收到使用氧化物半导体制 造薄膜晶体管的技术上，并且这样的晶体管可应用于电子设备或光学 设备。例如，专利文献1和专利文献2公开了将氧化锌或基于 In-Ga-Zn-O的氧化物半导体用作氧化物半导体膜制造薄膜晶体管的 技术，并且这样的晶体管用作图像显示器件的开关元件等。

[参考文献]

[专利文献1]日本已公布专利申请第2007-123861号

[专利文献2]日本已公布专利申请第2007-096055号

发明内容

在氧化物半导体中提供沟道形成区的薄膜晶体管的电场效应迁移 率高于使用非晶硅的薄膜晶体管的电场效应迁移率。氧化物半导体膜 可以在300℃或更低的温度下通过溅射法等形成。它的制造工艺易于 使用多晶硅的薄膜晶体管的制造工艺。

这样的氧化物半导体预期被用于在玻璃衬底、塑料衬底等上形成 薄膜晶体管，并被应用于像液晶显示器件、场致发光显示器件、或电 子纸那样的显示器件。

当显示器件的显示区的尺寸增大时，像素的数量就增加，因此， 栅极线和信号线的数量增加。另外，随着显示器件具有较高的清晰度， 像素的数量增加，因此，栅极线和信号线的数量增加。当栅极线和信 号线的数量增加时，难以通过结合(bond)等安装包括用于驱动栅极 线和信号线的驱动电路的IC(集成电路)芯片，从而使制造成本增大。

因此，本发明的一个目的是通过将使用氧化物半导体的薄膜晶体 管应用在驱动像素部分的驱动电路的至少一部分中来降低制造成本。

在将使用氧化物半导体的薄膜晶体管应用在驱动像素部分的驱动 电路的至少一部分中的情况下，薄膜晶体管需要高动态特性(接通状 态特性或频率特性(称为f特性))。本发明的另一个目的是提供具 有高动态特性(接通状态特性)的薄膜晶体管和提供使能(enable) 高速驱动的驱动电路。

将栅电极设置在氧化物半导体层的上方和下方，以实现薄膜晶体 管的接通状态特性和可靠性的提高。并且，在处在氧化物半导体层下 方的栅电极与氧化物半导体层之间形成源电极层或源电极层。源电极 层或源电极层的至少一部分设置有起源极区或漏极区作用的在其上方 和在其下方的低阻值氧化物半导体层。注意，源电极层和源电极层夹 在第一源极或漏极区与第二源极或漏极区之间。

并且，通过控制施加在上下栅电极上的栅极电压，可以控制阈电 压(threshold voltage)。上下栅电极可以相互电连接以具有相同的电 位，或者，上下栅电极可以与不同布线连接以具有不同的电位。例如， 当阈电压被设置成0或接近0以降低驱动电压时，可以实现功耗的降 低。或者，当阈电压被设置成正的时，薄膜晶体管可以起增强型晶体 管的作用。又或，当阈电压被设置成负的时，薄膜晶体管可以起耗尽 型晶体管的作用。

例如，包括增强型晶体管和耗尽型晶体管的组合的倒相电路(下 文称为EDMOS电路)可以用于驱动电路。驱动电路至少包括逻辑电 路部分、和开关部分或缓冲器部分。逻辑电路部分具有包括上述 EDMOS电路的电路结构。并且，优选地将大接通状态电流可以流过 的薄膜晶体管用于开关部分或缓冲器部分。使用包括在氧化物半导体 层上方和下方的栅电极的耗尽型晶体管或薄膜晶体管。

可以无需极大增加步骤数地在相同衬底上形成具有不同结构的薄 膜晶体管。例如，可以为用于高速驱动的驱动电路形成使用包括在氧 化物半导体层上方和下方的栅电极的薄膜晶体管的EDMOS电路，而 可以将包括只在氧化物半导体层下方的栅电极的薄膜晶体管用于像素 部分。

注意，在整个说明书中，将阈电压为正的n沟道TFT(场效应晶 体管)称为增强型晶体管，而将阈电压为负的n沟道TFT称为耗尽型 晶体管。