[发明专利]半导体器件、显示装置和电子电器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件、显示装置以及使用半导体器件的电子电器。

背景技术

近年来，使用在具有绝缘表面的衬底之上形成的半导体薄膜(厚度大约为数纳米至数百纳米)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起关注。薄膜晶体管广泛地应用于诸如IC之类的电子装置和光电装置，并且特别预计作为图像显示装置的开关元件迅速发展。各种金属氧化物用于各种应用。氧化铟是众所周知的材料，并且用作液晶显示器等所需的透明电极材料。

一些金属氧化物具有半导体特性。具有半导体特性的这类金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟和氧化锌。其中使用具有半导体特性的这类金属氧化物来形成沟道形成区的薄膜晶体管是已知的(专利文献1和2)。

此外，使用氧化物半导体的TFT具有高场效应迁移率。因此，显示装置等的驱动器电路也能够使用TFT来形成。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本公开专利申请No.2007-123861

[专利文献2]日本公开专利申请No.2007-96055

发明内容

在相互不同的多个电路在绝缘表面之上形成的情况下，例如在一个衬底之上形成像素部分和驱动器电路时，对于用于像素部分的薄膜晶体管需要优良开关特性、如高通-断比，而对于用于驱动器电路的薄膜晶体管需要高操作速度。具体来说，当显示装置的清晰度较高时，显示图像的写入时间降低。因此，优选的是，用于驱动器电路的薄膜晶体管高速工作。

本发明的一个实施例的一个目的是提供一种具有良好电特性的极可靠薄膜晶体管以及包括该薄膜晶体管作为开关元件的显示装置。

本发明的一个实施例是一种半导体器件，包括：衬底之上的栅电极层；栅电极层之上的栅绝缘层；栅绝缘层之上的氧化物半导体层；与氧化物半导体层的一部分相接触的氧化物绝缘层；各与氧化物半导体层的一部分相接触的源电极层和漏电极层。在氧化物半导体层中，源电极层与氧化物绝缘层之间的区域以及漏电极层与氧化物绝缘层之间的区域各具有小于与源电极层重叠的区域、与氧化物绝缘层重叠的区域和与漏电极层重叠的区域的每个的厚度。

此外，与氧化物绝缘层相接触的氧化物半导体层的表面部分具有结晶区。

在上述结构中，半导体器件中包含的栅电极层、源电极层和漏电极层使用包含从铝、铜、钼、钛、铬、钽、钨、钕和钪中选取的金属元素作为其主要成分的膜或者包含这些元素的任意种类的合金膜的堆叠膜来形成。源电极层和漏电极层的每个并不局限于包含上述元素的任意种类的单层，而可以是两层或多层的叠层。

氧化铟、氧化铟和氧化锡的合金、氧化铟和氧化锌的合金、氧化锌、氧化锌铝、氧氮化锌铝、氧化锌镓等的透光氧化物导电层能够用于源电极层、漏电极层和栅电极层，由此能够改进像素部分的透光性质，并且能够增加孔径比。

氧化物导电层能够在氧化物半导体层与包含金属元素作为其主要成分的用于形成源电极层和漏电极层的膜之间形成，由此能够形成具有低接触电阻并且能够高速操作的薄膜晶体管。

在上述结构中，半导体器件包括氧化物半导体层以及氧化物半导体层之上的氧化物绝缘层。与氧化物半导体层的沟道形成区相接触的氧化物绝缘层用作沟道保护层。

在上述结构中，作为用作半导体器件的沟道保护层的氧化物绝缘层，使用通过溅射方法所形成的无机绝缘膜；通常使用氧化硅膜、氧化氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜等。

作为氧化物半导体层，形成InMO₃(ZnO)_m(m＞0，并且m不是整数)的薄膜。薄膜用作氧化物半导体层，以便形成薄膜晶体管。注意，M表示从Ga、Fe、Ni、Mn和Co中选取的一种金属元素或多种金属元素。作为一个示例，M可以是Ga，或者除了Ga之外还可包含上述金属元素，例如，M可以是Ga和Ni或者Ga和Fe。此外，在氧化物半导体中，在一些情况下，除了作为M所包含的金属元素之外，还包含诸如Fe或Ni之类的过渡金属元素或者过渡金属的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，在其组成分子式由InMO₃(ZnO)_m(m＞0，并且m不是整数)表示的氧化物半导体层之中，包含Ga作为M的氧化物半导体称作In-Ga-Zn-O基氧化物半导体，并且In-Ga-Zn-O基氧化物半导体的薄膜又称作In-Ga-Zn-O基膜。