[发明专利]晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管，例如薄膜晶体管，其中在每一场效应晶体管中使用氧化物半导体。

背景技术

使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成薄膜晶体管(TFT)的技术引人注目。薄膜晶体管已经用于以液晶电视机为代表的显示装置。作为可以应用于薄膜晶体管中的半导体薄膜已知硅类半导体材料，除此以外，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

作为用于氧化物半导体的材料，已知氧化锌或含有氧化锌的物质。分别使用电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物(氧化物半导体)形成的薄膜晶体管已公开在专利文献1至3中。

[专利文献1]日本专利申请公开2006-165527号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2006-165528号公报

[专利文献3]日本专利申请公开2006-165529号公报

当在氧化物半导体被形成为薄膜时发生了在氧化物半导体和化学计算成分之间的偏离。例如，因氧过剩或缺乏而氧化物半导体的导电率变化。另外，在薄膜形成过程中混入氧化物半导体的氢形成氧(O)-氢(H)键并且OH键充当电子给体，这成为使导电率变化的因素。再者，由于OH基是极性分子，所以对于诸如使用氧化物半导体制造的薄膜晶体管那样的有源器件成为使其特性变动的因素。

即使当电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³时，氧化物半导体实际上是n型氧化物半导体，在所述专利文献中公开了的薄膜晶体管的开关比仅为10³。上述薄膜晶体管的低开关比是由大截止电流引起的。

在显示装置中，在制造阶段或工作期间有如下问题，即在元件、电极或布线等中蓄积了不需要的电荷。例如，在薄膜晶体管的情况下，这样的电荷蓄积可能引起产生寄生沟道而导致泄漏电流流过。另外，在底栅型晶体管的情况下，在半导体层中的背沟道部(即形成在半导体层的上部的夹在源电极及漏电极之间的半导体层的区域)的表面或内部可能蓄积电荷使得可能产生寄生沟道，并且可能容易产生泄漏电流，这引起阈值电压的变动。

为了提高薄膜晶体管的场效应迁移率，可减小载流子沿其移动的沟道长度，但是减小沟道长度，则引起薄膜晶体管的截止电流的上升。

发明内容

鉴于上述，本发明的一个实施例的目的是提供一种具有高速工作的薄膜晶体管，其中在薄膜晶体管导通时能够流过大电流，并在薄膜晶体管截止时截止电流非常低。

本发明的一个实施例是一种纵向薄膜晶体管，其中通过去除氧化物半导体中会成为电子给体(供体)的杂质，使用本征或基本上本征的半导体的、其具有大于硅半导体的能隙的氧化物半导体形成沟道形成区。

换言之，本发明的一个实施例是一种纵向薄膜晶体管，其中使用氧化物半导体膜形成沟道形成区，在该氧化物半导体膜中去除氧化物半导体所包含的氢或OH基，使得氧化物半导体所包含的氢浓度低于或等于5×10¹⁹/cm³，优选为低于或等于5×10¹⁸/cm³，更优选为低于或等于5×10¹⁷/cm³，并且载流子浓度低于或等于5×10¹⁴/cm³，优选为低于或等于5×10¹²/cm³。

氧化物半导体的能隙为大于或等于2eV，优选为大于或等于2.5eV，更优选为大于或等于3eV，使形成供体的诸如氢等的杂质尽量降低，使得载流子浓度为低于或等于1×10¹⁴/cm³，优选为低于或等于1×10¹²/cm³。

另外，在本发明的一个实施例中薄膜晶体管的多个栅电极隔着源电极、氧化物半导体膜以及覆盖漏电极的栅极绝缘膜彼此相对。换言之，栅电极隔着栅极绝缘膜与源电极、氧化物半导体膜以及漏电极的侧面相对。由此，沟道宽度大。

根据本发明的一个实施例，通过使用氢浓度降低了纯度提高了的氧化物半导体，使得有可能极大降低截止电流，以及提高薄膜晶体管的场效应迁移率及导通电流。

附图说明

图1A和1B是说明薄膜晶体管的俯视图及截面图；

图2是使用氧化物半导体的反交错型薄膜晶体管的纵截面图；

图3A和3B是沿着图2所示的A-A′截面的薄膜晶体管的层的能带图(示意图)；