[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明的一个实施例涉及含有用氧化物半导体形成的场效应晶体管的半导体器件。

注意，在本说明书中，半导体器件是指可通过利用半导体性质起作用的所有器件，且电光器件、半导体电路、和电子器件全都是半导体器件。

背景技术

用于使用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜形成薄膜晶体管的技术已经吸引了注意。硅基半导体材料已知被作为可应用于薄膜晶体管的半导体薄膜。作为另一种材料，氧化物半导体已经吸引了注意。

氧化锌和含有氧化锌的衬底已经被已知作为氧化物半导体材料。此外，使用其载流子(电子)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经被公开(参考文献1到3)。

[参考文献]

[参考文献1]：日本公开专利申请No.2006-165527

[参考文献2]：日本公开专利申请No.2006-165528

[参考文献3]：日本公开专利申请No.2006-165529

本发明的公开内容

在需要良好电特性的固态图像传感器中，尽管其具有类似于显示设备结构的结构，一般地使用由使用SOI衬底或块状单晶硅衬底形成的场效应晶体管。

然而，不可说由使用单晶硅形成的场效应晶体管具有理想的电特性。例如，截止态电流(也被称为漏电流等)并非足够低至被认为基本是零。进一步，硅的温度特性相对大地被变化。特别地，硅的截止态电流可能会变化。因此，在形成诸如固态图像传感器之类的电荷保留半导体器件的情况下，希望的是将研发不论周围环境而能保持电势且能具有低截止态电流的器件。

鉴于上述问题，所公开的发明的一个实施例的目的是提供含有具有稳定的电特性(如，特别低的截止态电流)的薄膜晶体管的固态图像传感器。

本发明的一个实施例是固态图像传感器，含有使用氧化物半导体形成的至少一个光电转换元件和放大器晶体管，且含有其中重置晶体管和转换晶体管是使用氧化物半导体形成的像素。

本发明的一个实施例中的氧化物半导体是通过移除可能是电子施主的杂质的本征或基本本征的半导体，且具有相比硅半导体更大的能隙。

换言之，在本发明的一个实施例中，形成了含有其沟道形成区是使用氧化物半导体膜形成的薄膜晶体管的固态图像传感器。在该氧化物半导体膜中，移除了氧化物半导体中含有的氢或O-H基团，以使氧化物半导体中氢的浓度是5×10¹⁹/cm³或更低，优选地是5×10¹⁸/cm³或更低，更优选地是5×10¹⁷/cm³或更低或者低于由次级离子质谱仪(SIMS)所测得的最低值的1×10¹⁶/cm³，且载流子浓度为低于1×10¹⁴/cm³，优选地是1×10¹²/cm³或更低。

氧化物半导体的能隙是2eV或更大，优选的是2.5eV或更大，更优选的是3eV或更大。诸如氢之类形成施主的杂质，尽可能地被减少。载流子浓度被设置为1×10¹⁴/cm³或更低，优选地是1×10¹²/cm³或更低。

当使用这样高纯度的氧化物半导体用于薄膜晶体管的沟道形成区时，薄膜晶体管具有常态截止的电特性。在1到10V的漏电压下，薄膜晶体管的截止态电流为1×10^-13A或更低或100aA/μm(μm表示该薄膜晶体管的沟道宽度)或更低，优选地为10aA/μm或更低，更优选地是1aA/μm或更低。

在本说明书中所公开的本发明的一个实施例是一半导体器件，其含有埋在硅氧化物衬底中的光电转换元件部件、通过转换晶体管电连接至光电转换元件部分的信号电荷存储部分、电连接至信号电荷存储部分的重置晶体管、以及其栅电极电连接至信号电荷存储部分的放大器晶体管。该半导体器件还包括像素部分，其中转换晶体管的沟道形成区和重置晶体管的沟道形成区被使用氧化物半导体形成，且放大器晶体管的沟道形成区使用硅半导体而形成。

此外，放大器晶体管可以是含有氧化物半导体的薄膜晶体管。进一步，可在像素部分中提供选择晶体管。进一步，在连接至像素部分的外围电路部分中，优选地使用含有硅半导体的块状晶体管形成互补晶体管。