[发明专利]半导体器件和用于制造该半导体器件的方法

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和用于制造该半导体器件的方法。 

背景技术

如在液晶显示器中典型见到的，在例如玻璃衬底等平板之上形成的薄膜晶体管使用非晶硅或多晶硅制造。使用非晶硅形成的薄膜晶体管具有低电场效应迁移率，但这样的晶体管可以在具有更大面积的玻璃衬底之上形成。在另一方面，使用晶体硅形成的薄膜晶体管具有高电场效应迁移率，但例如激光退火等结晶工艺是必需的并且这样的晶体管不是一直都适用于更大的玻璃衬底。 

鉴于前述，注意力已经被吸引到薄膜晶体管使用氧化物半导体被形成所采用的技术，并且这样的晶体管应用于电子器件或光学器件。例如，专利文件1和专利文件2公开一项技术，薄膜晶体管借此使用氧化锌或In-Ga-Zn-O基氧化物半导体作为氧化物半导体膜制造，并且这样的晶体管用作图像显示器的开关元件或其类似物。 

[参考文献] 

[专利文件1]日本公开的专利申请号2007-123861 

[专利文件2]日本公开的专利申请号2007-096055 

发明内容

其中沟道形成区提供在氧化物半导体中的薄膜晶体管的电子场效应迁移率高于使用非晶硅的薄膜晶体管。该氧化物半导体膜可以通 过溅射法或类似方法在300℃或更低的温度形成。它的制造工艺比使用多晶硅的薄膜晶体管更容易。 

这样的氧化物半导体期望用于在玻璃衬底、塑料衬底或其类似物上形成薄膜晶体管，并且应用于例如液晶显示器、电致发光显示器或电子纸等显示器。 

当显示器的显示区的大小增加时，像素的数目增加并且从而栅极线和信号线的数目增加。另外，由于显示器具有更高的清晰度，像素的数目增加并且从而栅极线和信号线的数目增加。当栅极线和信号线的数目增加时，难以通过接合或类似方式安装包括用于驱动栅极线和信号线的驱动电路的IC芯片，由此制造成本增加。 

因此，目的是通过在用于驱动像素部分的驱动电路的至少一部分中采用使用氧化物半导体的薄膜晶体管来减少制造成本。 

在用于驱动像素部分的驱动电路的至少一部分中采用使用氧化物半导体的薄膜晶体管的情况下，对于薄膜晶体管需要高动态特性(导通特性或频率特性(称为f特性))。另一个目的是提供具有高动态特性(导通特性)的薄膜晶体管并且提供实现高速操作的驱动电路。 

另外，本发明的实施例的目的是提供半导体器件，对其提供其中氧化物半导体层用于沟道的高度可靠的薄膜晶体管。 

栅电极提供在氧化物半导体层上面和下面以实现薄膜晶体管的可靠性和导通特性的改进。 

此外，通过控制施加到上和下栅电极的栅极电压，可以控制阈值电压。该上和下栅电极可互相电连接以便具有相同的电势，或该上和下栅电极可连接到不同的布线以便具有不同的电势。例如，当阈值电压设置在0或接近0以降低驱动电压时，可以实现功耗的降低。备选地，当阈值电压设置为正时，薄膜晶体管可以起增强型晶体管的作用。此外备选地，当阈值电压设置为负时，薄膜晶体管可以起耗尽型晶体管的作用。 

包括增强型晶体管和耗尽型晶体管的组合的逆变电路(在下文中，这样的电路称为EDMOS电路)可以用于驱动电路。该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。该逻辑电路部分具有包括上文的EDMOS电路的电路结构。此外，大导通电流可以流动所借助的薄膜晶体管优选地用于开关部分或缓冲器部分。使用在氧化物半导体层上面和下面包括栅电极的薄膜晶体管或耗尽型晶体管。 

具有不同结构的薄膜晶体管可以在相同的衬底上形成而没有大大增加步骤数。例如，使用在氧化物半导体层上面和下面包括栅电极的薄膜晶体管的EDMOS电路可形成以用于高速驱动的驱动电路，并且仅在氧化物半导体层下面包括栅电极的薄膜晶体管可用于像素部分。 

注意在整个该说明书中，其阈值电压为正的n沟道TFT称为增强型晶体管，并且其阈值电压为负的n沟道TFT称为耗尽型晶体管。 

提供在氧化物半导体层上面的栅电极的材料的示例包括从铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钕(Nd)和钪(Sc)选择的元素以及包含上文的元素中的任何元素作为它的成分的合金，并且可以使用任何导电膜而没有特定限制。此外，栅电极不限于包含上文的元素中的任何元素的单层结构，并且可以具有两层或更多层的堆叠结构。