半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，具體提供了保持電勢(shì)達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間且含有具穩(wěn)定電特性的薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器。當(dāng)含有氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的截止態(tài)電流被設(shè)置為1×10-13A或更少且該薄膜晶體管被用作固態(tài)圖像傳感器的重置晶體管和轉(zhuǎn)移晶體管時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)被保持不變，所以可改進(jìn)動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)可被用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的硅半導(dǎo)體被用于外圍電路時(shí)，可制造具有低功耗的高速半導(dǎo)體器件。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為“2010年10月12日”、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01080050573.5”、題為“半導(dǎo)體器件”的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及含有用氧化物半導(dǎo)體形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體器件。
[0003]注意，在本說明書中，半導(dǎo)體器件是指可通過利用半導(dǎo)體性質(zhì)起作用的所有器件，且電光器件、半導(dǎo)體電路、和電子器件全都是半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0004]用于使用在具有絕緣表面的襯底上形成的半導(dǎo)體薄膜形成薄膜晶體管的技術(shù)已經(jīng)吸引了注意。硅基半導(dǎo)體材料已知被作為可應(yīng)用于薄膜晶體管的半導(dǎo)體薄膜。作為另一種材料，氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)吸引了注意。
[0005]氧化鋅和含有氧化鋅的襯底已經(jīng)被已知作為氧化物半導(dǎo)體材料。此外，使用其載流子(電子)濃度低于11Vcm3的非晶氧化物(氧化物半導(dǎo)體)形成的薄膜晶體管已經(jīng)被公開(參考文獻(xiàn)I到3)。
[0006][參考文獻(xiàn)]
[0007][參考文獻(xiàn)I]:日本公開專利申請(qǐng)N0.2006-165527
[0008][參考文獻(xiàn)2]:日本公開專利申請(qǐng)N0.2006-165528
[0009][參考文獻(xiàn)3]:日本公開專利申請(qǐng)N0.2006-165529


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在需要良好電特性的固態(tài)圖像傳感器中，盡管其具有類似于顯示設(shè)備結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，一般地使用由使用SOI襯底或塊狀單晶硅襯底形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0011]然而，不可說由使用單晶硅形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有理想的電特性。例如，截止態(tài)電流(也被稱為漏電流等)并非足夠低至被認(rèn)為基本是零。進(jìn)一步，硅的溫度特性相對(duì)大地被變化。特別地，硅的截止態(tài)電流可能會(huì)變化。因此，在形成諸如固態(tài)圖像傳感器之類的電荷保留半導(dǎo)體器件的情況下，希望的是將研發(fā)不論周圍環(huán)境而能保持電勢(shì)且能具有低截止態(tài)電流的器件。
[0012]鑒于上述問題，所公開的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供含有具有穩(wěn)定的電特性(如，特別低的截止態(tài)電流)的薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是固態(tài)圖像傳感器，含有使用氧化物半導(dǎo)體形成的至少一個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和放大器晶體管，且含有其中重置晶體管和轉(zhuǎn)換晶體管是使用氧化物半導(dǎo)體形成的像素。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體是通過移除可能是電子施主的雜質(zhì)的本征或基本本征的半導(dǎo)體，且具有相比硅半導(dǎo)體更大的能隙。
[0015]換言之，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，形成了含有其溝道形成區(qū)是使用氧化物半導(dǎo)體膜形成的薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器。在該氧化物半導(dǎo)體膜中，移除了氧化物半導(dǎo)體中含有的氫或0-H基團(tuán)，以使氧化物半導(dǎo)體中氫的濃度是5X 1019/cm3或更低，優(yōu)選地是5X1018/cm3或更低，更優(yōu)選地是5X1017/cm3或更低或者低于由次級(jí)離子質(zhì)譜儀(SMS)所測(cè)得的最低值的lX1016/cm3，且載流子濃度為低于lX1014/cm3，優(yōu)選地是lX1012/cm3或更低。
[0016]氧化物半導(dǎo)體的能隙是2eV或更大，優(yōu)選的是2.5eV或更大，更優(yōu)選的是3eV或更大。諸如氫之類形成施主的雜質(zhì)，盡可能地被減少。載流子濃度被設(shè)置為lX1014/cm3或更低，優(yōu)選地是lX1012/cm3或更低。
[0017]當(dāng)使用這樣高純度的氧化物半導(dǎo)體用于薄膜晶體管的溝道形成區(qū)時(shí)，薄膜晶體管具有常態(tài)截止的電特性。在1到10V的漏電壓下，薄膜晶體管的截止態(tài)電流為1X10_13A或更低或100aA/ym(ym表示該薄膜晶體管的溝道寬度)或更低，優(yōu)選地為lOaA/μπι或更低，更優(yōu)選地是laA/ μ m或更低。
[0018]在本說明書中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一半導(dǎo)體器件，其含有埋在硅氧化物襯底中的光電轉(zhuǎn)換元件部件、通過轉(zhuǎn)換晶體管電連接至光電轉(zhuǎn)換元件部分的信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分、電連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的重置晶體管、以及其柵電極電連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的放大器晶體管。該半導(dǎo)體器件還包括像素部分，其中轉(zhuǎn)換晶體管的溝道形成區(qū)和重置晶體管的溝道形成區(qū)被使用氧化物半導(dǎo)體形成，且放大器晶體管的溝道形成區(qū)使用硅半導(dǎo)體而形成。
[0019]此外，放大器晶體管可以是含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管。進(jìn)一步，可在像素部分中提供選擇晶體管。進(jìn)一步，在連接至像素部分的外圍電路部分中，優(yōu)選地使用含有硅半導(dǎo)體的塊狀晶體管形成互補(bǔ)晶體管。
[0020]在本說明書等中，諸如“電極”和“引線”之類的術(shù)語不限制組件的功能。例如，可使用“電極”作為部分的“引線”，且可使用“引線”作為部分的“電極”。此外，例如，諸如“電極”和“引線”之類的術(shù)語還可表示多個(gè)“電極”和“引線”的組合。
[0021]此外，“SOI襯底”并不限于諸如硅晶片之類的半導(dǎo)體襯底，且可能是諸如玻璃襯底、石英襯底、蘭寶石襯底、或金屬襯底之類的非半導(dǎo)體襯底。換言之，“SOI襯底”還包括，在其范疇中，提供了在其上使用半導(dǎo)體材料形成層的絕緣襯底。進(jìn)一步，在本說明書等中，“半導(dǎo)體襯底”不僅是指使用半導(dǎo)體材料形成的襯底，還指所有含有半導(dǎo)體材料的襯底。即，在本說明書等中，“SOI襯底”也被包括在“半導(dǎo)體襯底”的范疇中。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)含有氧化物半導(dǎo)體且具有極低截止態(tài)電流的薄膜晶體管被用作重置晶體管和轉(zhuǎn)換晶體管時(shí)，可將信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)保持不變，從而可改進(jìn)動(dòng)態(tài)范圍。進(jìn)一步，當(dāng)可被用于互補(bǔ)晶體管的硅半導(dǎo)體被用于外圍電路時(shí)，可制造具有低功耗的高速半導(dǎo)體器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]在附圖中:
[0024]圖1是示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0025]圖2A和2B是示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0026]圖3A和3B是示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0027]圖4A到4C是示出用于制造固態(tài)圖像傳感器的方法的截面圖；
[0028]圖5A到5C是示出用于制造固態(tài)圖像傳感器的方法的截面圖；
[0029]圖6是示出含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的Vg-1d特性的圖表；
[0030]圖7A和7B是含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的照片；
[0031]圖8A和SB是示出含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的Vg-1d特性(溫度特性)的圖表；
[0032]圖9是包括氧化物半導(dǎo)體的倒交錯(cuò)薄膜晶體管的橫截面圖；
[0033]圖1OA和1B是圖9中的A-A’截面的能帶圖(示意圖)；
[0034]圖1lA是圖9中B-B’截面處于正電勢(shì)(+VG)被施加給柵極(Gl)狀態(tài)的能帶圖(示意圖)，且圖1lB是圖9中B-B’截面處于負(fù)電勢(shì)(-VG)被施加給柵極(Gl)狀態(tài)的能帶圖(不意圖)；
[0035]圖12示出真空能級(jí)、金屬的功函數(shù)(ΦΜ)、以及氧化物半導(dǎo)體的電子親和性(X)之間的關(guān)系；
[0036]圖13示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0037]圖14示出固態(tài)圖像傳感器的像素的操作；
[0038]圖15示出光電二極管的操作；
[0039]圖16示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0040]圖17示出固態(tài)圖像傳感器的像素的操作；
[0041]圖18示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0042]圖19示出固態(tài)圖像傳感器的像素的操作；
[0043]圖20示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0044]圖21示出固態(tài)圖像傳感器的像素的操作；
[0045]圖22示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0046]圖23示出固態(tài)圖像傳感器的像素的操作；
[0047]圖24示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)；
[0048]圖25示出重置端子驅(qū)動(dòng)器電路和轉(zhuǎn)移端子驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)；
[0049]圖26示出垂直輸出線驅(qū)動(dòng)器電路的結(jié)構(gòu)；
[0050]圖27示出移位寄存器和緩沖器電路的示例；且
[0051]圖28Α和28Β是示出固態(tài)圖像傳感器的像素的結(jié)構(gòu)的截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0052]下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式。要注意，本發(fā)明不限于以下描述，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，可按各種方式改變本發(fā)明的方式與細(xì)節(jié)而不背離本發(fā)明的精神與范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限于諸實(shí)施例的以下描述。要注意，在下文進(jìn)行描述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同附圖中，由相同附圖標(biāo)記指示相同部分或具有類似功能的部分，且不再重復(fù)其描述。
[0053]要注意，在本說明書中的每一個(gè)附圖中，在一些情況下，出于清楚目的，每一個(gè)組件或每一個(gè)區(qū)域的尺寸、層厚等被放大。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不限于這種縮放比例。
[0054]注意，在本說明書中，為了避免組件之間的混淆而使用諸如“第一”、“第二”和“第三”的序數(shù)，這些術(shù)語并不意味著組件的順序等。因此，舉例而言，術(shù)語“第一”可被術(shù)語“第二”、“第三”等適當(dāng)?shù)靥鎿Q。
[0055](實(shí)施例1)
[0056]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是被稱為MIS(金屬絕緣體半導(dǎo)體)晶體管的含有金屬絕緣體半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件。在本說明書中，使用薄膜半導(dǎo)體形成其溝道形成區(qū)的元件被稱為薄膜晶體管，且使用塊狀晶體管形成其溝道形成區(qū)的元件被稱為塊狀晶體管。注意，使用SOI (絕緣體上硅)襯底形成的半導(dǎo)體層可被稱為薄膜，且含有半導(dǎo)體層的晶體管在本說明書中是一種塊狀晶體管。
[0057]下文將描述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中所提供的含有薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器的像素的示例。在這個(gè)實(shí)施例中，作為示例，描述了被包括在固態(tài)圖像傳感器的像素中的薄膜晶體管、連接至薄膜晶體管的光電轉(zhuǎn)換元件、以及使用硅半導(dǎo)體形成的塊狀晶體管。注意，像素是指含有被提供在固態(tài)圖像傳感器中的元件(如，光電轉(zhuǎn)換元件、晶體管、以及引線)和被用于通過電信號(hào)的輸入和輸出而輸出圖像的元件的元件組。
[0058]注意，如圖28A中的截面圖中所示，該像素可具有入射光通過在襯底表面?zhèn)壬系耐哥R600、濾色器602、層間絕緣膜606等進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件608的結(jié)構(gòu)。注意如用虛線框所圍繞的區(qū)域那樣，在一些情況下，用箭頭表示的一些光路徑被引線層604的一些所阻擋。因此，如圖28B中所示，像素可具有入射光有效地通過在襯底后表面?zhèn)壬贤哥R610和濾色器612的形成進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件618的結(jié)構(gòu)。
[0059]進(jìn)一步，當(dāng)描述“A和B彼此連接”時(shí)，包括A和B彼此電連接的情況以及A和B直接彼此連接的情況。在此，A與B均為對(duì)象(例如，器件、元件、電路、布線、電極、端子、導(dǎo)電膜、或?qū)?。
[0060]圖1是示出作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器的像素部分的示例的截面圖。圖1示出其中含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管被用作轉(zhuǎn)移晶體管101和重置晶體管121的示例。放大器晶體管131使用由使用單晶硅襯底100形成的η-溝道塊狀晶體管而被形成。光電轉(zhuǎn)換元件110是含有η-型區(qū)112和薄ρ-型區(qū)114的光電二極管，且被連接至轉(zhuǎn)移晶體管101的源電極104。信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分116(也被稱為浮柵擴(kuò)散)被形成在轉(zhuǎn)移晶體管101的漏電極和重置晶體管的源電極之下。轉(zhuǎn)移晶體管101和重置晶體管121各自具有其中氧化物半導(dǎo)體層用作溝道區(qū)的頂柵結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)移晶體管101的漏電極106電連接至重置晶體管的源電極124。放大器晶體管131是含有η-型區(qū)132a和132b以及柵電極138的η-溝道塊狀晶體管。盡管沒有示出，放大器晶體管的柵電極138電連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分116。
[0061]注意，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，塊狀晶體管的柵絕緣層136用作作為薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移晶體管101和重置晶體管121的基礎(chǔ)絕緣層，且信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分116與被用作介電質(zhì)的柵絕緣層136形成電容器。此外，薄膜晶體管的柵絕緣層118用作塊狀晶體管的層間絕緣層的一部分。
[0062]在溝道形成區(qū)含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管被描述為作為示例的頂柵薄膜晶體管；然而，薄膜晶體管可以是諸如倒交錯(cuò)的薄膜晶體管之類的底柵薄膜晶體管。此外，有必要用光照射光電轉(zhuǎn)換元件110，因此描述了其中轉(zhuǎn)移晶體管101的源電極的部分連接至光電轉(zhuǎn)換元件110的光接收部分的示例；然而，可使用透光導(dǎo)電材料形成源電極從而以不同方式連接至光電轉(zhuǎn)換元件110。例如，如圖2A中所示，當(dāng)含有使用透光導(dǎo)電材料形成的源電極的晶體管201被用作轉(zhuǎn)移晶體管時(shí)，源電極可被連接至光電轉(zhuǎn)換元件210的光接收部分的部分或全部。可選地，如圖2B中所示，為了保護(hù)光電轉(zhuǎn)換元件310的光路徑，堆疊了使用低電阻金屬層形成的源電極304和漏電極306和使用透光導(dǎo)電材料層形成的緩沖層305和307的晶體管304被用作轉(zhuǎn)移晶體管。
[0063]形成被稱為掩埋型光電二極管的二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件，該掩埋型光電二極管中有使用P-型單晶硅襯底(在SOI的情況下，是P-型單晶硅層)形成的η-型區(qū)以及在其上形成的薄的P-型區(qū)。通過在該光電二極管的表面上形成P-型區(qū)，可減少在表面上產(chǎn)生的暗電流(即，噪聲)。
[0064]盡管上述了其中使用單晶硅襯底的示例，可使用SOI襯底。此外，塊狀晶體管的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)?？刹捎闷渲性跂烹姌O的端部提供側(cè)壁的輕摻雜漏(LDD)結(jié)構(gòu)或在源區(qū)或漏區(qū)形成低電阻的硅化物等的結(jié)構(gòu)。
[0065]可在像素部分中提供電連接至放大器晶體管131的選擇晶體管?？墒褂霉璋雽?dǎo)體或氧化物半導(dǎo)體形成放大器晶體管和選擇晶體管。注意，優(yōu)選地使用含有具有較大放大因子的硅氧化物層的塊狀晶體管形成放大器晶體管。
[0066]可選地，可在塊狀晶體管上形成絕緣層且可在其上形成薄膜晶體管。例如，當(dāng)使用薄膜晶體管或重置晶體管而形成的轉(zhuǎn)移晶體管被提供在使用塊狀晶體管形成的放大器晶體管上時(shí)，每個(gè)像素所需要的晶體管的面積約為三分之二，所以改進(jìn)了集成度，可增加光接收面積，并可減少噪聲。圖3Α示出這樣的結(jié)構(gòu)的示例。提供了使用薄膜晶體管形成的轉(zhuǎn)移晶體管401和使用塊狀晶體管形成的放大器晶體管431，且在其上形成使用薄膜晶體管形成的重置晶體管421，且具有在它們之間所提供的絕緣層441。進(jìn)一步，在圖3Β中，使用塊狀晶體管形成的光電轉(zhuǎn)換元件510和放大器晶體管531被形成為下層，且使用薄膜晶體管形成的轉(zhuǎn)移晶體管401和重置晶體管521形成為上層，且上下層之間具有絕緣膜541。形成光電轉(zhuǎn)換元件和塊狀晶體管的步驟以及形成薄膜晶體管的步驟可彼此獨(dú)立；因此，可輕易地控制這些步驟。注意，優(yōu)選地提供被用于形成信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分516的電容器電極540。
[0067]利用具有上述結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管和塊狀晶體管的組合，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分可保持電勢(shì)達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間且可形成具有較寬動(dòng)態(tài)范圍的固態(tài)圖像傳感器的像素部分。注意，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地使用其截止態(tài)電流極低的薄膜晶體管。下文描述用于制造這樣的薄膜晶體管的方法。
[0068]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用含有單晶硅半導(dǎo)體的塊狀晶體管和含有具有極有利電特性的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的組合而形成固態(tài)圖像傳感器的像素部分。因此，主要詳細(xì)地描述了用于形成含有氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管的方法。
[0069]作為示例，參考圖4Α到4C和圖5Α到5C中的截面圖而描述了用于形成圖1中所示的結(jié)構(gòu)的方法。首先，在P-型單晶硅襯底100上形成用絕緣膜140 (也被稱為場(chǎng)氧化物膜)隔離的元件形成區(qū)。可通過硅的局部氧化(LOCOS)、淺溝槽隔離(STI)等形成元件隔離區(qū)。
[0070]此處，襯底不限于單晶硅襯底。可使用SOI (絕緣體上硅)襯底等。
[0071]注意，在這個(gè)實(shí)施例中，使用P-型單晶硅襯底，因?yàn)槭褂昧搜诼裥凸怆姸O管和η-溝道塊狀晶體管；然而，當(dāng)形成ρ_阱時(shí)可使用η-型單晶硅襯底。
[0072]接著，形成柵絕緣層136來覆蓋元件形成區(qū)。例如，可用熱處理通過提供在單晶硅襯底100中的元件形成區(qū)表面的氧化而形成氧化硅膜?？蛇x地，通過經(jīng)過熱氧化的氧化硅膜的形成以及經(jīng)過氮化處理的氧化硅膜的表面的氮化，柵絕緣層136可具有氧化硅膜和氧氮化娃膜的層疊結(jié)構(gòu)。
[0073]作為另一個(gè)方法，例如，通過用在提供于單晶硅襯底100上的元件形成區(qū)的表面上執(zhí)行的高密度等離子處理的氧化處理或氮化處理，可形成氧化硅膜或氮化硅膜作為柵絕緣層136。進(jìn)一步，在通過高密度等離子體處理在元件形成區(qū)的表面上執(zhí)行氧化處理之后，可通過高密度等離子體處理執(zhí)行氮化處理。在這個(gè)情況下，氧化硅膜形成在元件形成區(qū)的表面上且與之相接觸，且在氧化硅膜上形成氧氮化硅膜，這樣?xùn)沤^緣層136具有氧化硅膜和氧氮化硅膜的層疊結(jié)構(gòu)。
[0074]接著，形成導(dǎo)電層以覆蓋柵絕緣層136。此處，相繼堆疊導(dǎo)電層138a和導(dǎo)電層138b。無需贅述，導(dǎo)電層可具有單層結(jié)構(gòu)、或者含有兩層或更多層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0075]可使用選自以下元素的元素或含有該元素作為主要組分的合金材料或復(fù)合材料形成導(dǎo)電層138a和導(dǎo)電層138b:鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鑰(Mo)、鋁(A1)、銅(Cu)、鉻(Cr)、或鈮(Nb)?？蛇x地，可使用通過上述元素的氮化而獲得的金屬氮化膜?？蛇x地，可使用摻雜有諸如磷的雜質(zhì)元素的以多晶硅為代表的半導(dǎo)體材料。
[0076]此處，采用了層疊結(jié)構(gòu)，其中使用氮化鉭形成導(dǎo)電層138a且在其上使用鎢形成導(dǎo)電層138b?？蛇x地，可使用氮化鎢、氮化鑰、或氮化鈦或者其層疊的膜作為導(dǎo)電層138a，且可使用鉭、鑰、或鈦、或其層疊的膜作為導(dǎo)電層138b。
[0077]接著，通過選擇性地蝕刻并移除被層疊的導(dǎo)電層138a和138b，導(dǎo)電層138a和138b被部分地留在柵絕緣層136上從而形成柵電極138。
[0078]接著，選擇性地形成抗蝕劑掩模以覆蓋除了元件形成區(qū)之外的區(qū)域，且通過使用抗蝕劑掩模和柵電極138作為掩模引入雜質(zhì)元素而形成η-型區(qū)132a和132b的雜質(zhì)區(qū)域。此處，由于形成了 η-溝道塊狀晶體管，可使用施加η-型導(dǎo)電率的雜質(zhì)元素(如，磷⑵或砷(As))用作雜質(zhì)元素。
[0079]然后，為了形成作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管，選擇性地形成抗蝕劑掩模。首先，在通過將施加η-型導(dǎo)電率的雜質(zhì)元素(如，磷⑵或砷(As))引入ρ-型單晶硅襯底從而形成pn結(jié)之后，將施加ρ-型導(dǎo)電率的雜質(zhì)元素(如，硼(Β))引入η-型區(qū)中的表面層；因此，可形成掩埋型光電二極管。
[0080]在這個(gè)階段，圖4Α的右邊所示的塊狀晶體管的結(jié)構(gòu)和圖4Α的左邊所示的光電二極管已完成。
[0081]接著，描述了用于形成其中將氧化物半導(dǎo)體層用作溝道區(qū)的薄膜晶體管的方法。
[0082]在這個(gè)實(shí)施例中，在被提供在單晶硅襯底100上的塊狀晶體管的柵絕緣層136上形成薄膜晶體管。即，柵絕緣層136可作為薄膜晶體管的基膜和塊狀晶體管的柵絕緣層。注意，可用如下方法形成絕緣層且層疊層可被用作基膜。
[0083]作為與氧化物半導(dǎo)體層相接觸的絕緣層，優(yōu)選地使用諸如氧化硅層、氧氮化硅層、氧化鋁層、或氧氮化鋁層之類的氧化物絕緣層。作為用于形成絕緣層的方法，可使用等離子體增強(qiáng)CVD、濺射等。為使絕緣層中不含有大量氫，優(yōu)選地用濺射形成絕緣層。
[0084]描述了其中通過濺射形成氧化硅層作為絕緣層的示例。用如下方式在單晶硅襯底100上沉積氧化硅層作為絕緣層:單晶硅襯底100被傳送至處理室、引入被移除了氫和濕氣的含有高純度氧的濺射氣體、且使用硅靶。此外，單晶硅襯底100可處于室溫或可被加熱。
[0085]例如，在如下條件下通過RF濺射沉積氧化硅層:石英(優(yōu)選合成石英)被用作靶；襯底溫度為108°C ;靶和襯底之間的距離(T-S距離)為60mm ;壓強(qiáng)為0.4Pa ;高頻功率為1.5kW ;氣氛含有氧和気(氧流速25sccm:気流速25sccm = 1:1);且厚度為lOOnm。除了石英，可使用硅作為用于沉積氧化硅層的靶。在這個(gè)情況下，使用氧、或者氧和氬的混合氣體作為濺射氣體。
[0086]在這個(gè)情況下，優(yōu)選的是形成絕緣層的同時(shí)處理室中剩余的濕氣被移除，從而氫、羥基、或濕氣不被包含在絕緣層中。
[0087]為了移除處理室中剩余的濕氣，優(yōu)選使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵、或鈦升華泵?？墒褂锰砑恿死溱宓臏u輪泵作為抽空裝置。例如，隨著使用低溫泵，從處理室中抽空諸如水(H2O)等之類的含有氫原子的化合物。因此，可降低沉積在處理室中的絕緣層中所含有的雜質(zhì)的濃度。
[0088]作為絕緣層的沉積中所使用的濺射氣體，優(yōu)選使用其中諸如氫、水、羥基、或氫化物等雜質(zhì)被移除達(dá)ppm或ppb濃度的高純度氣體。
[0089]濺射的示例包括其中用高頻電源作為濺射電源的RF濺射、DC濺射、以及其中以脈沖方式施加偏置的脈沖DC濺射。在沉積絕緣膜的情況下主要使用RF濺射，而在沉積導(dǎo)電膜的情況下主要使用DC濺射。
[0090]另外，還存在其中可設(shè)置不同材料的多個(gè)靶的多源濺射裝置。利用該多源濺射裝置，可在同一室中沉積層疊不同材料膜，或可在同一室中通過放電同時(shí)沉積多種材料的膜。
[0091]另外，存在室內(nèi)部設(shè)置有磁鐵系統(tǒng)且用于磁控濺射的濺射裝置、以及在不使用輝光放電的情況下通過使用微波而生成等離子體的用于ECR濺射的濺射裝置。
[0092]此外，可使用靶物質(zhì)和濺射氣體組分在沉積期間相互化學(xué)反應(yīng)以形成其化合物薄膜的反應(yīng)濺射、或者在沉積期間也向襯底施加電壓的偏壓濺射作為使用濺射的沉積方法。
[0093]進(jìn)一步，絕緣層可具有層疊結(jié)構(gòu)。例如，絕緣層可具有層疊結(jié)構(gòu)，其中諸如氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層、或氮氧化鋁層之類的氮化物絕緣層和上述的氧化物絕緣層可從襯底側(cè)依序?qū)又谩?br> [0094]例如，通過在氧化硅層和襯底之間弓I入其中去除了氫和濕氣的含有高純度氫的濺射氣體、以及使用硅靶，而沉積氮化硅層。還是在這個(gè)情況下，如同在氧化硅層的情況下，優(yōu)選的是沉積氮化硅層的同時(shí)移除留存在處理室中的濕氣。
[0095]還是在沉積氮化硅層的情況下，沉積中可加熱襯底。
[0096]在將氮化硅層和氧化硅層層疊起來作為絕緣層的情況下，可隨著通用硅靶的使用在同一處理室中沉積氮化硅層和氧化硅層。首先，通過引入含有氮的濺射氣體并使用安裝在處理室上的硅靶而沉積氮化硅層。然后將氣體改變?yōu)楹醒醯臑R射氣體且使用同一個(gè)硅靶而沉積氧化硅層?？稍诓槐┞督o空氣的情況下連續(xù)沉積氮化硅層和氧化硅層；因此，可防止在氮化硅層表面上對(duì)氫或濕氣之類的雜質(zhì)的吸附。
[0097]然后，通過濺射在絕緣層(在本實(shí)施例中為柵絕緣層136)形成2到200nm厚的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0098]為使氧化物半導(dǎo)體膜中含有的氫、羥基、和濕氣盡可能少，優(yōu)選的是通過在濺射裝置的預(yù)加熱室中預(yù)加熱單晶硅襯底100 (作為沉積的預(yù)處理)，將吸收在單晶硅沉積100上的諸如氫或濕氣之類的雜質(zhì)消除或抽空。作為提供在預(yù)熱室中的抽空裝置，低溫泵是優(yōu)選的。注意，可省略該預(yù)熱處理。此外，可在之后形成的薄膜晶體管的柵絕緣層118的沉積之前執(zhí)行該預(yù)熱，或者可在之后形成的用作源電極和漏電極的導(dǎo)電層的沉積之前執(zhí)行該預(yù)熱。
[0099]注意，在通過濺射沉積氧化物半導(dǎo)體膜之前，優(yōu)選通過其中引入氬氣并生成等離子體的反濺射來去除柵絕緣層的表面上的灰塵。反濺射指的是其中在氬氣氛中通過使用RF電源將電壓施加到襯底側(cè)，且電離的氬與襯底碰，從而修飾襯底表面的一種方法。應(yīng)注意，替代氬，可使用氮、氦、氧等氣體。
[0100]氧化物半導(dǎo)體膜通過濺射被沉積。作為氧化物半導(dǎo)體膜，可使用氧化物半導(dǎo)體膜，例如，諸如In-Sn-Ga-Zn-Ο膜之類的四組分金屬氧化物；諸如In-Ga-Zn-O膜、In-Sn-Zn-O膜、In-Al-Zn-Ο膜、Sn-Ga-Zn-O膜、Al-Ga-Zn-O膜、Sn-Al-Zn-O膜之類的三組分金屬氧化物；或者 Ιη-Ζη-0 膜、Sn-Zn-Ο 膜、Al-Zn-O 膜、Zn-Mg-O 膜、Sn-Mg-O 膜、In-Mg-O 膜、Ιη-0膜、Sn-Ο膜、Ζη-0膜之類的二組分金屬氧化物。進(jìn)一步，Si02可被包含在上述氧化物半導(dǎo)體膜中。
[0101]可使用由InMOjZnO^Oii > 0)表達(dá)的薄膜作為氧化物半導(dǎo)體膜。此處，Μ表示選自Ga、Al、Mn或Co的一種或多種金屬元素。例如，Μ可以是Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等等。在組合式被表達(dá)為InMOjZnOhOnX))的氧化物半導(dǎo)體膜中，包括Ga作為Μ的氧化物半導(dǎo)體被稱作In-Ga-Ζη-Ο基氧化物半導(dǎo)體，且In-Ga-Zn-0基氧化物半導(dǎo)體的薄膜也被稱作In_Ga_Zn_0基月旲。
[0102]在本實(shí)施例中，通過使用In-Ga-Zn-Ο基氧化物半導(dǎo)體靶的濺射來沉積氧化物半導(dǎo)體膜?？蛇x地，可在稀有氣體(通常是氬)氣氛、氧氣氛、或包含稀有氣體(通常是氬)和氧的氣氛中通過濺射沉積氧化物半導(dǎo)體膜。
[0103]作為氧化物半導(dǎo)體膜的沉積中所使用的濺射氣體，優(yōu)選使用其中諸如氫、水、羥基、或氫化物等雜質(zhì)被移除至ppm或ppb濃度的高純度氣體。
[0104]可使用含有氧化鋅作為主要組分的金屬氧化物靶作為通過濺射用于形成氧化物半導(dǎo)體膜的靶。例如，可使用具有組分比為ln203: Ga203: ZnO = 1: 1: 1 [摩爾比]的金屬氧化物靶。可選地，可使用具有組分比為ln203: Ga203: ZnO = 1: 1: 2[摩爾比]的金屬氧化物靶。金屬氧化物靶的加注速率為90到100%，優(yōu)選的是95到99.9%。通過使用具有高填充速率的金屬氧化物靶，所沉積的氧化物半導(dǎo)體層具有高密度。
[0105]通過如下方式在絕緣層上沉積氧化物半導(dǎo)體膜:襯底被保持在處于被減少的壓力狀態(tài)的處理室中，移除處理室中所留存的濕氣、引入其中移除了氫和濕氣的濺射氣體，且使用金屬氧化物作為靶。為了移除處理室中剩余的濕氣，優(yōu)選使用吸附真空泵。例如，優(yōu)選使用低溫泵、離子泵、或鈦升華泵?？墒褂锰砑恿死溱宓臏u輪分子泵作為抽空裝置。例如，通過使用低溫泵，從處理室中抽空諸如水(h20)等之類的含有氫原子的化合物。因此，可降低沉積在處理室中的氧化物半導(dǎo)體膜中所含有的雜質(zhì)的濃度。進(jìn)一步，當(dāng)沉積氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)可加熱襯底。
[0106]作為沉積條件的示例，采用以下條件:襯底溫度是室溫，襯底和靶之間的距離是110mm，壓強(qiáng)為0.4Pa，直流(DC)電源為0.5kW，且使用含有氧和氬(氧的流速是15sCCm且氬的流速是30sccm)的氣氛。要注意，優(yōu)選使用脈沖直流(DC)電源，因?yàn)榭蓽p少在沉積中產(chǎn)生的粉末物質(zhì)(也稱作顆?；蚧覊m)并且膜厚可以是均勻的。氧化物半導(dǎo)體膜的厚度優(yōu)選為5到30nm。注意，氧化物半導(dǎo)體膜的適當(dāng)厚度根據(jù)氧化物半導(dǎo)體材料而不同，并且厚度可根據(jù)材料適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
[0107]然后，通過第一光刻工藝和蝕刻工藝將氧化物半導(dǎo)體膜處理為島狀氧化物半導(dǎo)體層102和122(見圖4B)。此處，氧化物半導(dǎo)體層102是被用于形成第一薄膜晶體管的溝道區(qū)的半導(dǎo)體層，且氧化物半導(dǎo)體層122是被用于形成第二薄膜晶體管的溝道區(qū)的半導(dǎo)體層。
[0108]注意，可通過噴墨法形成用于形成島狀氧化物半導(dǎo)體層的抗蝕劑掩模。在噴墨法中不使用光掩模；因此，可降低制造成本。進(jìn)一步，可采用干法蝕刻和濕法蝕刻中的任一個(gè)或兩者，作為氧化物半導(dǎo)體膜的蝕刻。
[0109]作為用于干法蝕刻的蝕刻氣體，優(yōu)選地使用含氯的氣體(諸如氯氣(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氯化硅(SiCl4)或四氯化碳(CCl4)之類的氯基氣體)。
[0110]可選地，可使用含氟氣體(諸如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)或三氟甲烷(CHF3)之類的氟基氣體)、溴化氫(HBr)、氧氣(O2)、添加了諸如氦氣(He)或氬氣(Ar)之類的稀有氣體的這些氣體中的任一種等。
[0111]可使用平行板RIE (反應(yīng)離子蝕刻)或ICP (感應(yīng)耦合等離子體)蝕刻作為干法蝕亥IJ。為了將該膜蝕刻成具有期望形狀，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整蝕刻條件(施加到線圈狀電極的電功率量、施加到襯底側(cè)上的電極的電功率量、襯底側(cè)上的電極的溫度等)。
[0112]可使用通過混合磷酸、醋酸、以及硝酸而獲得的溶液、氨過氧化氫混合物(31wt%的過氧化氫:28wt%的氨:水=5:2:2)等作為用于濕法蝕刻的蝕刻劑?？蛇x地，可使用IT0-07N(由 KANTO 化學(xué)公司(KANTO CHEMICAL C0.，INC.)生產(chǎn))。
[0113]通過清洗來去除用于濕法蝕刻的蝕刻劑以及蝕刻掉的材料?？商峒儼讶コ牧系奈g刻劑的廢液，并且可重新使用包含在廢液中的材料。當(dāng)在蝕刻之后從廢液收集氧化物半導(dǎo)體層中所包括的諸如銦之類的材料，并且重新使用該材料時(shí)，可有效地使用資源，并且可降低成本。
[0114]為了將氧化物半導(dǎo)體膜蝕刻為具有期望形狀，取決于材料而適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)蝕刻條件(蝕刻劑、蝕刻時(shí)間、溫度等)。
[0115]在本實(shí)施例中，通過使用混合了磷酸、醋酸和硝酸的溶液作為蝕刻劑的濕法蝕刻來將氧化物半導(dǎo)體膜處理為島狀氧化物半導(dǎo)體層102和122。
[0116]在這個(gè)實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體層102和122在稀有氣體(如，氮、氦、氖、或氬)氣氛中經(jīng)受第一熱處理。第一熱處理的溫度是400到750°C，優(yōu)選地高于或等于400°C且低于襯底的應(yīng)變點(diǎn)。此處，在將襯底放在作為一種熱處理裝置的電爐后，氧化物半導(dǎo)體層在450°C下在氮?dú)夥罩薪?jīng)受熱處理達(dá)一小時(shí)。當(dāng)溫度從熱處理溫度被降低時(shí)，可將氣氛變?yōu)檠鯕夥?。通過該第一熱處理，氧化物半導(dǎo)體層102和122可被脫水或脫氫。
[0117]熱處理裝置不限于電爐，并且可設(shè)置有通過來自諸如電阻加熱器之類的加熱器的熱傳導(dǎo)或熱輻射對(duì)要處理的對(duì)象加熱的設(shè)備。例如，可使用諸如GRTA(氣體快速熱退火)裝置或LRTA(燈快速熱退火)裝置之類的RTA(快速熱退火)裝置。LRTA裝置是用于通過從諸如鹵素?zé)?、鹵化金屬燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈、或高壓汞燈之類的燈發(fā)射的光(電磁波)輻射來對(duì)要處理對(duì)象加熱的裝置。GRTA裝置是被用來使用高溫氣體進(jìn)行熱處理的裝置?？墒褂貌慌c要通過熱處理處理的對(duì)象反應(yīng)的惰性氣體(諸如氮或稀有氣體(諸如氬))作為氣體。
[0118]例如，GRTA可如下執(zhí)行，作為第一熱處理。將襯底放在被加熱到650°C至700°C的高溫的惰性氣體中，加熱幾分鐘，并且從高溫下加熱的惰性氣體中取出。GRTA能實(shí)現(xiàn)高溫?zé)崽幚磉M(jìn)行較短的時(shí)間。
[0119]要注意，在第一熱處理中，優(yōu)選地，在諸如氮或氦、氖或氬之類的氣氛氣體中不包含水、氫等。進(jìn)一步，氣氛氣體的純度優(yōu)選為6N(99.9999 % )或更高，更優(yōu)選地7N (99.99999 % )或更高(即，雜質(zhì)濃度為Ippm或更低，優(yōu)選地為0.1ppm或更低)。在將氧用作氣氛氣體的情況下，氣氛氣體優(yōu)選地具有類似純度。
[0120]進(jìn)一步，氧化物半導(dǎo)體層被結(jié)晶，且在一些情況下取決于第一熱處理的條件或氧化物半導(dǎo)體層的材料，氧化物半導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)被變化為微晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)。例如，氧化物半導(dǎo)體層可結(jié)晶成結(jié)晶度為90%或更大、或者80%或更大的微晶氧化物半導(dǎo)體膜。進(jìn)一步，取決于第一熱處理的條件或氧化物半導(dǎo)體層的材料，氧化物半導(dǎo)體層可能變成不含結(jié)晶組分的非晶氧化物半導(dǎo)體層。氧化物半導(dǎo)體層可變?yōu)槠渲形⒕Р糠?具有晶粒直徑為I到20nm，一般2到4nm)被混合到非晶氧化物半導(dǎo)體層中的氧化物半導(dǎo)體層。
[0121]此外，可在將氧化物半導(dǎo)體膜處理成島狀氧化物半導(dǎo)體層之前，對(duì)氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行氧化物半導(dǎo)體層的第一熱處理。
[0122]用于氧化物半導(dǎo)體層的脫水或脫氫的熱處理可在任一以下時(shí)刻進(jìn)行:在形成氧化物半導(dǎo)體層之后；在氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極和漏電極之后；以及在源電極和漏電極上形成柵絕緣層之后。
[0123]接著，通過第二光刻工藝和蝕刻工藝，在絕緣層中形成到達(dá)光電二極管上層中的P+層的開口，且在絕緣層和氧化物半導(dǎo)體層102和122上形成導(dǎo)電層。可通過濺射或真空蒸發(fā)形成導(dǎo)電層。可使用下述材料中的任意作為導(dǎo)電層的材料:選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、或鎢的元素；含有這些元素中的任意的合金；含有上述元素的組合的合金膜；等。進(jìn)一步，可使用選自錳、鎂、鋯、鈹或釔的一種或多種材料。進(jìn)一步，金屬導(dǎo)電層可具有單層結(jié)構(gòu)、或者兩層或更多層的疊層結(jié)構(gòu)。例如，可使用含有硅的鋁膜的單層結(jié)構(gòu)、其中在鋁膜上堆疊鈦膜的雙層結(jié)構(gòu)、其中鈦膜、鋁膜、以及鈦膜次序堆疊的三層結(jié)構(gòu)等。可選地，可使用包含鋁以及選自如下的一種或多種元素的膜、合金膜、或者氮化膜:鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、釹、或鈧(Sc)。
[0124]接著，在第三光刻步驟中在導(dǎo)電層上形成抗蝕劑掩模；通過選擇性蝕刻形成第一薄膜晶體管的源電極104和漏電極106以及第二薄膜晶體管的源電極124和漏電極126 ;然后，移除抗蝕劑掩模(見圖4C)。此處，第一薄膜晶體管的漏電極106和第二薄膜晶體管的源電極124彼此電連接；然而，它們可彼此絕緣或者可使用以后的引線彼此電連接。注意，當(dāng)所形成的源電極和所形成的漏電極的端部為楔形時(shí)，改進(jìn)了與在其上堆疊的柵絕緣薄膜的覆蓋，這是優(yōu)選的。
[0125]在這個(gè)實(shí)施例中，通過濺射形成150nm厚的鈦膜作為源電極104和124以及漏電極 106 和 126。
[0126]注意，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每一個(gè)材料和蝕刻條件以使氧化物半導(dǎo)體層102和122的部分在導(dǎo)電層的蝕刻中不被移除，且形成于氧化物半導(dǎo)體層下的絕緣層不被暴露。
[0127]在本實(shí)施例中，鈦膜被用作導(dǎo)電膜、In-Ga-Zn-Ο基氧化物半導(dǎo)體被用作氧化物半導(dǎo)體層102和122，且氨過氧化氫混合物(氨、水、以及過氧化氫溶液的混合物)被用作蝕刻劑。
[0128]注意，在第三光刻工藝和蝕刻工藝中，只蝕刻氧化物半導(dǎo)體層102和122的部分，從而在一些情況下形成具有凹槽(凹陷)的氧化物半導(dǎo)體層?？赏ㄟ^噴墨法來形成用于形成源電極104和124以及漏電極106和126的抗蝕劑掩模。在噴墨法中不使用光掩模；因此，可降低制造成本。
[0129]當(dāng)在第三光刻工藝中形成抗蝕劑掩模時(shí)，使用紫外線、KrF激光束、或ArF激光束來用于暴露。之后要形成的薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度L由源電極的下端和漏電極的下端之間的間距確定，源電極和漏電極在氧化物半導(dǎo)體層102和122上彼此相鄰。注意，當(dāng)在溝道長(zhǎng)度L小于25nm的條件下執(zhí)行暴露時(shí)，使用其波長(zhǎng)極短(數(shù)納米到數(shù)十納米)的極紫外射線執(zhí)行當(dāng)在第二光刻工藝中形成抗蝕劑掩模時(shí)的暴露。在用極紫外射線的暴露中，分辨率較高且景深較大。因此，之后要形成的薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度L可以是10到lOOOnm，且可在較高速度操作電路。進(jìn)一步，由于截止態(tài)電流極小，可降低功耗。
[0130]接著在絕緣層、氧化物半導(dǎo)體層102和122、源電極104和124、以及漏電極106和126上形成柵絕緣層118(見圖5A)。在這個(gè)情況下，還在塊狀晶體管上沉積柵絕緣層118，且其用作層內(nèi)絕緣膜的一部分。
[0131]此處，通過移除雜質(zhì)而被制為本征(i_型)或基本本征的氧化物半導(dǎo)體(高度純化的氧化物半導(dǎo)體)高度敏感于界面狀態(tài)和截面電荷；因此，氧化物半導(dǎo)體和柵絕緣層之間的界面是重要的。因此，與高度純化的氧化物半導(dǎo)體相接觸的柵絕緣層(GI)需要高質(zhì)量。
[0132]例如，使用微波(2.45GHz)的高密度等離子體增強(qiáng)CVD是優(yōu)選的，因?yàn)榭尚纬删哂懈吣蛪旱闹旅艿母哔|(zhì)量絕緣層。這是因?yàn)楫?dāng)高度純化的氧化物半導(dǎo)體緊密地接觸高質(zhì)量的柵絕緣層時(shí)，可減少界面狀態(tài)且界面性質(zhì)良好。無需多言，只要可將高質(zhì)量絕緣層制為柵絕緣層，可使用諸如濺射或等離子體增強(qiáng)CVD之類的不同沉積方法。此外，可使用任何柵絕緣層，只要在沉積之后執(zhí)行熱處理修飾膜質(zhì)量和與柵絕緣層的氧化物半導(dǎo)體界面的性質(zhì)。在無論哪一種情況下，只要膜質(zhì)量與柵絕緣層的質(zhì)量一樣高、減小與氧化物半導(dǎo)體的界面狀態(tài)密度、以及可形成有利界面，就可使用任何柵絕緣層。
[0133]在85°C和2X 106V/cm下12小時(shí)的偏置溫度測(cè)試(BT測(cè)試)中，如果雜質(zhì)被添加至氧化物半導(dǎo)體，可通過強(qiáng)電場(chǎng)(B:偏置)和高溫(T:溫度)來切斷雜質(zhì)和氧化物半導(dǎo)體的主要組分之間的鍵，這樣所生成的懸空鍵導(dǎo)致閾值電壓(Vth)的偏移。作為對(duì)此的對(duì)策，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，氧化物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)，具體地，氫、水等被盡可能地移除，從而與柵絕緣層之間的界面的性質(zhì)可如上所述地良好。相應(yīng)地，可能獲得即使在執(zhí)行BT測(cè)試時(shí)也穩(wěn)定的薄膜晶體管。
[0134]在這個(gè)實(shí)施例中，使用利用微波(2.45GHz)的高密度等離子體增強(qiáng)CVD裝置來形成柵絕緣層118。在此，高密度等離子體增強(qiáng)CVD裝置是指可實(shí)現(xiàn)lX10n/cm3或更高的等離子體密度的裝置。例如，通過施加3到6kW的微波功率而產(chǎn)生等離子體，從而形成絕緣層。
[0135]甲硅烷氣體(SiH4)、氧化氮(N20)、和稀有氣體被引入腔室內(nèi)作為源氣，且在10到30Pa的壓強(qiáng)處產(chǎn)生高密度等離子體，從而在襯底上形成絕緣層。之后，停止供應(yīng)甲硅烷氣體，并且在不暴露給空氣的情況下引入一氧化二氮(N2O)和稀有氣體，從而可在絕緣層的表面上進(jìn)行等離子體處理。在形成絕緣層之后，進(jìn)行通過引入至少氧化氮(N2O)和稀有氣體而在絕緣層的表面上進(jìn)行的等離子體處理。通過上述工藝形成的絕緣層是即使具有較小厚度(例如，小于10nm的厚度)也可確保其可靠性的絕緣層。
[0136]在形成柵絕緣層118時(shí)，引入腔室的甲硅烷氣體(SiH4)與一氧化二氮(N2O)的流量比在1:10至1:200的范圍內(nèi)。此外,可使用氦、氬、氪、氙等作為被引入腔室的稀有氣體。具體而言，優(yōu)選使用便宜的氬氣。
[0137]此外，使用高密度等離子體增強(qiáng)CVD裝置形成的絕緣層具有良好的階梯覆蓋率，且可準(zhǔn)確地控制該絕緣層的厚度。
[0138]通過上述工藝形成的絕緣層的膜質(zhì)量極大地不同于使用常規(guī)平行板PECVD裝置形成的絕緣層的質(zhì)量。在用相同蝕刻劑的蝕刻速度彼此作比較的情況下，通過以上工藝形成的絕緣層的蝕刻速度比使用常規(guī)平行板PECVD裝置而形成的絕緣層的蝕刻速度低10%或更多、或者20%或更多。因此，可以說，使用高密度等離子體增強(qiáng)CVD裝置而形成的絕緣層是致密膜。
[0139]在這個(gè)實(shí)施例中，使用由高密度等離子體增強(qiáng)CVD裝置形成的10nm厚的氧氮化硅層(也被稱為S1xNy，其中X > y > O)作為柵絕緣層118。
[0140]可通過等離子體增強(qiáng)CVD、濺射等作為不同的方法來使柵絕緣層118形成為具有含有氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層、和氧化鋁層中的一個(gè)或多個(gè)的單層結(jié)構(gòu)或?qū)盈B結(jié)構(gòu)。注意，優(yōu)選地通過濺射來形成柵絕緣層118，從而不包括大量氫。在通過濺射形成氧化硅膜的情況下，硅或石英被用作靶，并且氧、或者氧和氬的混合氣體被用作濺射氣體。
[0141]柵絕緣層118可具有其中從源電極104和124以及漏電極106和126堆疊氧化硅層和氮化硅層的結(jié)構(gòu)。例如，通過濺射形成具有5到300nm厚度的氧化硅層(Si0x(X>0))作為第一柵絕緣層和在該第一柵絕緣層上堆疊具有50到200nm厚度的氮化硅層(SiNy (y >0))，從而形成10nm厚的柵絕緣層。
[0142]接著，在第四光刻工藝中形成抗蝕劑掩模，且通過選擇性蝕刻移除柵絕緣層118的部分，這樣形成了到達(dá)用作塊狀晶體管的源電極和漏電極的薄膜晶體管的漏電極126和η-型區(qū)132a和132b的開口(見圖5B)。
[0143]然后，在其中形成了開口的柵絕緣層118上形成導(dǎo)電層，且通過第五光刻工藝和蝕刻工藝形成柵電極108、柵電極128、和引線層151、152和153。注意，可通過噴墨法形成抗蝕劑掩模。在噴墨法中不使用光掩模；因此，可降低制造成本。
[0144]柵電極108和128、以及引線層、151、152和153可被形成為具有使用諸如鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、或鈧之類的金屬材料、或者包含這些材料中的任一種作為其主要組分的合金材料的單層或疊層結(jié)構(gòu)。
[0145]例如，作為柵電極108和128以及引線層、151、152和153的兩層結(jié)構(gòu)，如下結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的:鑰層堆疊在鋁層之上的兩層結(jié)構(gòu)，鑰層堆疊在銅層之上的兩層結(jié)構(gòu)，氮化鈦層或氮化鉭層堆疊在銅層之上的兩層結(jié)構(gòu)，以及氮化鈦層和鑰層堆疊的兩層結(jié)構(gòu)。作為三層堆疊結(jié)構(gòu)，優(yōu)選其中堆疊有鎢層或氮化鎢層、鋁和硅的合金層或鋁和鈦的合金層、以及氮化鈦層或鈦層的三層結(jié)構(gòu)。注意，可使用透光導(dǎo)電層形成柵電極?？山o出透光導(dǎo)電氧化物等作為透光導(dǎo)電層的材料的示例。
[0146]在這個(gè)實(shí)施例中，通過濺射形成150nm厚的膜作為柵電極108和128以及引線層、151,152 和 153。
[0147]接著，在惰性氣體氣氛或氧氣氛(優(yōu)選在200°C到400°C，例如，在250°C到350°C )中執(zhí)行第二熱處理。在本實(shí)施例中，在氮?dú)夥罩?，?50°C下進(jìn)行第二熱處理達(dá)1小時(shí)?？蛇x地，可在第一薄膜晶體管、第二薄膜晶體管、以及塊狀晶體管上形成保護(hù)絕緣層或平面化絕緣層之后執(zhí)行第二熱處理。
[0148]進(jìn)一步，可在空氣氣氛中在100到200°C進(jìn)行熱處理達(dá)1到30小時(shí)。該熱處理可在固定加熱溫度下進(jìn)行。替換地，可重復(fù)多次地進(jìn)行加熱溫度的以下改變:加熱溫度從室溫上升到100°C到200°C的溫度，并且隨后下降到室溫。進(jìn)一步，該熱處理可在形成氧化物絕緣層之前在減少的壓力下進(jìn)行。當(dāng)在減少的壓力下執(zhí)行熱處理時(shí)，可縮短加熱時(shí)間。
[0149]通過上述步驟，可形成第一薄膜晶體管和第二薄膜晶體管，每一個(gè)含有其氫、濕氣、氫化物或氫氧化物的濃度被降低的氧化物半導(dǎo)體層(見圖5C)。此處，可使用第一薄膜晶體管作為轉(zhuǎn)移晶體管101 ;可使用第二薄膜晶體管作為重置晶體管121 ;且可使用塊狀晶體管作為放大器晶體管131。
[0150]可在薄膜晶體管和塊狀晶體管上提供保護(hù)絕緣層142、或者用于平面化的平面化絕緣層。例如，保護(hù)絕緣層142可被形成為具有含有氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層、以及氧化鋁層中的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。
[0151]可使用諸如聚酰亞胺、丙烯酸、苯并環(huán)丁烯、聚酰胺、或環(huán)氧樹脂之類的耐熱有機(jī)材料來形成平面化絕緣層。除了這些有機(jī)材料以外，有可能使用低介電常數(shù)材料(低k材料)、硅氧烷基樹脂、PSG(磷硅酸鹽玻璃)、BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)等。注意，可通過堆疊使用這些材料形成的多層絕緣膜來形成平面化絕緣層。
[0152]注意，硅氧烷基樹脂對(duì)應(yīng)于包括使用硅氧烷基材料作為原材料而形成的S1-0-Si鍵的樹脂。硅氧烷基樹脂可包括用有機(jī)基團(tuán)(例如烷基團(tuán)或芳香基團(tuán))作為取代基團(tuán)。進(jìn)一步，該有機(jī)基可包括氟基。
[0153]對(duì)用于形成平面化絕緣層的方法沒有具體的限制。根據(jù)材料，可通過諸如濺射、S0G法、旋涂法、浸潰法、噴涂法、或液滴噴射法(例如，噴墨法、絲網(wǎng)印刷、或膠版印刷)之類的方法、或者諸如刮刀、輥涂機(jī)、幕涂機(jī)、或刀涂機(jī)之類的工具來形成平面化絕緣層。
[0154]當(dāng)在沉積氧化物半導(dǎo)體膜時(shí)移除氣氛中留存的濕氣時(shí)，可降低氧化物半導(dǎo)體膜中的氫和氫化物的濃度。因此，可穩(wěn)定氧化物半導(dǎo)體膜。
[0155]以上述方式，可提供含有具有氧化物半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的具有穩(wěn)定電特性的高度可靠的半導(dǎo)體器件。
[0156]該實(shí)施方式可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任一其他實(shí)施例。
[0157](實(shí)施例2)
[0158]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為薄膜晶體管而使用通過移除氧化物半導(dǎo)體中的可能是載流子施主(或受主)的雜質(zhì)成為本征或者基本本征半導(dǎo)體的氧化物半導(dǎo)體。在本實(shí)施例中，在下文中描述測(cè)試元件組(也稱為TEG)中所測(cè)量的截止?fàn)顟B(tài)電流值。
[0159]圖6示出具有L/W = 3 μ m/10000 μ m的薄膜晶體管的初始特性，其中各自具有L/W = 3μπι/50μπι的200個(gè)薄膜晶體管并聯(lián)連接。此外，在圖7Α中示出薄膜晶體管的俯視圖，且在圖7B中示出其部分放大的俯視圖。圖7B中的虛線所包圍的區(qū)域是具有L/W =3μπι/50μπι和Lot= 1.5μπι的一級(jí)的薄膜晶體管。為了測(cè)量薄膜晶體管的初始特性，在襯底溫度被設(shè)為室溫、源-漏極電壓(在下文中為漏電壓或Vd)被設(shè)為10V、且源-柵極電壓(在下文中為柵電壓或Vg)從-20V改變到+20V的條件下測(cè)量源-漏極電流(在下文中稱為漏電流或Id)的變化特性。換言之，測(cè)量了 Vg-1d特性。注意，圖7Α和7Β示出在從-20V到+5V的范圍內(nèi)的Vg。
[0160]如圖6所示，溝道寬度W為ΙΟΟΟΟμπι的薄膜晶體管在IV和1V的Vd時(shí)具有I X 10_13Α或更小的截止?fàn)顟B(tài)電流，其小于或等于測(cè)量設(shè)備(Agilent科技公司制造的一種半導(dǎo)體參數(shù)分析儀Agilent 4156C)的分辨率(10fA)。
[0161]換言之，薄膜晶體管具有常態(tài)截止的電特性。在從I到1V的漏電壓下，薄膜晶體管可操作以使溝道寬度每微米的截止態(tài)電流為10aA/μ m或更低,優(yōu)選地為1aA/μ m或更低，更優(yōu)選地為IaA/ μ m或更低。
[0162]描述了用于制造測(cè)量用的薄膜晶體管的方法。
[0163]首先，通過CVD，在玻璃襯底上形成氮化硅層，并且在該氮化硅層上形成氧氮化硅層，來作為基層。在該氧氮化硅層上，通過濺射形成鎢層作為柵電極。此處，選擇性地蝕刻鎢層以形成柵電極。
[0164]接著，在柵電極上，通過CVD形成10nm厚的氧氮化硅層作為柵絕緣層。
[0165]然后，通過使用In-Ga-Zn-O-基氧化物半導(dǎo)體靶(摩爾比In2O3: Ga2O3: ZnO =1:1: 2)的濺射在柵絕緣層上形成50nm厚的氧化物半導(dǎo)體層。在此，通過選擇性地蝕刻氧化物半導(dǎo)體層來形成島狀氧化物半導(dǎo)體層。
[0166]然后，在氮?dú)夥罩?，在干凈烘箱中?50°C對(duì)氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行第一熱處理達(dá)I小時(shí)。
[0167]然后，通過濺射在氧化物半導(dǎo)體層上形成150nm厚的鈦層作為源電極和漏電極。在此，通過選擇性地蝕刻該鈦層來形成源電極和漏電極，且各自具有3 μ m的溝道長(zhǎng)度L和50 μ m的溝道寬度W的200個(gè)薄膜晶體管并聯(lián)連接以獲取具有L/W = 3 μ m/10000 μ m的薄膜晶體管。
[0168]然后，通過反應(yīng)濺射形成300nm厚的氧化硅層作為保護(hù)絕緣層以接觸氧化物半導(dǎo)體層。在此，選擇性地蝕刻作為保護(hù)層的氧化硅層，從而在柵電極層、源電極層、以及漏電極層上形成開口。之后，在氮?dú)夥罩?，?50°C進(jìn)行第二熱處理達(dá)I小時(shí)。
[0169]然后，在測(cè)量Vg-1d特性之前，在150°C進(jìn)行熱處理達(dá)10小時(shí)。
[0170]通過以上步驟，制造了底柵薄膜晶體管。
[0171]如圖6所示薄膜晶體管的截止?fàn)顟B(tài)電流約為1X10_13A的原因在于，氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度可能在以上制造步驟中充分地減小。氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度為5X 1019atoms/cm3或更低、優(yōu)選地為5X 1018atoms/cm3或更低、更優(yōu)選地是5X 1017atoms/cm3或更低或者小于lX1016/cm3。注意，氧化物半導(dǎo)體層中的氫濃度通過二次離子質(zhì)譜法(SIMS)來測(cè)量。
[0172]雖然描述了使用In-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體的示例，但是本實(shí)施例不具體地受限于此?？墒褂昧硪谎趸锇雽?dǎo)體材料，例如，In-Sn-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Al-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Zn-O基氧化物半導(dǎo)體、In-Sn-Ο基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Zn-Ο基氧化物半導(dǎo)體、Al-Ζη-Ο基氧化物半導(dǎo)體、In-Ο基氧化物半導(dǎo)體、Sn-Ο基氧化物半導(dǎo)體、Ζη_0基氧化物半導(dǎo)體等。此外，可使用混合有2.5wt%至10wt%的A1的In-Al-Zn-Ο基氧化物半導(dǎo)體、或混合有2.5wt%至10wt%的Si的Ιη-Ζη-0基氧化物半導(dǎo)體作為氧化物半導(dǎo)體材料。
[0173]由載流子測(cè)量設(shè)備所測(cè)得的氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度為低于5X 1014/cm3，優(yōu)選地5X 1012/cm3或更低，更優(yōu)選地是低于或等于硅的載流子濃度1.45X lO^Vcm3。S卩，氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度可盡可能地接近零。
[0174]此外，薄膜晶體管的溝道長(zhǎng)度L可以是10到lOOOnm，且可在較高速度操作電路。
進(jìn)一步，由于截止態(tài)電流量極小，可進(jìn)一步降低功耗。
[0175]在電路設(shè)計(jì)中，氧化物半導(dǎo)體層可被認(rèn)為是薄膜晶體管是截止時(shí)的絕緣體。
[0176]之后，評(píng)估本實(shí)施例中所制造的薄膜晶體管的截止?fàn)顟B(tài)電流的溫度特性?？紤]到使用薄膜晶體管的最終產(chǎn)品的耐環(huán)境性、性能的維護(hù)等，溫度特性是重要的。應(yīng)當(dāng)理解，小量的改變是優(yōu)選的，這增加用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由程度。
[0177]對(duì)于溫度特性，在提供有薄膜晶體管的襯底被保持于相應(yīng)的恒溫-30°C、0°C、25°C、40°C、60°C、8(TC、10(rC和120°C、漏電壓被設(shè)為6V、且柵電極從-20V改變到+20V的條件下使用恒溫室來獲取Vg_Id特性。
[0178]圖8A示出在以上溫度測(cè)量且彼此疊加的Vg-1d特性，而圖8B示出圖8A中的虛線所包圍的截止?fàn)顟B(tài)電流的范圍的放大圖。示圖中的箭頭所指示的最右邊的曲線是在_30°C獲取的曲線；最左邊的曲線是在120°C獲取的曲線，而在其他溫度獲取的曲線位于它們之間。難以觀察到導(dǎo)通狀態(tài)電流的溫度依賴性。另一方面，如圖8B的放大圖中也清楚示出地，除柵電壓在20V附近處的情況以外，在所有溫度下截止?fàn)顟B(tài)電流為1X10_12A或更小(其接近測(cè)量設(shè)備的分辨率)，并且未觀察到其溫度依賴性。換句話說，即使在120°C的高溫下，截止態(tài)電流被保持為IX 10_12A或更小，并且假設(shè)溝道寬度W為10000mm，可看到截止態(tài)電流相當(dāng)小。
[0179]含有高度純化的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管示出截止態(tài)電流對(duì)溫度幾乎沒有依賴性?？梢哉f，氧化物半導(dǎo)體在被高度純化時(shí)未示出溫度依賴性，因?yàn)閷?dǎo)電類型變成極接近本征類型，并且費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中間，如圖10A的帶圖所示。這還由氧化物半導(dǎo)體具有3eV或更大的能隙并包括很少的熱激勵(lì)載流子的事實(shí)產(chǎn)生。另外，源區(qū)和漏區(qū)處于簡(jiǎn)并(degenerated)狀態(tài)，這也是用于示出無溫度依賴性的因素。薄膜晶體管主要用從簡(jiǎn)并的源區(qū)注入氧化物半導(dǎo)體的載流子來操作，并且以上特性(截止態(tài)電流對(duì)溫度無依賴性)可通過載流子強(qiáng)度對(duì)溫度無依賴性來進(jìn)行解釋。進(jìn)一步，下文將參考能帶圖而描述這個(gè)極低的截止態(tài)電流。
[0180]圖9是包括氧化物半導(dǎo)體的倒交錯(cuò)薄膜晶體管的橫截面圖。在柵電極(GE1)上提供有氧化物半導(dǎo)體層(0S)，兩者之間提供有柵絕緣膜(GI)。其上提供源電極(S)和漏電極Φ)。
[0181]圖10A和10B是圖9中所示的A-A’截面的能帶圖(示意圖)。圖10A示出源極電壓和漏極電壓相等(VD = 0V)的情況，且圖10Β示出將正電勢(shì)(VD > 0V)施加給漏極的情況。
[0182]圖11Α和11Β是圖9中所示的Β-Β’截面的能帶圖(示意圖)。圖11Α示出其中正電位(+VG)被施加到柵極(Gl)并且載流子(電子)在源極和漏極之間流動(dòng)的狀態(tài)。進(jìn)一步，圖1lB示出其中負(fù)電勢(shì)(-Ve)被施加到柵極(Gl)且薄膜晶體管處于截止(少數(shù)載流子不流動(dòng))的狀態(tài)。
[0183]圖12示出真空能級(jí)、金屬的功函數(shù)(ΦΜ)、以及氧化物半導(dǎo)體的電子親和性(X)之間的關(guān)系。
[0184]常規(guī)的氧化物半導(dǎo)體一般具有η-型導(dǎo)電率，且在這個(gè)情況下費(fèi)米能級(jí)(Ef)與位于能帶中間的本征費(fèi)米能級(jí)(Ei)相偏離，且位于靠近導(dǎo)電能帶處。注意，已知的是氧化物半導(dǎo)體中氫的部分用作施主且是使得氧化物半導(dǎo)體具有η-型導(dǎo)電率的因素。
[0185]反之，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的氧化物半導(dǎo)體是通過從氧化物半導(dǎo)體中移除作為η-型雜質(zhì)的氫以使氧化物主要組分之外的雜質(zhì)盡可能不被包含而獲得的本征(1-型)或基本本征的氧化物半導(dǎo)體。換言之，不是通過添加雜質(zhì)而是通過盡可能移除諸如氫或水之類的雜質(zhì)，該氧化物半導(dǎo)體是高度純化的本征(1-型)半導(dǎo)體或接近高度純化的i_型半導(dǎo)體。以此方式，費(fèi)米能級(jí)(Ef)可以是與本征費(fèi)米能級(jí)(Ei)相同的能級(jí)。
[0186]即，在氧化物半導(dǎo)體的帶隙(Eg)為3.15eV的情況下，電子親和性(X)為4.3eV。源電極和漏電極中所用的鈦(Ti)的功函數(shù)基本上等于氧化物半導(dǎo)體的電子親和性(X)。在此情況下，在金屬和氧化物半導(dǎo)體之間的界面處不形成肖特基電子勢(shì)壘。
[0187]換句話說，在金屬的功函數(shù)(ΦΜ)和氧化物半導(dǎo)體的電子親和性(X)相等情況下，其中金屬和氧化物半導(dǎo)體彼此接觸的狀態(tài)被圖示為如圖1OA所示的能帶圖(示意圖)。
[0188]在圖1OB中，黑色圓圈(.)表示電子。當(dāng)對(duì)于漏極施加正電勢(shì)時(shí)，電子被射入勢(shì)壘(h)上的氧化物半導(dǎo)體中并向著漏極流動(dòng)。在此情況下，勢(shì)壘的高度(h)取決于柵電壓和漏電壓而改變；在施加正漏電壓的情況下，勢(shì)壘的高度(h)小于圖1OA中未施加電壓時(shí)的勢(shì)壘的高度(即，帶隙(Eg)的一半)。
[0189]此時(shí)注入氧化物半導(dǎo)體的電子流過氧化物半導(dǎo)體，如圖1lA所示。進(jìn)一步，在圖1lB中，當(dāng)對(duì)于柵極(Gl)施加負(fù)電勢(shì)時(shí)，作為少數(shù)載流子的空穴基本為零；因此，幾乎沒有電流流動(dòng)。
[0190]例如，即使在其溝道寬度W為I X 14 μ m且溝道長(zhǎng)度L為3 μ m的薄膜晶體管的情況下，可獲得電特性:截止態(tài)電流為10_13A或更小且子閾值擺動(dòng)(S值)為0.lV/dec (柵絕緣膜的厚度為10nm)。
[0191]硅半導(dǎo)體的本征載流子濃度為1.45 X 1kVchi3 (300K)，并且載流子甚至在室溫下也存在。這意味著熱激勵(lì)載流子甚至在室溫下也存在。此外，硅半導(dǎo)體的帶隙為1.12eV ;因此，包括硅半導(dǎo)體的晶體管的截止態(tài)電流根據(jù)溫度而顯著地改變。
[0192]因此，不是僅僅為晶體管使用具有寬帶隙的氧化物半導(dǎo)體，而是通過高度純化氧化物半導(dǎo)體，從而盡可能使得不包含氧化物半導(dǎo)體主要組分之外的雜質(zhì)。因此，在這樣的氧化物半導(dǎo)體中，載流子濃度變?yōu)镮 X 11Vcm3或更低，優(yōu)選的是I X 11Vcm3或更低，這樣將基本不含有在實(shí)際操作溫度下將被熱激勵(lì)的載流子，且晶體管可只用從源側(cè)注入的載流子來操作。這使得截止態(tài)電流可能下降到I X 10_13A或更小，并且可能獲得其截止態(tài)電流幾乎不隨著溫度而改變的極穩(wěn)定的晶體管。
[0193]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的技術(shù)思想是，不向氧化物半導(dǎo)體添加雜質(zhì)，氧化物半導(dǎo)體本身通過去除不期望存在其中的雜質(zhì)(諸如水或氫)而被高度純化。換言之，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的特征是通過移除形成施主級(jí)別的水或氫以及通過向在移除時(shí)處于氧氣不足狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體提供氧氣而高度純化氧化物半導(dǎo)體本身。
[0194]在氧化物半導(dǎo)體中，即使馬上在沉積之后，通過二次離子質(zhì)譜法(SMS)觀察到1020/cm3數(shù)量級(jí)的氫。本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)思想是高度純化氧化物半導(dǎo)體且通過故意移除形成施主級(jí)別的水或氫以及在移除時(shí)補(bǔ)償所產(chǎn)生的缺氧而獲得1-型(本征)半導(dǎo)體。
[0195]因此，優(yōu)選氫的量盡可能地少，并且還優(yōu)選氧化物半導(dǎo)體中的載流子數(shù)量盡可能地少。該氧化物半導(dǎo)體被稱為高度純化的i_型(本征)半導(dǎo)體，其中消除了載流子且該半導(dǎo)體用作從源提供的載流子(電子)的路徑，而不是在被用于薄膜晶體管時(shí)有意包括用于流動(dòng)電流的載流子。
[0196]作為結(jié)果，通過從氧化物半導(dǎo)體消除載流子或顯著地減少其中的載流子，晶體管的截止態(tài)電流可減小，這是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的技術(shù)思想。換言之，作為準(zhǔn)則，氫濃度應(yīng)當(dāng)為5X1019/cm3或更低、優(yōu)選地為5X1018/cm3或更低、更優(yōu)選地是5 X 1017/cm3或更低、或者低于5X 1016/cm3。載流子濃度應(yīng)該低于1 X 1014/cm3,優(yōu)選地是1 X 1012/cm3或更低。
[0197]此外，作為結(jié)果，氧化物半導(dǎo)體用作路徑，氧化物半導(dǎo)體本身是被高度純化從而是不提供載流子或幾乎不提供載流子的i型(本征)半導(dǎo)體，并且載流子從源和漏極供應(yīng)。供應(yīng)的程度通過勢(shì)壘高度來確定，而不是氧化物半導(dǎo)體的電子親和性X、理想地與本征費(fèi)米能級(jí)相對(duì)應(yīng)的費(fèi)米能級(jí)、以及源或漏極的功函數(shù)。
[0198]因此，優(yōu)選的是截止態(tài)電流盡可能低，且作為施加了從1到10V范圍的漏電壓的晶體管的特性，截止態(tài)電流是lOOaA/μπι或更少(溝道寬度W =每微米的電流)、優(yōu)選的是10aA/ μ m或更少、更優(yōu)選地是laA/ μ m或更少。
[0199]在存儲(chǔ)器電路(存儲(chǔ)器元件)等使用具有這種極低截止?fàn)顟B(tài)電流的薄膜晶體管來形成的情況下，存在很少的泄漏。因此，可保持電勢(shì)達(dá)長(zhǎng)時(shí)間且可保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間。
[0200]本實(shí)施例可與其它實(shí)施例中公開的任一結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合。
[0201](實(shí)施例3)
[0202]描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中含有薄膜晶體管的固態(tài)圖像傳感器的操作。
[0203]CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器是保持信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分中的電勢(shì)并將該電勢(shì)通過放大器晶體管輸出至垂直輸出線的固態(tài)圖像傳感器。當(dāng)包括在CMOS圖像傳感器中的重置晶體管和/或轉(zhuǎn)移晶體管中發(fā)生漏電流時(shí)，由于該漏電流產(chǎn)生充電或放電，所以改變了信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)。當(dāng)信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)被改變時(shí)，放大器晶體管的電勢(shì)也被改變；因此，電勢(shì)的級(jí)別偏離于原始電勢(shì)且所拍攝的圖像惡化。
[0204]在這個(gè)實(shí)施例中，描述了實(shí)施例1和2中所描述的薄膜晶體管被用作CMOS圖像傳感器中的重置晶體管和轉(zhuǎn)移晶體管的情況的效果。注意，不論是薄膜晶體管或塊狀晶體管都可被用作放大器晶體管。
[0205]圖13示出CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)的示例。像素包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管1002、轉(zhuǎn)移晶體管1004、重置晶體管1006、放大器晶體管1008、以及各種引線。多個(gè)像素以矩陣排列來形成傳感器。進(jìn)一步，可提供電連接至放大器晶體管1008的選擇晶體管。注意，在晶體管的標(biāo)記中，標(biāo)記“0S”表示氧化物晶體管、且標(biāo)記“Si”表示娃。這些標(biāo)記表示這些晶體管的合適材料。對(duì)于之后的附圖也是一樣的。
[0206]此處，光電二極管1002連接至轉(zhuǎn)移晶體管1004的源側(cè)。信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010(也被稱為浮柵擴(kuò)散)被形成在轉(zhuǎn)移晶體管1004的漏側(cè)上。重置晶體管1006的源極和放大器晶體管1008的柵極被連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010。作為另一個(gè)結(jié)構(gòu)，可去除重置電源線1110。例如，重置晶體管1006的漏極不是連接至重置電源線1110而是連接至電源線1100或垂直輸出線1120。
[0207]接著，參考圖14的時(shí)序圖而描述操作。首先，提供電源電壓給電源端子。然后，重置脈沖被輸入至重置晶體管1006的柵極，這樣重置晶體管1006被打開。重置電源電勢(shì)被存儲(chǔ)在信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010中。然后，重置晶體管1006被關(guān)閉，且將信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010保持為重置電源電勢(shì)(時(shí)間段Tl)。此處，當(dāng)幾乎沒有漏電流流向重置晶體管1006和轉(zhuǎn)移晶體管1004時(shí)，保持電勢(shì)直到晶體管的下一個(gè)操作開始。接著，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管1004被打開時(shí)，電流從信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010流向光電二極管，從而信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010的電勢(shì)被降低(時(shí)間段T2)。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管1004被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管1004被關(guān)閉時(shí)的電勢(shì)被保持在信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010中(時(shí)間段T3)。當(dāng)幾乎沒有漏電流流向重置晶體管1006和轉(zhuǎn)移晶體管1004時(shí)，保持電勢(shì)直到晶體管的下一個(gè)操作開始。然后，通過放大器晶體管1008，該電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1120。此后，中斷向電源端子的電源電壓的提供。以此方式，信號(hào)被輸出。
[0208]換言之，當(dāng)含有在實(shí)施例1和2中所描述的其截止態(tài)電流極低的氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管被用作重置晶體管1006和轉(zhuǎn)移晶體管1004時(shí)，幾乎沒有電流從信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010流過薄膜晶體管，且可在時(shí)間段Tl和T3的保持時(shí)間段中保持電勢(shì)達(dá)較長(zhǎng)時(shí)間。
[0209]接著，將參考圖15而描述光電二極管1002的操作。當(dāng)光沒有進(jìn)入光電二極管時(shí)，光電二極管具有與一般二極管一樣的電壓-電流特性(圖15中的曲線A)。與光沒有進(jìn)入光電二極管的情況相比較，當(dāng)光進(jìn)入光電二極管時(shí)，特別是當(dāng)施加反向偏壓時(shí)有大量電流流動(dòng)(圖15中的曲線B)。參考圖13中所示的像素中的操作而描述光電二極管的操作點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管1004截止時(shí)，用于流動(dòng)電流的路徑不存在于光電二極管1002中；因此，當(dāng)光進(jìn)入光電二極管時(shí)，光電二極管的陰極位于圖15中的點(diǎn)c處。在重置晶體管1006被打開之后且信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010被保持在重置電源電勢(shì)后，當(dāng)打開轉(zhuǎn)移晶體管1004時(shí)，光電二極管1002的陰極的電勢(shì)與重置電源電勢(shì)一樣，且光電二極管1002的陰極位于圖15中所示的點(diǎn)d處。然后，從信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010流出的放電電流通過轉(zhuǎn)移晶體管1004，從而降低了信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1010的電勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管1004被關(guān)閉時(shí)，放電停止。當(dāng)假設(shè)此時(shí)圖15中的操作點(diǎn)用e表示，則操作點(diǎn)d和操作點(diǎn)e之間的電勢(shì)差對(duì)應(yīng)于通過光電二極管1002的放電獲得的信號(hào)的電勢(shì)差。
[0210]接著，描述當(dāng)在多個(gè)像素中共同使用重置晶體管、放大器晶體管、以及信號(hào)線時(shí)的操作。圖16是在每一個(gè)像素中提供一個(gè)重置晶體管、一個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管、一個(gè)放大器晶體管、一個(gè)光電二極管，且重置線、轉(zhuǎn)移開關(guān)線、以及垂直輸出線連接至像素的基本結(jié)構(gòu)。
[0211]參考圖17中的時(shí)序圖而描述基本結(jié)構(gòu)中的操作。在驅(qū)動(dòng)第一線時(shí)，首先，當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1240的電勢(shì)(RSTl)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一重置晶體管1216被打開。因此，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1210的電勢(shì)(FDl)被升高至電源電勢(shì)(下文被稱為VDD)。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1240的電勢(shì)(RSTl)變?yōu)榈碗娖角业谝恢刂镁w管1216被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1210的電勢(shì)被保持在VDD。接著，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1250的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)楦唠娖?，第一轉(zhuǎn)移晶體管1214被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第一光電二極管1212的光的電流流至第一光電二極管1212和第一轉(zhuǎn)移晶體管1214,所以第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1210的電勢(shì)(FD1)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1250的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1214被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1210的電勢(shì)(FD1)被保持。通過第一放大器晶體管1218，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1220。然后，執(zhí)行含有第二重置線1340和第二轉(zhuǎn)移開關(guān)線1350的第二線的驅(qū)動(dòng)。以此方式，執(zhí)行順序驅(qū)動(dòng)。注意，圖17中RST2、TRF2和FD2對(duì)應(yīng)于第二線驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。
[0212]與上述基本結(jié)構(gòu)不同，圖18示出縱向設(shè)置的四個(gè)像素的結(jié)構(gòu)，其中共用重置晶體管、放大器晶體管、以及重置線。當(dāng)晶體管的數(shù)量和引線的數(shù)量被減少時(shí)，可實(shí)現(xiàn)由于像素面積下降而產(chǎn)生的小型化以及由于光電二極管光接收面積的增加而產(chǎn)生的噪聲減少。被縱向設(shè)置的四個(gè)像素中的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極彼此電連接，從而形成了信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410。重置晶體管1406的源極和放大器晶體管1408的柵極被連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410。
[0213]參考圖19中的時(shí)序圖而描述被縱向設(shè)置的四個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中的操作。在驅(qū)動(dòng)第一線時(shí)，首先，第一重置線1461的電勢(shì)(RST1)變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1406被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1461的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖角业谝恢刂镁w管1406被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持在VDD。接著，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1451的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1414被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第一光電二極管1412的光的電流流至第一光電二極管1412和第一轉(zhuǎn)移晶體管1414，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1451的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1414被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1408，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1470。
[0214]在驅(qū)動(dòng)第二線時(shí)，第一重置線1461的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1406被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1461的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖角业谝恢刂镁w管1406被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持在VDD。接著，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1452的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1424被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第二光電二極管1422的光的電流流至第二光電二極管1422和第二轉(zhuǎn)移晶體管1424，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1452的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1424被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1408，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1470。
[0215]在驅(qū)動(dòng)第三線時(shí)，第一重置線1461的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谝恢刂镁w管1406被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1461的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖角业谝恢刂镁w管1406被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持在VDD。接著，當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1453的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第三轉(zhuǎn)移晶體管1434被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第三光電二極管1432的光的電流流至第三光電二極管1432和第三轉(zhuǎn)移晶體管1434，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1453的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第三轉(zhuǎn)移晶體管1434被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1408，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1470。
[0216]在驅(qū)動(dòng)第四線時(shí)，第一重置線1461的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谝恢刂镁w管1406被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁€1461的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖角业谝恢刂镁w管1406被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持在VDD。接著，當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1454的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第四轉(zhuǎn)移晶體管1444被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第四光電二極管1442的光的電流流至第四光電二極管1442和第四轉(zhuǎn)移晶體管1444，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1454的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第四轉(zhuǎn)移晶體管1444被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1410的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1408，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1470。在驅(qū)動(dòng)第五到第八線時(shí)，像第一到第四線一樣通過控制第二重置線的電勢(shì)(RST2)而執(zhí)行順序的驅(qū)動(dòng)。
[0217]圖20示出縱向和橫向設(shè)置的四個(gè)像素的結(jié)構(gòu)，其不同于圖18中的結(jié)構(gòu)。在圖20所示的結(jié)構(gòu)中，縱向設(shè)置的兩個(gè)像素和橫向設(shè)置的兩個(gè)像素共用重置線、重置晶體管、和放大器晶體管。與被縱向設(shè)置的四個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中一樣，當(dāng)晶體管的數(shù)量和引線的數(shù)量被減少時(shí)，可實(shí)現(xiàn)由于像素面積下降而產(chǎn)生的小型化以及由于光電二極管光接收面積的增加而產(chǎn)生的噪聲減少。被縱向和橫向設(shè)置的四個(gè)像素中的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極彼此電連接，從而形成了信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510。重置晶體管1506的源極和放大器晶體管1508的柵極被連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510。
[0218]參考圖21中的時(shí)序圖而描述被縱向和橫向設(shè)置的四個(gè)像素的結(jié)構(gòu)中的操作。在驅(qū)動(dòng)第一線時(shí)，首先，第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谝恢刂镁w管1506被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖?，從而第一重置晶體管1506被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1506被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持為VDD。接著，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1551的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1514被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第一光電二極管1512的光的電流流至第一光電二極管1512和第一轉(zhuǎn)移晶體管1514，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1551的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1514被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1570，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1508。
[0219]接著，第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1506被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖?，從而第一重置晶體管1506被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1506被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持為VDD。然后，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1552的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1524被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第二光電二極管1522的光的電流流至第二光電二極管1522和第二轉(zhuǎn)移晶體管1524，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1552的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1524被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1508，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1570。第一線中的像素的輸出通過這兩個(gè)操作被順序地輸出至垂直輸出線1570。
[0220]在驅(qū)動(dòng)第二線時(shí)，第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1506被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖?，從而第一重置晶體管1506被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1506被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持為VDD。然后，當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1553的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第三轉(zhuǎn)移晶體管1534被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第三光電二極管1532的光的電流流至第三光電二極管1532和第三轉(zhuǎn)移晶體管1534，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1553的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第三轉(zhuǎn)移晶體管1534被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)被保持。通過第一放大器晶體管1508，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1570。
[0221]接著，第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)再次變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1506被打開。因此，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被抬高至VDD。第一重置線1561的電勢(shì)(RST1)變?yōu)榈碗娖剑瑥亩谝恢刂镁w管1506被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1506被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持為VDD。接著，當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1554的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第四轉(zhuǎn)移晶體管1544被打開，且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第四光電二極管1542的光的電流流至第四光電二極管1542和第四轉(zhuǎn)移晶體管1544，所以信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1554的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第四轉(zhuǎn)移晶體管1544被關(guān)閉，所以再一次由于電流路徑不存在，信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1510的電勢(shì)(FD)被保持。通過第一放大器晶體管1508，這個(gè)電勢(shì)被輸出至垂直輸出線1570。接著，與第一和第二線一樣，通過控制第二重置線1562的電勢(shì)(RST2)順序地執(zhí)行第三線和第四線的驅(qū)動(dòng)。
[0222]圖22示出其中共用轉(zhuǎn)移開關(guān)線的結(jié)構(gòu)。在圖22所示的結(jié)構(gòu)中，縱向設(shè)置的兩個(gè)像素和橫向設(shè)置的兩個(gè)像素共用重置線、轉(zhuǎn)移開關(guān)線、重置晶體管、和放大器晶體管。對(duì)于共用重置線、重置晶體管、和放大器晶體管的上述結(jié)構(gòu)添加共用的轉(zhuǎn)移開關(guān)。當(dāng)晶體管的數(shù)量和引線的數(shù)量被減少時(shí)，可實(shí)現(xiàn)由于像素面積下降而產(chǎn)生的小型化以及由于光電二極管光接收面積的增加而產(chǎn)生的噪聲減少。被縱向和橫向設(shè)置的四個(gè)像素中的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極彼此電連接，從而形成了信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分。重置晶體管的源極和放大器晶體管的柵極被連接至信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分。在該結(jié)構(gòu)中，在縱向放置的兩個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管之間共用轉(zhuǎn)移開關(guān)線，從而提供了同時(shí)在橫向和縱向操作的晶體管。
[0223]將參考圖23的時(shí)序圖而描述其中共用轉(zhuǎn)移開關(guān)線的結(jié)構(gòu)的操作。在驅(qū)動(dòng)第一線和第二線時(shí)，首先，第一重置線1665的電勢(shì)(RST1)和第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)變?yōu)楦唠娖?，從而第一重置晶體管1616和第二重置晶體管1626被打開。因此，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被抬高至VDD。第一重置線1665的電勢(shì)(RST1)和第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)變?yōu)榈碗娖?，從而第一重置晶體管1616和第二重置晶體管1626被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1616和第二重置晶體管1626被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被保持在VDD。
[0224]接著，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1751的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1614和第三轉(zhuǎn)移晶體管1634被打開，從而對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第一光電二極管1612的光的電流流至第一光電二極管1612和第一轉(zhuǎn)移晶體管1641且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第三光電二極管1632的光的電流流至第三光電晶體管1632和第三轉(zhuǎn)移晶體管1634。因此，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)移開關(guān)線1751的電勢(shì)(TRF1)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第一轉(zhuǎn)移晶體管1614和第三轉(zhuǎn)移晶體管1634被關(guān)閉，從而再次因?yàn)殡娏髀窂讲淮嬖?，第一信?hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被保持。這些電勢(shì)被通過第一放大器晶體管1618輸出至第一垂直輸出線1675,通過第二放大器晶體管1628輸出至第二垂直輸出線1676。
[0225]接著，第一重置線1665的電勢(shì)(RST1)和第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)再次變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谝恢刂镁w管1616和第二重置晶體管1626被打開。因此,第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被抬高至VDD。第一重置線1665的電勢(shì)(RST1)和第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)變?yōu)榈碗娖?，從而第一重置晶體管1616和第二重置晶體管1626被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)谝恢刂镁w管1616和第二重置晶體管1626被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被保持在VDD。
[0226]接著，當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1752的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1624和第四轉(zhuǎn)移晶體管1644被打開，從而對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第二光電二極管1622的光的電流流至第二光電二極管1622和第二轉(zhuǎn)移晶體管1624且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第四光電二極管1642的光的電流流至第四光電晶體管1642和第四轉(zhuǎn)移晶體管1644。因此，第一信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)移開關(guān)線1752的電勢(shì)(TRF2)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第二轉(zhuǎn)移晶體管1624和第四轉(zhuǎn)移晶體管1644被關(guān)閉，從而再次因?yàn)殡娏髀窂讲淮嬖?，第二信?hào)電荷存儲(chǔ)部分1610的電勢(shì)(FD1)和第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)被保持。這些電勢(shì)被通過第一放大器晶體管1618輸出至第一垂直輸出線1675,通過第二放大器晶體管1628輸出至第二垂直輸出線1676。通過此操作，第一線和第二線的像素的輸出被順序輸出至第一垂直輸出線1675和第二垂直輸出線1676。
[0227]描述第三線和第四線的驅(qū)動(dòng)。首先，第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)和第三重置線1667的電勢(shì)(RST3)變?yōu)楦唠娖?，從而第二重置晶體管1626和第三重置晶體管1636被打開。因此，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)被抬高至VDD。第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)和第三重置線1667的電勢(shì)(RST3)變?yōu)榈碗娖?，從而第二重置晶體管1626和第三重置晶體管1636被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)诙刂镁w管1626和第三重置晶體管1636被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)被保持在VDD。
[0228]接著，當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1753的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第五轉(zhuǎn)移晶體管1654和第七轉(zhuǎn)移晶體管1674被打開，從而對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第五光電二極管1652的光的電流流至第五光電二極管1652和第五轉(zhuǎn)移晶體管1654且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第七光電二極管1672的光的電流流至第七光電晶體管1672和第七轉(zhuǎn)移晶體管1674。因此，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谌D(zhuǎn)移開關(guān)線1753的電勢(shì)(TRF3)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第五轉(zhuǎn)移晶體管1654和第七轉(zhuǎn)移晶體管1674被關(guān)閉，從而再次因?yàn)殡娏髀窂讲淮嬖冢诙盘?hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)被保持。這些電勢(shì)被通過第二放大器晶體管1628輸出至第二垂直輸出線1676，通過第一放大器晶體管1618輸出至第一垂直輸出線1675。
[0229]接著，當(dāng)?shù)诙刂镁€1666的電勢(shì)(RST2)和第三重置線1667的電勢(shì)(RST3)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，從而第二重置晶體管1626和第三重置晶體管1636被打開。因此，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(Π)3)被抬高至VDD。第二重置線1666的電勢(shì)(RST2)和第三重置線1667的電勢(shì)(RST3)變?yōu)榈碗娖?，從而第二重置晶體管1626和第三重置晶體管1636被關(guān)閉。即使當(dāng)?shù)诙刂镁w管1626和第三重置晶體管1636被關(guān)閉時(shí)，當(dāng)電流路徑不存在時(shí)，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)被保持在VDD。
[0230]接著，當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1754的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，第六轉(zhuǎn)移晶體管1664和第八轉(zhuǎn)移晶體管1684被打開，從而對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第六光電二極管1662的光的電流流至第六光電二極管1662和第六轉(zhuǎn)移晶體管1664且對(duì)應(yīng)于進(jìn)入第八光電二極管1682的光的電流流至第八光電晶體管1682和第八轉(zhuǎn)移晶體管1684。因此，第二信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)通過放電而被降低。當(dāng)?shù)谒霓D(zhuǎn)移開關(guān)線1754的電勢(shì)(TRF4)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，第六轉(zhuǎn)移晶體管1664和第八轉(zhuǎn)移晶體管1684被關(guān)閉，從而再次因?yàn)殡娏髀窂讲淮嬖?，第二信?hào)電荷存儲(chǔ)部分1620的電勢(shì)(FD2)和第三信號(hào)電荷存儲(chǔ)部分1630的電勢(shì)(FD3)被保持。這些電勢(shì)被通過第二放大器晶體管1628輸出至第二垂直輸出線1676,通過第一放大器晶體管1618輸出至第一垂直輸出線1675。通過此操作，第三線和第四線的像素的輸出被順序輸出至第二垂直輸出線1676和第一垂直輸出線1675。接著，與第三和第四線一樣，通過第三重置線1667和電勢(shì)(RST3)和第四重置線的電勢(shì)(RST4)的控制而順序地執(zhí)行第五線的驅(qū)動(dòng)和第六線的驅(qū)動(dòng)。
[0231]圖24示出整個(gè)CMOS圖像傳感器。在含有像素部分2000的像素矩陣2100的相對(duì)側(cè)邊上提供重置端子驅(qū)動(dòng)器電路2020和轉(zhuǎn)移端子驅(qū)動(dòng)器電路2040。圖24中，驅(qū)動(dòng)器電路被提供在像素矩陣2100的相對(duì)側(cè)邊上；然而，驅(qū)動(dòng)器電路可被僅被提供在一側(cè)上。此外，在垂直于引線的方向上提供垂直輸出線驅(qū)動(dòng)器電路2060用于將信號(hào)從驅(qū)動(dòng)器電路輸出。重置端子驅(qū)動(dòng)器電路2020和轉(zhuǎn)移端子驅(qū)動(dòng)器電路2040是用于將具有雙值(低電勢(shì)和髙電勢(shì))的信號(hào)輸出的驅(qū)動(dòng)器電路；因此，如圖25中所示，可用移位寄存器2200和緩沖器電路2300的組合來執(zhí)行驅(qū)動(dòng)?？墒褂脡K狀晶體管或薄膜晶體管來形成這些驅(qū)動(dòng)器電路。具體地，優(yōu)選地使用含有可被用作形成互補(bǔ)型(CMOS)晶體管的硅半導(dǎo)體的塊狀晶體管而形成這些驅(qū)動(dòng)器電路。
[0232]垂直輸出線驅(qū)動(dòng)器電路2060可包括移位寄存器2210、緩沖器電路2310、以及模擬開關(guān)2400，如圖26中所示?？捎媚M開關(guān)2400來選擇垂直輸出線2120，且圖像信號(hào)被輸出至圖像輸出線2500。模擬開關(guān)2400順序地由移位寄存器2210和緩沖器電路2310來選擇?？墒褂脡K狀晶體管或薄膜晶體管來形成垂直輸出線驅(qū)動(dòng)器電路2060。具體地，優(yōu)選地使用含有可被用于形成互補(bǔ)型晶體管的硅半導(dǎo)體的塊狀晶體管形成垂直線驅(qū)動(dòng)器電路2060。
[0233]圖27示出移位寄存器和緩沖器電路的示例。特定地，圖27示出含有拍頻反相器(clocked inverter)的移位寄存器2220和含有反相器的緩沖器電路2320。移位寄存器和緩沖器電路不限于這些電路。進(jìn)一步，重置端子驅(qū)動(dòng)器電路2020、轉(zhuǎn)移端子驅(qū)動(dòng)器電路2040、以及垂直輸出線驅(qū)動(dòng)器電路2060的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)。
[0234]上述實(shí)施例的任意中的固態(tài)圖像傳感器可被用在多種電子設(shè)備中(包括娛樂機(jī))。例如，該固態(tài)圖像傳感器可被用在具有獲取圖像數(shù)據(jù)的單元的電子設(shè)備中，諸如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、移動(dòng)電話、便攜式游戲機(jī)、或者便攜式信息終端。
[0235]該實(shí)施方式可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合任一其他實(shí)施例。
[0236]本申請(qǐng)基于2009年11月6日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)2009-255271，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 光電轉(zhuǎn)換元件； 第一晶體管； 第二晶體管；和 第三晶體管， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第二晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的所述柵電極電連接至所述第三晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接至第一線， 其中，所述第二晶體管的柵電極電連接至第二線， 其中，所述第二晶體管的所述源電極和所述漏電極中的另一個(gè)電連接至所述光電轉(zhuǎn)換元件， 其中，所述第三晶體管的柵電極電連接至第三線， 其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件通過所述第二晶體管電連接至所述第一晶體管的所述柵電極，使得所述第一晶體管的所述柵電極能夠存儲(chǔ)電荷， 其中，所述第二晶體管的溝道包括第一氧化物半導(dǎo)體層，且 其中，所述第三晶體管的溝道包括第二氧化物半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二晶體管的溝道寬度的每微米截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為10aA/μ m或更小。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層和所述第二氧化物半導(dǎo)體層各自都包括銦、鎵和鋅。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度低于I X 114A/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一晶體管的溝道包括晶體硅。
6.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 光電轉(zhuǎn)換元件； 第一晶體管； 第二晶體管；和 第三晶體管， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第二晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第三晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接至第一線， 其中，所述第二晶體管的柵電極電連接至第二線， 其中，所述第二晶體管的所述源電極和所述漏電極中的另一個(gè)電連接至所述光電轉(zhuǎn)換元件， 其中，所述第三晶體管的柵電極電連接至第三線， 其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件通過所述第二晶體管電連接至所述第一晶體管的所述柵電極，使得所述第一晶體管的所述柵電極能夠存儲(chǔ)電荷， 其中，所述第一晶體管的溝道包括第一氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第二晶體管的溝道包括第二氧化物半導(dǎo)體層，且 其中，所述第三晶體管的溝道包括第三氧化物半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二晶體管的溝道寬度的每微米截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為10aA/μ m或更小。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層、所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層各自都包括銦、鎵和鋅。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度低于I X 114A/cm3。
10.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 光電轉(zhuǎn)換元件； 第一晶體管； 第二晶體管；和 第三晶體管， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第二晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的所述柵電極電連接至所述第三晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接至第一線， 其中，所述第二晶體管的柵電極電連接至第二線， 其中，所述第二晶體管的所述源電極和所述漏電極中的另一個(gè)電連接至所述光電轉(zhuǎn)換元件， 其中，所述第三晶體管的柵電極電連接至第三線， 其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件通過所述第二晶體管電連接至所述第一晶體管的所述柵電極，使得所述第一晶體管的所述柵電極能夠存儲(chǔ)電荷， 其中，所述第二晶體管的溝道包括第一氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第三晶體管的溝道包括第二氧化物半導(dǎo)體層，且 其中，所述第二晶體管的截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為1X10_13A或更小。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二晶體管的溝道寬度的每微米截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為lOOaA/μπι或更小。
12.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層和所述第二氧化物半導(dǎo)體層各自都包括銦、鎵和鋅。
13.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度低于I X 114A/Cm3。
14.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一晶體管的溝道包括晶體硅。
15.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 光電轉(zhuǎn)換元件； 第一晶體管； 第二晶體管；和 第三晶體管， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第二晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的柵電極電連接至所述第三晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)， 其中，所述第一晶體管的源電極和漏電極中的一個(gè)電連接至第一線， 其中，所述第二晶體管的柵電極電連接至第二線， 其中，所述第二晶體管的所述源電極和所述漏電極中的另一個(gè)電連接至所述光電轉(zhuǎn)換元件， 其中，所述第三晶體管的柵電極電連接至第三線， 其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件通過所述第二晶體管電連接至所述第一晶體管的所述柵電極，使得所述第一晶體管的所述柵電極能夠存儲(chǔ)電荷， 其中，所述第一晶體管的溝道包括第一氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第二晶體管的溝道包括第二氧化物半導(dǎo)體層， 其中，所述第三晶體管的溝道包括第三氧化物半導(dǎo)體層，且 其中，所述第二晶體管的截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為1X10_13A或更小。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二晶體管的溝道寬度的每微米截止態(tài)電流在IV到1V的漏電壓下為lOOaA/μπι或更小。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一氧化物半導(dǎo)體層、所述第二氧化物半導(dǎo)體層和所述第三氧化物半導(dǎo)體層各自都包括銦、鎵和鋅。
18.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二氧化物半導(dǎo)體層中的載流子濃度低于I X 114A/Cm3。
19.如權(quán)利要求1、6、10和15中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括層間絕緣膜， 其中，所述層間絕緣膜在所述光電轉(zhuǎn)換元件上，且 其中，所述第三晶體管在所述層間絕緣膜上。
20.如權(quán)利要求1、6、10和15中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換元件包括晶體娃。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104393007SQ201410531317
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年11月6日
【發(fā)明者】小山潤(rùn), 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所