场效应晶体管包括：基板；在该基板上形成的源极电极、漏极电极和栅极电极；半导体层，当向栅极电极施加预定电压时，通过该半导体层在该源极电极和漏极电极之间形成沟道；以及栅极绝缘层，提供在该栅极电极和该半导体层之间。该栅极绝缘层由包括一种或两种或更多种碱土金属元素以及从由Ga、Sc、Y和除了Ce之外的镧系元素构成的组中选择的一种或两种或更多种元素的非晶复合金属氧化物绝缘膜形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及场效应晶体管、半导体存储器、显示元件、图像显示设备和系统，更具体地，涉及具有由电介质氧化物制成的绝缘膜的场效应晶体管以及包括该场效应晶体管的半导体存储器、显示元件、图像显示设备和系统。
技术介绍
场效应晶体管(FET)是一种通过向栅极电极施加电压以依赖于沟道的电场提供用于电子或空穴流的闸门(gate)，来控制源极电极和漏极电极之间的电流的半导体设备。FET由于其特性而被用作切换元件和放大元件。因为FET示出小的栅极电流并且 具有平坦外形，与双极性晶体管相比，其能够容易地制造或集成。因此，FET现在是在电子设备中使用的集成电路中不可或缺的元件。存在包括其基本结构是MIS (金属绝缘体半导体)结构的FET的电子设备。这些设备的例子是切换元件、存储器、逻辑电路；其他例子是LSI (大规模集成电路)和AM-TFT (有源矩阵薄膜晶体管)，它们通过集成上述元件而形成。在FET中，二氧化硅、氧氮化物和氮化物已被用作栅极绝缘膜和电容器绝缘膜达很长时间。这些硅化合物的绝缘膜不仅作为绝缘膜非常优异，而且还具有与MIS工艺的高亲和性。但是，近年来并且持续地，存在对于更高集成并且消耗更少功率的电子设备的需求。因此，已经提出使用具有比SiO2明显更高的相对电容率的所谓的高k绝缘膜作为绝缘膜的技术。例如，在具有小于或等于0. I ii m的栅极长度的微小MOS (金属氧化物半导体)设备中，当FET的栅极绝缘层由SiO2制成时，基于比例规则，膜厚度需要小于或等于2nm。但是，在此情况下，由隧穿电流(tunnel current)引起的栅极漏电流变成大问题。降低栅极漏电流的一种方法是通过使用高k绝缘膜作为栅极绝缘层来增加栅极绝缘层的厚度。易失性或者非易失性半导体存储器是使用场效应晶体管的半导体设备的例子。在易失性存储器中，场效应晶体管的漏极电极和电容器串联。通过使用高k绝缘膜，可以降低功耗，并且能够高度集成。目前，电容器的电介质层主要由Si02/SiNx/Si02的层压(laminated)层制成。因此，存在对具有更高相对电容率的绝缘膜的进一步需求。可以降低包括作为在半导体层和浮置栅极电极之间提供的绝缘膜的第一栅极绝缘层以及作为在浮置栅极电极和控制栅极电极之间提供的绝缘膜的第二栅极绝缘层的非易失性半导体存储器中的写/擦除电压。具体地，由于通过使用高k绝缘膜作为非易失性半导体存储器的第二栅极绝缘膜而增加了稱合比(coupling ratio),可以降低写/擦除电压。目前，第二栅极绝缘层主要由Si02/SiNx/Si0d9层压层制成。因此，存在对于具有更高相对电容率的绝缘膜的进一步需求。在显示器中使用的AM-TFT中，如果在栅极绝缘膜中使用高k绝缘膜，则可以达到高饱和电流，并且可以通过低栅极电压控制接通/断开操作，因此可以降低功耗。通常，作为高k绝缘膜的材料，已经讨论了诸如Hf、Zr、Al、Y和Ta的金属的金属氧化物。具体例子是Hf02、Zr02、Al203、Y203、Ta2O5 ;这些元素的硅酸盐(HfSiO、ZrSiO);这些元素的铝酸盐(HfAlO、ZrAlO)以及这些元素的氮化物(HfON、ZrON, HfSiON, ZrSiON, HfAlON,ZrAlON)o同时，关于铁电存储器材料，已经讨论了钙钛矿结构和相关物质。钙钛矿结构由ABO3表达，其通常是二价金属离子(A位置)和四价金属离子(B位置)的组合，或者与A位置和B位置两者对应的三价金属离子的组合。例子是SrTi03、BaZr03、CaSnO3和LaA103。此夕卜，存在许多其中B位置被两种离子占据的晶体，比如SrBia5Taa5O3和BaSca5Nba503。此外，存在称为层类型钙钛矿结构的一系列晶体。这由(AO)m(BO2)n表达，其中m个AO层和n个BO2层被层压。例如，相对于SrTi03(m=n=l)的基本结构，存在Sr2Ti04、Sr3Ti2O7和Sr4Ti3Oltlt5根据这样的晶体结构，A离子和B离子的组成比例可以变化。因而，可以出现广阔范围的晶体组，包括B位置离子的组合。在本申请中，“钙钛矿结构有关的晶体”意味着具有钙钛矿结构或者层类型钙钛矿结构的晶体。 顺便提及，当多晶材料被用作栅极绝缘层时，大的漏电流在晶体颗粒边界的交界处流动。此外，因而，栅极绝缘膜的功能降低。当晶体系统具有各向异性时，晶体管的特性可能由于介电常数各向异性而变得不规则。专利文献I和2公开了通过使用由高介电常数硅酸盐制成的非晶绝缘膜作为栅极绝缘层来降低栅极绝缘层中的漏电流的方法。专利文献3公开了通过使用主要由具有烧绿石结构的A2B2O7制成的非晶绝缘膜作为栅极绝缘层来降低栅极绝缘层中的漏电流的方法。专利文献4、5、6公开了通过使用包括高介电常数膜的层压膜作为栅极绝缘层来降低栅极绝缘层中的漏电流的方法。专利文献7公开了通过在基板上形成外延生长的高介电常数膜并进行热处理以便基板中的元素和栅极绝缘膜中的金属氧化物元素混合在一起来降低栅极绝缘层中的漏电流的方法。此外，专利文献8公开了其中包括具有高介电常数的无机氧化物膜和有机聚合物膜的层压膜被用作栅极绝缘层的TFT设备。但是，在专利文献I和2中公开的绝缘膜的问题是，不能充分增加相对电容率，因为绝缘膜具有大量SiO2含量。利用专利文献3中公开的材料，栅极绝缘层包括晶相。因此，在极其狭窄的工艺条件的区域中形成非晶相。因而，在制造工艺中存在问题。专利文献4到8中公开的方法的问题是制造工艺复杂并且制造成本高。因而，存在对于包括通过简单方法并以低成本形成的具有高相对电容率和少量漏电流绝缘膜的场效应晶体管、半导体存储器、显示元件、图像显示设备和系统的需要。专利文献I :日本公开专利申请NO. H11-135774专利文献2 日本专利No. 3637325专利文献3 :日本公开专利申请No. 2002-270828专利文献4 :日本公开专利申请No. 2002-134737专利文献5 日本专利No. 3773448专利文献6 :日本公开专利申请No. 2003-258243专利文献I :日本专利No. 3831764专利文献8 :日本公开专利申请No. 2008-16807专利文献9 :日本公开专利申请No. 2001-319927专利文献10 :日本公开专利申请No. 2002-367980专利文献11 :日本公开专利申请No. 2004-241751专利文献12 :日本公开专利申请No. 2007-165724专利文献13 :日本公开专利申请No. 2008-9190
技术实现思路
本专利技术的方面提供了解决或减小由现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题的半导体设备、图像显示设备、系统、绝缘膜形成墨水、制造绝缘膜形成墨水的方法以及制造半导体设备的方法。本专利技术的一个方面提供了一种场效应晶体管，包括基板；在该基板上形成的源极电极、漏极电极和栅极电极；半导体层，当向栅极电极施加预定电压时，通过该半导体层在该源极电极和漏极电极之间形成沟道；以及栅极绝缘层，提供在该栅极电极和该半导体层之间，其中该栅极绝缘层由包括一种或两种或更多种碱土金属元素以及从由Ga、Sc、Y和除了 Ce之外的镧系元素构成的组中选择的一种或两种或更多种元素的非晶复合金属氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾根雄司，植田尚之，中村有希，安部由希子，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：
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