TWI512837B - 半導體裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Kazunori Watanabe
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Semiconductor Energy Lab
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Description

半導體裝置及其驅動方法
本發明關於半導體裝置及半導體裝置之驅動方法。請注意，在本說明書中，半導體裝置表示半導體元件本身或包括半導體元件之裝置。有關該半導體元件，例如可提供薄膜電晶體。因此，半導體裝置包括液晶顯示裝置等。
近年來，具有半導體特性之金屬氧化物(以下，稱為氧化物半導體)已引起注意。具有半導體特性之金屬氧化物可應用於電晶體(例如，專利文獻1及專利文獻2)。
[參考文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本公開專利申請案No. 2007-123861
[專利文獻2]日本公開專利申請案No. 2007-096055
圖2描繪配置氧化物半導體層之半導體裝置範例。
圖2中所描繪之半導體裝置可應用於例如電力電路之開關。若圖2中所描繪之半導體裝置用作電力電路之開關，相對於汲極電壓之高耐受電壓(汲極電位與源極電位之間之電位差充當參考)是重要的。在圖2中所描繪之半導體裝置中，部分閘極電極及部分汲極電極彼此重疊。因此，當汲極電壓增加時，電場集中於某部分，藉此閘極絕緣膜中易發生介質擊穿。
本發明之一實施例之目標為減輕半導體裝置中電場集中。
在本發明之實施例之半導體裝置中，閘極電極及汲極電極彼此不重疊，並於頂面上閘極電極與汲極電極之間配置電場控制電極。絕緣層係配置於閘極電極與半導體層之間，及電場控制電極與半導體層之間，且配置於電場控制電極與半導體層之間之絕緣層具有較配置於閘極電極與半導體層之間之絕緣層更大厚度。此外，當驅動半導體裝置時，電場控制電極之電位為高於或等於源極電位及低於閘極電位，例如電場控制電極與源極之間之連接成就該結構。
本發明之一實施例為包括彼此相離之源極電極及汲極電極的半導體裝置；接觸源極電極及汲極電極之半導體層；覆蓋至少半導體層之第一絕緣層；配置於第一絕緣層之上以與部分半導體層及源極電極重疊且未與汲極電極重疊之閘極電極；覆蓋至少閘極電極之第二絕緣層；及配置於第二絕緣層之上以與部分半導體層及閘極電極與汲極電極之間區域重疊之電場控制電極。電場控制電極電連接至源極電極。
本發明之一實施例為半導體裝置之驅動方法。半導體裝置包括彼此相離之源極電極及汲極電極；接觸源極電極及汲極電極之半導體層；覆蓋至少半導體層之第一絕緣層；配置於第一絕緣層之上以與部分半導體層及源極電極重疊且未與汲極重疊之閘極電極；覆蓋至少閘極電極之第二絕緣層；及配置於第二絕緣層之上以與部分半導體層及閘極電極與汲極電極之間區域重疊之電場控制電極。電場控制電極之電位為高於或等於源極電極之電位及低於閘極電極之電位。
在以上結構中，例如可配置氧化物半導體層作為半導體層。
在本發明之一實施例之半導體裝置中，可減輕電場之集中。
藉由本發明之一實施例之半導體裝置的驅動方法中，可減輕電場之集中。
以下，將參照附圖詳細說明本發明之實施例。然而，本發明不侷限於下列說明，且熟悉本技藝之人士易於理解可進行模式及細節之各種改變而未偏離本發明之範圍及精神。因此，本發明不應解譯為侷限於實施例之說明。
(實施例1)
在本實施例中，將說明本發明之一實施例之半導體裝置。
圖1A至1C描繪本發明之一實施例之半導體裝置。圖1A為本發明之一實施例之半導體裝置的截面圖。圖1B及1C為本發明之一實施例之半導體裝置的俯視圖範例。請注意，圖1A為沿圖1B及1C中所描繪之線X-Y之截面圖。
圖1A中所描繪之半導體裝置包括：配置於基板100之上而彼此相離之源極電極102a及汲極電極102b；配置於源極電極102a與汲極電極102b之間並與其接觸之半導體層104；經配置而覆蓋至少半導體層104之第一絕緣層106；配置於第一絕緣層106之上以與部分半導體層104及源極電極102a重疊且未與汲極電極102b重疊之閘極電極108；經配置而覆蓋至少閘極電極108之第二絕緣層110；及配置於第二絕緣層110之上以與部分半導體層104及閘極電極108與汲極電極102b之間區域重疊之電場控制電極112。
基板100為絕緣基板。有關基板100，除了玻璃基板、石英基板、及陶瓷基板以外，可使用具足夠高以耐受本製造程序中製程溫度之耐熱性的塑料基板等。若基板100為玻璃基板，基板可具有從第一代(例如，320 mm×400 mm)至第十代(例如，2950 mm×3400 mm)之任一尺寸。然而，基板100不侷限於此。若半導體層104為氧化物半導體層，半導體層104較佳地配置藉由濺鍍法移除氫及濕氣而形成之絕緣膜。
請注意，若使用玻璃基板作為基板100，本發明之一實施例可應用於顯示裝置。因此，同樣地若本發明之一實施例應用於形成於顯示裝置之基板上之電力電路的開關，可減輕電場之集中。
源極電極102a及汲極電極102b可選擇性以該方式形成，即例如藉由濺鍍法形成導電膜(例如，添加賦予一導電類型之雜質元件的金屬膜或半導體膜)，於導電膜之上形成蝕刻遮罩，及執行蝕刻。另一方面，可使用噴墨法。請注意，可以單層結構或複數層堆疊之結構形成將為源極電極102a及汲極電極102b之導電膜。例如，可以A1層夾於Ti層之間之三層結構形成導電膜。請注意，源極電極102a及汲極電極102b亦充當信號線。
半導體層104可選擇性以該方式形式，即形成半導體膜，於半導體膜之上形成蝕刻遮罩，並執行蝕刻。另一方面，可藉由噴墨法而選擇性形成半導體層104。可使用例如氧化物半導體形成半導體膜。
可藉由例如濺鍍法使用絕緣材料(例如，氮化矽、氮氧化矽、氧氮化矽、或氧化矽)而形成第一絕緣層106。請注意，可以單層結構或複數層堆疊之結構形成第一絕緣層106。此處，可以二層結構形成第一絕緣層106，其中氧氮化矽層係堆疊於例如氮化矽層之上。請注意，第一絕緣層106充當至少閘極絕緣層。請注意，若第一絕緣層106係藉由濺鍍法形成，可避免氫及濕氣進入半導體層104。
請注意，氮氧化矽包含較氧更多之氮。請注意，氧氮化矽包含較氮更多之氧。
可使用與源極電極102a及汲極電極102b相同材料及方法形成閘極電極108。
可使用與第一絕緣層106相同材料及方法形成第二絕緣層110。
可使用與源極電極102a及汲極電極102b相同材料及方法形成電場控制電極112。
如圖1B中所描繪，電場控制電極112可電獨立地配置，以便不連接至閘極電極108、源極電極102a、及汲極電極102b。在此狀況下，電場控制電極112之電位可為電位Vss。然而，本發明之一實施例不侷限於此。如圖1C中所描繪，電場控制電極112可連接至開口部114中之源極電極102a。
儘管未顯示，電場控制電極112可配置於源極電極102a與閘極電極108之間，且電阻器可配置於源極電極102a與電場控制電極112之間。在此狀況下，因電阻器中電位下降，電場控制電極112之電位為高於0及低於閘極電位。
另一方面，可採用圖15A中所描繪之連接。在圖15A中所描繪之半導體裝置中，第一電阻器151及第二電阻器152係配置於源極電極102a與閘極電極108之間，及第二電阻器152係配置於源極電極102a與電場控制電極112之間。在此狀況下，電場控制電極112之電位Vc 係藉由下列方程式(1)代表，其中源極電位為Vs ，閘極電位為Vg ，第一電阻器151之電阻值為R1 ，及第二電阻器152之電阻值為R2 。
[方程式1]
圖15B為圖15A中所描繪之半導體裝置之截面圖範例。以類似於圖15A中所描繪之半導體裝置之方式，圖15B中所描繪之半導體裝置包括：配置於基板100之上而彼此相離之源極電極102a及汲極電極102b；配置於源極電極102a與汲極電極102b之間並與其接觸之半導體層104；經配置而覆蓋至少半導體層104之第一絕緣層106；配置於第一絕緣層106之上以與部分半導體層104及源極電極102a重疊且未與汲極電極102b重疊之閘極電極108；經配置而覆蓋至少閘極電極108之第二絕緣層110；及配置於第二絕緣層110之上以與部分半導體層104及閘極電極108與汲極電極102b之間區域重疊之電場控制電極112。請注意，圖15B中所描繪之截面圖為沿圖15C中所描繪之俯視圖之線X-Y的截面圖，且其與圖1A中所描繪之截面圖不同。
如圖15C之俯視圖中所描繪，可使用與電場控制電極112相同層形成第一電阻器151及第二電阻器152。如圖15C之俯視圖中所描繪，可藉由引導使用高電阻導電材料形成之佈線而形成電場控制電極112，諸如包含氧化鎢之氧化銦、包含氧化鎢之氧化銦鋅、包含氧化鈦之氧化銦、包含氧化鈦之氧化銦錫、氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅、或添加氧化矽之氧化銦錫，無複雜製造程序。
圖2中所描繪之半導體裝置為圖1A至1C中所描繪之半導體裝置的比較範例。若半導體裝置用作電力電路之開關，相對於汲極電壓之高耐受電壓(充當參考之汲極電位與源極電位之間之電位差)是重要的。在圖2中所描繪之半導體裝置中，部分閘極電極116及部分汲極電極102b彼此重疊。因此，隨著汲極電壓增加，電場變成集中於某部分。因此，存在閘極絕緣膜中易發生介質擊穿之問題。
鑒於以上問題，如圖1A至1C中所描繪，閘極電極108及汲極電極102b彼此未重疊，且電場控制電極112配置於閘極電極108與汲極電極102b之間之區域中，此外，第二絕緣層110配置於閘極電極108與電場控制電極112之間之區域中，使得電場控制電極112與半導體層104之間之距離較閘極電極108與半導體層104之間之距離長。結果，電場控制電極112可充分減輕半導體層104中電場集中。
此處，參照圖3A至3D說明圖1A至1C中所描繪之半導體裝置的製造方法。
首先，於基板100之上形成第一導電膜，於第一導電膜之上形成第一蝕刻遮罩，並執行蝕刻，藉此形成源極電極102a及汲極電極102b。接著，形成半導體膜103以覆蓋源極電極102a及汲極電極102b(圖3A)。
此處，較佳地使用氧化物半導體膜形成半導體膜103。在以下所說明之範例中，係使用氧化物半導體膜形成半導體膜103。
用於形成半導體膜103之氧化物半導體較佳地包含至少銦(In)或鋅(Zn)。尤其，較佳地包含In及Zn二者。此外，較佳地包含鎵(Ga)。當包含鎵(Ga)時，電晶體特性變化可減少。可減少電晶體特性變化之該元素稱為穩定劑。有關穩定劑，可供錫(Sn)、鉿(Hf)、及鋁(Al)。
有關穩定劑，亦可提供鑭系元素，諸如鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、或鎦(Lu)。可使用一或複數該些元素。
有關氧化物半導體，例如可提供氧化銦；氧化錫；氧化鋅；二成分金屬氧化物，諸如In-Zn基氧化物、Sn-Zn基氧化物、Al-Zn基氧化物、Zn-Mg基氧化物、Sn-Mg基氧化物、In-Mg基氧化物、或In-Ga基氧化物；三成分金屬氧化物，諸如In-Ga-Zn基氧化物(亦稱為IGZO)、Sn-Ga-Zn基氧化物、Al-Ga-Zn基氧化物、Sn-Al-Zn基氧化物、In-Al-Zn基氧化物、In-Sn-Zn基氧化物、In-Hf-Zn基氧化物、In-La-Zn基氧化物、In-Ce-Zn基氧化物、In-Pr-Zn基氧化物、In-Nd-Zn基氧化物、In-Sm-Zn基氧化物、In-Eu-Zn基氧化物、In-Gd-Zn基氧化物、In-Tb-Zn基氧化物、In-Dy-Zn基氧化物、In-Ho-Zn基氧化物、In-Er-Zn基氧化物、In-Tm-Zn基氧化物、In-Yb-Zn基氧化物、或In-Lu-Zn基氧化物；四成分金屬氧化物，諸如In-Sn-Ga-Zn基氧化物、In-Hf-Ga-Zn基氧化物、In-Al-Ga-Zn基氧化物、In-Sn-Al-Zn基氧化物、In-Sn-Hf-Zn基氧化物、或In-Hf-Al-Zn基氧化物。
請注意，此處例如In-Ga-Zn基氧化物表示包含In、Ga、及Zn作為其主要成分之氧化物，其中對於In：Ga：Zn之比例並無特別限制。In-Ga-Zn基氧化物可包含非In、Ga、及Zn之金屬元素。
例如，可使用具In：Ga：Zn=1：1：1(=1/3：1/3：1/3)或In：Ga：Zn=2：2：1(=2/5：2/5：1/5)之原子比的In-Ga-Zn基氧化物，或其組成接近以上組成之任一氧化物。另一方面，可使用具In：Sn：Zn=1：1：1(=1/3：1/3：1/3)，In：Sn：Zn=2：1：3(=1/3：1/6：1/2)，或In：Sn：Zn=2：1：5(=1/4：1/8：5/8)之原子比的In-Sn-Zn基氧化物，或其組成接近以上組成之任一氧化物。
然而，可用於本發明之一實施例之氧化物半導體膜不侷限於以上所說明，並可根據所需半導體特性(移動率、臨限值、變化等)而使用包括適當組成之氧化物半導體膜。根據所需電晶體特性(半導體特性)，可適當調整載子密度、雜質濃度、缺點密度、金屬元素及氧之原子比、原子間距離、密度等。
例如，使用In-Sn-Zn基氧化物可獲得相對高移動率。此外，同樣地在使用In-Ga-Zn基氧化物之狀況下，藉由減少大批中缺點密度，可增加移動率。
氧化物靶材之填充率為高於或等於90%及低於或等於100%，較佳地為高於或等於95%及低於或等於99.9%。使用具有該高填充率之金屬氧化物靶材，將形成之氧化物半導體膜可為密集膜。
氧化物半導體膜係以該方式形成於基板之上，即氫、水、羥基、氫化物等移除之濺鍍氣體被導入處理室，使用金屬氧化物靶材，同時基板保持於減壓狀態之處理室中，並移除處理室中剩餘濕氣。可形成氧化物半導體膜，同時基板加熱。
有關用於形成氧化物半導體膜之濺鍍氣體，較佳地使用高純度氣體，其中諸如氫、水、羥基、或氫化物之雜質減少至1 ppm之濃度或更低(較佳地為10 ppb或更低)。
其次，於半導體膜103之上形成第二蝕刻遮罩並執行蝕刻，藉此形成半導體層104。接著，形成第一絕緣層106以覆蓋半導體層104，並於第一絕緣層106之上形成第二導電膜107(圖3B)。
此處，若形成半導體層104，較佳地執行第一熱處理。第一熱處理之溫度為高於或等於400℃及低於或等於750℃，較佳地為高於或等於400℃及低於基板之應變點。此處，基板被導入熱處理設備之一的電熔爐，並於諸如氮氣或稀有氣體之惰性氣體中，以450℃於氧化物半導體膜之上執行熱處理達一小時，接著氧化物半導體膜未暴露於空氣。因此，可避免氫、水、羥基、氫化物等進入氧化物半導體膜，且氫濃度減少，藉此可獲得i型氧化物半導體膜或實質上i型氧化物半導體膜。即，可藉由第一熱處理執行氧化物半導體層之脫水及脫氫之至少一項。
請注意，較佳的是在第一熱處理中，氮氣或諸如氦氣、氖氣、或氬氣之稀有氣體中不包含氫、水、羥基、氫化物等。另一方面，被導入熱處理設備之氮氣或諸如氦氣、氖氣、或氬之稀有氣體的純度較佳地為6N(99.9999%)或更高，更佳地為7N(99.99999%)或更高(即，雜質濃度為1 ppm或更低，較佳地為0.1 ppm或更低)。
此外，依據第一熱處理之狀況或氧化物半導體層之材料，氧化物半導體層可結晶為微晶層或多晶層。例如，氧化物半導體層可結晶為具有大於或等於90%，或大於或等於80%結晶程度之微晶氧化物半導體層。依據第一熱處理之狀況或氧化物半導體層之材料，氧化物半導體層可成為不包含結晶成分之非結晶氧化物半導體層。此外，氧化物半導體層可成為微晶部(具大於或等於1 nm及小於或等於20 nm之粒徑，典型地為大於或等於2 nm及小於或等於4 nm)混入非結晶氧化物半導體層之氧化物半導體層。
在處理為島形氧化物半導體層之前，可於氧化物半導體膜(半導體膜103)之上執行氧化物半導體層之第一熱處理。在此狀況下，基板於第一熱處理之後被取出加熱設備，接著執行光刻步驟。
此外，可於惰性氣體或氧氣中執行第二熱處理(較佳地以高於或等於200℃及低於或等於400℃之溫度，例如以高於或等於250℃及低於或等於350℃之溫度)。藉由熱處理，氧化物半導體膜中所包含之氫或濕氣可擴散進入閘極絕緣膜。
請注意，可於使用氧化物半導體形成半導體膜103之後及形成半導體層104之前，執行第一熱處理。此外，可於第一絕緣層106形成於半導體層104上之後或形成第二導電膜107之後，執行第二熱處理。
其次，於第二導電膜107之上形成第三蝕刻遮罩並執行蝕刻，藉此形成閘極電極108。接著，形成第二絕緣層110以覆蓋閘極電極108，並於第二絕緣層110之上形成第三導電膜111(圖3C)。
其次，於第三導電膜111之上形成第四蝕刻遮罩並執行蝕刻，藉此形成電場控制電極112(圖3D)。
以此方式，可製造圖1A至1C中所描繪之半導體裝置。
其次，以下說明於圖1A至1C中所描繪之半導體裝置上執行計算之結果。
此處，係於以下所說明之表1的狀況下執行計算。
請注意，狀態之有效密度係以300 K之溫度獲得，及值係假設鎢用於閘極電極及鈦用於源極電極及汲極電極而獲得。
圖4顯示與圖2相同之實施例的電場分佈計算結果。即，圖4具有一結構其中部分閘極電極116及部分汲極電極102b彼此重疊，電場強度於汲極電極102b上半導體層104獲得之部分中最大，且最大電場為6.91×106 [V/cm]。
另一方面，圖5具有一結構其中閘極電極108及汲極電極102b彼此未重疊，電場強度在閘極電極108邊緣部分之正下方部分中最大，且最大電場為2.95×106 [V/cm]。
圖6具有一結構其中閘極電極及汲極電極彼此未重疊，且第二絕緣層110係配置於閘極電極108之上，與圖4不同。此處，以類似於圖5之方式，電場強度在閘極電極108邊緣部分之正下方部分中最大，且最大電場為2.04×106 [V/cm]。
圖7具有一結構其中電場控制電極112與圖6之汲極電極102b與閘極電極108之間之半導體層重疊。此處，電場強度在汲極電極102b邊緣部分之正上方部分中最大，且最大電場為2.23×106 [V/cm]。此外，閘極電極108邊緣部分之正下方部分中電場為1.66×106 [V/cm]。請注意，此處電場控制電極112之電位與源極之電位相同。
從圖4至圖7之間之比較可發現，在圖7之結構中，於閘極電極下部中所獲得之電場強度最小，且藉由電場控制電極112可有效地減輕閘極電極附近之電場。
此處，圖8至圖11中顯示圖4至圖7之結構中電流密度分佈之計算結果。
圖8顯示圖4之結構中電流密度分佈。
圖9顯示圖5之結構中電流密度分佈。
圖10顯示圖6之結構中電流密度分佈。
圖11顯示圖7之結構中電流密度分佈。
圖16顯示若圖8至圖11中閘極電壓固定為5 V，汲極電壓(Vds)與汲極電流(Ids)之間之關係。此外，表2中顯示若汲極電壓為10 V之汲極電流值。此外，表2亦顯示若汲極電壓為10 V，相對於圖8之汲極電流值，圖9至圖11之汲極電流值之百分比。
如從圖16及表2所發現，圖11之結構中電流密度分佈與圖8至圖10之結構中電流密度分佈大為不同，且閘極電極附近之電場可有效減輕而未影響汲極電流。
從以上說明，可確認在圖1A至1C中所描繪之半導體裝置中，半導體層中電場之集中充分減輕。
(實施例2)
本發明之一實施例之半導體裝置不侷限於實施例1中所說明之結構。在本實施例中，將說明與實施例1中不同之本發明之一實施例之半導體裝置。
圖12A至12C描繪本實施例之半導體裝置。圖12A為本發明之一實施例之半導體裝置截面圖。圖12B為本實施例之半導體裝置之俯視圖範例。圖12C為本實施例之半導體裝置的俯視圖之另一範例。請注意，圖12A為沿圖12B及圖12C之線X-Y之截面圖。
圖12A及12B中所描繪之半導體裝置包括：配置於基板200之上彼此相離之閘極電極202a及電場控制電極202b；經配置以覆蓋閘極電極202a及電場控制電極202b之第一絕緣層204；配置於第一絕緣層204之上以與閘極電極202a及電場控制電極202b重疊之半導體層206；配置於半導體層206之上並與半導體層206接觸以與閘極電極202a重疊之源極電極208a；及配置於半導體層206之上以與源極電極208a相離且未與電場控制電極202b重疊之汲極電極208b。
請注意，電場控制電極202b之電位可為高於或等於源極電極208a之電位及低於閘極電極202a之電位。較佳的是如圖12C中所描繪，電場控制電極202b經由開口部210而連接至源極電極208a。
(實施例3)
本發明之一實施例之半導體裝置不侷限於實施例1及實施例2中所說明之結構。在本實施例中，將說明本發明之一實施例之半導體裝置，其與實施例1及實施例2中不同。
圖13A至13C描繪本實施例之半導體裝置。圖13A為本發明之一實施例之半導體裝置之截面圖。圖13B為本實施例之半導體裝置之俯視圖範例。圖13C為本實施例之半導體裝置之俯視圖之另一範例。請注意，圖13A為沿圖13B及13C中所描繪之線X-Y之截面。
圖13A及13B中所描繪之半導體裝置包括：配置於基板300之上彼此相離之閘極電極302a及汲極電極302b；經配置以覆蓋閘極電極302a及汲極電極302b之第一絕緣層304，其包括開口部，由此暴露汲極電極302b；配置於汲極電極302b上並與汲極電極302b接觸以與閘極電極302a重疊之半導體層306；配置於半導體層306上並與半導體層306接觸以與閘極電極302a重疊之源極電極308；配置於至少半導體層306上之第二絕緣層310；配置於第二絕緣層310之上以與閘極電極302a與汲極電極302b之間區域重疊之電場控制電極312a；及配置於第二絕緣層310之上並與汲極電極302b接觸之佈線312b。
請注意，電場控制電極312a之電位可為高於或等於源極電極308之電位及低於閘極電極302a之電位。較佳地如圖13C中所描繪，電場控制電極312a經由開口部314而連接至源極電極308。
請注意，不侷限於圖13A至13C中所描繪之結構，佈線312b可使用與源極電極308相同層予以形成。
(實施例4)
本發明之一實施例之半導體裝置不侷限於實施例1至實施例3中所說明之結構。在本實施例中，將說明本發明之一實施例之半導體裝置，其與實施例1至實施例3中不同。
圖14A至14C描繪本實施例之半導體裝置。圖14A為本發明之一實施例之半導體裝置之截面圖。圖14B為本實施例之半導體裝置之俯視圖範例。圖14C為本實施例之半導體裝置之俯視圖之另一範例。請注意，圖14A為沿圖14B及14C中所描繪之線X-Y之截面圖。
圖14A及14B中所描繪之半導體裝置包括：配置於基板400上之源極電極402；經配置而接觸源極電極402之半導體層404；經配置而接觸氧化物半導體層404之汲極電極406；配置於至少半導體層404上之第一絕緣層408；配置於第一絕緣層408之上以與源極電極402及半導體層404重疊且未與汲極電極406重疊之閘極電極410；配置於閘極電極410上之第二絕緣層412；及經配置以與半導體層404及閘極電極410與汲極電極406之間區域重疊之電場控制電極414。
請注意，電場控制電極414之電位可高於或等於源極電極402之電位及低於閘極電極410之電位。較佳的是如圖14C中所描繪，電場控制電極414經由開口部416而連接至源極電極402。
請注意，不侷限於圖14A至14C中所描繪之結構，閘極電極410及電場控制電極414可使用相同層予以形成。
本申請案係依據2010年9月2日向日本專利局提出申請之序號2010-196439日本專利申請案，其整個內容係以提及方式併入本文。
100、200、300、400．．．基板
102a、208a、308、402．．．源極電極
102b、208b、302b、406‧‧‧汲極電極
103‧‧‧半導體膜
104、206、306、404‧‧‧半導體層
106、204、304、408‧‧‧第一絕緣層
107‧‧‧第二導電膜
108、116、202a、302a、410‧‧‧閘極電極
110、310、412‧‧‧第二絕緣層
111‧‧‧第三導電膜
112、202b、312a、414‧‧‧電場控制電極
114、210、314、416‧‧‧開口部
151‧‧‧第一電阻器
152‧‧‧第二電阻器
312b‧‧‧佈線
在附圖中：
圖1A至1C為截面圖及俯視圖，其描繪本發明之一實施例之半導體裝置；
圖2為截面圖，其為圖1A至1C之半導體裝置的比較範例；
圖3A至3D描繪圖1A至1C之半導體裝置的製造方法；
圖4顯示電場分佈之計算結果；
圖5顯示電場分佈之計算結果；
圖6顯示電場分佈之計算結果；
圖7顯示電場分佈之計算結果；
圖8顯示電流密度分佈之計算結果；
圖9顯示電流密度分佈之計算結果；
圖10顯示電流密度分佈之計算結果；
圖11顯示電流密度分佈之計算結果；
圖12A至12C為截面圖及俯視圖，其描繪本發明之一實施例之半導體裝置；
圖13A至13C為截面圖及俯視圖，其描繪本發明之一實施例之半導體裝置；
圖14A至14C為截面圖及俯視圖，其描繪本發明之一實施例之半導體裝置；
圖15A至15C為電路圖、截面圖、及俯視圖，其描繪本發明之一實施例之半導體裝置；以及
圖16顯示電流密度分佈比較之計算結果。
100．．．基板
102a．．．源極電極
102b．．．汲極電極
104．．．半導體層
106．．．第一絕緣層
108．．．閘極電極
110．．．第二絕緣層
112．．．電場控制電極

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置，包含：彼此相離之源極電極及汲極電極；與該源極電極及該汲極電極電接觸之半導體層；至少該半導體層上之第一絕緣層；該第一絕緣層上之閘極電極；至少該閘極電極上之第二絕緣層；以及該第二絕緣層上之電場控制電極，其中，該閘極電極與該半導體層之第一區域及該源極電極重疊，其中，該閘極電極未與該汲極電極重疊，其中，該電場控制電極與該半導體層之第二區域重疊，並配置於該閘極電極與該汲極電極之間，以及其中，該電場控制電極電連接至該源極電極。
  2. 一種半導體裝置，包含：彼此相離之源極電極及汲極電極；與該源極電極及該汲極電極電接觸之半導體層；至少該半導體層上之第一絕緣層；該第一絕緣層上之閘極電極；至少該閘極電極上之第二絕緣層；該第二絕緣層上之電場控制電極；配置於該源極電極與該閘極電極之間之第一電阻器；以及配置於該源極電極與該閘極電極之間及該源極電極與 該電場控制電極之間之第二電阻器，其中，該閘極電極與該半導體層之第一區域及該源極電極重疊，其中，該閘極電極未與該汲極電極重疊，以及其中，該電場控制電極與該半導體層之第二區域重疊，並配置於該閘極電極與該汲極電極之間。
  3. 如申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中，該第一電阻器及該第二電阻器係從與該電場控制電極相同層形成。
  4. 一種半導體裝置，包含：彼此相離之閘極電極及電場控制電極；該閘極電極及該電場控制電極上之第一絕緣層；該第一絕緣層上之半導體層；在該半導體層上並與該半導體層電接觸並與該閘極電極重疊之源極電極；以及在該半導體層上並與該源極電極相離之汲極電極，其中，該半導體層與該閘極電極及該電場控制電極重疊，其中，該汲極電極未與該電場控制電極重疊，以及其中，該電場控制電極電連接至該源極電極。
  5. 一種半導體裝置，包含：彼此相離之閘極電極及汲極電極；該閘極電極及該汲極電極上之第一絕緣層；在該汲極電極上並與該汲極電極電接觸並與該閘極電 極重疊之半導體層；在該半導體層上並與該半導體層電接觸並與該閘極電極重疊之源極電極；至少該半導體層上之第二絕緣層；該第二絕緣層上之電場控制電極；以及該第二絕緣層上之佈線，其中，該電場控制電極係配置於該閘極電極與該汲極電極之間，其中，該電場控制電極電連接至該源極電極，以及其中，該佈線與配置於該第一絕緣層中之開口部中之該汲極電極電接觸。
  6. 如申請專利範圍第1、4及5項中任一項之半導體裝置，其中，該電場控制電極之電位高於或等於該源極電極之電位及低於該閘極電極之電位。
  7. 如申請專利範圍第1、4及5項中任一項之半導體裝置，其中，該半導體層為氧化物半導體層。
  8. 一種半導體裝置之驅動方法，該半導體裝置包含：彼此相離之源極電極及汲極電極；與該源極電極及該汲極電極電接觸之半導體層；至少該半導體層上之第一絕緣層；該第一絕緣層上之閘極電極，其與該半導體層之第一區域及該源極電極重疊，且其未與該汲極電極重疊； 至少該閘極電極上之第二絕緣層；以及該第二絕緣層上之電場控制電極，其與該半導體層之第二區域重疊，並在該閘極電極與該汲極電極之間，以及該方法包含以下步驟：控制該電場控制電極之電位，使得該電場控制電極之該電位高於或等於該源極電極之電位及低於該閘極電極之電位。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置之驅動方法，其中，該電場控制電極電連接至該源極電極。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置之驅動方法，其中，該半導體層為氧化物半導體層。
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