半导体装置制造方法及图纸

半导体装置包括栅电极、覆盖栅电极并包含含有硅的氧化物的栅极绝缘膜、以与栅极绝缘膜接触并至少与栅电极重叠的方式设置的氧化物半导体膜、以及与氧化物半导体膜电连接的源电极及漏电极。在氧化物半导体膜中，以与栅极绝缘膜接触且厚度为5nm以下的方式设置的第一区域具有1.0at.％以下的硅浓度，并且第一区域之外的氧化物半导体膜中的区域具有比第一区域低的硅浓度。至少第一区域包括结晶部。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及一种半导体装置及半导体装置的制造方法。在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性工作的装置，并且，电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜形成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于电子设备诸如集成电路（IC）或图像显示装置（显示装置）。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜的材料，硅类半导体材料被广泛地周知。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，已公开有晶体管的活性层包括包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）的非晶氧化物（参照专利文献1）。包含氧化物半导体的晶体管具有优越于包含非晶硅的晶体管的导通态特性的导通态特性（例如导通态电流（on-statecurrent））。为了将包含氧化物半导体的晶体管应用于高功能装置，这种晶体管需要具有进一步提高的特性，因此不断研发氧化物半导体的晶化技术（专利文献2）。在专利文献2中公开了通过对氧化物半导体进行热处理来实现晶化的技术。[参考][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开2006-165528号公报；[专利文献2]日本专利申请公开2008-311342号公报。
技术实现思路
用于晶体管的氧化物半导体膜的大部分利用溅射法形成。然而，当利用溅射形成氧化物半导体膜时，有时被离子化的稀有气体元素或从靶材表面弹出的粒子将膜诸如栅极绝缘膜的粒子弹出，将在其上形成氧化物半导体膜（该膜也称为“被形成膜”）。从被形成膜弹出的粒子进入到氧化物半导体膜且其中用作杂质元素。尤其是，被形成膜的表面（该表面也称为“被形成膜面”）附近的氧化物半导体膜有可能具有高浓度的杂质元素。另外，当杂质元素残留在被形成膜附近的氧化物半导体膜中时，该杂质元素对晶体管的特性造成不利的影响。另外，包含在被形成膜面附近的氧化物半导体膜中的杂质元素抑制氧化物半导体膜的晶化。由此，非晶区残留在被形成膜面附近的氧化物半导体膜中。因此，可以考虑以下对策：增厚氧化物半导体膜而使用形成在表面层中的结晶区。然而，为了降低寄生电容并以低耗电量使晶体管工作，优选将氧化物半导体膜形成得薄。在此情况下，沟道形成区形成在被形成膜面附近的氧化物半导体膜中，并且氧化物半导体膜的晶化优选进行到被形成膜面附近。鉴于上述问题，本专利技术的目的之一是降低包含在被形成膜面附近的氧化物半导体膜中的杂质的浓度。另外，本专利技术的目的之一是提高氧化物半导体膜的结晶性。另外，本专利技术的目的之一是通过使用该氧化物半导体膜提供一种具有稳定的电特性的半导体装置。所公开的专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：包含含有硅的氧化物的绝缘膜；以与绝缘膜接触的方式设置的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜电连接的源电极及漏电极；以及与氧化物半导体膜相邻的栅电极。氧化物半导体膜包括第一区域，其中分布在从与栅极绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅的浓度为1.0at.%以下，并且至少第一区域包括结晶部。栅电极隔着绝缘膜位于氧化物半导体膜之下。所公开的专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：栅电极；覆盖栅电极并包含含有硅的氧化物的栅极绝缘膜；以与栅极绝缘膜接触并至少与栅电极重叠的方式设置的氧化物半导体膜；以与氧化物半导体膜接触的方式设置的沟道保护膜；以及设置在沟道保护膜上并与氧化物半导体膜电连接的源电极及漏电极。氧化物半导体膜包括第一区域，其中分布在从与栅极绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅的浓度为1.0at.%以下，并且至少第一区域包括结晶部。在上述各结构中，第一区域优选以与栅极绝缘膜或绝缘膜接触且具有5nm以下的厚度的方式设置，并且，优选包含在第一区域之外的区域中的硅的浓度低于包含在第一区域中的硅的浓度。在上述各结构中，优选第一区域之外的氧化物半导体膜中的区域包括结晶部。另外，所公开的专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：栅电极；覆盖栅电极并包含含有硅的氧化物的栅极绝缘膜；以与栅极绝缘膜接触并至少与栅电极重叠的方式设置的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜电连接的源电极及漏电极；以及覆盖氧化物半导体膜、源电极及漏电极并包含含有硅的氧化物的保护绝缘膜。氧化物半导体膜包括第一区域，其中分布在从与栅极绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅的浓度为1.0at.％以下。氧化物半导体膜包括第二区域，其中分布在从与保护绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅的浓度为1.0at.％以下。至少第一区域及第二区域包括结晶部。在上述各结构中，第一区域优选以与栅极绝缘膜接触且具有5nm以下的厚度的方式设置，第二区域优选以与保护绝缘膜接触且具有5nm以下的厚度的方式设置，并且，优选包含在第一区域及第二区域之外的区域中的硅的浓度低于包含在第一区域及第二区域中的硅的浓度。另外，在上述各结构中，优选在第一区域及第二区域之外的氧化物半导体膜中的区域中包括结晶部。另外，在上述各结构中，优选结晶部的c轴在垂直于氧化物半导体膜与栅极绝缘膜或绝缘膜的界面的方向上一致。另外，在上述各结构中，优选包含在第一区域中的硅的浓度为0.1at.％以下。另外，在上述各结构中，栅极绝缘膜或绝缘膜包含碳，并且，优选第一区域中的碳的浓度为1.0×1020原子/cm3以下。根据所公开的专利技术的一个方式，可以降低包含在被形成膜面附近的氧化物半导体膜中的杂质的浓度。另外，可以提高氧化物半导体膜的结晶性。而且，可以通过使用该氧化物半导体膜提供一种具有稳定的电特性的半导体装置。附图说明图1A及图1B是示出半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图2A及图2B是示出半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图3A及图3B是示出半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图4A至图4E是示出半导体装置的制造工序的一个例子的截面图；图5A至图5E是示出半导体装置的制造工序的一个例子的截面图；图6是用于计算的模型图；图7A至图7C示出计算结果；图8A至图8C示出计算结果；图9A至图9C说明半导体装置的一个方式；图10说明半导体装置的一个方式；图11说明半导体装置的一个方式；图12说明半导体装置的一个方式；图13A至图13F分别示出电子设备；图14是示出根据本专利技术的一个实施例的测量结果的图表；图15示出根据本专利技术的一个实施例的样品的结构；图16是示出根据本专利技术的一个实施例的测量结果的图表；图17示出根据本专利技术的一个实施例的样品的结构；图18A及图18B是示出根据本专利技术的一个实施例的测量结果的图表；图19A及图19B分别示出根据本专利技术的一个实施例的样品的结构；图20A及图20B是示出根据本专利技术的一个实施例的测量结果的图表；图21A及图21B是用于计算的模型图；图22A及图22B是用于计算的模型图；图23示出计算结果；图24A及图24B是用于计算的模型图；图25示出计算结果。具体实施方式下面，将参照附图对本说明书所公开的专利技术的实施方式进行详细说明。注意，本专利技术不局限于以下说明，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本专利技术的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，为了便于理解，有时在附图等中所示的各结构的位置、大小及范围等不表示实际上的位置、大小及范围等。因此，所公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：衬底上的氧化物半导体膜；电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极；栅电极；以及所述栅电极与所述氧化物半导体膜之间的栅极绝缘膜，其中，所述栅极绝缘膜包含硅和氧，所述氧化物半导体膜中的硅的浓度为1.0at.％以下，并且所述氧化物半导体膜包含结晶部。

【技术特征摘要】
2011.09.29 JP 2011-2156821.一种半导体装置，包括：衬底上的氧化物半导体膜；电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极；栅电极；以及所述栅电极与所述氧化物半导体膜之间的栅极绝缘膜，其中，所述栅极绝缘膜包含硅和氧，所述氧化物半导体膜中的硅的浓度为1.0at.％以下，并且所述氧化物半导体膜包含结晶部。2.一种半导体装置，包括：衬底上的氧化物半导体膜；电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极；栅电极；以及所述栅电极与所述氧化物半导体膜之间的栅极绝缘膜，其中，所述栅极绝缘膜包含硅和氧，所述氧化物半导体膜包含第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域各包含沟道形成区，所述第一区域中的硅的浓度为1.0at.％以下，所述第二区域中的硅的浓度为1.0at.％以下，并且所述氧化物半导体膜包含结晶部。3.一种半导体装置，包括：衬底上的氧化物半导体膜；电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极；栅电极；以及所述栅电极与所述氧化物半导体膜之间的栅极绝缘膜，其中，所述栅极绝缘膜包含硅和氧，所述氧化物半导体膜中的碳的浓度为1.0×1019原子/cm3以下，并且所述氧化物半导体膜包含结晶部。4.一种半导体装置，包括：衬底上的氧化物半导体膜；电连接到所述氧化物半导体膜的源电极和漏电极；栅电极；以及所述栅电极与所述氧化物半导体膜之间的栅极绝缘膜，其中，所述栅极绝缘膜包含硅和氧，所述氧化物半导体膜包含第一区域和第二区域，所述第一区域包含沟道形成区，所述第一区域中的碳的浓度为1.0×1019原子/cm3以下，所述第二区域中的碳的浓度低于所述第一区域中的所述碳的浓度，并且所述氧化物半导体膜包含结晶部。5.根据权利要求1至4的任一项所述的半导体装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：本田达也，津吹将志，野中裕介，岛津贵志，山崎舜平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP