半导体装置的制造方法制造方法及图纸

技术编号:16131146 阅读:63 留言:0更新日期:2017-09-01 21:58
本发明专利技术以高成品率提供即使具有微型的结构也具有高电特性的晶体管。本发明专利技术在包括该晶体管的半导体装置中也实现高性能化、高可靠性化及高生产化。在具有依次层叠有氧化物半导体层、栅极绝缘层及在侧面设置有侧壁绝缘层的栅电极层的晶体管的半导体装置中,以与氧化物半导体层及侧壁绝缘层接触的方式设置源电极层及漏电极层。在该半导体装置的制造工序中,以覆盖氧化物半导体层、侧壁绝缘层及栅电极层上的方式层叠导电层及层间绝缘层,通过化学机械抛光法去除栅电极层上的层间绝缘层及导电层,来形成源电极层及漏电极层。在形成栅极绝缘层之前,对氧化物半导体层进行洗涤处理。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置的制造方法
所公开的专利技术涉及一种半导体装置及其制造方法。注意,在本说明书等中,半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置,因此电光装置、发光显示装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管(也称为薄膜晶体管(TFT))的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于如集成电路(IC)及图像显示装置(显示装置)等的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜,硅类半导体材料是众所周知的。作为其他材料,氧化物半导体受到关注。例如,公开了作为晶体管的活性层使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的非晶氧化物的晶体管(参照专利文献1)。[专利文献1]日本专利申请公开2006-165528号公报为了实现晶体管的工作的高速化、晶体管的低耗电量化、低价格化等,必须要实现晶体管的微型化。但是,伴随着晶体管的微型化,容易产生所谓的电特性的劣化,诸如晶体管的阈值电压的降低、阈值电压偏差的增大、截止电流的增大等。另外,伴随着晶体管的微型化,容易受到干蚀刻工序中的损伤或杂质元素扩散到半导体层中导致的影响,由此容易产生成品率的降低或可靠性的降低。
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的之一是提供具有如下结构的半导体装置及其制造方法,即,为了实现更高性能的半导体装置,提高实现了微型化的晶体管的导通特性(例如,导通电流或场效应迁移率)来实现半导体装置的高速响应、高速驱动。本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种偏差少且具有良好的电特性的可靠性高的晶体管。另外,本专利技术的一个方式的目的之一是在包括该晶体管的半导体装置中也实现高性能化、高可靠性化及高生产化。在具有依次层叠有氧化物半导体层、栅极绝缘层及在侧面设置有侧壁绝缘层的栅电极层的晶体管的半导体装置中,以与氧化物半导体层及侧壁绝缘层接触的方式设置源电极层及漏电极层。在该半导体装置的制造工序中,以覆盖氧化物半导体层、侧壁绝缘层及栅电极层上的方式层叠导电层及层间绝缘层,通过对层间绝缘层及导电层进行切削(研磨、抛光)去除栅电极层上的导电层,来形成源电极层及漏电极层。作为切削(研磨、抛光)方法,可以适当地利用化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing:CMP)法。因为在形成源电极层及漏电极层的工序中的去除栅电极层上的导电层的工序中不利用使用抗蚀剂掩模的蚀刻工序,所以可以准确地进行精密的加工。因此,在半导体装置的制造工序中,可以以高成品率制造形状和特性的偏差少的具有微型的结构的晶体管。另外,优选在栅电极层上设置绝缘层。在去除设置在绝缘层上的用作源电极层及漏电极层的导电层的工序中,可以去除该绝缘层的一部分或整个部分。通过将栅电极层用作掩模的自对准工艺,将掺杂剂引入到氧化物半导体层中,在氧化物半导体层中夹着沟道形成区形成其电阻比沟道形成区的电阻低且包含掺杂剂的低电阻区。掺杂剂是改变氧化物半导体层的导电率的杂质。作为掺杂剂的引入方法,可以利用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没式离子注入法(Plasma-immersionionimplantationmethod)等。通过具有在沟道长度方向上夹着沟道形成区包括低电阻区的氧化物半导体层,该晶体管具有高导通特性(例如,导通电流及场效应迁移率),并能够进行高速工作及高速响应。另外,在形成氧化物半导体层之后进行用来去除附着在氧化物半导体层的杂质的洗涤处理。优选在形成栅极绝缘层之前进行该洗涤处理。可以使用TMAH(TetramethylammoniumHydroxide:四甲基氢氧化铵)溶液等碱性的溶液、稀氢氟酸、草酸等酸性的溶液或者水来进行该洗涤处理。通过进行洗涤处理,可以实现具有稳定的电特性的可靠性高的晶体管。本专利技术的一个方式是一种半导体装置,包括:设置在氧化物绝缘层上的包括沟道形成区的氧化物半导体层;氧化物半导体层上的栅极绝缘层;栅极绝缘层上的栅电极层及绝缘层的叠层;覆盖栅电极层的侧面及绝缘层的侧面的侧壁绝缘层;与氧化物半导体层、栅极绝缘层的侧面和侧壁绝缘层的侧面接触的源电极层及漏电极层;以及源电极层及漏电极层上的层间绝缘层,其中,源电极层及漏电极层的顶面的高度低于绝缘层、侧壁绝缘层及层间绝缘层的顶面的高度且高于栅电极层的顶面的高度,并且,在氧化物半导体层中,包括与栅极绝缘层重叠的区域的不与栅电极层重叠的区域包含掺杂剂。在氧化物半导体层中,不与源电极层或漏电极层重叠的区域也可以具有比与源电极层或漏电极层重叠的区域高的氧浓度。本专利技术的一个方式是一种半导体装置的制造方法,包括如下步骤:形成氧化物绝缘层;在氧化物绝缘层上形成氧化物半导体层;对氧化物半导体层的一部分选择性地进行蚀刻来形成岛状氧化物半导体层;对岛状氧化物半导体层的顶面及侧面进行洗涤处理;在岛状氧化物半导体层上形成栅极绝缘层;在栅极绝缘层上层叠与岛状氧化物半导体层重叠的栅电极层及绝缘层;以栅电极层及绝缘层为掩模将掺杂剂引入到岛状氧化物半导体层的一部分中;在栅极绝缘层上形成覆盖栅电极层的侧面及绝缘层的侧面的侧壁绝缘层;在岛状氧化物半导体层、栅极绝缘层、栅电极层、绝缘层及侧壁绝缘层上形成导电层;在导电层上形成层间绝缘层;以及通过化学机械抛光法,直到使栅电极层上的绝缘层露出去除层间绝缘层及导电层而分割导电层,来形成源电极层及漏电极层。另外,也可以进行从氧化物半导体层释放氢或水分的加热处理(脱水化处理或脱氢化处理)。此外,当作为氧化物半导体层使用结晶氧化物半导体层时,也可以进行用来晶化的加热处理。另外,也可以将氧供应到氧化物半导体层中。由于脱水化处理或脱氢化处理,有可能构成氧化物半导体的主要成分材料的氧同时脱离而减少。在氧化物半导体层中,氧脱离的部分存在有氧缺损,而起因于该氧缺损会产生导致晶体管的电特性变动的施主能级。例如,通过以接触于氧化物半导体层的方式设置成为氧的供应源的包含较多(过剩的)氧的绝缘层,可以从该绝缘层对氧化物半导体层供应氧。在上述结构中,也可以通过在进行了脱水化处理或脱氢化处理的氧化物半导体层的至少一部分与包含较多氧的绝缘层接触的状态下进行加热处理来对氧化物半导体层供应氧。另外,为了对氧化物半导体层供应充分的氧而使氧化物半导体层中过饱和氧,也可以以夹着氧化物半导体层且与此接触的方式设置包含过剩的氧的绝缘层(氧化硅等)。另外,也可以对进行了脱水化处理或脱氢化处理的氧化物半导体层引入氧(至少包含氧自由基、氧原子和氧离子中的任何一个)而将氧供应到氧化物半导体层。作为氧的引入方法,可以使用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没式离子注入法、在包含氧的气氛下进行的等离子体处理等。减少水分或氢等杂质而实现高纯度化的氧化物半导体(purifiedOS)可以通过之后对氧化物半导体供应氧减少氧化物半导体中的氧缺损,来成为i型(本征)氧化物半导体或无限趋近于i型(实际上i型化)的氧化物半导体。作为其中形成沟道的半导体层使用i型或实际上i型化的氧化物半导体的晶体管具有截止电流显著低的特性。具体而言,氧化物半导体层的氢浓度为5×1019atoms/cm3以下,优选为5×1018atoms/cm3以下,更优选为5×1017atoms/cm3以下。另外,通过二次离子质谱分析技术(SIMS:SecondaryIo本文档来自技高网...
半导体装置的制造方法

【技术保护点】
一种半导体装置,包括:在包含绝缘表面的氧化物绝缘层上的岛状氧化物半导体层;在所述岛状氧化物半导体层上的源电极层和漏电极层;在所述岛状氧化物半导体层上的栅极绝缘层;在所述栅极绝缘层上的栅电极层;在所述栅电极层上的绝缘层,所述绝缘层与所述栅电极层重叠;在所述栅极绝缘层上的侧壁绝缘层,所述侧壁绝缘层覆盖所述栅电极层的侧面和所述绝缘层的侧面;在所述岛状氧化物半导体层、所述栅极绝缘层、所述栅电极层、所述绝缘层和所述侧壁绝缘层上的导电层;以及在所述源电极层和所述漏电极层上的层间绝缘层,其中,所述岛状氧化物半导体层的源区包含掺杂剂,所述岛状氧化物半导体层包含在所述岛状氧化物半导体层的顶面附近的区域,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的氯浓度为3.4×10

【技术特征摘要】
2011.11.30 JP 2011-2630271.一种半导体装置,包括:在包含绝缘表面的氧化物绝缘层上的岛状氧化物半导体层;在所述岛状氧化物半导体层上的源电极层和漏电极层;在所述岛状氧化物半导体层上的栅极绝缘层;在所述栅极绝缘层上的栅电极层;在所述栅电极层上的绝缘层,所述绝缘层与所述栅电极层重叠;在所述栅极绝缘层上的侧壁绝缘层,所述侧壁绝缘层覆盖所述栅电极层的侧面和所述绝缘层的侧面;在所述岛状氧化物半导体层、所述栅极绝缘层、所述栅电极层、所述绝缘层和所述侧壁绝缘层上的导电层;以及在所述源电极层和所述漏电极层上的层间绝缘层,其中,所述岛状氧化物半导体层的源区包含掺杂剂,所述岛状氧化物半导体层包含在所述岛状氧化物半导体层的顶面附近的区域,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的氯浓度为3.4×1017atoms/cm3以下,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的硼浓度为4.5×1018atoms/cm3以下,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的铝浓度为7.5×1017atoms/cm3以下,并且当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的氟浓度为8.9×1018atoms/cm3以下。2.根据权利要求1所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层含有过剩的氧。3.根据权利要求1所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层是氧化硅膜。4.根据权利要求1所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层包含氧化硅,所述氧化硅的组成式是SiO2+α,并且α>0。5.根据权利要求1所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层能够对所述岛状氧化物半导体层供应氧。6.根据权利要求1所述的半导体装置,还包括在所述层间绝缘层上的含有氧化铝的层。7.一种半导体装置,包括:在包含绝缘表面的氧化物绝缘层上的岛状氧化物半导体层;在所述岛状氧化物半导体层上的源电极层和漏电极层;在所述岛状氧化物半导体层上的栅极绝缘层;在所述栅极绝缘层上的栅电极层;在所述栅电极层上的绝缘层,所述绝缘层与所述栅电极层重叠;在所述栅极绝缘层上的侧壁绝缘层,所述侧壁绝缘层覆盖所述栅电极层的侧面和所述绝缘层的侧面;所述岛状氧化物半导体层、所述栅极绝缘层、所述栅电极层、所述绝缘层和所述侧壁绝缘层上的导电层;以及在所述源电极层和所述漏电极层上的层间绝缘层,其中,所述岛状氧化物半导体层的源区包含掺杂剂,所述岛状氧化物半导体层包含在所述岛状氧化物半导体层的顶面附近的区域,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的氯浓度为3.3×1017atoms/cm3以下,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的硼浓度为1.2×1018atoms/cm3以下,当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的铝浓度为不用顾及的程度,并且当通过二次离子质谱分析技术进行测量时,所述区域中的氟浓度为7.2×1018atoms/cm3以下。8.根据权利要求7所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层含有过剩的氧。9.根据权利要求7所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层是氧化硅膜。10.根据权利要求7所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层包含氧化硅,所述氧化硅的组成式是SiO2+α,并且α>0。11.根据权利要求7所述的半导体装置,其中,所述氧化物绝缘层能够对所述岛状氧化物半导体层供应氧。12.根据权利要求7所述的半导体装置,还包括在所述层间绝缘层上的含有氧化铝的层。13.一种半导体装置,包括:在包含绝缘表面的氧化物绝缘层上的岛状氧化物半导体层;在所述岛状氧化物半导体层上的源电极层和漏电极层;在所述岛状氧化物半导体层上的栅极绝缘层;在所述栅极绝缘层上的栅电极层;在所述栅电极层上的绝缘层,所述绝缘层与所述栅电极层重叠;在所述栅极绝缘层上的侧壁绝缘层,所述侧壁绝缘层覆盖所述栅电极层的侧面和所述绝缘层的侧面;在所述岛状氧化物半导体层、所述栅极绝缘层、所述栅电极层、所述绝缘层和所述侧壁绝缘层上的导电层;以及在所述源电极层和所述漏电极层上的层间绝缘层,其中,所述岛状氧化物半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员:恵木勇司须泽英臣笹川慎也
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

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