半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

减少包括氧化物半导体膜的半导体装置的氧化物半导体膜中的缺陷。另外，提高包括氧化物半导体膜的半导体装置的电特性。另外，提高包括氧化物半导体膜的半导体装置的可靠性。在本发明专利技术的半导体装置中，该半导体装置包括晶体管、覆盖该晶体管的第一氧化物绝缘膜以及该第一氧化物绝缘膜上的第二氧化物绝缘膜，上述晶体管包括形成在衬底上的栅电极、覆盖栅电极的栅极绝缘膜、隔着栅极绝缘膜与栅电极重叠的多层膜、以及与多层膜相接的一对电极，多层膜包括氧化物半导体膜、以及含有In或Ga的氧化物膜，第一氧化物绝缘膜为使氧透过的氧化物绝缘膜，第二氧化物绝缘膜为包含超过化学计量组成的氧的氧化物绝缘膜。

Semiconductor device and manufacturing method thereof

The defects in oxide semiconductor films of semiconductor devices including oxide semiconductor films are reduced. In addition, the electrical characteristics of semiconductor devices including oxide semiconductor films are improved. In addition, the reliability of semiconductor devices including oxide semiconductor films is improved. In the semiconductor device of the invention, the semiconductor device comprises a transistor, a first oxide insulating film covering the transistor, and a second oxide insulating film on the first oxide insulating film, the transistor comprises a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating film covering the gate electrode, a gate insulating film separating the gate electrode from the gate insulating film, and a second oxide insulating film on the first oxide insulating film. The gate electrode overlaps with a multilayer film and a pair of electrodes connected with a multilayer film. The multilayer film comprises an oxide semiconductor film and an oxide film containing in or Ga. The first oxide insulating film is an oxide insulating film for oxygen permeation, and the second oxide insulating film is an oxide insulating film containing more than stoichiometric oxygen.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法本申请是申请日为2013年10月24日、申请号为“201310511688.5”、题为“半导体装置及其制造方法”的分案申请。
本专利技术涉及一种物品、方法或者制造方法。另外，本专利技术涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者物质组成(compositionofmatter)。例如，本专利技术尤其涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、上述装置的驱动方法或者上述装置的制造方法。例如，本专利技术尤其涉及一种包括氧化物半导体的半导体装置、显示装置或者发光装置。例如，本专利技术尤其涉及一种包括晶体管的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
用在以液晶显示装置或发光显示装置为代表的大部分的平板显示器中的晶体管由形成于玻璃衬底上的非晶硅、单晶硅或多晶硅等硅半导体来构成。此外，使用了该硅半导体的晶体管也用在集成电路(IC)等中。近年来，在晶体管中使用呈现半导体特性的金属氧化物以代替硅半导体的技术受到瞩目。另外，在本说明书中，将呈现半导体特性的金属氧化物称为“氧化物半导体”。例如，已公开了如下技术，即作为氧化物半导体，使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物来制造晶体管，并将该晶体管用作显示装置的像素的开关元件等的技术(参照专利文献1及专利文献2)。[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报在包括氧化物半导体膜的晶体管中，当氧化物半导体膜中所含的氧缺损量较多时，不仅导致晶体管的电特性不良，而且由此在随时间的变化或当进行应力测试(例如，偏压温度(BT：Bias-Temperature)应力测试)中导致晶体管的电特性，典型的阈值电压的变动量增大。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是减少包括氧化物半导体膜的半导体装置等的氧化物半导体膜中的缺陷。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提高包括氧化物半导体膜的半导体装置等的电特性。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提高包括氧化物半导体膜的半导体装置等的可靠性。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种截止电流(off-statecurrent)较小的半导体装置等。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种耗电量低的半导体装置等。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种能够减轻眼睛疲劳的显示装置等。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种包括透明半导体膜的半导体装置等。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置等。另外，本专利技术的一个实施方式的目的之一是提供一种具有优良特性的半导体装置等。另外，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。此外，本专利技术的一个实施方式并不需要实现上述所有目的。另外，从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并可以取得上述以外的目的。本专利技术的一个实施方式是一种半导体装置，该半导体装置包括晶体管、覆盖该晶体管的第一氧化物绝缘膜以及形成在该第一氧化物绝缘膜上的第二氧化物绝缘膜，其中，上述晶体管包括形成在衬底上的栅电极、覆盖栅电极的栅极绝缘膜、隔着栅极绝缘膜与栅电极重叠的多层膜、以及与多层膜相接的一对电极，多层膜包括氧化物半导体膜、以及含有In或Ga的氧化物膜，第一氧化物绝缘膜为使氧透过的氧化物绝缘膜，第二氧化物绝缘膜为包含超过化学计量组成的氧的氧化物绝缘膜，晶体管在进行偏压温度应力测试时其阈值电压不发生变动、或者向正方向或负方向的变动量为1.0V以下，优选为0.5V以下。另外，氧化物半导体膜优选含有In或Ga。另外，与氧化物半导体膜的传导带底的能量相比，含有In或Ga的氧化物膜的传导带底的能量近于真空能级。进而，含有In或Ga的氧化物膜的传导带底与氧化物半导体膜的传导带底之间的能量差优选为0.05eV以上且2eV以下。由于真空能级与传导带底之间的能量差被称为电子亲和势，所以优选的是含有In或Ga的氧化物膜的电子亲和势小于氧化物半导体膜的电子亲和势，其差异为0.05eV以上且2eV以下。另外，氧化物半导体膜及含有In或Ga的氧化物膜优选为In-M-Zn氧化物膜(M为Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，优选含有In或Ga的氧化物膜中的M原子的比率大于氧化物半导体膜中的M原子的比率。另外，在多层膜中，优选利用恒定光电流法(CPM:ConstantPhotocurrentMethod)所得到的吸收系数低于1×10-3/cm。另外，优选氧化物半导体膜与含有In或Ga的氧化物膜之间的硅浓度及碳浓度低于2×1018atoms/cm3。另外，本专利技术的一个实施方式是一种半导体装置的制造方法，该制造方法包括如下步骤：形成栅电极及栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成包括氧化物半导体膜、以及含有In或Ga的氧化物膜的多层膜；形成与多层膜的相接一对电极；在多层膜及一对电极上形成第一氧化物绝缘膜；以及在第一氧化物绝缘膜上形成第二氧化物绝缘膜。在上述方法中，在180℃以上且400℃以下的温度下，保持设置在抽成真空的处理室中的衬底，对处理室导入源气体，将处理室中的压力设定为20Pa以上且250Pa以下，并对设置在处理室中的电极供应高频功率，由此形成第一氧化物绝缘膜。另外，在180℃以上且260℃以下的温度下，保持设置在抽成真空的处理室中的衬底，对处理室导入源气体，将处理室中的压力设定为100Pa以上且250Pa以下，并对设置在处理室中的电极供应0.17W/cm2以上且0.5W/cm2以下的高频功率，由此形成第二氧化物绝缘膜。根据本专利技术的一个实施方式，能够减少包括氧化物半导体膜的半导体装置的氧化物半导体膜中的缺陷。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提高包括氧化物半导体膜的半导体装置的电特性。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提高包括氧化物半导体膜的半导体装置的可靠性。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种截止电流较小的半导体装置等。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种耗电量较低的半导体装置等。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种能够减轻眼睛疲劳的显示装置等。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种包括透明半导体膜的半导体装置等。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种新颖的半导体装置等。另外，通过本专利技术的一个实施方式，能够提供一种具有优良特性的半导体装置等。附图说明图1是说明晶体管的一个实施方式的俯视图、截面图以及说明Vg-Id特性的图；图2是说明晶体管的能带结构的图；图3是说明晶体管的一个实施方式的截面图；图4是说明晶体管的制造方法的一个实施方式的截面图；图5是说明晶体管的一个实施方式的截面图；图6是说明晶体管的一个实施方式的俯视图及截面图；图7是说明晶体管的能带结构的图；图8是说明晶体管的一个实施方式的俯视图及截面图；图9是说明晶体管的制造方法的一个实施方式的截面图；图10是说明晶体管的一个实施方式的俯视图及截面图；图11是说明晶体管的制造方法的一个实施方式的截面图；图12是说明晶体管的一个实施方式的俯视图及截面图；图13是说明晶体管的一个实施方式的截面图；图14是说明半导体装置的一个实施方式的俯视图；图15是说明半导体装置的一个实施方式的截面图；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括晶体管的半导体装置，所述半导体装置包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；在所述氧化物半导体膜上且与所述氧化物半导体膜接触的氧化物膜；在所述氧化物膜上且与所述氧化物膜接触的一对电极；所述一对电极上的第一氧化物绝缘膜；以及所述第一氧化物绝缘膜上的第二氧化物绝缘膜，其中，所述氧化物半导体膜和所述氧化物膜各自包括In、Ga和Zn，其中，所述氧化物半导体膜具有In:Ga:Zn＝x2:y2:z2的原子比率，其中，所述氧化物膜具有In:Ga:Zn＝x1:y1:z1的原子比率，其中，y1/x1大于y2/x2，且其中，所述晶体管的阈值电压在负方向或正方形上发生变动，且变动量小于或等于1.0V。

【技术特征摘要】
2012.10.24 JP 2012-234602;2012.10.24 JP 2012-234601.一种包括晶体管的半导体装置，所述半导体装置包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；在所述氧化物半导体膜上且与所述氧化物半导体膜接触的氧化物膜；在所述氧化物膜上且与所述氧化物膜接触的一对电极；所述一对电极上的第一氧化物绝缘膜；以及所述第一氧化物绝缘膜上的第二氧化物绝缘膜，其中，所述氧化物半导体膜和所述氧化物膜各自包括In、Ga和Zn，其中，所述氧化物半导体膜具有In:Ga:Zn＝x2:y2:z2的原子比率，其中，所述氧化物膜具有In:Ga:Zn＝x1:y1:z1的原子比率，其中，y1/x1大于y2/x2，且其中，所述晶体管的阈值电压在负方向或正方形上发生变动，且变动量小于或等于1.0V。2.一种包括晶体管的半导体装置，所述半导体装置包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；在所述氧化物半导体膜上且与所述氧化物半导体膜接触的氧化物膜；在所述氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：肥塚纯一，岛行德，德永肇，佐佐木俊成，村山佳右，松林大介，
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