半导体装置、其制造方法、显示装置以及电子设备制造方法及图纸

包括氧化物半导体膜的晶体管的场效应迁移率及其可靠性得到提高。本发明专利技术提供一种包括氧化物半导体膜的半导体装置。该半导体装置包括：第一绝缘膜；第一绝缘膜上的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的第二绝缘膜及第三绝缘膜；以及第二绝缘膜上的栅电极。第二绝缘膜包括氧氮化硅膜。当通过氧等离子体处理对第二绝缘膜添加过剩氧时，可以对氧化物半导体膜高效地供应氧。

Semiconductor device, its manufacturing method, display device and electronic device

Field effect mobility and reliability of transistors including oxide semiconductor films have been improved. The invention provides a semiconductor device including an oxide semiconductor film. The semiconductor device comprises a first insulating film, an oxide semiconductor film on the first insulating film, a second insulating film and a third insulating film on the oxide semiconductor film, and a gate electrode on the second insulating film. The second insulating film consists of silicon nitride film. When excess oxygen is added to the second insulating film by oxygen plasma treatment, oxygen can be efficiently supplied to the oxide semiconductor film.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置、其制造方法、显示装置以及电子设备
本专利技术的一个实施方式涉及一种包括氧化物半导体膜的半导体装置、半导体装置的制造方法、包括该半导体装置的显示装置以及包括该半导体装置的电子设备。注意，本专利技术的一个实施方式不局限于上述
本说明书等所公开的专利技术的一个实施方式的
涉及一种物体、方法或制造方法。此外，本专利技术的一个实施方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(compositionofmatter)。本专利技术的一个实施方式尤其涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、其驱动方法或其制造方法。注意，在本说明书等中，半导体装置通常是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置。晶体管、半导体电路、运算装置、存储装置等半导体元件都是半导体装置的一个实施方式。摄像装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、电光装置、发电装置(包括薄膜太阳能电池或有机薄膜太阳能电池等)及电子设备有时各自包括半导体装置。
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形成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于如集成电路(IC)或图像显示装置(显示装置)等电子器件。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料被周知。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，已公开有一种包括电子载流子浓度低于1018/cm3并包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的非晶氧化物的活性层的晶体管(参照专利文献1)。虽然包括氧化物半导体的晶体管的工作速度可以比包括非晶硅的晶体管快，并且与包括多晶硅的晶体管相比可以更容易制造，但是，已知包括氧化物半导体的晶体管具有电特性容易变动而导致其可靠性降低的问题。例如，在偏压-热应力测试(BT测试)后，晶体管的阈值电压会变动。注意，在本说明书中，阈值电压是指为了使晶体管处于开启状态所需要的栅极电压。栅极电压是指以源极电位为基准电位时的源极电位与栅极电位之间的电位差。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开第2006-165528号公报
技术实现思路
在将氧化物半导体膜用于沟道区域的晶体管中，可能形成在氧化物半导体膜中的氧缺陷对晶体管特性造成负面影响。例如，当在氧化物半导体膜中形成有氧缺陷时，该氧缺陷与氢键合而被用作载流子供应源。生成在氧化物半导体膜中的载流子供应源引起包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性发生变动，典型的是，阈值电压的漂移。例如，氧化物半导体膜中的过多氧缺陷使晶体管的阈值电压向负方向漂移，而使晶体管具有常开启特性。因此，优选氧化物半导体膜中，尤其是沟道区域中的氧缺陷较少或者氧缺陷量为不会使晶体管变为具有常开启特性程度。栅极绝缘膜中的载流子陷阱中心会导致晶体管的阈值电压漂移。虽然载流子陷阱中心的个数优选少，但是在形成栅极绝缘膜之后进行等离子体处理等处理的情况下，有时会增加。鉴于上述问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是防止具有氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动并提高晶体管的可靠性。本专利技术的一个实施方式的其他目的之一是提供一种新颖的半导体装置。此外，本专利技术的一个实施方式的其他目的之一是提供一种新颖的显示装置。注意，上述目的的记载不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述目的。在本专利技术的一个实施方式中，上述目的以外的目的从说明书等的记载看来是显而易见的，并可以从说明书等中抽取上述目的以外的目的。本专利技术的一个实施方式是一种包括具有氧化物半导体膜的晶体管的半导体装置。晶体管包括：衬底上的氧化物半导体膜；其上的栅极绝缘层；以及其上的栅电极。栅极绝缘层包括氧氮化硅膜。当利用热脱附谱分析法对衬底上的栅极绝缘层进行分析时，在150℃以上且350℃以下的衬底温度呈现相当于氧分子的质荷比M/z为32的释放气体量的最大峰值。在上述实施方式中，热脱附谱分析法的测量温度优选为80℃以上且500℃以下。在上述实施方式中的任一个中，氧化物半导体膜优选包含In、M和Zn，M为Al、Ga、Y或Sn。此外，在上述实施方式中的任一个中，氧化物半导体膜优选包含具有c轴取向性的结晶部。本专利技术的其他实施方式是一种包括上述实施方式中的任一个的半导体装置和显示元件的显示装置。本专利技术的其他实施方式是一种包括上述显示装置和触摸传感器的显示模块。本专利技术的其他实施方式是一种包括上述实施方式中的任一个的半导体装置、上述显示装置或上述显示模块；以及操作键或电池的电子设备。本专利技术的其他实施方式是一种设置有包括氧化物半导体膜的晶体管的半导体装置的制造方法。在衬底上形成氧化物半导体膜；在其上形成至少包括氧氮化硅膜的栅极绝缘层；对栅极绝缘层进行氧等离子体处理。在栅极绝缘层上形成栅电极之后，以150℃以上且450℃以下的温度进行加热处理来使栅极绝缘层中的氧扩散到氧化物半导体膜中，且降低氧化物半导体膜的导电率。在上述实施方式中，氧等离子体处理优选以350℃以下的衬底温度进行。在上述实施方式中的任一个中，氧氮化硅膜优选利用等离子体CVD法以350℃以下的衬底温度形成。本专利技术的其他实施方式是一种设置有包括氧化物半导体膜的晶体管的半导体装置的制造方法。在衬底上形成氧化物半导体膜；在其上形成至少包括氧氮化硅膜的栅极绝缘层。在栅极绝缘层上利用溅射法在包含氧的气氛下沉积氧化物半导体，由此，边对栅极绝缘层添加氧边形成栅电极。然后，以150℃以上且450℃以下的温度进行加热处理来使栅极绝缘层中的氧扩散到氧化物半导体膜中，且降低氧化物半导体膜的导电率。通过本专利技术的一个实施方式，可以防止包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动并提高晶体管的可靠性。通过本专利技术的一个实施方式，可以提供一种新颖的半导体装置。通过本专利技术的一个实施方式，可以提供一种新颖的显示装置。注意，上述效果的记载不妨碍其他效果的存在。本专利技术的一个实施方式并不需要实现所有上述效果。上述效果以外的目的从说明书、附图、权利要求书等的记载看来是显而易见的，并可以从上述说明书、附图、权利要求书等的记载中抽取上述效果以外的效果。附图说明图1A至图1C是示出半导体装置的俯视图及截面图。图2A至图2C是示出半导体装置的俯视图及截面图。图3A和图3B是示出半导体装置的截面图。图4A和图4B是示出半导体装置的截面图。图5A至图5D是示出半导体装置的制造方法的截面图。图6A至图6C是示出半导体装置的制造方法的截面图。图7A至图7C是示出半导体装置的制造方法的截面图。图8A至图8C各自示出本专利技术的一个实施方式的氧化物半导体的原子个数比的范围。图9A至图9C是氧化物半导体的叠层结构的能带图。图10A至图10C示出本专利技术的一个实施方式的氧氮化硅膜的评价结果。图11A和图11B示出本专利技术的一个实施方式的氧氮化硅膜的评价结果。图12A至图12C示出本专利技术的一个实施方式的氧氮化硅膜的评价结果。图13A和图13B是示出半导体装置的制造方法的截面图。图14A至图14C示出本专利技术的一个实施方式的氧扩散的效果。图15是示出显示装置的一个实施方式的俯视图。图16是示出显示装置的一个实施方式的截面图。图17是示出显示装置的一个实施方式的截面图。图18是示出显示装置的一个实施方式的截面图。图19是示出显示装置的一个实施方式的截面图。图20是示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括晶体管的半导体装置，该晶体管包括：衬底上的氧化物半导体膜；所述氧化物半导体膜上的栅极绝缘层；以及所述栅极绝缘层上的栅电极，其中，所述栅极绝缘层包括氧氮化硅膜，并且，当利用热脱附谱分析法对所述栅极绝缘层进行分析时，在150℃以上且350℃以下的衬底温度处观察到质荷比M/z＝32的释放气体量的最大峰值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 JP 2016-028586;2016.09.30 JP 2016-193211.一种包括晶体管的半导体装置，该晶体管包括：衬底上的氧化物半导体膜；所述氧化物半导体膜上的栅极绝缘层；以及所述栅极绝缘层上的栅电极，其中，所述栅极绝缘层包括氧氮化硅膜，并且，当利用热脱附谱分析法对所述栅极绝缘层进行分析时，在150℃以上且350℃以下的衬底温度处观察到质荷比M/z＝32的释放气体量的最大峰值。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述质荷比M/z＝32的所述释放气体相当于氧分子。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述热脱附谱分析法在80℃至500℃的衬底温度范围内进行。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜包含In、M和Zn，其中M为Al、Ga、Y和Sn中的一个。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体膜包括结晶部，并且所述结晶部具有c轴取向性。6.一种包括权利要求1所述的半导体装置的显示装置。7.一种显示模块，包括：权利要求6所述的显示装置；以及触摸传感器。8.一种电子设备，包括：权利要求6所述的显示装置；以及操作键和电池中的至少一个。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：神长正美，肥冢纯一，羽持贵士，保坂泰靖，
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