半导体装置及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

一种使用氧化物半导体的半导体装置，其具有稳定的电特性和高可靠性。在具有氧化物半导体膜的底栅的晶体管的制造工序中，进行通过热处理的脱水化或脱氢化以及进行氧掺杂处理。具有受到通过热处理的脱水化或脱氢化以及氧掺杂处理的氧化物半导体膜的晶体管是具有高可靠性的晶体管，其中在偏压－热应力试验（BT试验）中晶体管的阈值电压的变化量可以减小。

【技术实现步骤摘要】

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通常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、半导体电路以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构成晶体管的技术备受关注。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）那样的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜材料，硅类半导体材料广为人知。但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，已经公开一种晶体管，其活性层使用其电子载流子浓度低于1018/cm3的包含铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）的非晶氧化物（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。然而，在形成装置的工序中发生形成电子给体的氢、水分的混入等时，氧化物半导体的导电率可能变化。这种现象成为使用氧化物半导体的晶体管的电特性变动的主要原因。
技术实现思路
鉴于这种问题，本专利技术的目的之一是对使用氧化物半导体的半导体装置赋予稳定的电特性，以实现高可靠性。在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中，通过热处理进行脱水化或脱氢化并进行氧掺杂处理。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，包括如下步骤：形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；对去除氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理，以对氧化物半导体膜供应氧原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；以及在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触的绝缘膜。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，包括如下步骤：形成栅电极层；在栅电极层上形成包含氧原子作为其成分的栅极绝缘膜；对栅极绝缘膜进行氧掺杂处理，以对栅极绝缘膜供应氧原子；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；对去除氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理，以对氧化物半导体膜中供应氧原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触且包含氧原子作为其成分的绝缘膜；以及对绝缘膜进行氧掺杂处理，以对绝缘膜供应氧原子。本专利技术的一个实施方式是一种半导体装置，包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层；设置在源电极层及漏电极层上的与氧化物半导体膜接触的绝缘膜；以及绝缘膜上的与源电极层或漏电极层电连接的布线层。根据本实施方式，布线层设置在通过去除绝缘膜的一部分、源电极层的一部分来形成的开口中，以及在通过去除绝缘膜的一部分、漏电极层的一部分来形成的开口中；在开口中去除源电极层的一部分及漏电极层的一部分，以便在源电极层及漏电极层中形成凹部；并且布线层在开口中与源电极层及漏电极层的凹部的内壁面及厚度薄的底面接触地设置，并且，在源电极层及漏电极层中，凹部的底面的氧浓度低于源电极层及漏电极层顶面的氧浓度。本专利技术的一个实施方式是一种半导体装置，其中在上述结构中的氧化物半导体膜包含区域，该区域的氧含量大于根据氧化物半导体膜的氧化物半导体的晶态下的化学计量组成比的氧含量。本专利技术的一个实施方式是一种半导体装置，其中在上述结构中的氧化物半导体膜包含区域，该区域的氧含量至少在与绝缘膜的界面或其附近，大于根据氧化物半导体膜的氧化物半导体的晶态下的化学计量组成比的氧含量。这里，上述“氧掺杂”是指将氧（至少包含氧自由基、氧原子、氧离子中的任一种）添加到块（bulk）中的处理。该术语“块”是为了明确显示不仅将氧添加到薄膜顶面还将氧添加到薄膜内部的目的而使用。另外，“氧掺杂”包括将等离子体化的氧添加到块中的“氧等离子体掺杂”。在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中，通过进行氧掺杂处理，可以在栅极绝缘膜（块）、氧化物半导体膜（块）、绝缘膜（块）、栅极绝缘膜与氧化物半导体膜的界面、氧化物半导体膜与绝缘膜的界面中的至少一处，设置存在有大于该膜的化学计量比的氧含量的氧过量区域。氧的含量优选为大于化学计量比且小于化学计量比的4倍，更优选为大于化学计量比且小于化学计量比的2倍。大于化学计量比的氧含量过量的氧化物，是指例如满足2g>3a+3b+2c+4d+3e+2f（g大于1.5a+1.5b+c+2d+1.5e+f）的氧化物，其中该氧化物以InaGabZncSidAleMgfOg（a，b，c，d，e，f，g≥0：a，b，c，d，e，f，g为0以上）表示。另外，通过由氧掺杂处理添加的氧有可能存在于氧化物半导体的晶格之间。另外，也可以在栅极绝缘膜、氧化物半导体膜以及绝缘膜中的两处以上设置上述氧过量区域。例如，在制造工序中，可以通过进行氧掺杂处理，在栅极绝缘膜与氧化物半导体膜的界面、氧化物半导体膜（块）、以及氧化物半导体膜与绝缘膜的界面的每一处设置氧过量区域。另外，在没有缺陷（氧缺少）的氧化物半导体中，只要包含相同于化学计量比的氧量即可，但是为了确保如抑制晶体管的阈值电压变动的可靠性，优选使氧化物半导体包含大于化学计量比的氧量。与此同样，在没有缺陷（氧缺少）的氧化物半导体中，不需要将氧过量的绝缘膜用作基底膜，但是为了确保如抑制晶体管的阈值电压变动的可靠性，考虑到在氧化物半导体层中可能产生氧缺少的状态，而优选将氧过量的绝缘膜用作基底膜。另外，对氧化物半导体膜进行采用热处理的脱水化或脱氢化，去除氧化物半导体膜中的氢原子或水等包含氢原子的杂质，来使氧化物半导体膜高纯度化。这里，将由氧掺杂处理而添加的氧量设定为比由脱水化或脱氢化而被高纯度化了的氧化物半导体膜中的氢量多。在上述层叠的栅极绝缘膜、氧化物半导体膜以及绝缘膜的至少一个中的过量氧扩散并与引起不稳定性的氢起反应，来固定氢（使氢成为不动离子）。也就是说，可以降低（或充分减小）可靠性上的不稳定性。另外，通过形成氧过量状态，可以减小由氧缺少而引起的阈值电压Vth的变动，并可以降低阈值电压的偏移量ΔVth。在此，描述通过上述“氧等离子体掺杂”处理将氧添加到块中的状态。注意，在对包含氧作为其一成分的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理时，一般来说，确认氧浓度的增减是很困难的。由此，这里使用硅片来确认氧掺杂处理的效果。氧掺杂处理通过利用电感耦合等离子体（ICP：Inductively Coupled Plasma）方式来进行。其条件如下：ICP功率为800W、RF偏置功率为300W或0W、压力为1.5Pa、气体流量为75sccm、衬底温度为70℃。图15示出根据SIMS（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次离子质谱）分析的硅片的深度方向的氧浓度分布。在图15中，纵轴表示氧浓度，横轴表示离硅片顶面的深度。根据图15，可以确认在RF偏置功率为0W的情况或RF偏置功率为300W的情况都添加有氧。另外，可以确认在R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在等离子体装置的工作台上设置衬底，在所述衬底设置有氧化物半导体和绝缘膜，     其中，所述工作台连接至高频电源；     并且其中，所述氧化物半导体设置在所述衬底上，并且所述绝缘膜设置在所述氧化物半导体上；以及通过将来自所述高频电源的高频电力施加到所述工作台来对所述绝缘膜进行氧掺杂处理，以便将氧供给至所述绝缘膜。

【技术特征摘要】
2010.04.23 JP 2010-1003431.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在等离子体装置的工作台上设置衬底，在所述衬底设置有氧化物半导体和绝缘膜，
     其中，所述工作台连接至高频电源；
     并且其中，所述氧化物半导体设置在所述衬底上，并且所述绝缘膜设置在所述氧化物半导体上；以及
通过将来自所述高频电源的高频电力施加到所述工作台来对所述绝缘膜进行氧掺杂处理，以便将氧供给至所述绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述绝缘膜是从由氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜以及氧化镓膜组成的组中选择的绝缘膜。
3.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上形成氧化物半导体；
在所述氧化物半导体上形成第一绝缘膜；
在等离子体装置的工作台上设置所述衬底，在所述衬底设置有所述氧化物半导体和所述第一绝缘膜，其中，所述工作台连接至高频电源；
通过将来自所述高频电源的高频电力施加到所述工作台来对所述第一绝缘膜进行氧掺杂处理，以便将氧供给至所述第一绝缘膜；
在进行所述氧掺杂处理后进行热处理；以及
在所述第一绝缘膜上形成第...

【专利技术属性】
技术研发人员：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