制造半导体装置的方法制造方法及图纸

可以使用更大的衬底，并且通过形成具有高结晶性程度的氧化物半导体层，可以制造具有所希望的高场效应迁移率的晶体管，由此可以实现大型显示装置或高性能半导体装置等的实用化。在衬底上形成第一多元氧化物半导体层，以及在第一多元氧化物半导体层上形成单元氧化物半导体层；然后，通过在500℃以上1000℃以下，优选为550℃以上750℃以下进行加热处理从表面向内部进行结晶生长，使得形成包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层及包含单晶区域的单元氧化物半导体层；以及在包含单晶区域的单元氧化物半导体层上层叠包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层。

【技术实现步骤摘要】
制造半导体装置的方法
本专利技术涉及包括作为元件包含晶体管等至少一个半导体元件的电路的半导体装置及其制造方法。例如，本专利技术涉及作为部件包括安装在电源电路中的功率器件、包括存储器、闸流晶体管、转换器、图像传感器等的半导体集成电路、以液晶显示面板为代表的电光学装置和包括发光元件的发光显示装置中的任何一种的电子装置。在本说明书中，半导体装置一般是指能够通过利用半导体特性而工作的装置，因此电光装置、半导体电路及电子装置都是半导体装置。
技术介绍
如通常在液晶显示装置中所见到的那样，使用非晶硅、多晶硅等来制造在玻璃衬底等上形成的晶体管。虽然使用非晶硅制造的晶体管具有低场效应迁移率，但是它具有能够在更大玻璃衬底上形成的优点。另外，虽然使用多晶硅制造的晶体管具有高场效应迁移率，但是它具有不合适于更大玻璃衬底的缺点。与使用硅制造的晶体管不同，使用氧化物半导体制造晶体管，并将其应用于电子装置或光装置的技术受到注目。例如，专利文献1和专利文献2公开了使用氧化锌或基于In-Ga-Zn-O的氧化物作为氧化物半导体来制造晶体管并将这种晶体管用作显示装置的像素的开关元件等的技术。【参考】【专利文献】【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。
技术实现思路
另外，大型显示装置已经变得越来越普及。显示屏幕的对角为40英寸至50英寸的家庭用电视机也已开始广泛使用。使用常规氧化物半导体制造的晶体管的场效应迁移率为10cm2/Vs至20cm2/Vs。因为使用氧化物半导体制造的晶体管的场效应迁移率是使用非晶硅制造的晶体管的的场效应迁移率10倍以上，所以即使在大型显示装置中使用氧化物半导体制造的晶体管也能够提供作为像素的开关元件充分的性能。但是，将使用氧化物半导体制造的晶体管用作半导体装置的驱动器件，例如大型显示装置等的驱动电路中的开关元件时，有一定的限制。本专利技术的一个实施方式的目的在于：通过形成具有高结晶性的程度的氧化物半导体层来实现更大衬底和制造具有所希望的高场效应迁移率的晶体管，并且还实现大型显示装置或高性能的半导体装置等的实用化。根据本专利技术的一个实施方式，在衬底上形成第一多元氧化物半导体层以及在第一多元氧化物半导体层上形成单元氧化物半导体层；然后，通过在500℃以上且1000℃以下的温度下，优选在550℃以上且750℃以下的温度下进行加热处理，从表面向内部进行结晶生长，以形成包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层及包含单晶区域的单元氧化物半导体层；以及在包含单晶区域的单元氧化物半导体层上层叠包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层。注意，包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层中的每个层的单晶区域是在其表面晶体取向一致的平板状单晶区域。平板状单晶区域具有平行于其表面的a-b面，并且在垂直于包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层的表面的方向上具有c轴。另外，包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层的c轴方向对应于深度方向。以如下方式形成包含单晶区域的单元氧化物半导体层：在第一多元氧化物半导体层上形成单元氧化物半导体层，以及然后，通过在500℃以上且1000℃以下的温度下，优选在550℃以上且750℃以下的温度下进行加热处理，使得从表面向内部进行结晶生长。以从表面沿深度方向进行结晶生长的方式形成在包含单晶区域的单元氧化物半导体层的表面的并且在相同晶体方向上取向晶体的单晶区域；所以可以以不受到单元氧化物半导体层的基底部件的影响的方式形成单晶区域。另外，通过使用该包含单晶区域的单元氧化物半导体层作为晶种从第一多元氧化物半导体层的表面进行外延生长或轴向生长，以进行第一多元氧化物半导体层的结晶生长，使得可以以不受到第一多元氧化物半导体层的基底部件的影响的方式形成单晶区域。包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层可以通过如下方式而形成：在包含单晶区域的单元氧化物半导体层上形成第二多元氧化物半导体层，以及然后，通过在100℃以上且500℃以下的温度下，优选在150℃以上且400℃以下的温度下进行加热处理，使得从包含单晶区域的单元氧化物半导体层的表面向上方的第二多元氧化物半导体层的表面进行结晶生长。就是说，包含单晶区域的单元氧化物半导体层对于第二多元氧化物半导体层来说相当于晶种。另外，包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层可以通过如下方式而形成：通过在200℃以上且600℃以下的温度下，优选在200℃以上且550℃以下的温度下加热的同时通常通过溅射法在包含单晶区域的单元氧化物半导体层上沉积第二多元氧化物半导体层，使得从包含单晶区域的单元氧化物半导体层的表面进行外延生长或轴向生长，以及可以形成包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层。就是说，包含单晶区域的单元氧化物半导体层对于包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层来说相当于晶种。因为通过使用包含单晶区域的单元氧化物半导体层作为晶种而进行结晶生长，所以包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层具有与包含单晶区域的单元氧化物半导体层基本上相同的晶体方向。然后，将包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层蚀刻为岛状；在具有岛状的包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层上形成源电极及漏电极；形成栅极绝缘层和栅电极，由此可以制造顶栅型晶体管。备选地，在衬底上形成栅电极及栅极绝缘层，在栅极绝缘层上形成包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层，将该包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层蚀刻为岛状，以及形成源电极及漏电极，由此可以制造底栅型晶体管。另外，根据本专利技术的一个实施方式，一种包括薄膜晶体管的半导体装置，该薄膜晶体管具有：具有包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层的氧化物半导体叠层体，栅电极，设置在氧化物半导体叠层体与栅电极之间的栅极绝缘层，以及电连接于氧化物半导体叠层体的布线。优选在几乎不包含氢及水分的气氛(氮气氛、氧气氛或干燥空气气氛等)进行用来形成包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层及包含单晶区域的单元氧化物半导体层的加热处理及用来形成包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层的加热处理。通过进行该加热处理，可以进行用来使氢、水、羟基或氢化物等从单元氧化物半导体层及多元氧化物半导体层中脱离的脱水化或脱氢化，而可以使得包含单晶区域的第一多元氧化物半导体层、包含单晶区域的单元氧化物半导体层以及包含单晶区域的第二多元氧化物半导体层高纯度化。可以用以下方式来进行加热处理：在惰性气氛中进行增加温度，以及然后在过程期间气氛转换成包含氧的气氛。在氧气氛中进行加热处理的情况下，使氧化物半导体层氧化，由此可以修复氧缺陷。即使在高达450℃时对被进行了该加热处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：衬底；以及在所述衬底上的晶体管，所述晶体管包括：第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上的第二氧化物半导体层，所述第二氧化物半导体层包括结晶区域；在所述第二氧化物半导体层上的第三氧化物半导体层；在所述第三氧化物半导体层上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上的栅电极；在所述第三氧化物半导体层上且与其直接接触的源电极；以及在所述第三氧化物半导体层上且与其直接接触的漏电极，其中所述结晶区域包括其中c‑轴基本上垂直于所述第二氧化物半导体层的表面的晶体结构。

【技术特征摘要】
2009.12.28 JP 2009-2968251.一种半导体装置，包括：衬底；以及在所述衬底上的晶体管，所述晶体管包括：第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层包括第一结晶区域；在所述第一氧化物半导体层上的第二氧化物半导体层，所述第二氧化物半导体层包括第二结晶区域；在所述第二氧化物半导体层上的第三氧化物半导体层，所述第三氧化物半导体层包括第三结晶区域；在所述第三氧化物半导体层上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上的栅电极；在所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层上且与它们直接接触的源电极；以及在所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层上且与它们直接接触的漏电极，其中所述第二结晶区域包括其中c-轴垂直于所述第二氧化物半导体层的表面的晶体结构。2.一种半导体装置，包括：衬底；在所述衬底上的晶体管，以及电连接到所述晶体管的布线，其中所述晶体管包括：第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层包括第一结晶区域；在所述第一氧化物半导体层上的第二氧化物半导体层，所述第二氧化物半导体层包括第二结晶区域；在所述第二氧化物半导体层上的第三氧化物半导体层，所述第三氧化物半导体层包括第三结晶区域；在所述第三氧化物半导体层上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上的栅电极；与所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层直接接触的源电极；以及与所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层直接接触的漏电极，其中所述源电极电连接到所述布线中的一个，其中所述漏电极电连接到所述布线中的另一个，以及其中所述第二结晶区域包括其中c-轴垂直于所述第二氧化物半导体层的表面的晶体结构。3.一种半导体装置，包括：衬底；以及在所述衬底上的晶体管，所述晶体管包括：第一氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，广桥拓也，高桥正弘，岛津贵志，
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