层叠的氧化物材料、半导体器件、以及用于制造该半导体器件的方法技术

层叠的氧化物材料、半导体器件、以及用于制造该半导体器件的方法。一个实施例是用于制造层叠的氧化物材料的方法，包括步骤：在基底组件上形成氧化物组分；通过热处理形成从氧化物组分表面向内生长的第一氧化物结晶组分，并在基底组件表面正上方留有非晶组分；以及在该第一氧化物结晶组分上层叠第二氧化物结晶组分。特定地，第一氧化物结晶组分和第二氧化物结晶组分具有共同的c-轴。在共晶生长或异晶生长的情况下导致同轴(轴向)生长。

【技术实现步骤摘要】
层叠的氧化物材料、半导体器件、以及用于制造该半导体器件的方法本申请是申请日为2010年11月2日、申请号为“201080052958.5”、专利技术名称为“层叠的氧化物材料、半导体器件、以及用于制造该半导体器件的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及通过溅射法层叠经受结晶化热处理的膜而形成的层叠的氧化物材料，且该层叠的氧化物材料被用于制造半导体器件。例如，提供了适于被用作晶体管、二极管等中所包含的半导体的材料。此外，本专利技术涉及包含用诸如晶体管之类的半导体元件制成的电路的半导体器件，以及制造该半导体器件的方法。例如，本专利技术涉及被安装在电源电路上的电源器件；包含存储器、半导体闸流管、转换器、图像传感器等的半导体集成电路；以及在其上安装了电光器件(以包含有机发光元件的液晶显示面板或发光显示设备为代表)作为其组件的电子器具。在此说明书中，半导体器件一般地意味着可通过利用半导体特性而工作的器件，并且电光器件、半导体电路，以及电子器具都是半导体器件。
技术介绍
尽管Si是典型的半导体材料，SiC、GaN等也已经被研究作为除了Si之外的半导体材料。然而，SiC、GaN等需要在高于或等于1500℃的温度下经受处理，从而被结晶化且被用作单晶组件；因此，这些半导体材料不可被用于薄膜器件或三维器件。另一方面，近年来，在相对低温下使用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜(具有约数纳米到数百纳米的厚度)形成晶体管的技术已经引起了注意。这些晶体管被广泛地应用于诸如IC和电光器件之类的电子器件，且已经特别地期待它们发展作为图像显示设备的开关元件。有被用于广泛应用的多种金属氧化物。氧化铟是已知材料，且被用作液晶显示器等所必须的透光电极材料。一些金属氧化物具有半导体特性。具有半导体特性的金属氧化物的示例为氧化钨、氧化锡、氧化铟、和氧化锌等。已知有其中使用这种具有半导体特性的金属氧化物来形成沟道形成区的晶体管(专利文献1和专利文献2)。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本公开专利申请No.2007-123861[专利文献2]日本公开专利申请No.2007-096055
技术实现思路
本专利技术的实施例的一个目的在于通过使用溅射法提供适于被用作包含在晶体管、二极管等中的材料。本专利技术的实施例的一个目的在于提供具有高场效应迁移率以及低截止电流的晶体管。此外，本专利技术的实施例的一个目的在于获得被称为常态截止的开关元件并提供具有低功耗的半导体器件。进一步，本专利技术的实施例的一个目的在于提供具有高晶体管性能和高可靠性的晶体管。此外，本专利技术的实施例的一个目的在于提供多产的制造工艺，通过其可用低成本获得包含诸如晶体管之类的半导体元件的半导体器件。进一步，本专利技术的实施例的一个目的在于提供具有高可靠性的晶体管。本说明书中所公开的本专利技术的一个实施例是用于制造层叠的氧化物材料的方法，包括在基底基底组分上形成氧化物组分的步骤；通过热处理形成第一氧化物结晶组分的步骤，所述第一氧化物结晶组分从表面朝着氧化物组分内部生长；以及在该第一氧化物结晶组分上层叠第二氧化物结晶组分的步骤。特定地，第一氧化物结晶组分和第二氧化物结晶组分具有共同的c-轴。在共晶生长或异晶生长的情况下导致同轴(的)生长。注意，第一氧化物结晶组分c-轴对齐地垂直于第一氧化物结晶组分的表面。特定地，当执行外延生长(一种结晶结构的生长)时使用第一非单晶薄膜作为籽晶而引起第二氧化物组分的结晶生长。注意，在a-b平面上，彼此相邻的多个元件是一样的。此外，第一氧化物结晶组分的c-轴方向对应于深度方向。此制造方法的最大特征在于，实现了一种结构，其中在包含任意基底表面的非晶绝缘体(例如，氧化物)上引起晶体生长。本专利技术的另一个实施例是用于制造层叠氧化物材料的方法，包括步骤：在基底组件上形成氧化物组分、通过热处理形成第一氧化物结晶组分并使得非晶组分位于基底组件的表面正上方(所述第一氧化物结晶组分是表面朝着氧化物组分内部生长)、以及将用与第一氧化物结晶组分相同的材料形成并引起共晶生长的第二氧化物结晶组分层叠在第一氧化物结晶组分上。本专利技术的另一个实施例是用于制造层叠氧化物材料的方法，包括步骤：在基底组件上形成氧化物组分、形成第一氧化物结晶组分并使得非晶组分位于基底组件正上方(所述第一氧化物结晶组分从表面朝着氧化物组分内部生长)、以及将用与第一氧化物结晶组分不同的材料形成并引起异晶生长的第二氧化物结晶组分层叠在第一氧化物结晶组分上。在每一种上述制造方法中，通过在高于或等于200℃且低于或等于600℃的沉积期间温度下执行加热的状态中引起晶体生长而获得共晶生长或异晶生长。在每一种上述制造方法中，第一氧化物结晶组分和第二氧化物结晶组分具有高纯度且具有本征导电类型。在每一种上述制造方法中，所层叠的氧化物材料的载流子浓度小于1.0×1012cm－3，优选地小于1.45×1010cm－3。在每一种上述制造方法中，其中晶体被对齐的第一氧化物结晶组分的底部界面被提供为与基底组件相间隔。通过适当地调节氧化物组分的厚度、热处理的条件等，氧化物组分的非晶区域被有意地留在基底组件和其中晶体被对齐的第一氧化物结晶组分的底部界面之间来用作缓冲，从而提供结晶区域，其与基底组件的表面相间隔。相应地，在形成器件的情况下可减少由于与基底组件的界面散射导致的影响。例如，在制造其中形成层叠氧化物材料作为在栅绝缘层上的半导体层的底栅晶体管的情况下，并非在栅绝缘层的界面处而是在与栅绝缘层的表面相分离的结晶层中形成沟道形成区，从而减少了栅绝缘层和氧化物结晶组分之间的界面散射导致的影响。相应地，包含与栅绝缘层表面分离的结晶层的晶体管还被称为埋沟晶体管。本专利技术的一个技术思想是，不向氧化物半导体添加杂质，而相反地通过有意地去除不期望存在于其中的杂质(诸如水或氢)而使氧化物半导体本身被高度提纯。换言之，该技术思想是，通过移除形成施主能级的水或氢、减少氧空位、并充分地提供作为氧化物半导体的主要组分的氧，来高度提纯氧化物半导体。在沉积氧化物半导体后，即刻使用二次离子质谱法(SIMS)测得氧密度在1020cm-3。通过有意地移除形成施主能级的水或氢且进一步通过向氧化物半导体添加在移除水或氢时同时减少的氧(氧化物半导体的组分之一)，该氧化物半导体被高度提纯为电i型(本征)半导体。此外，在本专利技术的一个技术理念中，优选的是水和氢的量尽可能地小，并且还优选的是氧化物半导体中的载流子数量尽可能地小。换言之，载流子密度小于1×1012cm-3，优选地小于1.45×1010cm－3，这小于或等于所需要的测量极限。此外，在本专利技术的技术理念中，理想的载流子密度是0或接近于0。特定地，当氧化物半导体在氧气氛、氮气氛或特别干的空气(其中水分小于或等于20ppm，优选地小于或等于1ppm，更优选地小于或等于10ppb的空气)气氛中、在高于或等于450℃且低于或等于850℃，优选地高于或等于550℃且低于或等于750℃的温度下经受热处理时，将会是n-型杂质的水或氢被移除且氧化物半导体可被高度地提纯。此外，当通过移除诸如水或氢之类的杂质而将氧化物半导体高度提纯时，其载流子密度可小于1×1012cm-3，优选地小于1.45×1010cm－3，这小于或等于所需要的测量极限。此外，当在高温(即，高于或等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造层叠的氧化物材料的方法，包括以下步骤：在基底组件上形成氧化物组分；通过热处理形成从所述氧化物组分上表面向内生长的第一氧化物结晶组分，并在所述基底组件表面正上方留有非晶组分；且在所述第一氧化物结晶组分上层叠第二氧化物结晶组分。

【技术特征摘要】
2009.11.28 JP 2009-2708561.一种半导体器件，包括：栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体层；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上的第三氧化物半导体层；以及电连接到所述第二氧化物半导体层的源电极和漏电极，其中，所述第二氧化物半导体层包括隔着其间的所述第一氧化物半导体层和所述栅极绝缘膜与所述栅电极重叠的沟道形成区，以及其中，所述第二氧化物半导体层包括c-轴被对齐的晶体。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一氧化物半导体层、所述第二氧化物半导体层和所述第三氧化物半导体层中的每一个包含铟和锌。3.一种半导体器件，包括：栅电极；栅极绝缘膜；第一氧化物半导体层；第二氧化物半导体层；第三氧化物半导体层；以及电连接到所述第二氧化物半导体层的源电极和漏电极，其中，所述第二氧化物半导体层位于所述第一氧化物半导体层与所述第三氧化物半导体层之间，其中，所述第二氧化物半导体层包括沟道形成区，其中，所述栅电极和所述沟道形成区隔着其间的所述第一氧化物半导体层和所述栅极绝缘膜彼此重叠，以及其中，所述第二氧化物半导体层包括c-轴被对齐的晶体。4.如权利要求1或3所述的半导体器件，其特征在于，所述第二氧化物半导体层中的所述晶体的所述c-轴垂直于所述第二氧化物半导体层的表面对齐。5.一种半导体器件，包括：栅电极；栅极绝缘膜；包括第一氧化物...

【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