半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本申请题为“半导体装置的制造方法”。在包括氧化物半导体膜的晶体管中，形成与氧化物半导体膜接触并且覆盖源电极及漏电极的用来防止带电的金属氧化物膜，然后进行热处理。通过该热处理，从氧化物半导体膜中有意地去除氢、水分、羟基或者氢化物等杂质，以高度纯化氧化物半导体膜。通过设置金属氧化物膜，可以防止在晶体管中的氧化物半导体膜的背沟道侧产生寄生沟道。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置的制造方法
本分案申请的母案申请日为2011年3月11日、申请号为201180016196.8、专利技术名称为“半导体装置的制造方法”。本专利技术的一个实施方式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、半导体电路以及电子装置都是半导体装置。
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构成晶体管（也称为薄膜晶体管（TFT））的技术引人注目。这种晶体管应用在诸如集成电路（IC）或图像显示装置（显示装置）等各式各样的电子装置。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料是公知的。但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，公开其有源层具有包括铟（In）、镓（Ga）和锌（Zn）并且其电子载流子浓度低于1018/cm3的非晶氧化物的晶体管（参照专利文献1）。[参考][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开2006-165528然而，当在形成薄膜的步骤中发生由于氧的过多或过少而引起的与化学计量组成的偏离或者形成电子施主的氢或水分进入氧化物半导体时，氧化物半导体的导电率变化。这种现象成为包括氧化物半导体的晶体管的电特性变动的一个因素。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的之一是提供包括氧化物半导体的半导体装置，其具有稳定的电特性和高的可靠性。此外，本专利技术的目的之一是防止在氧化物半导体膜的背沟道侧产生寄生沟道。为了抑制包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动而从氧化物半导体膜中有意地去除引起变动的诸如氢、水分、羟基或者氢化物（也称为氢化合物）等杂质。此外，供给在去除杂质的步骤中减少且作为氧化物半导体的主要成分的氧，因此使氧化物半导体膜高度纯化且在电性上i型（本征）化。i型（本征）的氧化物半导体是如下一种氧化物半导体，即通过以从氧化物半导体中去除作为n型杂质的氢以便尽可能少地包含氧化物半导体的主要成分以外的杂质的方式进行高度纯化，实现i型（本征）或实质上i型（本征）。也就是说，特征是不通过添加杂质，而是通过尽可能多地去除诸如氢或水等杂质来获得高度纯化的i型（本征）氧化物半导体或与其接近的氧化物半导体。这使费密能级（Ef）能够在与本征费密能级（Ei）相同的能级。在包括氧化物半导体膜的晶体管中，具有防止带电功能的金属氧化物膜在氧化物半导体膜之上形成并且与氧化物半导体膜接触，在金属氧化物膜之上形成绝缘层，然后进行热处理。通过热处理，有意地从氧化物半导体膜中去除氢、水分、羟基或者氢化物（也称为氢化合物）等杂质，由此高度纯氧化物半导体膜。通过该热处理，可以使作为杂质的氢或羟基以水的形式被消除。氧化物半导体膜与包含氧的金属氧化物膜在接触的状态下进行热处理，所以可以从包含氧的金属氧化物膜中将作为氧化物半导体的主要成分材料之一且在去除杂质的步骤中减少的氧供给到氧化物半导体膜。因此，氧化物半导体膜被更高度纯化，而在电性上成为i型（本征）。在包括氧化物半导体膜的晶体管中，在氧化物半导体膜之上且与氧化物半导体膜接触地形成具有带电防止功能的氧化物层，然后进行热处理。优选将具有带电防止功能的氧化物层设置在氧化物半导体膜，优选是高度纯化的氧化物半导体膜的背沟道侧（与栅极绝缘膜相反的侧）并且该氧化物层的介电常数优选小于氧化物半导体的介电常数。例如，使用介电常数为8以上且20以下的氧化物层。该氧化物层比氧化物半导体膜更厚。例如，优选的是，如果氧化物半导体膜的厚度为3nm以上且30nm以下，则该氧化物层的厚度为大于10nm并且在氧化物半导体膜的厚度以上。对于上述氧化物层，可以使用金属氧化物。作为金属氧化物，例如可以使用氧化镓或添加有0.01原子百分比至5原子百分比的铟或锌的氧化镓。此外，为了防止水分或氢等杂质在热处理后进入氧化物半导体膜中，还可以在绝缘层之上形成防止它们从外部进入的保护绝缘层。具有高度纯化的氧化物半导体膜的晶体管的诸如阈值电压和截止态电流等电特性几乎没有温度相关性。此外，晶体管特性几乎不因为光劣化而发生改变。如上所述，具有高度纯化且在电性上是i型（本征）的氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动被抑制，并且该晶体管在电性上稳定。因此，可以提供包括电特性稳定且可靠性高的氧化物半导体的半导体装置。在250℃以上且650℃以下、450℃以上且600℃以下或者低于衬底的应变点的温度进行热处理。热处理在氮、氧、超干燥空气（水的含量为20ppm以下，优选为1ppm以下，更优选为10ppb以下的空气）、或者稀有气体（氩、氦等）的气氛下进行。根据本说明书所公开的专利技术的结构的一个实施方式，半导体装置包括：栅电极；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜之上与栅电极重叠的区域中的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜接触的源电极及漏电极；与氧化物半导体膜接触并覆盖源电极及漏电极的金属氧化物膜；以及覆盖金属氧化物膜的绝缘膜。在上述装置中，金属氧化物膜有时包含氧化镓。另外，金属氧化物膜有时包含0.01原子百分比至5原子百分比的铟或锌。在上述装置中，氧化物半导体膜优选包括铟及镓。在上述装置中，源电极及漏电极有时包括功函数为3.9eV以上的导电材料。注意，功函数为3.9eV以上的导电材料例如可以为氮化钨或氮化钛。根据本说明书所公开的专利技术的结构的另一个实施方式，一种半导体装置的制造方法包括如下步骤：在衬底之上形成栅电极；形成覆盖栅电极的栅极绝缘膜；在与栅电极重叠的区域中形成氧化物半导体膜，其中在氧化物半导体膜与栅电极之间插入栅极绝缘膜；在氧化物半导体膜之上形成源电极及漏电极；形成覆盖氧化物半导体膜、源电极及漏电极的金属氧化物膜；形成覆盖金属氧化物膜的绝缘膜；以及进行热处理。在上述方法中，有时作为金属氧化物膜形成包括氧化镓的膜。此外，作为金属氧化物膜有时形成包括0.01原子百分比至5原子百分比的铟或锌的膜。此外，可以在450℃至600℃的温度下进行热处理。在上述结构中，优选作为金属氧化物膜，使用氧化镓膜。氧化镓膜可以通过溅射法、CVD法、蒸镀法等来形成氧化镓膜。氧化镓膜虽然也要根据氧和镓的组成比，但是具有大约4.9eV的能隙，并且，在可见光波长范围中具有透光性。在本说明书中，有时将氧化镓记载为GaOx（x＞0）。例如，当GaOx具有结晶结构时，已知x=1.5的Ga2O3。在上述结构中，可以在将金属氧化物膜形成在氧化物半导体膜之上之前，对氧化物半导体膜进行热处理。在氧化物半导体膜之上且以与该氧化物半导体膜接触的方式形成金属氧化物膜，然后进行热处理。可以通过该热处理，从氧化物半导体膜中有意地去除氢、水分、羟基或者氢化物等杂质，从而使氧化物半导体膜高度纯化。具有高度纯化且在电性上为i型（本征）的氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动被抑制，并且该晶体管在电性上稳定。因此，根据本专利技术的一个实施方式，可以制造具有稳定电特性的晶体管。此外，根据本专利技术的一个实施方式，可以制造具有电特性良好且可靠性高的晶体管的半导体装置。根据本专利技术的第一方面，提供一种半导体装置，包括：栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的半导体膜，其中所述半导体膜的区域与所述栅电极重叠；与所述半导体膜接触的源电极及漏电极；与所述半导体膜接触并覆盖所述源电极及所述漏电极的金属氧化物膜；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的半导体膜，其中所述半导体膜的区域与所述栅电极重叠；与所述半导体膜接触的源电极及漏电极；与所述半导体膜接触并覆盖所述源电极及所述漏电极的金属氧化物膜；其中所述金属氧化物膜包含镓；以及覆盖所述金属氧化物膜的绝缘膜，所述绝缘膜包含氧化硅，其中所述金属氧化物膜包含铟和锌，所述半导体膜的氢浓度小于或等于5×1019atoms/cm3，以及所述源电极及所述漏电极包括功函数为3.9eV以上的导电材料。

【技术特征摘要】
2010.03.26 JP 2010-0725701.一种半导体装置，包括：栅电极；覆盖所述栅电极的栅极绝缘膜；包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的半导体膜，其中所述半导体膜的区域与所述栅电极重叠；与所述半导体膜接触的源电极及漏电极；与所述半导体膜接触并覆盖所述源电极及所述漏电极的金属氧化物膜；其中所述金属氧化物膜包含镓；以及覆盖所述金属氧化物膜的绝缘膜，所述绝缘膜包含氧化硅，其中所述金属氧化物膜包含铟或锌，所述半导体膜的氢浓度小于或等于5×1019atoms/cm3，以及所述源电极及所述漏电极包括功函数为3.9eV以上的导电材料。2.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极之上的栅极绝缘膜；包括包含铟、镓和锌的氧化物半导体的半导体膜，其中所述半导体膜的区域与所述栅电极重叠；与所述半导体膜接触的源电极及漏电极；与所述半导体膜接触并与所述源电极及所述漏电极重叠的金属氧化物膜；其中所述金属氧化物膜包含镓，在所述金属氧化物膜之上且与所述金属氧化物膜接触的绝缘膜，所述绝缘膜包含氧化硅；以及在所述绝缘膜之上的导电膜，其中所述导电膜与所述半导体膜的区域重叠，其中所述金属氧化物膜包含铟或锌，所述半导体膜的氢浓度小于或等于5×1019atoms/cm3。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述金属氧化物膜包括氧化镓。4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中所述金属氧化物膜包括0.01原子百分比至5原子百分比的铟和锌中的一种。5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述源电极及所述漏电极包括功函...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，乡户宏充，
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