半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

包括氧化物半导体的半导体装置的电特性因被可见光或紫外光辐照而改变。鉴于上述问题，一个目标在于提供包括氧化物半导体薄膜的半导体装置，其具有稳定的电特性和高可靠性。在氧化物绝缘层上形成厚度大于或等于1nm且小于或等于10nm的第一氧化物半导体层且通过热处理使其结晶，以形成第一结晶氧化物半导体层。在其上形成厚度比所述第一结晶氧化物半导体层大的第二结晶氧化物半导体层。

【技术实现步骤摘要】
本申请是分案申请，母案的申请号为201110257442.0，申请日为2011年8月8日，发明名称为“半导体装置及其制造方法”。专利技术背景1.专利
本专利技术的实施方案涉及包括氧化物半导体的半导体装置及其制造方法。在本说明书中，半导体装置通常是指可通过利用半导体特性起作用的装置，且光电装置、半导体电路和电子设备全为半导体装置。2.相关技术描述近些年，使用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜(厚度为约几十纳米至几百纳米)形成薄膜晶体管(TFTs)的技术引起人们的关注。薄膜晶体管应用于诸如ICs或电光装置的广范围的电子装置，且尤其大大推动了可用作图像显示装置的开关元件的薄膜晶体管的迅速发展。各种金属氧化物用于多种应用。某些金属氧化物具有半导体特性。具有半导体特性的这类金属氧化物的实例有氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等。已知通道形成区使用具有半导体特性的这类金属氧化物形成的薄膜晶体管(专利文献1和2)。[文献][专利文献1]日本公布的专利申请2007-123861号[专利文献2]日本公布的专利申请2007-096055号专利技术概述当在制造装置的过程中，形成电子供体的氢气或水进入氧化物半导体时，可以改变氧化物半导体的导电率。这一现象成为使用氧化物半导体的晶体管的电特性的变化因素。此外，使用氧化物半导体的半导体装置的电特性因被可见光或紫外光辐照而改变。鉴于上述问题，一个目标在于提供包括氧化物半导体薄膜的半导体装置，其具有稳定的电特性和高可靠性。此外，另一目标在于提供半导体装置的制造方法，其能够通过使用诸如玻璃基板的大型衬底大规模生产高度可靠的半导体装置。所公开的本专利技术的一个实施方案为半导体装置，其包括厚度大于或等于1nm且小于或等于10nm的提供在氧化物绝缘层上的第一结晶氧化物半导体层；和厚度比所述第一结晶氧化物半导体层大的提供在所述第一结晶氧化物半导体层上第二结晶氧化物半导体层。应注意到，第一结晶氧化物半导体层或第二结晶氧化物半导体层包含至少含有Zn的材料且具有c-轴取向(c-axisalignment)。优选第一结晶氧化物半导体层或第二结晶氧化物半导体层包含至少含有Zn和In的材料。利用上述结构，提供具有稳定的电特性的高度可靠的半导体装置。在第一结晶氧化物半导体层的形成中，通过溅射方法进行沉积，其中衬底温度高于或等于200℃且低于或等于400℃，且在沉积之后，(在高于或等于400℃且低于或等于750℃的温度下)进行第一热处理。根据沉积时的衬底温度或第一热处理的温度，沉积和第一热处理导致起始于薄膜表面的结晶且晶体从薄膜表面朝向薄膜内部生长；因此得到c-轴取向的晶体。通过第一热处理，大量锌和氧聚集到薄膜表面，且在最外层表面上形成包含锌和氧且具有六方形上平面(其平面示意图示于图23A中)的一层或多层石墨烯型二维晶体；在最外层表面上的晶体层在厚度方向上生长以形成层堆叠。在图23A中，白色圆形指示锌原子，且黑色环形指示氧原子。通过提高热处理的温度，晶体生长从表面向内部且进一步从内部向底部进行。此外，图23B示意地显示由六层二维晶体形成的堆叠层作为二维晶体已在其中生长的堆叠层的实例。通过第一热处理，在氧化物绝缘层中的氧扩散到氧化物绝缘层与第一结晶氧化物半导体层之间的界面或该界面附近(在该界面±5nm范围内)，由此减少第一结晶氧化物半导体层中的氧空位。因此，优选含有大量氧，其至少超过用作基础绝缘层的氧化物绝缘层(的块体inabulkof)中或在第一结晶氧化物半导体层与氧化物绝缘层之间的界面处的化学计量。在第二结晶氧化物半导体层的形成中，通过溅射方法进行沉积，其中衬底温度高于或等于200℃且低于或等于400℃。通过将沉积中的衬底温度设定为高于或等于200℃且低于或等于400℃，可将前体布置在形成在第一结晶氧化物半导体层的表面上且与第一结晶氧化物半导体层的表面接触的氧化物半导体层中，且可以获得所谓的有序性。随后，优选在沉积之后在高于或等于400℃且低于或等于750℃的温度下进行第二热处理。第二热处理在氮气氛、氧气氛或氩气和氧气的混合气氛中进行，由此第二结晶氧化物半导体层的密度增加且其中的缺陷数量降低。通过第二热处理，晶体生长在使用第一结晶氧化物半导体层作为核的情况下在厚度方向上进行，也就是说，晶体生长从底部向顶部进行；因此形成第二结晶氧化物半导体层。将这样得到的第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体层的堆叠用于晶体管，由此所述晶体管可具有高可靠性和稳定的电特性。此外，通过设定第一热处理和第二热处理的温度为低于或等于450℃，可以使用诸如玻璃基板的大型衬底进行高度可靠的半导体装置的大规模生产。所公开的本专利技术的一个实施方案为制造半导体装置的方法，其包括以下步骤：在氧化物绝缘层上形成厚度大于或等于1nm且小于或等于10nm的第一结晶氧化物半导体层，在所述第一结晶氧化物半导体层上形成厚度大于所述第一结晶氧化物半导体层的第二结晶氧化物半导体层，在所述第二结晶氧化物半导体层上形成源极层或漏极层，在所述源极层或漏极层上形成栅绝缘层，和在所述栅绝缘层上形成栅极层。使用该方法得到的晶体管具有顶栅结构。此外，用上述制造方法得到的第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体层具有c-轴取向。应注意到，第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体层既不具有单晶结构，也不具有非晶结构。第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体包含含有具有c-轴取向的晶体(也称作c-轴取向的晶体(CAAC))的氧化物，其既不具有单晶结构，也不具有非晶结构。第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体层部分地包含晶界。应注意到，第一结晶氧化物半导体层和第二结晶氧化物半导体层各自使用至少包含Zn的氧化物材料形成。例如，可以使用包含四种元素的金属氧化物，诸如In-Al-Ga-Zn-O-基材料、In-Al-Ga-Zn-O-基材料、In-Si-Ga-Zn-O-基材料、In-Ga-B-Zn-O-基材料或In-Sn-Ga-Zn-O-基材料；包含三种元素的金属氧化物，诸如In-Ga-Zn-O-基材料、In-Al-Zn-O-基材料、In-Sn-Zn-O-基材料、In-B-Zn-O-基材料、Sn-Ga-Zn-O-基材料、Al-Ga-Zn-O-基材料或Sn-Al-Zn-O-基材料；包含两种元素的金属氧化物，诸如In-Zn-O-基材料、Sn-Zn-O-基材料、Al-Zn-O-基材料或Zn-Mg-O-基材料；Zn-O-基材料等。另外，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造半导体装置的方法，其包括以下步骤：在氧化物绝缘层上形成第一结晶氧化物半导体层；在所述第一结晶氧化物半导体层上形成厚度大于所述第一结晶氧化物半导体层且与所述第一结晶氧化物半导体层接触的第二结晶氧化物半导体层；在所述第二结晶氧化物半导体层上形成源极和漏极；在所述源极和漏极上形成栅绝缘层；和在所述栅绝缘层上形成栅极。

【技术特征摘要】
2010.08.06 JP 2010-1781741.制造半导体装置的方法，其包括以下步骤：
在氧化物绝缘层上形成第一结晶氧化物半导体层；
在所述第一结晶氧化物半导体层上形成厚...

【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