氧化物半导体膜及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的之一是提供一种导电率稳定的氧化物半导体膜。另外，本发明专利技术的目的之一是通过使用该氧化物半导体膜，对半导体装置赋予稳定的电特性，提供一种可靠性高的半导体装置。在包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)的氧化物半导体膜中，具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，c轴取向的结晶区的组成以In1+δGa1‑δO3(ZnO)m(注意，0<δ<1，m＝1至3)表示，包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以InxGayO3(ZnO)m(注意，0<x<2，0<y<2，m＝1至3)表示。

【技术实现步骤摘要】
本申请是2012年4月10日提交的申请号为201210103353.5，专利技术名称为“氧化物半导体膜及半导体装置”的中国申请的分案申请，该申请要求2011年4月13日的优先权。
本专利技术涉及一种氧化物半导体膜及使用该氧化物半导体膜的半导体装置。注意，在本说明书中半导体装置是指能够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
以液晶显示装置为代表的形成在玻璃衬底等上的晶体管由非晶硅、多晶硅等构成。使用非晶硅的晶体管可以容易地对应玻璃衬底的大面积化。但是，使用非晶硅的晶体管具有场效应迁移率低的缺点。此外，使用多晶硅的晶体管虽然场效应迁移率高，但是具有不适于玻璃衬底的大面积化的缺点。与具有上述缺点的使用硅的晶体管相比，将使用氧化物半导体制造的晶体管用于电子装置或光学装置的技术受到注目。例如，专利文献1公开一种技术，其中作为氧化物半导体使用包含In、Zn、Ga、Sn等的非晶氧化物制造晶体管。此外，专利文献2公开一种技术，其中制造如上同样的晶体管，并将该晶体管用于显示装置的像素的开关元件等。另外，对于用于这种晶体管的氧化物半导体，已有如下说明：“氧化物半导体对杂质是不敏感的，即使在氧化物半导体膜中包含大量金属杂质也没有问题，因此，也可以使用包含大量如钠等碱金属的廉价的钠钙玻璃”(参照非专利文献1)。[专利文献1]日本专利申请公开2006-165529号公报[专利文献2]日本专利申请公开2006-165528号公报[非专利文献1]神谷、野村、细野“非晶氧化物半导体的物性及装置开发的现状”、日本固体物理、2009年9月号、第44卷、第621-633页但是，当氧化物半导体膜一直处于非晶状态时，在氧化物半导体膜中容易产生氧缺陷、悬空键(dangling bond)，由于单独的氧缺陷、悬空键或其与氢等的结合会导致膜中产生载流子。因此，有氧化物半导体膜的导电率等电特性发生变化的忧虑。另外，对使用氧化物半导体膜的晶体管而言也会成为电特性变化的主要原因，由此半导体装置的可靠性被降低。
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一种电特性稳定的氧化物半导体膜。另外，本专利技术的目的之一是通过使用该氧化物半导体膜，对半导体装置赋予稳定的电特性，而提供一种可靠性高的半导体装置。所公开的专利技术的一个方式是一种氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜包含铟、镓以及锌且具有c轴取向的结晶区。另外，与膜整体为非晶结构的氧化物半导体膜相比，因为本专利技术的一个方式的氧化物半导体膜具有c轴取向的结晶区，所以是氧缺陷、悬空键或与悬空键等结合的氢、硼、氮以及磷等杂质被降低的高纯度氧化物半导体膜。另外，通过确定c轴取向的结晶区的组成与包括c轴取向的结晶区的半导体膜整体的组成，可以实现具有稳定的晶体结构的氧化物半导体膜。下面进行更详细的说明。所公开的专利技术的一个方式是一种氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)，并且具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，c轴取向的结晶区的组成以In1+δGa1-δO3(ZnO)m(注意，0<δ<1，m＝1至3)表示，并且包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以InxGayO3(ZnO)m(注意，0<x<2，0<y<2，m＝1至3)表示。所公开的专利技术的另一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括栅电极；与栅电极接触的第一绝缘膜；与第一绝缘膜接触的氧化物半导体膜；以及与氧化物半导体膜接触的第二绝缘膜，其中，氧化物半导体膜包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)并且具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，c轴取向的结晶区的组成以In1+δGa1-δO3(ZnO)m(注意，0<δ<1，m＝1至3)表示，并且包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以InxGayO3(ZnO)m(注意，0<x<2，0<y<2，m＝1至3)表示。在上述各结构中，优选氧化物半导体膜中的硼(B)、磷(P)以及氮(N)浓度的合计为5×1019原子/立方厘米以下，硼(B)、磷(P)以及氮(N)浓度中的任何一个优元素浓度为1×1019原子/立方厘米以下，锂(Li)浓度及钾(K)浓度为5×1015原子/立方厘米以下，钠(Na)浓度为5×1016原子/立方厘米以下。本专利技术的一个方式所公开的包含铟、镓以及锌的氧化物半导体膜能够具有稳定的电特性。通过将这种包含铟、镓以及锌的氧化物半导体膜用于晶体管，可以实现电特性稳定且可靠性高的半导体装置。附图说明图1A和1B是有关本专利技术的一个方式的截面TEM图像；图2是说明有关本专利技术的一个方式的晶体结构的图；图3A和3B分别是有关本专利技术的一个方式的示意图和有关本专利技术的一个方式的截面TEM图像；图4A至4E是说明有关本专利技术的一个方式的半导体装置的制造工序的截面图；图5是说明制造装置的示意图；图6A至6C是有关本专利技术的一个方式的半导体装置的截面图；图7A至7C是示出本专利技术的一个方式的框图及等效电路图；图8A至8D是示出本专利技术的一个方式的电子设备的外观图；图9A至9C是示出实施例的自旋密度的结果的图；图10是示出实施例的自旋密度的结果的图。具体实施方式下面，将参照附图详细地说明本专利技术的实施方式。但是，本专利技术不局限于以下说明，而所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本专利技术的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在下面所说明的本专利技术的结构中，在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示同一部分或具有同一功能的部分，而省略其重复说明。注意，在本说明书所说明的各附图中，各结构的尺寸、层的厚度或者区域有时为了容易理解而放大表示。因此，不一定局限于其尺度。注意，在本说明书中为了避免部件的混淆而使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的词语，但是此类词语并非用来限定数目。因此，例如，“第一”能够适当地替换为“第二”、“第三”等而说明。实施方式1在本实施方式中，参照图1A至图3B说明包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)的氧化物半导体膜的结构。根据本实施方式的包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)的氧化物半导体膜具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，该c轴取向的结晶区的组成以In1+δGa1-δO3(ZnO)m(注意，0<δ<1，m＝1至3)表示，并且包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以InxGayO3(ZnO)m(注意，0<x<2，0<y<2，m＝1至3)表示。在此，图1A和1B示出通过透射电子显微镜(TEM:Transmission Electron Microscope)对实际制造的具有上述结构的氧化物半导体膜的截面进行观察的结果(截面TEM图像)。图1A所示的截面TEM图像的样品是通过如下方法制造的：在室温下通过溅射法使用包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)的金属氧化物靶材(In:Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物半导体膜，包括：在所述氧化物半导体膜上部的结晶区，所述结晶区包括晶体，其中所述结晶区的组成以In1+δGa1‑δO3(ZnO)m表示，满足0<δ<1和m＝1至3，并且其中，所述结晶区的组成比与所述氧化物半导体膜的组成比不同。

【技术特征摘要】
2011.04.13 JP 2011-0893491.一种氧化物半导体膜，包括：在所述氧化物半导体膜上部的结晶区，所述结晶区包括晶体，其中所述结晶区的组成以In1+δGa1-δO3(ZnO)m表示，满足0<δ<1和m＝1至3，并且其中，所述结晶区的组成比与所述氧化物半导体膜的组成比不同。2.根据权利要求1所述的氧化物半导体膜，其中所述氧化物半导体膜在电子自旋共振评价中不出现显示氧缺陷的信号。3.根据权利要求1所述的氧化物半导体膜，其中通过热处理形成所述结晶区。4.根据权利要求1所述的氧化物半导体膜，其中所述氧化物半导体膜的所述组成以InxGayO3(ZnO)m表示,并且满足0<x<2、0<y<2以及m＝1至3。5.根据权利要求1所述的氧化物半导体膜，其中所述晶体的c轴大致沿平行于所述氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向取向。6.一种半导体装置，包括：栅电极；所述栅电极上的第一绝缘膜；所述第一绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥正弘，秋元健吾，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