用于制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术的目的是提供高包括具有稳定的电特性的薄膜晶体管的可靠性的半导体器件。在用于制造包含其中氧化物半导体膜被用于包括沟道形成区的半导体层的薄膜晶体管的半导体器件的方法中，热处理(该热处理用于脱水或脱氢)被进行以便提高氧化物半导体膜的纯度以及减少诸如水分之类的杂质。除了诸如存在于氧化物半导体膜内的水分之类的杂质外，热处理还促使诸如存在于栅极绝缘层内的水分以及在氧化物半导体膜与被设置于氧化物半导体膜之上及之下并且与氧化物半导体膜接触的膜之间的界面内的水分之类的杂质减少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括氧化物半导体的半导体器件及其制造方法。在本说明书中，半导体器件一般地意指能够通过利用半导体特性来起作用的器件，以及电光器件、半导体电路和电子器具都是半导体器件。
技术介绍
近年来，通过使用形成于具有绝缘表面的基板之上的半导体薄膜(具有大约几纳米到几百纳米的厚度)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术吸引了人们的关注。薄膜晶体管被应用于广泛的电子器件，例如IC或电光器件，并且特别地，将被用作图像显示器件中的开关元件的薄膜晶体管的迅速研发正被推进。各种金属氧化物被用于多种应用。氧化铟是一种熟知的材料，并且被用作为液晶显示器等所必需的透明的电极材料。某些金属氧化物具有半导体特性。此类具有半导体特性的金属氧化物的实例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟和氧化锌。在其沟道形成区内包含此类具有半导体特性的金属氧化物的薄膜晶体管已经被提出(专利文献1-4和非专利文献1)。金属氧化物的实例不仅包括单一金属元素的氧化物，而且还包括多种金属元素的氧化物(多组分氧化物)。例如，为同系化合物的InGaO3(ZnO)m(m是自然数)是作为包含In、Ga和Zn的多组分氧化物的已知材料(非专利文献2-4)。另外，已经证明，包含此类In-Ga-Zn基氧化物的氧化物半导体能够被用作薄膜晶体管的沟道层(专利文献5，以及非专利文献5和6)。参考文献专利文献专利文献1日本公开专利申请No.S60-198861专利文献2日本公开专利申请No.H8-264794专利文献3PCT国际申请No.H11-505377的日语翻译专利文献4日本公开专利申请No.2000-150900专利文献5日本公开专利申请No.2004-103957非专利文献非专利文献1M.W.Prins、K.O.Grosse-Holz、GMuller、J.F.M.Cillessen、J.B.Giesbers、R.P.Weening和R.M.Wolf，“Aferroelectrictransparentthin-filmtransistor”，Appl.Phys.Lett.，1996年6月17日，Vol.68pp.3650-3652非专利文献2M.Nakamura、N.Kimizuka和T.Mohri，“ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃”，J.SolidStateChem.，1991，Vol.93，pp.298-315非专利文献3N.Kimizuka、M.Isobe和M.Nakamura，“SynthesesandSingle-CrystalDataofHomologousCompounds，In2O3(ZnO)m(m＝3，4，and5)，InGaO3(ZnO)3，andGa2O3(ZnO)m(m＝7，8，9，and16)intheIn2O3-ZnGa2O4-ZnOSystem”，J.SolidStateChem.，1995，Vol.116，pp.170-178非专利文献4M.Nakamura、N.Kimizuka、T.Mohri和M.Isobe，“HomologousSeries，SynthesisandCrystalStructureofInFeO3(ZnO)m(m:naturalnumber)anditsIsostructuralCompound”，KOTAIBUTSURI(SOLIDSTATEPHYSICS)，1993，Vol.28，No.5，pp.317-327非专利文献5K.Nomura、H.Ohta、K.Ueda、T.Kamiya、M.Hirano和H.Hosono，“Thin-filmtransistorfabricatedinsingle-crystallinetransparentoxidesemiconductor”，SCIENCE，2003，Vol.300，pp.1269-1272非专利文献6K.Nomura、H.Ohta、A.Takagi、T.Kamiya、M.Hirano和H.Hosono，“Room-temperaturefabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxidesemiconductors”，NATURE，2004，Vol.432pp.488-492
技术实现思路
本专利技术的目的是提供包括薄膜晶体管的高可靠性的半导体器件，该薄膜晶体管的电特性稳定。在用于制造包含其中氧化物半导体膜被用于包括沟道形成区的半导体层的薄膜晶体管的半导体器件的方法中，进行热处理(该热处理用于脱水或脱氢)以便提高氧化物半导体膜的纯度并减少诸如水分之类的杂质。除了诸如存在于氧化物半导体膜内的水分之类的杂质外，热处理还促使诸如存在于栅极绝缘层内的水分以及在氧化物半导体膜与被设置于氧化物半导体膜之上及之下并且与氧化物半导体膜接触的膜之间的界面内的水分之类的杂质的减少。为了减少诸如水分之类的杂质，在氧化物半导体膜形成之后，在氮气或稀有气体(例如，氩气或氦气)的惰性气体气氛下或者在降低的压力下，在200℃或更高的温度下，优选地于400℃～600℃(包括400℃和600℃)下进行热处理。在热处理中，所形成的氧化物半导体膜是暴露的。结果，包含于氧化物半导体膜内的诸如水分之类的杂质被减少。在热处理之后，在惰性气体气氛下缓慢冷却到等于或高于室温的且低于100℃的温度。其中所含水分通过在氮气、氩气等惰性气体气氛下或者在降低的压力下进行的热处理来减少的氧化物半导体膜的使用使得薄膜晶体管的电特性得以提高，并且其量产性和高性能二者得以实现。热处理在氮气气氛中于其条件被确定的加热温度下对多个样品来进行。该多个样品用热脱附谱法(TDS)来测量。测量结果示出于图2、图3和图4中。热脱附谱装置被用于通过四极质量分析器来检测和识别从样品中排放出的或生成的气体组分；因而，能够观察到从样品的表面和内部排放出的气体和分子。气体自样品内排放出或生成在样品被加热以及温度正于高真空中上升时发生。在使用由ESCO有限公司制造的热脱附谱仪(产品名称：EMD-WA1000S)的情况下，测量在上升温度为大约10℃/分钟，SEM电压被设置为1500V，停留时间为0.2(秒)，以及待使用的通道数量为23的条件下进行。另外，在测量期间，压力处于大约1×10-7(Pa)的真空度。注意，H2O的电离系数、破裂系数、传递系数和泵浦速率分别为1.0、0.805、1.56和1.0。图2是示出在仅包括玻璃基板的样品(比较样品)与其中具有50nm的设置厚度(在蚀刻之后所获得的实际厚度为大约30nm)的In-Ga-Zn-O基非单晶膜被形成于玻璃基板之上的样品(样品1)之间的比较的TDS结果的图表。图2示出通过测量H2O所获得的结果。诸如水分(H2O)之类的杂质自In-Ga-Zn-O基非单晶膜中的排放出能够由在300℃附近的峰值来确认。图3是示出样品的比较的图表，该图表示出H2O的TDS测量结果。对下列样品进行比较：其中具有50nm的设置厚度的In-Ga-Zn-O基非单晶膜被形成于玻璃基板之上的样品(样品1)；其中样品1的结构经受到在空气气氛中于350℃下进行1小时的热处理的样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在绝缘层之上形成氧化物半导体层；对所述氧化物半导体层进行脱水或脱氢，由此所述氧化物半导体层包括处于缺氧状态的氧化物半导体；以及在所述氧化物半导体层的一部分之上并且与所述氧化物半导体层的所述部分接触地形成氧化物绝缘层，由此所述氧化物半导体层包括处于过氧状态的氧化物半导体。

【技术特征摘要】
2009.06.30 JP 2009-1564101.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在绝缘层之上形成氧化物半导体层；对所述氧化物半导体层进行脱水或脱氢，由此所述氧化物半导体层包括处于缺氧状态的氧化物半导体；以及在所述氧化物半导体层的一部分之上并且与所述氧化物半导体层的所述部分接触地形成氧化物绝缘层，由此所述氧化物半导体层包括处于过氧状态的氧化物半导体。2.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在绝缘层之上形成氧化物半导体层；对所述氧化物半导体层进行脱水或脱氢，由此所述氧化物半导体层包括n型氧化物半导体；以及在所述氧化物半导体层之上并且与所述氧化物半导体层接触地形成氧化物绝缘层，由此所述氧化物半导体层包括i型氧化物半导体。3.根据权利要求1或2所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述脱水或脱氢通过在氮气气氛或稀有气体气氛下的热处理进行。4.根据权利要求1或2所述的用于制造半导体器件的方法，进一步包括在形成所述氧化物绝缘层之前，在氧气气氛下加热所述氧化物半导体层的步骤。5.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在绝缘层之上形成氧化物半导体层；在氮气气氛或稀有气体气氛下以等于或高于400℃的温度加热所述氧化物半导体层，由此所述氧化物半导体层的载流子浓度等于或高于1×1018cm-3；以及在所述氧化物半导体层的一部分之上并且与所述氧化物半导体层的所述部分接触地形成氧化物绝缘层，由此所述氧化物半导体层的所述部分中的载流子浓度低于1×1018cm-3。6.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：形成第一导电层；在所述第一导电层之上形成氧化物半导体层；在氮气气氛或稀有气体气氛下以等于或高于400℃的温度加热所述氧化物半导体层，由此所述氧化物半导体层中的载流子浓度等于或高于1×1018cm-3；在所述氧化物半导体层的一部分之上并且与所述氧化物半导体层的所述部分接触地形成氧化物绝缘层，由此所述氧化物半导体层的所述部分中的载流子浓度低于1×1018cm-3；以及在所述氧化物绝缘层之上形成第二导电层，其中所述第二导电层与所述第一导电层以及所述氧化物半导体层重叠。7.根据权利要求5或6所述的用于制造半导体器件的方法，进一步包括在所述氮气气氛或所述稀有气体气氛下加热所述氧化物半导体层之后，在氧气气氛下加热所述氧化物半导体层的步骤。8.根据权利要求6所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述第一导电层与所述第二导电层彼此电连接。9.根据权利要求1、2、5和6中任一权利要求所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层中的氢浓度低于3×1020cm-3。10.根据权利要求1、2、5和6中任一权利要求所述的用于制造半导体器件的方法，进一步包括在形成所述氧化物绝缘层之前，在所述氧化物半导体层之上形成源电极层和漏电极层的步骤。11.根据权利要求10所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述源电极层和所述漏电极层包括选自钛和钼的材料。12.根据权利要求1、2、5和6中任一权利要求所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层包括晶体。13.根据权利要求1、2、5和6中任一权利要求所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层包括铟和锌。14.根据权利要求1、2、5和6中任一权利要求所述的用于制造半导体器件的方法，其中所述氧化物半导体层包括选自以下所组成的组的材料：In-Sn-Zn-O基氧化物半导体、In-Al-Zn-O基氧化物半导体、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半导体、Al-Ga-Zn-O基氧化物半导体、Sn-Al-Zn-O基氧化物半导体、In-Zn-O基氧化物半导体、In-Ga-O基氧化物半导体、Sn-Zn-O基氧化物半导体、Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木俊成，坂田淳一郎，大原宏树，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