半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方式的目的之一是提供一种在使用氧化物半导体的半导体装置中防止电特性变动的可靠性高的半导体装置。本发明专利技术的一个方式的目的之一是提供一种半导体装置，包括：接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层；以及成为晶体管的主要电流路径(沟道)的第二氧化物半导体层。第一氧化物半导体层用作用来防止源电极层及漏电极层的构成元素扩散到沟道的缓冲层。通过设置第一氧化物半导体层，可以防止该构成元素扩散到第一氧化物半导体层与第二氧化物半导体层的界面及第二氧化物半导体层中。

Semiconductor device

One of the purposes of one way of the invention is to provide a semiconductor device with high reliability to prevent electrical characteristics variation in semiconductor devices using oxide semiconductor. One of the purposes of an embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device includes: a first oxide semiconductor layer in contact with the source and drain electrode layers; and become the main current path of the transistor (channel) of the oxide semiconductor layer. The first oxide semiconductor layer is used to prevent the elements of the source electrode layer and the leakage electrode layer from spreading to the channel's buffer layer. By setting the first oxide semiconductor layer can prevent the diffusion of elements to the interface and the oxide semiconductor layer of a first oxide semiconductor layer and a second oxide layer in semiconductor.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置本申请是同名专利技术名称的中国专利申请第201380028160.0号的分案申请，原案国际申请号为PCT/JP2013/064555，国际申请日为2013年5月20日。
在本说明书等中公开的专利技术涉及一种半导体装置及半导体装置的制造方法。在本说明书等中，半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有类型的装置，因此电光装置、图像显示装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜构成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于电子装置如集成电路(IC)、图像显示装置(也简称为显示装置)等。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜的材料，硅类半导体材料被广泛地周知，而作为其他材料，氧化物半导体受到注目。例如，公开了作为氧化物半导体使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物半导体来制造晶体管的技术(参照专利文献1及专利文献2)。另外，在非专利文献1中已公开有具有层叠有组成不同的氧化物半导体的结构的晶体管。[参考文献][专利文献][专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报[专利文献2]日本专利申请公开2007-096055号公报[非专利文献][非专利文献1]MasashiOnoetal.,“NovelHighPerformanceIGZO-TFTwithHighMobilityover40cm2/VsandHighPhotostabilityIncorporatedOxygenDiffusion”,IDW’11Late-NewsPaper,pp.1689-1690
技术实现思路
在使用氧化物半导体的晶体管中，当在氧化物半导体层与接触于该氧化物半导体层的层的界面存在有陷阱能级(也称为界面态)时，成为晶体管的电特性(例如，阈值电压或亚阈值摆幅值(S值))变动的原因。例如，在底栅型晶体管中，当源电极层及漏电极层的构成元素扩散到氧化物半导体层的背沟道时，该构成元素形成陷阱能级，使晶体管的电特性变动。此外，通过在氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的界面存在陷阱能级，也有时引起晶体管的电特性的变动。于是，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种防止电特性的变动而使可靠性得到提高的包含氧化物半导体的半导体装置。在本专利技术的一个方式中，在包含氧化物半导体的底栅型晶体管中，至少具有接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层和设置在该第一氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的第二氧化物半导体层的叠层结构。在上述结构中，通过将第二氧化物半导体层用作晶体管的主要的电流路径(沟道)且将第一氧化物半导体层用作用来防止源电极层及漏电极层的构成元素的扩散的缓冲层，由此可以防止晶体管的电特性变动。更具体地说，例如可以采用以下结构。本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；隔着栅极绝缘层重叠于栅电极层的氧化物半导体叠层；以及电连接于氧化物半导体叠层的源电极层及漏电极层，其中，氧化物半导体叠层包括接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层和设置在第一氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的第二氧化物半导体层，第一氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量为镓的含量以下，第二氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量大于镓的含量，并且，第一氧化物半导体层作为杂质包含源电极层及漏电极层的构成元素。本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；隔着栅极绝缘层重叠于栅电极层的氧化物半导体叠层；以及电连接于氧化物半导体叠层的源电极层及漏电极层，其中，氧化物半导体叠层包括接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层、接触于栅极绝缘层的第三氧化物半导体层及设置在第一氧化物半导体层与第三氧化物半导体层之间的第二氧化物半导体层，第一氧化物半导体层及第三氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量为镓的含量以下，第二氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量大于镓的含量，并且，第一氧化物半导体层作为杂质包含源电极层及漏电极层的构成元素。本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘层；隔着栅极绝缘层重叠于栅电极层的氧化物半导体叠层；以及电连接于氧化物半导体叠层的源电极层及漏电极层，其中，氧化物半导体叠层包括接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层、接触于栅极绝缘层的第三氧化物半导体层及设置在第一氧化物半导体层与第三氧化物半导体层之间的第二氧化物半导体层，第一氧化物半导体层及第三氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量为镓的含量以下，第二氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量大于镓的含量，第一氧化物半导体层作为杂质包含源电极层及漏电极层的构成元素，并且，第三氧化物半导体层作为杂质包含栅极绝缘层的构成元素。在上述半导体装置中的任一个中，源电极层及漏电极层优选包含铜。在上述半导体装置中的任一个中，栅极绝缘层也可以包括氮化硅膜。根据本专利技术的一个方式的结构的效果可以如下所述那样说明。注意，以下说明只不过是一个考察而已。本专利技术的一个方式的晶体管包括：接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层；以及成为晶体管的主要的电流路径(沟道)的第二氧化物半导体层。在此，第一氧化物半导体层用作用来防止源电极层及漏电极层的构成元素扩散到沟道的缓冲层。通过设置第一氧化物半导体层，可以防止该构成元素扩散到第一氧化物半导体层与第二氧化物半导体层的界面及第二氧化物半导体层中。此外，通过使应用于第一氧化物半导体层的金属氧化物的能隙(带隙)大于应用于第二氧化物半导体层的金属氧化物的能隙，可以在第二氧化物半导体层与第一氧化物半导体层之间形成导带偏移(conductionbandoffset)，所以是优选的。当在氧化物半导体叠层中存在有导带偏移时，在第二氧化物半导体层中载流子流过，而不使载流子流过第一氧化物半导体层及其界面，由此即使当在背沟道一侧存在有起因于金属元素的扩散的陷阱能级时，氧化物半导体叠层也不容易受到该陷阱能级的影响。由此，可以实现晶体管的电特性的稳定化。另外，本专利技术的一个方式的晶体管优选除了上述第一氧化物半导体层及第二氧化物半导体层之外还包括设置在第二氧化物半导体层与栅极绝缘层之间并接触于栅极绝缘层的第三氧化物半导体层。第三氧化物半导体层包含选自第二氧化物半导体层的构成元素中的一个或多个金属元素并具有与第二氧化物半导体层相同的性质。因此，通过设置第三氧化物半导体层，可以使用作沟道的第二氧化物半导体层的栅极绝缘层一侧的界面稳定化。就是说，第三氧化物半导体层用作用来防止该界面的劣化的缓冲层。尤其是，通过防止在沟道的栅极绝缘层一侧的界面载流子被捕捉，可以减少晶体管的光劣化(例如，光负偏压温度应力劣化)，而可以得到可靠性高的晶体管。此外，与应用于第一氧化物半导体层的金属氧化物同样，优选使应用于第三氧化物半导体层的金属氧化物的能隙大于应用于第二氧化物半导体层的金属氧化物的能隙，可以在第三氧化物半导体层与第二氧化物半导体层之间形成导带偏移，所以是优选的。在通常的MISFET中，在栅极绝缘层与半导体的界面也产生陷阱能级等，而使FET的电特性劣化。但是，通过设置第三氧化物半导体层，MISFET具有使载流子流过离栅极绝缘层远的区域的结构(所谓埋入沟道)，由此可以降低上述界面的影响。当作为第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：形成栅电极层；使用包含含硅气体和含氮气体的第一混合气体形成第一栅极绝缘层；使用包含含硅气体和含有一氧化二氮的气体的第二混合气体形成第二栅极绝缘层；在所述第二栅极绝缘层上形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层；在所述第二氧化物半导体层上形成源电极层；以及在所述第二氧化物半导体层上形成漏电极层，其中，所述第一氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，所述第二氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，并且，所述第二氧化物半导体层的能隙大于所述第一氧化物半导体层的能隙。

【技术特征摘要】
2012.05.31 JP 2012-1254321.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：形成栅电极层；使用包含含硅气体和含氮气体的第一混合气体形成第一栅极绝缘层；使用包含含硅气体和含有一氧化二氮的气体的第二混合气体形成第二栅极绝缘层；在所述第二栅极绝缘层上形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层；在所述第二氧化物半导体层上形成源电极层；以及在所述第二氧化物半导体层上形成漏电极层，其中，所述第一氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，所述第二氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，并且，所述第二氧化物半导体层的能隙大于所述第一氧化物半导体层的能隙。2.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：形成栅电极层；使用包含含硅气体和含氮气体的第一混合气体形成第一栅极绝缘层；使用包含含硅气体和含有一氧化二氮的气体的第二混合气体形成第二栅极绝缘层；在所述第二栅极绝缘层上形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层；在所述第二氧化物半导体层上形成源电极层；以及在所述第二氧化物半导体层上形成漏电极层，其中，所述第一氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，所述第二氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，所述第二氧化物半导体层的能隙大于所述第一氧化物半导体层的能隙，并且，所述源电极层及所述漏电极层的每一个包含铜。3.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：形成栅电极层；使用包含含硅气体和含氮气体的第一混合气体形成第一栅极绝缘层；使用包含含硅气体和含有一氧化二氮的气体的第二混合气体形成第二栅极绝缘层；在所述第二栅极绝缘层上形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层；在所述第二氧化物半导体层上形成源电极层；以及在所述第二氧化物半导体层上形成漏电极层，其中，所述第二氧化物半导体层是结晶氧化物半导体层，所述第一氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种，并且，所述第二氧化物半导体层包含铟、镓和锌中的一种或多种。4.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：形成栅电极层；使用包含含硅气体和含氮气体的第一混合气体形成第一栅极绝缘层；使用包含含硅气体和含有一氧化二氮的气体的第二混合气体形成第二栅极绝缘层；在所述第二栅极绝缘层上形成第一氧化物半导体层；在所述第一氧化物半导体层上形成第二氧化物半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，肥塚纯一，岛行德，德永肇，
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