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建立用于制造使用氧化物半导体的半导体器件的加工技术。在衬底上方形成栅电极，在栅电极上方形成栅绝缘层，在栅绝缘层上方形成氧化物半导体层，通过湿法蚀刻加工氧化物半导体层以形成岛状氧化物半导体层，形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体层，通过第一干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并且通过第二干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分、或者通过干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并且通过所述干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分以在岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。

Method for manufacturing semiconductor device

The object of the present invention is to establish a processing technique for manufacturing semiconductor devices using oxide semiconductors. A gate electrode is formed on the substrate, forming a gate insulating layer on the gate electrode above the layer over the oxide semiconductor layer is formed on the gate insulating oxide by wet etching, semiconductor layer to form an island like semiconductor layer oxide, a conductive layer is formed to cover the island like semiconductor layer oxide, through the first dry etching processing to form a source electrode and a conductive layer the drain electrode, and second through the dry etching to remove Island oxide semiconductor layer is a part of, or by dry etching the conductive layer to form a source electrode and a drain electrode, and through the dry etching to remove the oxide semiconductor layer of the island part of the concave part is formed on the semiconductor layer in the oxide island.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制造使用了氧化物半导体的半导体器件的方法。
技术介绍
近年来，用于使用氧化物半导体来形成薄膜晶体管(也称为TFT)并将薄膜晶体管 应用于电子设备等的技术备受关注。例如，专利文献1和专利文献2公开了用于使用氧化 锌或h-Ga-ai-Ο类的氧化物半导体作为氧化物半导体膜来形成图像显示装置等的开关元 件的技术。蚀刻处理是用于加工氧化物半导体的典型技术(见专利文献3和专利文献4)，但 是存在问题。例如，湿法蚀刻不适合于元件的小型化，因为湿法蚀刻是各向同性蚀亥ij。另外， 因为在湿法蚀刻中使用化学溶液，所以在可控性上存在不足。另一方面，干法蚀刻具有小型 化和可控性的优点；然而，其缺点在于蚀刻速率慢，使得要花很多时间进行处理。另外，取决 于所用装置，有可能在要蚀刻的表面中发生偏差(variation)。日本特开2007-123861。日本特开2007-96055。日本特开2008-41695。日本特开2008-42067。
技术实现思路
如此，已经存在一些用于加工氧化物半导体的技术。然而，尚未建立满足使用氧化 物半导体制造半导体器件所需的条件的加工技术。另外，稀有金属诸如铟被用于氧化物半导体。在包括蚀刻的传统的加工技术中，氧 化物半导体层的主要部分一其包括所沉积的这种昂贵金属一被去除和浪费了。因此， 难以降低通过传统加工技术使用氧化物半导体制造半导体器件的成本。另外，需要应对资 源节约问题的措施。鉴于上述问题，本专利技术的目的在于建立一种用于使用氧化物半导体制造半导体器 件的加工技术。另外，另一个目的在于提供一种对节约资源有用的用于制造半导体器件的 方法。根据本专利技术的一个实施方式，利用使用包括氯气和氧气的气体的干法蚀刻，来加 工起有源层的作用的岛状氧化物半导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层。例 如，利用干法蚀刻加工导电层以形成源电极和漏电极，并利用干法蚀刻去除氧化物半导体 层的一部分以在所述岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分。此时，优选地，使用包括氧化硅CN 102136500 A说明书2/30 页的材料形成位于岛状氧化物半导体层下方的栅绝缘层。替代地，利用湿法蚀刻加工位于栅绝缘层上方的氧化物半导体层，以作为岛状氧 化物半导体层。以下说明其细节。根据本专利技术的一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝缘 层；在栅绝缘层上方形成氧化物半导体层；利用湿法蚀刻来加工氧化物半导体层以形成岛 状氧化物半导体层；形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体层；利用第一干法蚀刻来加工导 电层以形成源电极和漏电极、并利用第二干法蚀刻来去除岛状氧化物半导体层的一部分， 或者利用干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极、并利用所述干法蚀刻去除岛状氧 化物半导体层的一部分。根据本专利技术的另一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝 缘层；在栅绝缘层上方形成第一氧化物半导体层；在第一氧化物半导体层上方形成导电率 高于第一氧化物半导体层的导电率的第二氧化物半导体层；利用湿法蚀刻来加工第一氧化 物半导体层和第二氧化物半导体层以形成第一岛状氧化物半导体层和第二岛状氧化物半 导体层；形成导电层以覆盖第二岛状氧化物半导体层；利用第一干法蚀刻来加工导电层以 形成源电极和漏电极、并利用第二干法蚀刻来去除第一岛状氧化物半导体层的一部分和第 二岛状氧化物半导体层的一部分以在第一岛状氧化物半导体层中形成凹陷部分，或者利用 干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极、并且利用该干法蚀刻来去除第一岛状氧化 物半导体层的一部分和第二岛状氧化物半导体层的一部分以在第一岛状氧化物半导体层 中形成凹陷部分。在以上说明中，氧化物半导体层(包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体 层)可以包括铟、镓、和锌。另外，可以使用在干法蚀刻中的蚀刻速率高于氧化物半导体层 (包括第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层)所用材料的蚀刻速率的材料来形成导 电层。可以使用包括氯的气体进行上述干法蚀刻。在该情况中，包括氧化硅的材料被优 选地用于栅绝缘层而所述包括氯的气体优选地包括氧。另外，在所述包括氯的气体中氧的 含量可以为15体积％或更多。另外，可以从湿法蚀刻之后获得的废弃溶液中收集金属元素。根据本专利技术的另一个实施方式，在衬底上方形成栅电极；在栅电极上方形成栅绝 缘层；在栅绝缘层上方形成岛状氧化物半导体层；形成导电层以覆盖岛状氧化物半导体 层；利用使用包括氯和氧的气体的干法蚀刻来加工导电层以形成源电极和漏电极，并且 (与此同时)利用所述干法蚀刻去除岛状氧化物半导体层的一部分以在岛状氧化物半导体 层中形成凹陷部分。在以上说明中，氧化物半导体层可以包括铟、镓、和锌。另外，可以使用在干法蚀刻 中的蚀刻速率高于氧化物半导体层所用材料的蚀刻速率的材料来形成导电层。包括氧化硅 的材料被优选地用于栅绝缘层。在所述包括氯的气体中氧的含量可以为15体积％或更多。注意，“蚀刻速率”是指每单位时间被蚀刻的膜的量(所蚀刻的膜的量)。因此，“蚀 刻速率高的膜”表示易于被蚀刻的膜，而“蚀刻速率低的膜”表示难以被蚀刻的膜。另外， “可以得到在A层和B层之间的蚀刻选择性”是指当A层和B层被蚀刻时，A层的蚀刻速率和B层的蚀刻速率之间有足够的差别，例如，使得A层和B层中的一个能够比另一个更大量 地被蚀刻。注意，本说明书中所能使用的氧化物半导体的示例包括InMO3(ZnO)m(MX))。此 处，“M”为选自镓(( )、铁0 )、镍(Ni)、锰(Mn)和钴(Co)的金属元素或多个金属元素。 例如，当M包括( 时，只包括Ga，或者除了 ( 以外还包括以上金属元素，例如，M包括( 和 Na、包括( 和狗，等等。另外，在以上氧化物半导体中，除了所包括的作为M的元素外，作为 杂质元素，还可以包括过渡金属元素诸如!^e或Ni、或者过渡金属元素的氧化物。在本说明 书中，在以上氧化物半导体之中，作为M至少包括镓的氧化物半导体被称作h-Ga-Si-O类 氧化物半导体；在某些情况下，使用所述材料的膜被称作h-Ga-ai-Ο类非单晶膜。注意，本说明书中的半导体器件是指所有利用半导体特性而发挥作用的器件。显 示装置、半导体电路、和电子器件全部都是半导体器件。根据本专利技术的一个实施方式，利用干法蚀刻来加工起有源层作用的岛状氧化物半 导体层和覆盖所述岛状氧化物半导体层的导电层，由此可以将半导体器件小型化并改善半 导体器件的性能。另外，栅绝缘层上方的氧化物半导体层被湿法蚀刻加工成岛状氧化物半 导体，从而能够改善生产吞吐率。另外，利用湿法蚀刻执行相对不需要控制蚀刻速率的对栅绝缘层上方的氧化物半 导体层的蚀刻，而利用干法蚀刻执行需要小型化和控制蚀刻的沟道蚀刻(charmel-etch)， 使得能够在整个制造过程中改善生产吞吐率并且实现半导体器件的更高性能。另外，当加工氧化物半导体层以具有岛状形状时采用湿法蚀刻，而氧化物半导体 层中所包括的材料诸如铟被从蚀刻之后的废弃溶液中收集和再利用，从而可以有效使用资 源并且可以降低成本。附图说明图1A、1B、ICUDJP IE表示了实施方式1的半导体器件。 图2A、2B、2C、2D、和2E表示了实施方式2的半导体器件。 图3A、3B、3C、3D、和3E表示了用于制造实施方式2的半导体器本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于制造半导体器件的方法，包含以下步骤：形成半导体层，所述半导体层包括氧化物半导体，所述氧化物半导体包括铟；通过湿法蚀刻加工所述半导体层以形成岛状半导体层；以及通过干法蚀刻加工所述岛状半导体层以在所述岛状半导体层中形成凹陷部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：须泽英臣，笹川慎也，村冈大河，
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：JP