半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术目的在于提供薄膜晶体管、以及用于制造具有受控阈值电压、高操作速度、相对容易的制造工艺、以及足够的可靠性的包括氧化物半导体的薄膜晶体管的方法。可消除对氧化物半导体层中的载流子浓度产生影响的杂质，诸如氢原子、或包含氢原子的化合物(诸如H2O)。可形成与氧化物半导体层接触的包含大量缺陷(诸如悬空键)的氧化物绝缘层，以使杂质扩散到氧化物绝缘层中，并且氧化物半导体层中的杂质浓度降低。可在通过使用低温泵排空、由此杂质浓度降低的沉积室中形成氧化物半导体层或与该氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体元件、以及用于制造半导体元件的方法。具体地，本专利技术涉及各自包括氧化物半导体的。
技术介绍
通常在液晶显示器件中使用的在诸如玻璃基板之类的平板上形成的薄膜晶体管 (TFT) 一般使用诸如非晶硅或多晶硅之类的半导体材料来形成。使用非晶硅的TFT具有低电场迁移率，但是可对玻璃基板尺寸的增大作出响应。另一方面，使用多晶硅的TFT具有高电场迁移率，但是需要诸如激光退火之类的结晶步骤，并且未必总是能适应玻璃基板尺寸的增大。相反，其中TFT使用氧化物半导体作为半导体材料来形成且应用于电子器件或光学器件的技术已引起了关注。例如，专利文献1和2各自公开了其中TFT使用氧化锌或 In-Ga-Zn-O基氧化物半导体作为半导体材料来形成且用于图像显示器件中的开关元件等的技术。其中沟道形成区(也称为沟道区)设置在氧化物半导体中的TFT的电场迁移率比使用非晶硅的TFT的电场迁移率高。可在300°C或更低的温度下通过溅射法等来形成氧化物半导体层，并且使用氧化物半导体层的TFT的制造工艺比使用多晶硅的TFT的制造工艺简单。预期使用这种氧化物半导体在玻璃基板、塑料基板等上形成的TFT应用于显示器件，诸如液晶显示器、电致发光显示器(也称为EL显示器)、以及电子纸。日本公开专利申请No.2007-123861日本公开专利申请No. 2007-096055本专利技术的公开内容 然而，包括氧化物半导体的半导体元件不具有良好的特性。例如，包括氧化物半导体层的薄膜晶体管需要受控阈值电压、高操作速度、相对容易的制造工艺、以及足够的可靠性。鉴于上述技术背景作出本专利技术。因此，本专利技术的一个实施例的目的在于，增加包括氧化物半导体层的半导体元件的可靠性。具体地，目的在于提供具有受控阈值电压的包括氧化物半导体的薄膜晶体管。另一目的在于提供具有高操作速度、相对容易的制造工艺、以及足够的可靠性的包括氧化物半导体的薄膜晶体管。另一目的在于提供用于制造具有受控阈值电压、高操作速度、相对容易的制造工艺、以及足够的可靠性的包括氧化物半导体的薄膜晶体管的方法。氧化物半导体层中的载流子浓度对包括氧化物半导体的薄膜晶体管的阈值电压产生影响。氧化物半导体层中的载流子因氧化物半导体层中所包含的杂质而产生。例如，在所形成的氧化物半导体层中包含的氢原子、包含氢原子的化合物(诸如H2O)、或包含碳原子的化合物导致氧化物半导体层中的载流子浓度增加。因此，难以控制包括包含氢原子、包含氢原子的化合物(诸如H2O)、或包含碳原子的化合物的氧化物半导体层的薄膜晶体管的阈值电压。为了实现以上目的，可消除对氧化物半导体层中所包含的载流子的浓度产生影响的杂质，例如，氢原子、包含氢原子的化合物(诸如H2O)、或包含碳原子的化合物。具体地， 半导体元件中所包括的氧化物半导体层中的氢浓度可以是大于或等于IX IO18CnT3且小于或等于 2 X IO2ciCnT3。另外，可形成与氧化物半导体层接触的包含大量缺陷(诸如悬空键)的氧化物绝缘层，从而氧化物半导体层中所包含的氢原子、或包含氢原子的化合物(诸如H2O)可扩散到氧化物绝缘层中，并且可降低氧化物半导体层中的杂质浓度。此外，可在通过使用低温泵排空来降低杂质浓度的沉积室中形成氧化物半导体层或与该氧化物半导体层接触的氧化物绝缘层。S卩，本专利技术的一个实施例是用于制造氧化物半导体元件的方法，该方法包括以下步骤在基板上形成栅电极；在栅电极上形成栅绝缘膜；在栅电极上隔着栅绝缘膜形成氧化物半导体层；以源电极和漏电极与氧化物半导体层接触、且源电极和漏电极的端部与栅电极重叠的方式形成源电极和漏电极；以及在源电极和漏电极之间形成覆盖氧化物半导体层的氧化物绝缘层。注意，基板被保持在维持在减压状态中的反应室中，基板被加热到低于 600°C的温度，并且在去除了反应室中剩余水分的状态中，通过引入去除了氢气和水分的溅射气体、以及使用设置在反应室中的靶而在基板上形成栅绝缘膜。在用于制造氧化物半导体元件的以上方法中，通过使用设置在反应室中的金属氧化物作为靶在栅绝缘膜上形成氧化物半导体层。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中沉积氧化物半导体层时所使用的溅射气体的纯度为99. 9999%或更高的氧化物半导体元件的方法。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中通过使用低温泵排空来去除剩余水分的氧化物半导体元件的方法。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中金属氧化物靶是包含氧化锌作为主要组分的金属氧化物的氧化物半导体元件的方法。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中金属氧化物靶是包含铟、镓和锌的金属氧化物的氧化物半导体元件的方法。本专利技术的另一实施例是用于制造氧化物半导体元件的方法，该方法包括以下步骤在基板上形成栅电极；在栅电极上形成栅绝缘膜；在栅电极上隔着栅绝缘膜形成氧化物半导体层；以源电极和漏电极与氧化物半导体层接触、且源电极和漏电极的端部与栅电极重叠的方式形成源电极和漏电极；以及在源电极和漏电极之间形成覆盖氧化物半导体层的氧化物绝缘层。注意，其上形成有栅绝缘膜的基板被保持在维持在减压状态中的加热室中，基板在去除了加热室中剩余水分的状态中被预热到低于400°C的温度，基板被保持在维持在减压状态中的反应室中，基板被加热到低于600°C的温度，并且通过使用设置在反应室中的金属氧化物作为靶在栅绝缘膜上形成氧化物半导体层。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中通过使用低温泵排空来去除剩余水分的氧化物半导体元件的方法。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中金属氧化物靶是包含氧化锌作为主要组分的金属氧化物的氧化物半导体元件的方法。在用于制造氧化物半导体元件的方法中，本专利技术的另一实施例是用于制造其中金属氧化物靶是包含铟、镓和锌的金属氧化物的氧化物半导体元件的方法。本专利技术的另一实施例是薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括基板上的栅电极；栅电极上的栅绝缘膜；栅电极上隔着栅绝缘膜的氧化物半导体层；以源电极和漏电极与氧化物半导体层接触、且源电极和漏电极的端部与栅电极重叠的方式形成的源电极和漏电极；以及在源电极和漏电极之间形成的覆盖氧化物半导体层的氧化物绝缘层。注意，在以上薄膜晶体管中，氧化物半导体层和氧化物绝缘层之间的界面处的氢浓度大于或等于5X IO19CnT3 且小于或等于lX 1022cm_3。本专利技术的另一实施例是薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括基板上的栅电极；栅电极上的栅绝缘膜；栅电极上隔着栅绝缘膜的氧化物半导体层；以源电极和漏电极与氧化物半导体层接触、且源电极和漏电极的端部与栅电极重叠的方式形成的源电极和漏电极；以及在源电极和漏电极之间形成的覆盖氧化物半导体层的氧化物绝缘层。注意，在以上薄膜晶体管中，氧化物半导体层和氧化物绝缘层之间的界面处的氢浓度是氧化物绝缘层的距离界面30nm的部分中的氢浓度的大于或等于5倍且小于或等于100倍。本专利技术的另一实施例是薄膜晶体管，该薄膜晶体管包括基板上的栅电极；栅电极上的栅绝缘膜；栅电极上隔着栅绝缘膜的氧化物半导体层；以源电极和漏电极与氧化物半导体层接触、且源电极和漏电极的端部与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，宫永昭治，坂仓真之，肥塚纯一，丸山哲纪，井本裕己，
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：