半导体器件及其制造方法技术

半导体器件包括在绝缘表面上的包括结晶区的氧化物半导体层、与该氧化物半导体层相接触的源电极层和漏电极层、覆盖该氧化物半导体层、该源电极层、以及该漏电极层的栅绝缘层、以及在与结晶区交迭的区域中的栅绝缘层上的栅电极层。结晶区包括其c-轴与基本垂直于氧化物半导体层的表面的方向对齐的晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所公开的本专利技术的
涉及包含氧化物半导体的半导体器件以及该半导体器件的制造方法。注意，此处，半导体器件是指通过利用半导体特性而起作用的通用元件和器件。
技术介绍
场效应晶体管是最广泛被使用的半导体元件之一。根据晶体管的用途，各种材料 被用于场效应晶体管。特定地，包含硅的半导体材料经常被使用。包含硅的场效应晶体管具有满足各种用途的需要的特性。例如，单晶硅被用于需要以高速操作的集成电路等，藉此满足需要。进一步，非晶硅被用于需要大面积的对象，诸如显示设备，藉此可满足需要。如上所述，硅是高度通用的且可被用于各种目的。然而，近年来，半导体材料已经变得被期待具有更高的性能以及通用性。例如，在改进大面积显示设备的性能方面，为了实现开关元件的高速操作，需要有助于增加显示设备面积且相比非晶硅表现出更高性能的半导体材料。在这样的条件下，包含氧化物半导体的场效应晶体管(也被称为FET)的技术已经引起了注意。例如，专利文献I公开了包含同系化合物InM03(Zn0)m(M是In、Fe、Ga、或Al，且m是大于或等于I且小于50的整数)的透明薄膜场效应晶体管。此外，专利文献2公开了其中使用包含In、Ga和Zn且具有小于1018/cm3的电子载流子密度的非晶氧化物半导体的场效应晶体管。注意，在这个专利文献中，非晶氧化物半导体中In原子与Ga原子和Zn原子的比值为I : I : m(m<6)。进一步，专利文献3公开了为活性层使用其中包含微晶的非晶氧化物半导体的场效应晶体管。[参考文献][专利文献I]日本公开专利申请No.2004-103957[专利文献2]PCT国际公开No. 05/088726[专利文献3]日本公开专利申请No.2006-165529
技术实现思路
专利文献3公开了处于非晶状态的组合物是InGaO3(ZnO)niGii是小于6的整数)。进一步，专利文献3在示例I中公开了 InGaO3(ZnO)4的情况。然而，实际上，即使在使用了这样的氧化物半导体的情况下也没有获得充足的特性。考虑到上述问题，目的是提供具有其中使用了具有新颖结构的氧化物半导体层的新颖结构的半导体器件。在所公开的本专利技术的实施例中，使用被纯化且包括结晶区的氧化物半导体层而形成半导体器件。结晶区是，例如，具有电各向异性的区域或防止杂质进入的区域。例如可采用 以下结构。所公开的本专利技术的实施例是半导体器件，其包括氧化物半导体层，该氧化物半导体层包含位于绝缘表面上的结晶区、与该氧化物半导体层相接触的源电极层和漏电极层、覆盖该氧化物半导体层、该源电极层、以及该漏电极层的栅绝缘层、以及在栅绝缘层上与结晶区相交迭的区域中的栅电极层。结晶区包括其C-轴与基本垂直于氧化物半导体层的表面的方向对齐的晶体。注意，在本说明书等中，“基本垂直”意味着相对于垂直方向在土 10°范围内。所公开的本专利技术的另一个实施例是半导体器件，其包括位于绝缘表面上的第一栅电极层、覆盖该第一栅电极层的第一栅绝缘层、包含位于该第一栅绝缘层上结晶区的氧化物半导体层、与该氧化物半导体层相接触的源电极层和漏电极层、覆盖该氧化物半导体层、源电极层、以及漏电极层的第二栅绝缘层、以及位于第二栅绝缘层上与该结晶区相交迭的区域中的第二栅电极层。结晶区包括其C-轴与基本垂直于氧化物半导体层的表面的方向对齐的晶体。此外，可在源电极层和漏电极层上提供具有与源电极层和漏电极层基本一样的形状的绝缘层。注意，在本说明书等中，表述“基本一样”或“基本是一样”并不必然意味着在严格意义上严格地一样且可意味着被认为是一样的。例如，由单个蚀刻工艺造成的差异是可接受的。进一步，厚度并不需要是一样的。此外，源电极层和漏电极层与氧化物半导体层接触的一部分可包括具有低氧亲和力。氧化物半导体层中结晶区以外的区域(如，沟道形成区以外的区域)可具有非晶结构。在与栅电极层相交迭的区域中，氧化物半导体层表面高度差异可以是Inm或更小。所公开的本专利技术的另一个实施例是制造半导体器件的方法，其包括如下步骤在绝缘表面上形成氧化物半导体层；在该氧化物半导体层上形成导电层；通过蚀刻该导电层而形成源电极层和漏电极层；通过执行热处理，形成具有与基本垂直于该氧化物半导体层表面的方向对齐的C-轴的结晶区；形成栅绝缘层来覆盖该氧化物半导体层、源电极层、以及漏电极层；并在该栅绝缘层上与结晶区相交迭的区域中形成栅电极层。所公开的本专利技术的另一个实施例是制造半导体器件的方法，其包括如下步骤在绝缘表面上形成第一栅电极层；形成第一栅绝缘层从而覆盖该第一栅电极层；在该第一栅绝缘层上形成氧化物半导体层，在该氧化物半导体层上形成导电层；通过蚀刻该导电层而形成源电极层和漏电极层；通过执行热处理，形成具有与基本垂直于该氧化物半导体层表面的方向对齐的C-轴的结晶区；形成第二栅绝缘层来覆盖该氧化物半导体层、源电极层、以及漏电极层；并在该第二栅绝缘层上与结晶区相交迭的区域中形成第二栅电极层。在上述实施例中，热处理可在高于或等于550°C且低于或等于850°C的温度下执行，优选地在高于或等于550°C且低于或等于750°C的温度下执行。当该导电层被蚀刻时，可移除该氧化物半导体层的部分。可在源电极层和漏电极层上形成具有与源电极层和漏电极层基本一样的形状的绝缘层。源电极层和漏电极层与氧化物半导体层接触的一部分可使用具有低氧亲和力的材料形成。可将具有非晶结构的氧化物半导体层形成为氧化物半导体层，且该非晶结构可留在结晶区以外的区域中(如，沟道形成区以外的区域)。注意，在本说明书等中的诸如“上”或“下”之类的术语不一定是指组件直接置于另一组件之上或直接置于另一组件之下。例如，表述“栅绝缘层上的第一栅电极层”不排除有组件置于栅绝缘层和栅电极层之间的情况。此外，诸如“上”和“下”之类的术语只是为了方便描述，并且可包括组件的垂直关系颠倒的情况，除非另外指明。另外，在本说明书等中的诸如“电极”和“引线”之类的术语不限制组件的功能。例如，可使用“电极”作为部分的“引线”，且可使用“引线”作为部分的“电极”。此外，术语“电极”或“引线”可包括以集成的方式形成多个“电极”或“引线”的情况。 例如，当使用相反极性的晶体管时、或当在电路操作中改变电流流向时，“源极”和“漏极”的功能有时可彼此互换。因此，在本说明书中，术语“源极”与“漏极”可分别用于表示漏极和源极。注意，在本说明书等中的术语“电连接”包括组件通过具有任何电功能的物体连接的情况。只要可在通过该物体连接的组件之间发射和接收电信号，对具有任何电功能的物体就没有具体限制。“具有任何电功能的对象”的示例是诸如晶体管的开关元件、电阻器、电感器、电容器、以及具有各种功能以及电极和引线的元件。在所公开的专利技术的实施例中，被提纯的氧化物半导体层被用于半导体器件。提纯意味着以下中的至少一项从氧化物半导体层中尽量移除氢(氢导致氧化物半导体改变为η-型氧化物半导体)，和通过提供氧化物半导体层缺少的氧来减少缺陷(缺陷是由氧化物半导体层中的缺氧引起的)，缺氧。进行提纯从而获得本征(i-型)氧化物半导体层。由于氧化物半导体层一般具有η-型导电率，截止态电流较高。当截止态电流较高时，开关特性不充分，这对于半导体器件是不合适的。因此，氧化物半导体层被提纯从而改变为i_型或基本i_型的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.04 JP 2009-2763341.一种半导体器件，包括 在绝缘表面上的包括结晶区的氧化物半导体层； 与所述氧化物半导体层电接触的源电极层和漏电极层； 覆盖所述氧化物半导体层、所述源电极层、以及所述漏电极层的栅绝缘层；以及 位于所述结晶区上的栅电极层，所述栅绝缘层夹在所述结晶区和所述栅电极层之间， 其中所述结晶区包括其C-轴与基本垂直于所述氧化物半导体层的表面的方向对齐的晶体。2.如权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体层包括凹入部分。3.如权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，还包括，分别位于所述源电极层和所述漏电极层上的，具有与所述源电极层和所述漏电极层基本一样的形状的绝缘层。4.如权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极层和所述漏电极层的与所述氧化物半导体层接触的部分包括具有低氧亲和力的材料。5.如权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，在所述氧化物半导体层中所述结晶区以外的区域具有非晶结构。6.如权利要求I所述的半导体器件，其特征在于，在与所述栅电极层交迭的区域中，所述氧化物半导体层的表面的高度差为Inm或更少。7.一种半导体器件，包括 在绝缘表面之上的第一栅电极层； 覆盖所述第一栅电极层的第一栅绝缘层； 在所述第一栅绝缘层上的包括结晶区的氧化物半导体层； 与所述氧化物半导体层电接触的源电极层和漏电极层； 覆盖所述氧化物半导体层、所述源电极层、以及所述漏电极层的第二栅绝缘层；以及位于所述结晶区上的第二栅电极层，所述第二栅绝缘层夹在所述结晶区和所述第二栅电极层之间 其中所述结晶区包括其C-轴与基本垂直于所述氧化物半导体层的表面的方向对齐的晶体。8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述氧化物半导体层包括凹入部分。9.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，还包括，分别位于所述源电极层和所述漏电极层上的，具有与所述源电极层和所述漏电极层基本一样的形状的绝缘层。10.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述源电极层和所述漏电极层的与所述氧化物半导体层接触的部分包括具有低氧亲和力的材料。11.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，在所述氧化物半导体层中所述结晶区以外的区域具有非晶结构。12.—种半导体器件的制造方法，包括 在绝缘表面上形成氧化物半导体层； 在所述氧化物半导体层上形成导电层； 通过蚀刻所述导电层而形成源电极层和漏电极层； 通过执行热处理在所述氧化物半导体层中形成结晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：