半导体装置的制造方法制造方法及图纸

在具有氧化物半导体膜的底栅结构晶体管的制造工序中，进行由热处理的脱水化或脱氢化处理以及氧掺杂处理。具有经过由热处理的脱水化或脱氢化处理的氧化物半导体膜且受到氧掺杂处理的晶体管可以减小晶体管在偏压-热应力试验（BT试验）的前后的阈值电压的变化量，从而可以实现具有稳定电特性的可靠性高的晶体管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体装置及。另外，在本说明书中半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、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如集成电路(IC)及图像显示装置(显示装置)那样的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体 材料被广泛地所知。但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。例如，已经公开了，作为晶体管的活性层使用其电子载流子浓度低于IO1Vcm3的包含铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)的非晶氧化物的晶体管(参照专利文献I)。日本专利申请公开2006-165528号公报然而，氧化物半导体当在形成装置的工序中发生形成电子给体的氢、水分的混入等时，其导电率可能变化。这种现象成为使用氧化物半导体的晶体管的电特性变动的主要原因。
技术实现思路
鉴于这种问题，本专利技术的一个实施方式的目的之一是对使用氧化物半导体的半导体装置赋予稳定的电特性，以实现高可靠性化。本说明书所公开的专利技术的一个方式是一种，包括如下步骤形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触的绝缘膜；对绝缘膜进行氧掺杂处理，以对绝缘膜供应氧原子。另外，所公开的专利技术的一个方式是一种，包括如下步骤形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触的绝缘膜；对绝缘膜进行氧掺杂处理，以对绝缘膜供应氧原子；以及进行热处理。另外，在上述中，作为栅极绝缘膜或绝缘膜，可以形成包含氧化物半导体膜的成分元素的绝缘膜。或者，在上述中，作为栅极绝缘膜或绝缘膜，可以形成包含氧化物半导体膜的成分元素的绝缘膜以及包含与该绝缘膜的成分元素不同的元素的膜。或者，在上述中，作为栅极绝缘膜或绝缘膜，可以形成包含氧化镓的绝缘膜。或者，在上述中，作为栅极绝缘膜或绝缘膜，可以形成包含氧化镓的绝缘膜以及包含与氧化镓不同的材料的膜。另外，在上述中，可以覆盖绝缘膜地形成包含氮的绝缘膜。在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中，通过进行氧掺杂处 理，可以在层叠的栅极绝缘膜的膜中(块(bulk)中)、氧化物半导体膜的膜中(块中)、绝缘膜的膜中(块中)、栅极绝缘膜与氧化物半导体膜的界面、氧化物半导体膜与绝缘膜的界面中的至少一处以上设置存在有超过该膜的化学计量比的氧的氧过剩区域。氧含量优选为超过化学计量比的I倍至4倍(小于4倍)，更优选为超过I倍至2倍(小于2倍)。超过化学计量比的氧过剩的氧化物，例如在以InaGabZneSidAleMgfOg (a, b, c, d，e, f, g ^ O)表示的氧化物中，满足2g>3a+3b+2c+4d+3e+2f。另外，通过氧掺杂处理添加的氧有可能存在于氧化物半导体的晶格之间。另外，也可以在层叠的栅极绝缘膜、氧化物半导体膜以及绝缘膜中的两处以上设置上述氧过剩区域。例如，在制造工序中，可以通过进行氧掺杂处理，在栅极绝缘膜与氧化物半导体膜的界面、氧化物半导体膜的膜中(块中)、以及氧化物半导体膜与绝缘膜的界面的每一处设置氧过剩区域。另外，在没有缺陷(氧缺乏)的氧化物半导体中，只要包含相同于化学计量比的数量的氧即可，但是为了确保如抑制晶体管的阈值电压的变动等的可靠性，优选使氧化物半导体包含超过化学计量比的数量的氧。类似地，在没有缺陷(氧缺乏)的氧化物半导体中，不需要将氧过剩的绝缘膜用作栅极绝缘膜或绝缘膜，但是为了确保如抑制晶体管的阈值电压的变动等的可靠性，考虑到在氧化物半导体层中可能产生氧缺乏的状态，而优选将氧过剩的绝缘膜用作栅极绝缘膜或绝缘膜。另外，对氧化物半导体膜通过热处理进行脱水化或脱氢化处理，去除氧化物半导体膜中的氢原子或水等包含氢原子的杂质，来使氧化物半导体膜高纯度化。这里，将由氧掺杂处理而添加的氧量设定为比由脱水化或脱氢化处理而被高纯度化了的氧化物半导体膜中的氢量多。如果在上述叠层的栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、以及绝缘膜的至少一部分的氧量多，该氧扩散并与其他不稳定因素的原因的氢起反应，来固定氢(使氢不动离子化)。也就是说，可以降低(或充分减小)可靠性上的不稳定性。另外，通过形成氧过剩状态，可以减小由氧缺乏而引起的阈值电压Vth的不均匀，并可以降低阈值电压的偏移AVth。这里，上述“氧掺杂”是指将氧(至少包含氧自由基、氧原子、氧离子中的任一种)添加到块中的处理。该术语“块”是为了明确显示不仅将氧添加到薄膜表面还将氧添加到薄膜内部的情况的目的而使用。另外，“氧掺杂”包括将等离子体化的氧添加到块中的“氧等离子体掺杂”。在此，描述通过上述“氧等离子体掺杂”处理将氧添加到块中的状态。注意，在对包含氧作为其一成分的氧化物半导体膜中进行氧掺杂处理时，一般来说，确认氧浓度的增减是很困难的。由此，这里使用硅片来确认氧掺杂处理的效果。氧掺杂处理通过利用电感稱合等离子体(ICP :Inductively Coupled Plasma)方式来进行。其条件如下ICP功率为800W、RF偏置功率为300W或0W、压力为I. 5Pa、气体流量为 75sccm、衬底温度为 70°C。图 15 表不根据 SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry 二次离子质谱)分析的硅片的深度方向的氧浓度分布。在附图说明图15中，纵轴表示氧浓度，横轴表示离硅片表面的深度。根据图15，可以确认在RF偏置功率为OW的情况以及RF偏置功率为300W的情况都添加有氧。另外，可以确认在RF偏置为300W时，与RF偏置为OW的情况相比，氧的添加深度更深。接着，在图16A 和 16B 中不出通过 STEM (Scanning Transmission ElectronMicroscopy :扫描透射电子显微镜)对进行氧掺杂处理之前和之后的硅片的截面进行观察的结果。图16A是进行氧掺杂处理之前的STEM图像，图16B是在上述RF偏置功率为300W的条件下进行氧掺杂处理之后的STEM图像。由图16B可知，通过进行氧掺杂处理，在硅片中形成了氧高掺杂区域。如上所示，通过对硅片进行氧掺杂，可以在硅片中添加氧。根据该结果，可以理解通过对氧化物半导体膜进行氧掺杂，当然也可以在氧化物半导体膜中添加氧。 至于所公开的专利技术的一个方式的上述结构的效果，按照下述考察就很容易理解。但是，以下说明只不过是一个考察而已。在对栅电极施加正电压时，从氧化物半导体膜的栅电极一侧到背沟道一侧(与栅极绝缘膜相反一侧)产生电场，由此存在于氧化物半导体膜中的具有正电荷的氢离子移动到背沟道一侧并蓄积在与绝缘膜的界面附近。由于正电荷从所蓄积的氢离子移动到绝缘膜中的电荷俘获中心(氢原子、水、或污染物质等)，在氧化物半导体膜的背沟道一侧蓄积有负电荷。也就是本文档来自技高网...

【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，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：
国别省市：