半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的一个实施方式的目的之一是对包括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。一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：形成第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成源电极及漏电极以及与源电极及漏电极电连接的氧化物半导体膜；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；对去除了氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理来对氧化物半导体膜供给氧原子；在被供给有氧原子的氧化物半导体膜上形成第二绝缘膜；以及在第二绝缘膜上的与氧化物半导体膜重叠的区域上形成栅电极。

【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。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)等的电子设备。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周知。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，作为晶体管的有源层使用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号公报但是，当在装置制造工序中氧化物半导体中混入用于形成电子供体的氢或水分时，有可能导致导电率变化。该现象是导致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
鉴于上述问题，本专利技术的目的之一是使使用氧化物半导体的半导体装置具有稳定的电特性，以实现高可靠性。在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中，进行利用热处理的脱水化或脱氢化以及氧掺杂处理。在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中至少进行氧掺杂处理。所公开的专利技术的一个方式是一种，包括如下步骤形成第一绝缘膜；在第一绝缘膜上形成源电极及漏电极以及与源电极及漏电极电连接的氧化物半导体膜；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；对去除了氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理来对氧化物半导体膜供给氧原子；在所述氧化物半导体膜上形成第二绝缘膜；以及以与所述氧化物半导体膜重叠的方式在第二绝缘膜上形成栅电极。所公开的专利技术的另一个方式是一种，包括如下步骤形成作为成分包含氧原子的第一绝缘膜；对第一绝缘膜进行氧掺杂处理以对第一绝缘膜供给氧原子；在第一绝缘膜上形成源电极及漏电极以及与源电极及漏电极电连接的氧化物半导体膜；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；对所述氧化物半导体膜进行氧掺杂处理来对所述氧化物半导体膜供给氧原子；在所述氧化物半导体膜上形成作为成分包含氧原子的第二绝缘膜；对第二绝缘膜进行氧掺杂处理以对第二绝缘膜供给氧原子；以及以与氧化物半导体膜重叠的方式在第二绝缘膜上形成栅电极。在上述中，有时以使氧化物半导体膜包含超过化学计量比的一倍至两倍的比率的氧原子的方式对氧化物半导体膜进行掺杂处理。另外，有时形成包含氧化物半导体膜的成分元素的绝缘膜作为第一绝缘膜或第二绝缘膜。或者，有时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作为第一绝缘膜或第二绝缘膜。或者，有时形成包含氧化镓的绝缘膜作为第一绝缘膜或第二绝缘膜。或者，有时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作为第一绝缘膜或第二绝缘膜。注意，在本说明书中，“氧化镓”这一用语在没有特殊说明的情况下表示作为成分元素的氧和镓，并不限制为单指氧化镓。例如，也可以将“含有氧化镓的绝缘膜”读为“含有氧和镓的绝缘膜”。另外，在上述的结构中，有时以覆盖栅电极的方式形成包含氮的绝缘膜。像这样，当在上方形成不包含氢或氢含量极少的氮化硅等的绝缘膜时，可以防止被添加的氧放出到外部并可以防止从外部混入氢或水。从这一点上来看可以说该绝缘膜的重要性较高。注意，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)添加到块体中的处理。注意，“块体(bulk)”这一用语是为了表明不仅将氧添加到薄膜的表面还将氧添加到薄膜的内部。另外，“氧掺杂”包括将等离子体化的氧添加到块体中的“氧等 离子体掺杂”。通过上述氧掺杂处理，氧化物半导体膜的膜中(块体中)、绝缘膜的膜中(块体中)、氧化物半导体膜与绝缘膜的界面中的至少一处以上存在超过化学计量比的含量的氧。氧的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)。这里，超过化学计量比的氧过剩的氧化物是指例如在表示为InaGabZnciSidAleMgfOg Ca,h, c, d, e, f, g彡O)时,满足2g>3a+3b+2c+4d+3e+2f的氧化物。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间。另外，添加氧使脱水化、脱氢化之后的氧化物半导体膜中的氧的含量至少多于氢的含量。只要至少上述结构中的任何一个中使添加的氧的含量多于氢，氧即可以扩散而与其他的导致不稳定的原因的氢发生反应而将氢固定(非可动离子化)。即，可以降低或充分地降低可靠性的不稳定性。另外，通过使氧过剩，可以在降低起因于氧缺损的阈值电压Vth的不均匀的同时降低阈值电压的偏移量AVth。另外，更优选氧化物半导体膜的膜中(块体中)、绝缘膜的膜中(块体中)、氧化物半导体膜与绝缘膜的界面中的至少两处以上存在上述量的氧。另外，在没有缺陷(氧缺损)的氧化物半导体中，只要包含与化学计量比一致的量的氧即可，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量的氧。同样地，在没有缺陷(氧缺损)的氧化物半导体中，不需要使用氧过剩的绝缘膜作为基底膜，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损状态的情况优选使用氧过剩的绝缘膜作为基底膜。在此，示出利用上述“氧等离子体掺杂”处理对块体中添加氧的样子。注意，通常在对作为成分之一包含氧的氧化物半导体膜中进行氧掺杂处理时，很难确认氧浓度的增减。所以，这里使用硅片对氧掺杂处理的效果进行了确认。氧掺杂处理通过利用电感稱合等离子体(ICP :InductivelyCoupled 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、氧气体流量为 75sccm、衬底温度为 70°C。图 15 表不根据 SIMSCSecondary Ion MassSpectrometry 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，横轴表示距离硅片表面的深度。根据图15可知当RF偏置功率为OW时及当RF偏置功率为300W时都可以确认出氧的添加。另外，可以确认出与RF偏置为OW的情况相比，当RF偏置为300W时氧被添加到更深的深度中。接着，在图I6A 和图 I6B 中不出利用 STEM (ScanningTransmission ElectronMicroscopy ;扫描投射电子显微镜)对进行氧掺杂处理之前的硅片与进行了氧掺杂处理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硅片中形成有氧高掺杂区域。 如上所示，通过对硅片进行氧掺杂，可以在硅片中添加氧。由此可以认为，通过对氧化物半导体进行氧掺杂可以对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。当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：