半导体装置及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可靠性高的半导体装置。通过成品率良好地制造半导体装置来达成高生产率。在半导体装置中，依次层叠有栅电极层、栅极绝缘膜、含有铟的氧化物半导体膜、以及设置在氧化物半导体膜上并与氧化物半导体膜接触的绝缘层，该绝缘膜与栅电极层重叠，并且还具有设置有与氧化物半导体膜及绝缘层接触的源电极层及漏电极层的晶体管，其中，将绝缘层表面的氯浓度设为1×1019/cm3以下，并且将铟浓度设为2×1019/cm3以下。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及半导体装置的制造方法
本专利技术涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。此外，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起作用的所有装置，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
利用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜来构成晶体管（也称为薄膜晶体管（TFT））的技术受到注目。该晶体管广泛地应用于如集成电路（IC）或图像显示装置（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周知，而作为其他材料氧化物半导体受到注目。例如，已经公开了使用由包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）的非晶氧化物（IGZO类非晶氧化物）构成的半导体层的晶体管（参照专利文献1）。[专利文献1]日本特开2011-181801号公报。
技术实现思路
另外，为了实现商品化，在具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置中，达成高可靠性是重要事项。然而，半导体装置由具有复杂的构造的多个薄膜构成，并且利用多种材料、方法及工序制造。因此，存在着产生以采用的制造工序为起因的所得到的半导体装置的形状不良或电特性变差的担忧。鉴于这样的问题，以提供具有使用氧化物半导体的晶体管的可靠性高的半导体装置作为课题之一。另外，以成品率良好地制造可靠性高的半导体装置来达成高生产率作为课题之一。在具有底栅构造的反交错（invertedstaggered）型晶体管的半导体装置中，该晶体管在含有铟的氧化物半导体膜上设置有作为沟道保护膜起作用的绝缘层，防止因在形成源电极层及漏电极层的蚀刻工序中产生的残留物飞散而引起的绝缘层表面及其附近的污染。在形成源电极层及漏电极层的蚀刻工序中使用含有氯的气体。然而，当含有铟的氧化物半导体膜暴露于含有氯的气体时，含有氯的气体与含有铟的氧化物半导体膜会进行反应而产生残留物。另外，由于该残留物飞散，从而不仅在氧化物半导体膜上而在其他部位也会存在该残留物。尤其是在源电极层与漏电极层之间的绝缘层表面及其附近存在的残留物是导致泄漏电流等晶体管的电特性变差的主要因素。残留物例如包括含有铟及氯的化合物。另外，有时氧化物半导体膜所含有的其他金属元素（例如，镓或锌）、用于含有氯的气体的其他元素（例如硼）等包括在残留物中。在本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式中，在形成源电极层及漏电极层之后，进行去除绝缘层表面及其附近的在源电极层与漏电极层之间存在的残留物的工序。去除工序能够通过利用溶液的洗涤处理或使用稀有气体的等离子体处理进行。例如，能够适用利用稀氢氟酸溶液的洗涤处理或使用氩的等离子体处理等。在本说明书所公开的专利技术的结构的另一个方式中，为了防止含有氯的气体与含有铟的氧化物半导体膜的反应，在进行含有氯的气体的蚀刻工序时，构成为由绝缘层或导电膜覆盖含有铟的氧化物半导体膜来不使含有铟的氧化物半导体膜暴露于含有氯的气体。由于能够防止绝缘层表面及其附近被残留物污染，所以能够将具有底栅构造的反交错型晶体管的半导体装置的绝缘层表面的氯浓度设为1×1019/cm3以下（优选为5×1018/cm3以下），并且将铟浓度设为2×1019/cm3以下（优选为5×1018/cm3以下）。另外，能够将氧化物半导体膜中的氯浓度设为1×1019/cm3以下（优选为5×1018/cm3以下）。因此，能够提供包含使用氧化物半导体膜的具有稳定电特性的晶体管的可靠性高的半导体装置。另外，能够成品率良好地制造可靠性高的半导体装置，达成高生产率。本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式是一种半导体装置，包括：绝缘表面上的栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜上的含有铟的氧化物半导体膜；位于氧化物半导体膜上并与氧化物半导体膜接触的绝缘层，该绝缘层与栅电极层重叠；以及与氧化物半导体膜及绝缘层接触的源电极层及漏电极层，并且绝缘层表面的氯浓度为1×1019/cm3以下并且铟浓度为2×1019/cm3以下。本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式是一种半导体装置，包括：绝缘表面上的栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜上的含有铟的氧化物半导体膜；位于氧化物半导体膜上并与氧化物半导体膜接触的绝缘层，该绝缘层与栅电极层重叠；以及与氧化物半导体膜及绝缘层接触的源电极层及漏电极层，并且氧化物半导体膜中的氯浓度为1×1019/cm3以下，绝缘层表面的氯浓度为1×1019/cm3以下并且铟浓度为2×1019/cm3以下。本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式是一种半导体装置的制造方法，在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成含有铟的氧化物半导体膜；形成位于氧化物半导体膜上并与氧化物半导体膜接触的绝缘层，该绝缘层与栅电极层重叠；形成与氧化物半导体膜及绝缘层接触的导电膜；利用含有氯的气体对导电膜进行蚀刻来形成源电极层及漏电极层；以及对氧化物半导体膜及绝缘层进行残留物除去工序。本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式是一种半导体装置的制造方法，在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成含有铟的氧化物半导体膜；形成与氧化物半导体膜接触且覆盖氧化物半导体膜的绝缘层；在绝缘层形成到达氧化物半导体膜的开口；在绝缘层上覆盖开口的内壁来形成导电膜；以及利用含有氯的气体对导电膜进行蚀刻来在开口中形成源电极层及漏电极层。另外，也可以对氧化物半导体膜进行使氢或水分释放的加热处理（脱水化或脱氢化处理）。此外，当作为氧化物半导体膜使用结晶氧化物半导体膜时，也可以进行用于晶化的加热处理。此外，也可以进行对氧化物半导体膜氧的供应。尤其是，由于脱水化或脱氢化处理，有作为构成氧化物半导体的主成分材料的氧会同时脱离而减少的担忧。在氧化物半导体膜中，氧脱离的部位中存在氧缺损，并且以该氧缺损为起因而会产生导致晶体管的电特性变动的施主能级。由此，优选对进行了脱水化或脱氢化处理的氧化物半导体膜供应氧。通过对氧化物半导体膜供应氧，能够填补膜中的氧缺损。例如，通过设置为将氧化物半导体膜与成为氧的供应源的包含较多（过剩的）氧的氧化物绝缘膜接触，能够从该氧化物绝缘膜向氧化物半导体膜供应氧。在上述结构中，也可以通过在作为脱水化或脱氢化处理进行了加热处理的氧化物半导体膜与氧化物绝缘膜至少部分接触的状态下进行加热处理来进行向氧化物半导体膜的氧的供应。另外，也可以对进行了脱水化或脱氢化处理的氧化物半导体膜引入氧（至少包含氧自由基、氧原子和氧离子中的任何一个）来将氧供应至膜中。作为氧的引入方法，能够使用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没离子注入法、等离子体处理等。再者，优选设置于晶体管的氧化物半导体膜可以是包含与氧化物半导体处于结晶状态时的化学计量组成相比氧含量过剩的区域的膜。在此情况下，氧含量为超过氧化物半导体的化学计量组成的程度。或者，氧含量为超过单晶时的氧含量的程度。有时在氧化物半导体的晶格之间存在氧。通过从氧化物半导体去除氢或水分，以尽量不包含杂质的方式高纯度化，并且供应氧来填补氧缺损，从而能够为I型（本征）的氧化物半导体或无限趋近于I型（本征）的氧化物半导体。由此，能够使氧化物半导体的费米能级（Ef）达到与本征费米能级（Ei）相同水平。因此，通过将该氧化物半导体膜用于晶体管，能够降低起因于氧缺损的晶体管的阈值电压Vth的偏差、阈值电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：栅电极层；所述栅电极层上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜含有铟；提供在所述氧化物半导体膜上并与所述氧化物半导体膜接触的绝缘层，所述绝缘层与所述栅电极层重叠；位于所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上并与所述氧化物半导体膜及所述绝缘层接触的源电极层；以及位于所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上并与所述氧化物半导体膜及所述绝缘层接触的漏电极层，其中，所述绝缘层的表面处的氯浓度为小于或等于1×1019/cm3，以及其中，所述绝缘层的所述表面处的铟浓度为小于或等于2×1019/cm3。

【技术特征摘要】
2011.09.29 JP 2011-2154411.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：在绝缘表面上形成栅电极层；在所述栅电极层上形成栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成氧化物半导体膜，所述氧化物半导体膜含有铟；形成位于所述氧化物半导体膜上并与所述氧化物半导体膜接触的绝缘层，所述绝缘层与所述栅电极层重叠；形成位于所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上并与所述氧化物半导体膜及所述绝缘层接触的导电膜；用含有氯的气体蚀刻所述导电膜来形成源电极层及漏电极层；以及去除所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上的残留物，其中，由所述气体与所述氧化物半导体膜之间的反应而形成所述残留物。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述去除工序之前所述残留物的一部分分散并附着于所述绝缘层。3.根据权利要求1所述的方法，其中作为所述去除工序进行使用稀氢氟酸溶液的洗涤工序。4.根据权利要求1所述的方法，其中作为所述去除工序进行使用稀有气体的等离子体处理。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述残留物中的每个包含含有铟及氯的化合物。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述残留物的...

【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：