半导体装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本公开涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。本发明专利技术提供一种高可靠性的半导体装置以及该半导体装置的制造方法。在具有在氧化物半导体膜上设置有用作沟道保护膜的绝缘层的底栅结构的晶体管的半导体装置中，通过在形成以接触于氧化物半导体膜的方式设置的绝缘层及/或源电极层及漏电极层之后，进行杂质去除处理，可以防止蚀刻气体中的元素作为杂质残留在氧化物半导体膜的表面。氧化物半导体膜表面中的杂质浓度为5×1018atoms/cm3以下，优选为1×1018atoms/cm3以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。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、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来形成晶体管的技术备受瞩目。该晶体管被广泛地应用于集成电路(1C)、图像显示装置(简单地记载为显示装置)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。此夕卜，作为其他材料氧化物半导体受到关注。例如，已经公开了一种使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的非晶氧化物(IGZ0类非晶氧化物)的半导体层的晶体管(参照专利文献I)。[专利文献I]日本专利申请公开2011-181801号公报另外，对于具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置来说，能否实现高可靠性是决定其能否迈入商品化的重要因素。但是，半导体装置由具有复杂结构的多个薄膜构成并利用多种材料、方法及工序制造。因此，由于所采用的制造工序，有可能导致形成的半导体装置出现形状不良或电特性低下。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的高可靠性的半导体装置。在具有在氧化物半导体膜上设置有用作沟道保护膜的绝缘层的底栅结构的晶体管的半导体装置中，可以防止当形成以与氧化物半导体膜接触的方式设置在氧化物半导体膜上的绝缘层及/或源电极层及漏电极层时所使用的蚀刻气体中的元素(例如，氯、硼等)作为杂质残留在氧化物半导体膜的表面。具体地，例如可以采用如下方式。本专利技术的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤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岛状的氧化物半导体膜；形成与栅电极层重叠并接触于岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及绝缘层的导电膜；通过利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对导电膜进行加工来形成源电极层及漏电极层，使氧化物半导体膜部分露出；对露出的氧化物半导体膜进行杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素。另外，本专利技术的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤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岛状的氧化物半导体膜；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对绝缘层进行加工，在与栅电极层重叠的位置形成用作沟道保护膜的绝缘层；对氧化物半导体膜进行杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及用作沟道保护膜的绝缘层的导电膜；对导电膜进行加工来形成覆盖氧化物半导体膜的沟道宽度方向的端部的源电极层及漏电极层。在上述半导体装置的制造方法中，优选使进行了杂质去除处理的氧化物半导体膜表面的氯浓度为5X 1018atoms/cm3以下。另外，在上述半导体装置的制造方法中，作为杂质去除处理，可以进行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理或者利用稀氢氟酸溶液的处理。另外，本专利技术的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤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岛状的氧化物半导体膜；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对绝缘层进行加工，在与栅电极层重叠的位置形成用作沟道保护膜的绝缘层；对氧化物半导体膜进行第一杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及用作沟道保护膜的绝缘层的导电膜；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对导电膜进行加工来形成源电极层及漏电极层，使氧化物半导体膜部分出；以及对漏出的氧化物半导体膜进行第二杂质去除处理，来去除包含于蚀刻气体中的元素。另外，本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，其包括设置在绝缘表面上的栅电极层；设置在栅电极层上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的岛状的氧化物半导体膜；设置在氧化物半导体膜上并与栅电极层重叠的绝缘层；以及接触于氧化物半导体膜及绝缘层的源电极层及漏电极层，其中源电极层及漏电极层的沟道宽度方向的长度短于氧化物半导体膜的沟道宽度方向的长度，并且氧化物半导体膜表面的氯浓度为5X1018atomS/Cm3以下。另外，在上述半导 体装置中，在氧化物半导体膜中，与绝缘层、源电极层或漏电极层重叠的区域的厚度大于不与绝缘层、源电极层和漏电极层中的任何一个重叠的区域的厚 度。或者，在上述半导体装置中，有时氧化物半导体膜的所有区域与绝缘层、源电极层和漏电极层中的至少一个重叠。另外，本专利技术的一个方式是一种半导体装置，其包括设置在绝缘表面上的栅电极层；设置在栅电极层上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的岛状的氧化物半导体膜；设置在氧化物半导体膜上并与栅电极层重叠的绝缘层；以及接触于氧化物半导体膜及绝缘层的源电极层及漏电极层，其中源电极层及漏电极层覆盖氧化物半导体膜的沟道宽度方向的端部，并且氧化物半导体膜表面的氯浓度为5X 1018atoms/cm3以下。另外，在上述半导体装置中，在氧化物半导体膜中，有时与绝缘层重叠的区域的厚度大于与源电极层或漏电极层重叠的区域的厚度。为了形成用作沟道保护膜的绝缘层、源电极层或漏电极层等在氧化物半导体膜上并与其接触的膜的图案，优选采用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理。但是，当将氧化物半导体膜暴露于含有卤素元素的蚀刻气体时，有如下顾虑因包含于上述蚀刻气体中的卤素元素(例如，氯、氟)氧化物半导体膜中的氧被抽出，而使氧化物半导体膜的界面附近形成氧缺陷。当氧化物半导体膜中发生氧缺陷时，氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(η型化)而可能导致寄生沟道的形成。例如，当作为氧化物半导体膜使用含有铟的氧化物半导体材料，并且在以接触于氧化物半导体膜的方式设置的源电极层及漏电极层的加工中使用含有三氯化硼(BCl3)的蚀刻气体时，有时氧化物半导体膜中的In-O-1n键与蚀刻气体中的Cl发生反应而变成包含In-Cl键和氧脱离了的In元素的氧化物半导体膜。由于氧脱离了的In元素具有悬空键，因此在氧化物半导体膜中发生氧脱离的部分中存在氧缺陷。另外，包含卤素元素的蚀刻气体中的卤素以外的元素(例如，硼)也是导致氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(η型化)的主要原因之一。在本专利技术的一个方式中，通过在设置在氧化物半导体膜上的绝缘层及/或源电极层及漏电极层的蚀刻加工之后进行杂质去除处理，去除可能引起氧化物半导体膜的低电阻化的氯、硼等包含于蚀刻气体中的元素。由此，可以实现半导体装置的高可靠性。本专利技术提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的高可靠性的半导体装置。附图说明图1A至IC是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图2Α至2Ε是说明半导体装置的制造方法的一个方式的截面图；图3Α至3C是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图4Α至4C是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图5Α至5C是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面 图6Α至6C是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图7Α至7Ε是说明半导体装置的制造方法的一个方式的截面图；图8Α至8C是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图9Α至9C是说明半导体装置的一个方式的平面图；图1OA和IOB是说明半导体装置的一个方式的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：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；在所述氧化物半导体膜上形成绝缘层，该绝缘层与所述栅电极层重叠；在所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上形成导电膜；使用含有卤素元素的蚀刻气体对所述导电膜进行蚀刻来形成源电极层和漏电极层；以及去除所述氧化物半导体膜中的所述卤素元素。

【技术特征摘要】
2011.10.24 JP 2011-233274;2011.10.24 JP 2011-23311.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 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； 在所述氧化物半导体膜上形成绝缘层，该绝缘层与所述栅电极层重叠； 在所述氧化物半导体膜及所述绝缘层上形成导电膜； 使用含有卤素元素的蚀刻气体对所述导电膜进行蚀刻来形成源电极层和漏电极层；以及 去除所述氧化物半导体膜中的所述卤素元素。2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中经过所述去除步骤的所述氧化物半导体膜中的氯浓度为5X 1018atoms/cm3以下。3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中作为所述去除步骤进行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理。4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中作为所述去除步骤进行利用稀氢氟酸溶液的洗涤处理。5.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 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； 在所述氧化物半导体膜上形成绝缘层； 使用含有卤素元素的蚀刻气体对所述绝缘层进行蚀刻来在与所述栅电极层重叠的位置形成沟道保护膜； 去除所述氧化物半导体膜中的所述卤素元素； 在所述氧化物半导体膜及所述沟道保护膜上形成导电膜；以及 对所述导电膜进行蚀刻形成源电极层和漏电极层。6.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中经过所述去除步骤的所述氧化物半导体膜中的氯浓度为5X 1018atoms/cm3以下。7.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中作为所述去除步骤进行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理。8.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中作为所述去除步骤进行利用稀氢氟酸溶液的洗涤处理。9.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 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； 在所述氧化物半导体膜上形成绝缘层； 使用含有齒素元素的第一蚀刻气体对所述绝缘层进行蚀刻来在与所述栅电极层重叠的位置形成沟道保护膜； 去除所述氧化物半导体膜中的包含于所述第一蚀刻气体中的所述卤素元素；在所述氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：栃林克明，日向野聪，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：