半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了半导体器件及其制造方法。本发明专利技术的一个目的是制造含有电特性稳定的薄膜晶体管的高度可靠的半导体器件。覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层的绝缘层含有硼元素或铝元素。通过使用含有硼元素或铝元素的硅靶或氧化硅靶的溅射法来形成含有硼元素或铝元素的绝缘层。可选地，含有替代硼元素的锑（Sb）元素或磷（P）元素的绝缘层覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括氧化物半导体的。在此说明书中，半导体器件一般地意味着通过利用半导体特性而可起作用的器件，并且电泳器件、半导体电路，以及电子器件都是半导体器件。
技术介绍
近年来，通过使用在衬底上形成的半导体薄膜(具有约数纳米到数百纳米的厚度)而制造具有绝缘表面的薄膜晶体管(TFT)的技术吸引了人们的注意力。薄膜晶体管被应用于广泛的电子器件，诸如IC或电光器件，且推进了特别是用作作为图像显示设备中的开关元件的薄膜晶体管的迅速发展。各种金属氧化物被用于广泛的应用中。一些金属氧化物具有半导体特性。这类有半导体特性的金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟、和氧化锌。已知其中由这种具有半导体特性的金属氧化物来形成沟道形成区的薄膜晶体管(专利文献I和2)。日本已公开专利申请N0.2007-123861日本已公开专利申请N0.2007-096055本专利技术的公开内容本专利技术的一个目的是制造含有电特性稳定的薄膜晶体管的高度可靠的半导体器件。在薄膜晶体管中，覆盖氧化物半导体层的绝缘层被制造为含有硼元素或铝元素。通过使用含有硼元素或铝元素的硅靶或氧化硅靶的溅射法来形成含有硼元素或铝元素的绝缘层。在含有硼元素的绝缘层中的硼的浓度为大于等于lX1018cm_3且小于等于lX 1022cm_3，优选地为大于等于1x1020cm_3小于等于5\102cm_3。此外，在含有铝元素的绝缘层中的铝的浓度为大于等于3X 1019cm-3且小于等于lX 1022cm_3，优选地为大于等于1 X 1020cm-3 小于等于 5 X 1020cm-3。可通过二次离子质谱法(SMS)或在SMS的数据的基础上获得这样的浓度范围。在形成含有硼元素或铝元素的绝缘层之前，执行使用诸如N2O, N2,或Ar之类的气体的等离子体处理。使用诸如N2O, N2,或Ar之类的气体的等离子体处理移除了在氧化物半导体层上的所吸收的水或氢，且减少了进入位于氧化物半导体层与含有硼元素或铝元素的绝缘层之间的界面处的湿气等。可选地，含有替代硼元素的锑(Sb)元素或磷(P)元素的绝缘层可覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层。进一步可选地，含有选自如下元素:硼元素、锑元素、铝元素、以及磷元素中的多个元素的绝缘层，例如，含有硼元素和磷元素的绝缘层可覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层。含有锑(Sb)元素的绝缘层中锑的浓度为大于等于I X IO19CnT3且小于等于3X1021cm_3。含有磷(P)元素的绝缘层中磷的浓度为大于等于I X IO19CnT3且小于等于3 X IO21Cm 3O相比于由不含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素中任何元素的氧化硅形成的绝缘层，由含有上述元素的氧化硅形成的绝缘层更可能被玻璃化。因此，在从室温到150° C的潮湿条件下水不易被吸收，且可防止湿气、氢等进入氧化物半导体层与绝缘层之间的界面。注意，在此说明书中，玻璃化是指没有结晶情况下的氧化硅的硬化。此外，薄膜晶体管的氧化物半导体层可被夹在各自由含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素的氧化硅形成的绝缘层之间，藉此防止水的进入从而改进薄膜晶体管的可靠性。当含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素的绝缘层被放置在氧化物半导体层之下时，与衬底接触的基绝缘层和覆盖栅电极层的栅绝缘层中的一个或二者被用作这个绝缘层。进一步，可使用通过改变溅射法的沉积条件所沉积的单个绝缘层或通过改变溅射法的沉积条件所堆叠的绝缘层。例如，可使用其中硼元素的浓度具有梯度的由氧化硅制成的绝缘层。此外，可采用由含有硼元素的氧化硅制成的绝缘层以及由不含有硼元素的氧化硅形成的绝缘层的两层结构。进一步，可采用含有三层或更多层的层叠结构，该层叠结构中有由含有硼元素的氧化硅制成的绝缘层以及由不含有硼元素的氧化硅形成的绝缘层重复地排列。根据在此说明书中公开的本专利技术的一实施例，半导体器件包括在衬底上的第一绝缘层、在该第一绝缘层上的氧化物半导体层、以及在该氧化物半导体层上的第二绝缘层。第一绝缘层和第二绝缘层各自含有硼元素或铝元素在大于等于I X IO18CnT3且小于等于IXlO22Cm'此外，根据本专利技术的另一实施例，半导体器件包括在衬底上的第一绝缘层、在该第一绝缘层上的氧化物半导体层、以及在该氧化物半导体层上的第二绝缘层。第一绝缘层和第二绝缘层各自含有磷元素或锑元素在大于等于I X IO19CnT3且小于等于3X 1021cm_3。在上述结构的每一个中，第二绝缘层与氧化物半导体层相接触。此外，在上述结构的每一个中，半导体器件进一步包括位于该第二绝缘层和氧化物半导体层之间的由氧化硅制成的第三绝缘层，且该第三绝缘层不含有硼元素、铝元素、磷元素、或铺元素。通过上述结构，可实现那些目的中的至少一个。为了实现上述结构，根据本专利技术的另一个实施例，制造半导体器件的方法包括下述步骤:在衬底上形成栅电极层；在该栅电极层上形成氧化物半导体层；使该氧化物半导体层经受脱水或脱氢，其中在脱水或脱氢之后不将氧化物半导体层暴露于空气而防止水或氢进入氧化物半导体层；使得该氧化物半导体层经受使用N2O, N2,或Ar的等离子体处理；且在该等离子体处理之后，形成与该氧化物半导体层的至少一部分相接触的绝缘层。上述制造方法进一步包括通过溅射法在该绝缘层上形成含有硼元素、铝元素、磷元素、或锑元素的第二绝缘层。使用含有硼元素、铝元素、磷元素、或锑元素的该第二绝缘层，在从室温到150° C的湿度条件下水不易被吸收，且可防止湿气、氢等进入与氧化物半导体层的界面。根据本专利技术的另一个实施例，用于制造半导体器件的方法包括如下步骤:在衬底上形成栅电极层；通过溅射法在该栅电极层上形成第一绝缘层；在该第一绝缘层上形成氧化物半导体层；使该氧化物半导体层经受脱水或脱氢，其中在脱水或脱氢之后不将氧化物半导体层暴露于空气而防止水或氢进入氧化物半导体层；使得该氧化物半导体层经受使用N2O, N2,或Ar的等离子体处理；并通过溅射法在该氧化物半导体层上形成第二绝缘层。通过使用硅靶的溅射法形成第一绝缘层和第二绝缘层的每一个，且第一绝缘层和第二绝缘层的每一个含有硼元素、铝元素、磷元素、或锑元素。上述制造方法进一步包括在等离子体处理之后形成与该氧化物半导体层的至少一部分相接触的第三绝缘层，且通过使用硅靶的溅射法制成氧化硅的第三绝缘层。注意，在该第三绝缘层中，硼元素、铝元素、磷元素、和锑元素中每一个的浓度低于在第一和第二绝缘层中的浓度、或者这些元素的浓度被设置为低于测量的下限。氧化物半导体层是InMO3(ZnO)m(m>0)的薄膜。使用这个薄膜作为氧化物半导体层来制造薄膜晶体管。注意，M表示从Ga、Fe、N1、Mn以及Co中选择的一种金属元素或多种金属元素。例如，M可以是Ga或M可含有除了 Ga之外的上述金属元素，例如M可以是Ga和N1、或者Ga和Fe。另外，在上述氧化物半导体中，在某些情况下，除被包含作为M的金属元素之外，还包含诸如Fe或Ni之类的过渡金属元素或过渡金属的氧化物作为杂质元素。在本说明书中，对于组合式被表达为InMO3(ZnO)m(m>0)的氧化物半导体层，包括Ga作为M的氧化物半导体被称作In-Ga-Zn-O基氧化物半导体，且其薄膜也被称作In-Ga-Zn-O基膜。作为施加到氧化物半导体层的金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：在衬底上的第一绝缘层；在所述第一绝缘层上的氧化物半导体层；和在所述氧化物半导体层上的第二绝缘层，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层含有氧化硅且含有1×1018atoms/cm3以上且1×1022atoms/cm3以下的铝或硼。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，坂田淳一郎，野田耕生，坂仓真之，及川欣聪，丸山穗高，
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：