半导体装置及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。本发明专利技术提供一种晶体管的导通特性得到提高且能够实现高速响应、高速驱动的半导体装置。并且，制造可靠性高且示出稳定的电特性的半导体装置。本发明专利技术的一个方式是具有晶体管的半导体装置，该晶体管包括：第一氧化物层；第一氧化物层上的氧化物半导体层；与氧化物半导体层接触的源电极层及漏电极层；氧化物半导体层上的第二氧化物层；第二氧化物层上的栅极绝缘层；以及栅极绝缘层上的栅电极层，其中，第二氧化物层的边缘部及栅极绝缘层的边缘部与源电极层及漏电极层重叠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。本专利技术提供一种晶体管的导通特性得到提高且能够实现高速响应、高速驱动的半导体装置。并且，制造可靠性高且示出稳定的电特性的半导体装置。本专利技术的一个方式是具有晶体管的半导体装置，该晶体管包括：第一氧化物层；第一氧化物层上的氧化物半导体层；与氧化物半导体层接触的源电极层及漏电极层；氧化物半导体层上的第二氧化物层；第二氧化物层上的栅极绝缘层；以及栅极绝缘层上的栅电极层，其中，第二氧化物层的边缘部及栅极绝缘层的边缘部与源电极层及漏电极层重叠。【专利说明】
本专利技术涉及。注意，在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性工作的所有装置，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
通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管(也称为薄膜晶体管)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，作为其他材料使用氧化物的半导体材料正受到关注。例如,专利文献I已公开了使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的氧化物(氧化物半导体)的晶体管。另外，在将氧化物半导体层用于沟道形成区的晶体管中，由氧从氧化物半导体层脱离而产生的氧缺损(氧缺陷)来产生载流子。于是，已知:通过将来自包含过剩的氧的氧化硅膜释放出的氧供应到氧化物半导体层来填补氧化物半导体层的氧缺损，从而可以提供一种电特性的变动小且可靠性高的半导体装置(专利文献2)。 现有技术文献 专利文献日本专利申请公开2006-165528号公报日本专利申请公开2012-19207号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题在将氧化物半导体用于沟道形成区的晶体管中，氢等杂质进入到氧化物半导体内也会引起载流子的产生。另外，由于硅等杂质进入到氧化物半导体内，产生氧缺损、引起载流子的产生。当在氧化物半导体内产生载流子时会导致晶体管的截止电流(off current)增大以及阈值电压的偏差增大等，从而使晶体管的电特性变动，造成半导体装置的可靠性下降。另外，随着使用晶体管的集成电路的大规模化，对电路的高速驱动、高速响应的要求增加。通过提高晶体管的导通特性(例如，导通电流或场效应迁移率)，可以提供一种能够进行高速驱动、高速响应的更高性能的半导体装置。鉴于上述问题，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种晶体管的导通特性得到提高且能够实现高速响应和高速驱动的半导体装置。另外，本专利技术的一个方式的目的之一是制造一种可靠性高且示出稳定的电特性的半导体装置。 解决技术问题所采样的技术方案为了解决上述课题，本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括:第一氧化物层；第一氧化物层上的氧化物半导体层；与氧化物半导体层接触的源电极层及漏电极层；氧化物半导体层上的第二氧化物层；第二氧化物层上的栅极绝缘层；以及栅极绝缘层上的栅电极层，其中，第二氧化物层的边缘部及栅极绝缘层的边缘部与源电极层及漏电极层重叠。另外，优选的是，第一氧化物层及第二氧化物层不包含有在氧化物半导体层中形成杂质能级的硅等杂质元素作为主要构成元素。尤其是，当第一氧化物层及第二氧化物层是以与氧化物半导体层相同的元素为主要构成元素的氧化物层时，在氧化物半导体层与第一氧化物层之间的界面以及氧化物半导体层与第二氧化物层之间的界面降低界面散射，可以提高场效应迁移率。另外，通过将作为主要构成元素包含相同的元素的氧化物用于氧化物半导体层、第一氧化物层及第二氧化物层，可以减少界面的陷阱能级且降低晶体管的随时间的变化或应力测试导致的阈值电压的变动量。通过上述方法，可以形成晶体管而不使氧化物半导体层与包含硅等杂质元素的层接触，所以可以抑制硅等杂质元素进入到氧化物半导体层中，由此可以实现可靠性高的半导体装置。因此，本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括:第一氧化物层；第一氧化物层上的氧化物半导体层；与氧化物半导体层接触的源电极层及漏电极层；氧化物半导体层、源电极层及漏电极层上的第二氧化物层；第二氧化物层上的栅极绝缘层；以及栅极绝缘层上的栅电极层，其中，第二氧化物层的边缘部及栅极绝缘层的边缘部与源电极层及漏电极层重叠。另外，第二氧化物层的上边缘部也可以与栅极绝缘层的下边缘部一致，且栅极绝缘层的上边缘部也可以与栅电极层的下边缘部一致。注意，在此，“一致”不一定需要严格的一致，并可能包括以栅电极层为掩模对第二氧化物层及栅极绝缘层进行蚀刻而得到的形状。另外，还可以具有以与栅电极层的侧面接触的方式形成的侧壁绝缘层。另外，第二氧化物层的上边缘部也可以与栅极绝缘层的下边缘部一致，且栅极绝缘层的上边缘部也可以与侧壁绝缘层的下边缘部一致。在此，“一致”也不一定需要严格的一致，并可能包括以侧壁绝缘层及栅电极层为掩模对第二氧化物层及栅极绝缘层进行蚀刻而得到的形状。构成阱结构(也称为well structure)，其中在氧化物半导体层、第一氧化物层及第二氧化物层中，氧化物半导体层的导带(也称为conduction band:传导带)的下端为最低的能级，成为在氧化物半导体层中形成沟道的结构。为此，优选的是，氧化物半导体层的从真空能级到导带的下端的深度(也可以称为电子亲和力)大于第一氧化物层及第二氧化物层的从真空能级到导带的下端的深度。具体而言，优选的是，氧化物半导体层的电子亲和力比第一氧化物层及第二氧化物层的电子亲和力大0.2eV以上。注意，电子亲和力可以从真空能级与价带上端之间的能量差(所谓的电离电位)减去导带下端与价带上端之间的能量差(所谓的带隙)来得出。另外，当导出电子亲和力时使用的氧化物半导体的电离电位可以利用紫外线光电子能谱(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)等进行测量。作为典型的 UPS的测量装置，使用VersaProbe (PHI公司制造)。此外，带隙(Eg)可以利用全自动光谱椭偏仪UT-300进行测量。通过从电离电位的值减去能量带隙，可以算出导带下端的能量。通过使用这个方法，可以确认在本说明书所公开的叠层结构中形成有埋入沟道。优选的是，第一氧化物层、第二氧化物层及氧化物半导体层至少包含铟，氧化物半导体层所包含的铟原子数比高于第一氧化物层及第二氧化物层所包含的铟原子数比。或者，第一氧化物层、第二氧化物层及氧化物半导体层也可以至少包含铟、锌及镓。在此情况下，优选的是，氧化物半导体层所包含的铟原子数比高于第一氧化物层及第二氧化物层所包含的铟原子数比。另外，优选的是，第一氧化物层及第二氧化物层所包含的镓原子数比高于氧化物半导体层所包含的镓原子数比。另外，也可以在栅电极层上设置包含过剩的氧的氧化物绝缘层。在包含过剩的氧的氧化物绝缘层中，当利用热脱附谱分析法时，换算为氧原子的氧的释放量优选为1.0 X IO19原子/cm3以上。包含过剩的氧的氧化物绝缘层优选包含超过化学计量组成的氧。第二氧化物层及氧化物半导体层也可以具有c轴在与表面大致垂直的方向上取向的结晶区。另外，本专利技术的另一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤:层叠形成第一氧化物层及氧化物半导体层；在第一氧化物层及氧化物半导体层上形成源电极层及漏电极层；在源电极层及漏电极层上层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：第一氧化物层；所述第一氧化物层上的氧化物半导体层；与所述氧化物半导体层接触的源电极层和漏电极层；所述氧化物半导体层、所述源电极层和所述漏电极层上的第二氧化物层；所述第二氧化物层上的栅极绝缘层；以及所述栅极绝缘层上的栅电极层，其特征在于，所述第二氧化物层的边缘部及所述栅极绝缘层的边缘部与所述源电极层的一部分及所述漏电极层的一部分重叠。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，须泽英臣，笹川慎也，仓田求，津吹将志，
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：日本;JP