[发明专利]半导体装置和制造半导体装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括氧化物半导体的晶体管，包括包含晶体管的集成电路的半导体装置，以及用于制造半导体装置的方法。例如，本发明涉及其上安装有半导体集成电路作为部件的电子装置。

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而起作用的任意装置，并且显示装置、电光装置、半导体电路、电子部件以及电子装置都包括在半导体装置的范畴中。

背景技术

近年来，开发了半导体装置，并且制造了诸如具有硅晶圆或玻璃衬底（取决于使用）的半导体装置的各种半导体装置。

例如，在液晶显示装置中，晶体管和布线形成于玻璃衬底之上。LSI、CPU或存储器是各设置有作为连接端子的电极的半导体元件的集成体，其包括从半导体晶圆分离的半导体集成电路（至少包括晶体管和存储器）。

在以上的半导体装置中，晶体管能够用作部件的一部分。已知硅类半导体材料作为能够应用于晶体管的半导体薄膜的材料。作为另一种材料，氧化物半导体也受到了关注。

作为氧化物半导体的材料，已知包含氧化锌作为其成分的材料。此外，公开有使用包括氧化锌的半导体所形成的晶体管（专利文献1至3）。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1] 日本专利申请公开2006-165527号公报

[专利文献2] 日本专利申请公开2006-165528号公报

[专利文献3] 日本专利申请公开2006-165529号公报。

发明内容

对于半导体装置，除了在操作期间之外的功率消耗，在待机期间的功率消耗被认为是重要的。特别地在便携式半导体装置中，功率是由电池供应的；因此，由于受限制的电功率量，可用时间受限。此外，至于车内（invehicle）半导体装置，当待机期间的泄漏电流高时，电池的寿命可能降低。例如，在电动车辆的情况下，车内半导体装置的泄漏电流缩短了每一定量充电的行进距离。

为了降低功率消耗，减少在待机期间的泄漏电流以及在操作期间的功率消耗是有效的。虽然每个晶体管泄漏电流的量不高，但是在LSI中设置了几百万个晶体管，从而那些晶体管的泄漏电流的总量决不低。这些泄漏电流引起半导体装置在待机期间的功率消耗上的增加。虽然泄漏电流由于多种因素而引起，但是如果在待机期间的泄漏电流能够降低，则在半导体装置中能够通过降低在驱动器电路等中所使用的电功率来节约电功率。因此，本发明的目的在于减少待机期间的半导体装置的泄漏电流。

此外，需要半导体装置的小型化；因此，自然同样要求作为半导体装置的部件的晶体管的小型化。对于小型化的晶体管，要求栅极绝缘层减少其厚度；然而，在栅极绝缘层的厚度变为1 nm或更小时，隧道电流增加，并且在栅极绝缘层中可能生成针孔的概率迅速地增加；因此，由于这些因素而增加了栅极泄漏电流。所以，在栅极绝缘层是单层氧化硅膜的情况下，栅极绝缘层的变薄可能受物理上的限制。因此，本发明的目的在于减小栅极绝缘层的厚度，并且本发明的另一个目的在于达到晶体管的小型化以及进一步达到整个半导体装置的小型化。

使用晶体管来制造显示装置、电光装置、半导体电路、电子部件以及电子装置，在该晶体管中使用氧化物半导体来形成沟道形成区，该氧化物半导体通过去除诸如水和氢的杂质（其在氧化物半导体中形成施主能级）而成为本征或实质性本征半导体，并且具有比硅半导体更大的能隙。

使用高度纯化的氧化物半导体层，从而晶体管的断态电流能够降低。该氧化物半导体层的氢浓度通过以下方式充分降低：通过高于或等于400℃且低于衬底的应变点的温度下的热处理去除包含在氧化物半导体中的诸如氢的杂质。

注意，作为氧化物半导体，能够使用由化学式InMO₃（ZnO）_m（m > 0）表示的薄膜。这里，M表示从Ga、Al、Mn和Co中选择的一种或多种金属元素。例如，M能够为Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co等。