[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明的一个实施方式涉及一种半导体装置及半导体装置的制造方法。 

在本说明书中，半导体装置一般是指能够通过利用半导体特性而工作的装置，因此电光装置、半导体电路以及电子装置都是半导体装置。 

背景技术

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（TFT））的技术引人注目。这种晶体管应用在诸如集成电路（IC）或图像显示装置（显示装置）等各式各样的电子装置。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料是公知的。但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。 

例如，公开其有源层具有包括铟（In）、镓（Ga）和锌（Zn）并且其电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物的晶体管（参照专利文献1）。 

[参考] 

[专利文献]

[专利文献1] 日本专利申请公开2006-165528

然而，当在形成薄膜的步骤中发生由于氧的过多或过少而引起的与化学计量组成的偏离或者形成电子施主的氢或水分进入氧化物半导体时，氧化物半导体的导电率变化。这种现象成为包括氧化物半导体的晶体管的电特性变动的一个因素。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供包括氧化物半导体的半导体装置，其具有稳定的电特性和高的可靠性。 

此外，本发明的目的之一是防止在氧化物半导体膜的背沟道侧产生寄生沟道。 

为了抑制包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动而从氧化物半导体膜中有意地去除引起变动的诸如氢、水分、羟基或者氢化物（也称为氢化合物）等杂质。此外，供给在去除杂质的步骤中减少且作为氧化物半导体的主要成分的氧，因此使氧化物半导体膜高度纯化且在电性上i型（本征）化。 

i型（本征）的氧化物半导体是如下一种氧化物半导体，即通过以从氧化物半导体中去除作为n型杂质的氢以便尽可能少地包含氧化物半导体的主要成分以外的杂质的方式进行高度纯化，实现i型（本征）或实质上i型（本征）。也就是说，特征是不通过添加杂质，而是通过尽可能多地去除诸如氢或水等杂质来获得高度纯化的i型（本征）氧化物半导体或与其接近的氧化物半导体。这使费密能级（Ef）能够在与本征费密能级（Ei）相同的能级。 

在包括氧化物半导体膜的晶体管中，具有防止带电功能的金属氧化物膜在氧化物半导体膜之上形成并且与氧化物半导体膜接触，在金属氧化物膜之上形成绝缘层，然后进行热处理。 

通过热处理，有意地从氧化物半导体膜中去除氢、水分、羟基或者氢化物（也称为氢化合物）等杂质，由此高度纯氧化物半导体膜。通过该热处理，可以使作为杂质的氢或羟基以水的形式被消除。 

氧化物半导体膜与包含氧的金属氧化物膜在接触的状态下进行热处理，所以可以从包含氧的金属氧化物膜中将作为氧化物半导体的主要成分材料之一且在去除杂质的步骤中减少的氧供给到氧化物半导体膜。因此，氧化物半导体膜被更高度纯化，而在电性上成为i型（本征）。 

在包括氧化物半导体膜的晶体管中，在氧化物半导体膜之上且与氧化物半导体膜接触地形成具有带电防止功能的氧化物层，然后进行热处理。 

优选将具有带电防止功能的氧化物层设置在氧化物半导体膜，优选是高度纯化的氧化物半导体膜的背沟道侧（与栅极绝缘膜相反的侧）并且该氧化物层的介电常数优选小于氧化物半导体的介电常数。例如，使用介电常数为8以上且20以下的氧化物层。 

该氧化物层比氧化物半导体膜更厚。例如，优选的是，如果氧化物半导体膜的厚度为3nm以上且30nm以下，则该氧化物层的厚度为大于10nm并且在氧化物半导体膜的厚度以上。 

对于上述氧化物层，可以使用金属氧化物。作为金属氧化物，例如可以使用氧化镓或添加有0.01原子百分比至5原子百分比的铟或锌的氧化镓。 

此外，为了防止水分或氢等杂质在热处理后进入氧化物半导体膜中，还可以在绝缘层之上形成防止它们从外部进入的保护绝缘层。 

具有高度纯化的氧化物半导体膜的晶体管的诸如阈值电压和截止态电流等电特性几乎没有温度相关性。此外，晶体管特性几乎不因为光劣化而发生改变。 

如上所述，具有高度纯化且在电性上是i型（本征）的氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动被抑制，并且该晶体管在电性上稳定。因此，可以提供包括电特性稳定且可靠性高的氧化物半导体的半导体装置。