[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种半导体装置及其制造方法，所述半导体装置包括作为元件至少具有诸如晶体管的半导体元件的电路。例如，本发明的实施方式涉及电子设备，作为构件其包括下列中的任意：安装在电源电路中的功率器件；包括存储器、闸流晶体管、转换器、图像传感器等的半导体集成电路；典型为液晶显示装置的电光装置；以及包括发光元件的发光显示装置。

注意，本说明书中的半导体装置是指可通过利用半导体特性而作用的所有装置，并且光电装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。

背景技术

通常使用非晶硅、多晶硅等来制造形成在玻璃衬底等上的晶体管，这在液晶显示装置中很常见。虽包括非晶硅的晶体管具有低场效应迁移率，但可在大玻璃衬底上形成它们。另一方面，虽使用多晶硅所制造的晶体管具有高场效应迁移率，但其有不适合于大玻璃衬底的缺点。

有鉴于上述，一种技术受到关注，即通过使用氧化物半导体制造晶体管，且将这种晶体管应用于电子设备或光学装置。例如，专利文献1及专利文献2公开一种技术，其中使用氧化锌或In-Ga-Zn-O类氧化物作为氧化物半导体来制造晶体管并使用这种晶体管作为显示装置的像素的开关元件等。

针对用于这种晶体管中的氧化物半导体，有如下说明：氧化物半导体对杂质不敏感；当膜中含有大量金属杂质时没有问题；并且，也可使用含有如钠的大量碱金属且不贵的钠钙玻璃（参见非专利文献1）。

[参考文献]

[专利文献1]日本公开专利申请第2007-123861号；

[专利文献2]日本公开专利申请第2007-096055号；

[非专利文献]

[非专利文献1] Kamiya, Nomura, and Hosono, “Carrier Transport Properties and Electronic Structures of Amorphous Oxide Semiconductors: The present status”, KOTAI BUTSURI（SOLID STATE PHYSICS）, 2009, Vol. 44, pp. 621-633。

发明内容

当将成为供应载流子的来源的氢或水分在制造装置的工序中进入氧化物半导体时，氧化物半导体的导电率会改变。这种现象导致使用氧化物半导体的晶体管的电气特性的变动。

此外，可能会因可见光或紫外光的照射而改变使用氧化物半导体的半导体装置的电气特性。

有鉴于上述问题，一个目的是提供一种包括氧化物半导体膜的半导体装置，其具有稳定电气特性及高可靠性。

此外，另一目的是提供一种半导体装置的制造过程，其中通过使用大型衬底如母玻璃能够实现高可靠性半导体装置的批量生产。

本发明的一个方式的主要点为在一个溅射步骤中以下列方式形成结晶氧化物半导体膜而不用进行多个步骤。通过利用包括在氧化物半导体的靶材中的多种原子的原子量的差异，在氧化物绝缘膜上优先淀积具有低原子量的锌以在被形成的膜的表面上至少形成包含锌的具有六角形晶体结构的种晶；并且在晶体生长的同时在种晶上淀积具有高原子量的锡、铟等。注意，包含锌的种晶不仅形成在被形成的膜的表面上，且可形成在与氧化物绝缘膜的界面中。此外，通过使用具有包含锌的六角形晶体结构的种晶作为核来进行晶体生长以形成结晶氧化物半导体膜，从而形成单晶氧化物半导体膜或实质上单晶氧化物半导体膜，其为本发明的一个方式的另一主要点。

此外，本发明的一个方式的另一主要点在于使用具有六角形晶体结构的结晶氧化物半导体膜来形成晶体管。以下列方式形成结晶氧化物半导体膜。在形成于衬底上的氧化物绝缘膜上通过溅射方法形成具有包含锌的六角形晶体结构的种晶，且使用种晶作为核进行晶体生长。