[发明专利]半导体装置以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。

在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。

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形成晶体管的技术备受瞩目。该晶体管被广泛地应用于集成电路(IC)、图像显示装置(简单地记载为显示装置)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。此外，作为其他材料氧化物半导体受到关注。

例如，已经公开了一种使用包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的非晶氧化物(IGZO类非晶氧化物)的半导体层的晶体管(参照专利文献1)。

[专利文献1]日本专利申请公开2011-181801号公报

另外，对于具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置来说，能否实现高可靠性是决定其能否迈入商品化的重要因素。

但是，半导体装置由具有复杂结构的多个薄膜构成并利用多种材料、方法及工序制造。因此，由于所采用的制造工序，有可能导致形成的半导体装置出现形状不良或电特性低下。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的高可靠性的半导体装置。

另外，本发明的目的之一是高成品率地制造可靠性高的半导体装置以实现高生产化。

在具有底栅结构的晶体管的半导体装置中，可以防止当形成以与氧化物半导体膜接触的方式设置在氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层时所使用的蚀刻气体中的元素作为杂质残留在氧化物半导体膜的表面。具体地，例如可以采用如下方式。

本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；隔着栅极绝缘膜在栅电极层上形成岛状的氧化物半导体膜；在栅极绝缘膜及岛状的氧化物半导体膜上形成导电膜；通过利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对导电膜进行加工形成源电极层及漏电极层；对氧化物半导体膜进行杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素。

另外，在上述半导体装置的制造方法中，在进行了杂质去除处理之后，氧化物半导体膜表面的卤素元素浓度(例如，氯浓度)为5×10¹⁸atoms/cm³以下，优选为1×10¹⁸atoms/cm³以下。

另外，在上述半导体装置的制造方法中，作为杂质去除处理，优选进行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理。再者，优选进行利用稀氢氟酸溶液的洗涤处理。

根据本发明的一个方式的半导体装置，其包括：设置在绝缘表面上的栅电极层；设置在栅电极层上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的岛状的氧化物半导体膜；以接触于氧化物半导体膜的方式设置的源电极层及漏电极层，其中源电极层及漏电极层覆盖氧化物半导体膜的沟道宽度方向的端部，并且氧化物半导体膜表面的卤素元素(例如，氯浓度)为5×10¹⁸atoms/cm³以下。

另外，在根据上述结构的氧化物半导体膜中，与源电极层及漏电极层重叠的区域的厚度大于不与源电极层及漏电极层重叠的区域的厚度。

如上所述，为了形成源电极层或漏电极层等在氧化物半导体膜上并与其接触的膜的图案，优选采用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理。但是，当氧化物半导体膜暴露于含有卤素元素的蚀刻气体时，有如下顾虑：因包含于上述蚀刻气体中的卤素元素(例如，氯、氟)氧化物半导体膜中的氧被抽出，而使氧化物半导体膜的界面附近形成氧缺陷。另外，当在蚀刻工序之后氧化物半导体膜表面及其附近残留有包含于蚀刻气体中的卤素元素时，氧化物半导体膜中有可能形成氧缺陷。当氧化物半导体膜中生成氧缺陷时，氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(n型化)而可能导致寄生沟道的形成。

例如，当作为氧化物半导体膜使用含有铟的氧化物半导体材料，并且在以接触于氧化物半导体膜的方式设置的源电极层及漏电极层的加工中使用含有三氯化硼(BCl₃)的蚀刻气体时，有时氧化物半导体膜中的In-O-In键与蚀刻气体中的Cl发生反应而变成包含In-Cl键和氧脱离了的In元素的膜。由于氧脱离了的In元素具有悬空键，因此在氧化物半导体膜中发生氧脱离的部分中存在氧缺陷。

另外，当卤素元素的蚀刻气体中包含卤素以外的元素(例如，硼)时，其也成为导致氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(n型化)的主要原因之一。