[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及该半导体装置的制造方法。

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

背景技术

使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜构成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)或图像显示装置(显示装置)等电子设备。例如，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。再者，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

例如，已公开了作为晶体管的活性层包括包含铟(In)、镓(Ga)及锌(Zn)的非晶氧化物的晶体管(参照专利文献1)。

包括氧化物半导体的晶体管具有比包括非晶硅的晶体管优越的导通特性(通态电流等)。为了将该包括氧化物半导体的晶体管应用于高功能装置，需要进一步提高其特性，因此不断研发氧化物半导体的晶化技术(参照专利文献2)。在专利文献2中，公开了通过对氧化物半导体进行热处理实现晶化的技术。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开2006-165528号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2008-311342号公报

发明内容

在构成包括氧化物半导体膜的顶栅型晶体管的情况下，在该氧化物半导体膜上形成栅极绝缘膜。当形成栅极绝缘膜时，栅极绝缘膜的构成元素也可以进入形成有栅极绝缘膜的上面的氧化物半导体膜。

例如，在形成氧化物半导体膜之后，当作为栅极绝缘膜利用溅射法形成氧化硅(SiO_x，x＝2以上)时，该氧化硅的构成元素的硅与用于进行溅射时的诸如氩之类的稀有气体元素一起引入到氧化物半导体膜中。该硅切断氧化物半导体膜的构成元素之间的键(铟原子与氧原子(In-O键))，而作为杂质元素包含于氧化物半导体膜中。尤其是，有以高浓度杂质元素被包含于氧化物半导体膜与栅极绝缘膜之间的界面附近的忧虑。因为在氧化物半导体膜与栅极绝缘膜之间的界面附近形成沟道区，所以当硅等杂质元素被包含时，导致使氧化物半导体膜电阻增高。其结果，使晶体管的电特性之一的通态电流降低。如此，残留在氧化物半导体膜中的杂质元素成为影响到晶体管的电特性的原因。

另外，在氧化物半导体膜包括结晶部的情况下，由于栅极绝缘膜的构成元素进入到氧化物半导体膜中，氧化物半导体膜的结晶部的键被切断，在栅极绝缘膜附近的氧化物半导体膜中非晶区的数量变多。

鉴于上述问题，目的是降低包含在栅极绝缘膜附近的氧化物半导体膜中的杂质元素的浓度。另一目的是提高栅极绝缘膜附近的氧化物半导体膜的结晶性。此外，另一目的是通过使用该氧化物半导体膜提供一种具有稳定的电特性的半导体装置。

所公开的本发明的一个方式是一种半导体装置，包括：基底绝缘膜；形成在基底绝缘膜上的氧化物半导体膜；形成在氧化物半导体膜上的源电极及漏电极；形成在氧化物半导体膜、源电极及漏电极上的包括包含硅的氧化物的栅极绝缘膜；以及以与栅极绝缘膜接触且至少与氧化物半导体膜重叠的方式设置的栅电极。氧化物半导体膜包括分布在从与栅极绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅浓度为1.0at.％以下的区域，并且，至少该区域包括结晶部。

所公开的本发明的另一方式是一种半导体装置，包括：基底绝缘膜；形成在基底绝缘膜上的氧化物半导体膜；形成在氧化物半导体膜上的包括包含硅的氧化物的栅极绝缘膜；以与栅极绝缘膜接触且至少与氧化物半导体膜重叠的方式设置的栅电极；形成在栅极绝缘膜及栅电极上的层间绝缘膜；以及形成在层间绝缘膜上的以至少与氧化物半导体膜电连接的方式设置的源电极及漏电极。氧化物半导体膜包括分布在从与栅极绝缘膜的界面向氧化物半导体膜的内侧的硅浓度为1.0at.％以下的区域，并且，至少该区域包括结晶部。

在上述各结构中，区域优选以接触于栅极绝缘膜且具有5nm以下的厚度的方式形成。另外，除了区域之外的氧化物半导体膜优选包括结晶部，并且，在结晶部中，c轴优选在垂直于基底绝缘膜与氧化物半导体膜之间的界面的方向上一致。

另外，在上述各结构中，区域优选具有0.1at.％以下的硅浓度。另外，区域优选具有1.0×10²⁰atoms／cm³以下的碳浓度。

当栅极绝缘膜附近的氧化物半导体膜具有上述硅浓度或碳浓度时，可以抑制氧化物半导体膜的高电阻化，并且可以提高氧化物半导体膜的结晶性。其结果，可以实现具有稳定的电特性的半导体装置。