[发明专利]绝缘膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘膜及具有场效应晶体管的半导体装置的制造方法。

背景技术

用于以液晶显示装置及发光显示装置为代表的大部分的平板显示器的晶体管使用设置在玻璃衬底上的如非晶硅、单晶硅和多晶硅等硅半导体形成。此外，使用该硅半导体形成的晶体管用于集成电路（IC）等。

近年来，呈现半导体特性的金属氧化物用于晶体管而代替上述硅半导体的技术受到瞩目。注意，在本说明书中，呈现半导体特性的金属氧化物称为氧化物半导体。

例如，已公开了如下技术，其中使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物作为氧化物半导体来制造晶体管，并该晶体管用作显示装置的像素的开关元件等（参照专利文献1及2）。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1] 日本专利申请公开2007-123861号公报；

[专利文献2] 日本专利申请公开2007-096055号公报。

发明内容

在使用氧化物半导体的晶体管中，氧化物半导体膜中的氧缺陷导致晶体管的电特性的劣化。例如，使用包含氧缺陷的氧化物半导体的晶体管的阈值电压容易向负方向变动，并这种晶体管有成为常导通（normally-on）的倾向。这是因为起因于氧化物半导体中的氧缺陷产生电荷，并电阻降低的缘故。

另外，使用包含氧缺陷的氧化物半导体膜的晶体管有如下问题，由于随时间的变化或光照射的栅偏置温度（BT：Bias-Temperature)压力测试，电特性，典型为阈值电压变动。

于是，本发明的一个方式的课题是降低用于半导体装置中的氧化物半导体中包含的氧缺陷的含量。另外，本发明的一个方式的其它课题是提高使用氧化物半导体的半导体装置的电特性。

根据本发明的一个方式，通过等离子体CVD法形成包含比满足化学计量组成的氧多的氧（即，包含超过化学计量组成的氧）的氧化绝缘膜。

根据本发明的一个方式，在包括具有氧化物半导体膜的晶体管及在该晶体管上的保护膜的半导体装置中，通过等离子体CVD法形成包含超过化学计量组成的氧的氧化绝缘膜作为上述保护膜。

根据本发明的一个方式，在包括具有氧化物半导体膜的晶体管及在该晶体管上的保护膜的半导体装置中，安装在被排气为真空状态的处理室内的衬底的温度保持为高于或等于180℃且低于或等于260℃，原料气体导入到处理室来处理室内的压力设定为高于或等于100Pa且低于或等于250Pa，并且高于或等于0.17W/cm²且低于或等于0.5W/cm²的高频功率供应到设置在处理室内的电极的条件下，形成包含超过化学计量组成的氧的氧化绝缘膜作为上述保护膜。

根据本发明的一个方式，在包括具有氧化物半导体膜的晶体管及在该晶体管上的保护膜的半导体装置中，安装在被排气为真空状态的处理室内的衬底的温度保持为高于或等于180℃且低于或等于260℃，原料气体导入到处理室来处理室内的压力设定为高于或等于100Pa且低于或等于250Pa，并且高于或等于0.17W/cm²且低于或等于0.5W/cm²的高频功率供应到设置在处理室内的电极的条件下，形成包含超过化学计量组成的氧的氧化绝缘膜作为上述保护膜；然后，进行加热处理使得包含在保护膜中的氧扩散到氧化物半导体膜。

另外，在本发明的一个方式中，包括具有栅电极、夹着栅极绝缘膜与栅电极的一部分重叠的氧化物半导体膜、以及与氧化物半导体膜接触的一对电极的晶体管，并且保护膜设置在氧化物半导体膜上。该保护膜是通过电子自旋共振法（electron spin resonance）测定的在g=2.001处的信号的自旋密度低于1.5×10¹⁸spins/cm³的氧化绝缘膜。

另外，一对电极设置在栅极绝缘膜和氧化物半导体膜之间。或者，一对电极设置在氧化物半导体膜和保护膜之间。

另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括具有氧化物半导体膜、与氧化物半导体膜接触的一对电极、在氧化物半导体膜上的栅极绝缘膜、夹着栅极绝缘膜与氧化物半导体膜的一部分重叠的栅电极的晶体管、以及覆盖栅极绝缘膜及栅电极的保护膜。该保护膜是通过电子自旋共振法测定的在g=2.001处的信号的自旋密度低于1.5×10¹⁸spins/cm³的氧化绝缘膜。