[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2010年11月15日、申请号为201080054058.4、发明名称为“半导体装置及其制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用氧化物半导体制造的半导体装置及其制造方法。

背景技术

对于半导体装置来说，使用形成在绝缘表面上的半导体膜形成的晶体管是不可缺少的半导体元件。因为在晶体管的制造中对衬底的耐热温度有限制，所以其激活层具有可以以较低温度形成的非晶硅、通过使用激光或催化剂元素的晶化而得到的多晶硅等的晶体管成为用于半导体显示装置的晶体管的主流。

近年来，被称为氧化物半导体的显示半导体特性的金属氧化物作为兼有多晶硅所具有的高迁移率和非晶硅所具有的均匀的元件特性的新的半导体材料引人注目。金属氧化物用于多种用途，例如作为众所周知的金属氧化物的氧化铟用于液晶显示装置等中的透明电极材料。作为显示半导体特性的金属氧化物，例如有氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等，并且已知将上述显示半导体特性的金属氧化物用于沟道形成区的晶体管(专利文献1以及专利文献2)。

[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2007-96055号公报

发明内容

作为用于半导体装置的晶体管，优选其随时间的劣化所导致的阈值电压的不均匀小且截止电流低等。通过使用随时间的劣化所导致的阈值电压的偏差小的晶体管，可以提高半导体装置的可靠性。另外，通过使用截止电流低的晶体管，可以抑制半导体装置的耗电量。

本发明的目的之一是提供可靠性高的半导体装置的制造方法。或者，本发明的目的之一是提供耗电量低的半导体装置的制造方法。或者，本发明的目的之一是提供可靠性高的半导体装置。或者，本发明的目的之一是提供耗电量低的半导体装置。

另外，目前，在高耐压的被称为用来控制大电流的功率器件(power device)的半导体装置中，作为半导体材料主要使用硅。但是，一般认为使用硅形成的半导体元件的物理特性已达到了理论值的极限，因此为了实现更高耐压且能够进一步抑制大电流的功率器件，需要能够提高特性的新的半导体材料。作为可能提高高耐压性、高转换效率、高速开关等各种特性的半导体材料，例如可以举出碳化硅、氮化镓等化合物半导体。碳化硅的带隙是3.26eV，氮化镓的带隙是3.39eV，两者都具有硅的带隙的大约3倍左右的大带隙。因此，已知此类化合物半导体有利于半导体装置的耐压的提高、电力损失的降低等。

但是，碳化硅、氮化镓等化合物半导体具有工艺温度高的问题。碳化硅的工艺温度大约为1500℃，氮化镓的工艺温度大约为1100℃左右，因此不可以将其形成在耐热温度低的玻璃衬底上。据此，因为不能利用廉价的玻璃衬底且化合物半导体不能够对应衬底的大型化，所以使用碳化硅、氮化镓等的化合物半导体形成的半导体装置的批量生产性低，而成为难以实现实用化的原因。

鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供具有高批量生产性的使用新的半导体材料形成的用于大电力的半导体装置。

本发明人注意到存在于氧化物半导体膜中的氢、水等杂质是造成晶体管的阈值电压漂移等随时间的劣化的原因。已知在通过溅射等形成的氧化物半导体膜中包含多量的氢或水等杂质。因此，在本发明的一个方式中，为了减少氧化物半导体膜中的水分或氢等杂质，在形成氧化物半导体膜之后，在氧化物半导体膜露出的状态下，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavity ring-down laser spectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算，-55℃)以下，优选的是1ppm以下，更优选的是10ppb以下的空气)气氛下进行第一加热处理。接着，为了进一步降低氧化物半导体膜中的水分或氢等杂质，在使用离子注入法或离子掺杂法等对氧化物半导体膜添加氧之后，再次在氧化物半导体膜露出的状态下，在减压气氛、氮或稀有气体等惰性气体气氛、氧气体气氛或超干燥空气(使用CRDS(cavity ring-down laser spectroscopy：光腔衰荡光谱法)方式的露点计进行测定时的水分量是20ppm(露点换算，-55℃)以下，优选的是1ppm以下，更优选的是10ppb以下的空气)气氛下进行第二加热处理。