[发明专利]半导体器件

说明书

本申请是如下发明专利申请的分案申请：

发明名称：半导体器件的制造方法；申请日：2012年1月12日；申请号：201210022755.2。

技术领域

本发明涉及包含氧化物半导体的半导体器件及其制造方法。

在本说明书中，半导体器件是指能通过利用半导体特性起作用的所有器件。在本说明书中描述的晶体管是半导体器件，而且包含该晶体管的电光器件、半导体电路以及电子器件均为半导体器件。

背景技术

用于以液晶显示器件和发光显示器件为代表的大多数平板显示器的晶体管利用在玻璃衬底上设置的硅半导体诸如非晶硅、单晶硅以及多晶硅而形成。另外，利用这样的硅半导体形成的晶体管用于集成电路（IC）等。

将呈现半导体特性的金属氧化物代替上述硅半导体而用于晶体管的技术受到密切关注。请注意，在本说明书中，将呈现半导体特性的金属氧化物称为氧化物半导体。

例如，公开了，通过利用氧化锌或In-Ga-Zn基的金属氧化物作为氧化物半导体来制造晶体管，且该晶体管用作显示器件的像素的开关元件等的技术（参照专利文献1及2）。

专利文献1：日本专利申请公开第2007-123861号；

专利文献2：日本专利申请公开第2007-096055号。

发明内容

当氧化物半导体中发生氧缺陷（oxygen deficiency）时，部分氧缺陷成为施主而产生电子作为载流子。因此，在包含氧化物半导体的晶体管中，在包含沟道形成区的氧化物半导体中的氧缺陷导致晶体管的阈值电压的负偏移。

从上述来看，本发明的一个实施例要提供电特性良好且不大可能变化的半导体器件，以及该半导体器件的制造方法。

为了解决上述问题，在这样的过程中制造半导体器件，即在该过程中减少包含沟道形成区的氧化物半导体中的氧缺陷。

本发明的一个实施例是半导体器件的制造方法，包含以下步骤：在衬底上形成栅极电极；在栅极电极上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成第一氧化物半导体膜；在形成第一氧化物半导体膜的步骤之后进行热处理，由此形成第二氧化物半导体膜；在第二氧化物半导体膜上形成第一导电膜；在第一导电膜上形成包含厚度不同的区域的第一抗蚀剂掩模；利用第一抗蚀剂掩模选择性地除去第二氧化物半导体膜的一部分及第一导电膜的一部分，由此形成第三氧化物半导体膜及第二导电膜；减小第一抗蚀剂掩模的尺寸以暴露至少第二导电膜与第三氧化物半导体膜的沟道形成区重叠的区域，由此形成第二抗蚀剂掩模；以及利用第二抗蚀剂掩模选择性地除去第二导电膜的一部分，由此形成源极电极及漏极电极。

在上述的半导体器件的制造方法中，利用多色调掩模（multi-tone mask）形成包含厚度不同的区域的第一抗蚀剂掩模。通过使用多色调掩模，利用一个光掩模能将第二氧化物半导体膜加工为第三氧化物半导体膜并能将第一导电膜加工为源极电极及漏极电极。

在栅极绝缘膜上形成第一氧化物半导体膜之后，或者在第一氧化物半导体膜上形成第一导电膜之后，可进行热处理，其中第一氧化物半导体膜形成于栅极绝缘膜上。

在形成源极电极及漏极电极之后，可在栅极绝缘膜、第三氧化物半导体膜、源极电极以及漏极电极上形成保护绝缘膜。在形成保护绝缘膜之后，可进一步进行热处理。

栅极绝缘膜及保护绝缘膜的至少一个可为氧化物绝缘膜。在氧化物绝缘膜用作栅极绝缘膜的情况下，从用作栅极绝缘膜的氧化物绝缘膜释放的氧能扩散至形成于栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体膜中。

备选地，除了氧化物绝缘膜外，栅极绝缘膜及保护绝缘膜还可为这样的绝缘膜，即当从该绝缘膜释放的氧的量在热脱附谱法分析（thermal desorption spectroscopy analysis）中转换为氧原子时，该量大于或等于1.0×10¹⁸atoms/cm³。

用于栅极绝缘膜及保护绝缘膜的至少一个的氧化物绝缘膜优选为包含的氧多于其化学计量比的氧化物绝缘膜。在包含的氧多于其化学计量比的氧化物绝缘膜中，通过加热更多的氧被释放；因此，更多的氧可扩散至形成于栅极绝缘膜上的第一氧化物半导体膜或第三氧化物半导体膜中。

在上述半导体器件的制造方法中，优选在这一温度进行热处理，即在该温度氢被从第一氧化物半导体膜除去，且在该温度栅极绝缘膜中所含的氧扩散至第一氧化物半导体膜中。