[发明专利]半导体装置及制造半导体装置的方法

说明书

本发明涉及半导体装置及制造半导体装置的方法。一个目标是通过使用具有稳定电气特性的氧化物半导体膜来提供具有稳定电气特性的高度可靠的半导体装置。另一个目标是通过使用具有高结晶性的氧化物半导体膜来提供具有较高迁移率的半导体装置。结晶氧化物半导体膜是在其表面粗糙度减小了的绝缘膜之上形成并与之接触，由此氧化物半导体膜可以具有稳定的电气特性。相应地，可以提供具有稳定的电气特性的高度可靠的半导体装置。另外，可以提供具有较高迁移率的半导体装置。

本发明是申请日为2012年3月23日、申请号为201210078793.X、发明名称为“半导体装置及制造半导体装置的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用氧化物半导体膜形成的半导体装置及制造所述半导体装置的方法。

在本说明书中，半导体装置指可以通过利用半导体特性起作用的所有类型的装置，并且电光装置、半导体电路和电子装置都是半导体装置。

背景技术

近年来，利用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体薄膜制造以晶体管为代表的半导体装置的技术引起了注意。这种半导体装置应用于广泛的电子装置，例如集成电路(IC)或者图像显示装置(显示装置)。作为可以应用于以晶体管为代表的这种半导体装置的半导体薄膜的材料，基于硅的半导体材料是众所周知的。

利用非晶氧化物半导体材料代替基于硅的半导体材料制造晶体管并且晶体管应用于电子装置等的技术同样引人注目。例如，公开了用于制造其活性层利用包含铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的非晶氧化物半导体材料形成并且具有小于10¹⁸/cm³电子载流子浓度的晶体管的技术(见专利文献1)。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开专利申请No.2006-165529。

发明内容

但是，在非晶氧化物半导体膜中，很容易造成例如氧空位或者悬键(danglingbond)的缺陷。因为这种缺陷，非晶氧化物半导体膜的电传导性或者载流子密度很容易改变。此外，这种缺陷造成载流子迁移率的显著下降。因此，利用非晶氧化物半导体膜形成的晶体管的电气特性的改变或变化是显著的，这导致半导体装置的可靠性低。

此外，由于非晶氧化物半导体膜没有结晶性或者只有低结晶性，因此利用非晶氧化物半导体膜形成的晶体管的迁移率低。

鉴于以上问题，一个目标是通过使用具有稳定电气特性的氧化物半导体膜来提供具有稳定电气特性的高度可靠的半导体装置。另一个目标是通过使用具有高结晶性的氧化物半导体膜来提供具有较高迁移率的半导体装置。

结晶氧化物半导体膜形成在其表面粗糙度降低了的绝缘膜之上并与之接触，由此氧化物半导体膜可以具有高结晶性和稳定的电气特性。具体而言，可以采用例如以下的结构。

在此所公开的本发明的一种实施方式是包括结晶氧化物半导体膜的半导体装置，其中所述结晶氧化物半导体膜设置在绝缘膜之上并与之接触。在所述半导体装置中，绝缘膜表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且结晶氧化物半导体膜包括其c轴基本上与绝缘膜的表面垂直的晶体。

在以上的实施方式中，绝缘膜优选地包含氧。绝缘膜优选地是氧化硅膜或者氧氮化硅膜。绝缘膜优选地是通过热氧化硅衬底的表面而形成的氧化硅膜。

在此所公开的本发明的另一种实施方式是一种半导体装置，该半导体装置包括第一绝缘膜、在第一绝缘膜之上设置并与之接触的结晶氧化物半导体膜、与氧化物半导体膜接触设置的源极电极和漏极电极、在氧化物半导体膜之上设置的第二绝缘膜和在第二绝缘膜之上设置的栅极电极。在所述半导体装置中，第一绝缘膜的表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且结晶氧化物半导体膜包括其c轴基本上与第一绝缘膜的表面垂直的晶体。