[发明专利]制造半导体装置的方法

说明书

在包括氧化物半导体层的晶体管中，形成氧化物绝缘层，以与氧化物半导体层接触。然后，通过氧化物绝缘层将氧引(加)入氧化物半导体层，并进行热处理。通过氧引入和热处理的这些步骤，从氧化物半导体层有意地去除杂质，如氢、水分、羟基或氢化物，以便使氧化物半导体层高度纯化。

本申请的原案申请日为2011年1月27日，原案申请号为201180011339.6 (PCT/JP2011/052198)，发明名称为“制造半导体装置的方法”；本申请是针对上述原案申请的分案申请号为201610836732.3的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体装置和制造半导体装置的方法。

在本说明书中，半导体装置一般指能够通过利用半导体特征工作的装置，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

现在已将注意力集中在用具有绝缘表面的基片上形成的半导体薄膜形成晶体管(也称为薄膜晶体管(TFT))的技术。晶体管应用于宽范围的电子装置，如集成电路(IC)或图像显示装置(显示装置)。基于硅的半导体材料作为可应用于晶体管的半导体薄膜的材料广为人知。作为另一种材料，氧化物半导体一直引起注意。

例如，已公开一种晶体管，其活性层使用包含铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)并且具有小于10¹⁸/cm³的电子载体浓度的非晶氧化物(参见专利文献1)。

参考文献

[专利文献1]日本公开专利申请号2006-165528。

发明内容

然而，在由于氧过量或缺乏等发生而从化学计量组合物偏离时，或者在薄膜形成过程中在电子供体中包括的氢或水分进入氧化物半导体时，氧化物半导体的电导率改变。这种现象成为使用氧化物半导体的晶体管的电特征改变的因素。

鉴于以上问题，一个目的是提供使用氧化物半导体的具有稳定电特征和高可靠性的半导体装置。

为了抑制包括氧化物半导体层的薄膜晶体管的电特征的变化，有意地从氧化物半导体层去除导致变化的杂质，如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)。另外，提供氧，氧为氧化物半导体的主要组分，并且在去除杂质的步骤还原。因此，使氧化物半导体层高度纯化，由此得到电i型(本征)的氧化物半导体层。

i型(本征)氧化物半导体为本征或极接近本征的氧化物半导体。i型(本征)氧化物半导体以从氧化物半导体去除氢(为n-型杂质)并且使氧化物半导体高度纯化以包含尽可能少杂质的方式得到。即，氧化物半导体的特征在于，通过尽可能多地去除杂质(例如，氢或水)而高度纯化，使其成为i型(本征)氧化物半导体或者与之接近。这使费米能级(E_f)能够处于与本征费米能级(E_i)相同的水平。

在包括氧化物半导体层的晶体管中，形成氧化物绝缘层(也称为第一绝缘层)，以与氧化物半导体层接触，通过氧化物绝缘层引(加)入氧，并进行热处理。通过氧引入和热处理的这些步骤，从氧化物半导体层有意地去除杂质，如氢、水分、羟基或氢化物(也称为氢化合物)，由此使氧化物半导体层高度纯化。通过引入氧，在氧化物半导体中包括的金属和氢之间的键或在金属和羟基之间的键切断，并且氢或羟基与氧反应产生水，这导致容易通过以后进行的热处理作为水排除杂质氢或羟基。

氧通过氧化物半导体层上堆叠的氧化物绝缘层引入氧化物半导体层，以便能够控制引入氧的引入深度(引入区域)，并因此可有效地将氧引入氧化物半导体层。

氧化物半导体层和含氧的氧化物绝缘层在经过热处理时相互接触，因此，氧(氧化物半导体的主要组分之一并且在去除杂质的步骤还原)可从含氧的氧化物绝缘层提供到氧化物半导体层。因此，使氧化物半导体层更加高度地纯化，变成电i型(本征)。