通过抑制其电特性的变化来提供一种包括氧化物半导体的极可靠半导体器件。氧从设置在氧化物半导体层下面的基绝缘层以及设置在氧化物半导体层之上的栅绝缘层提供给其中形成沟道的区域，由此填充可能在沟道中生成的氧空位。此外，抑制通过氧化物半导体层中形成的沟道附近的源电极层或漏电极层从氧化物半导体层提取氧，由此抑制可能在沟道中生成的氧空位。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书等所公开的本专利技术的一个实施例涉及半导体器件以及用于制造半导体器件的方法。在本说明书等中，半导体器件一般表示能够通过利用半导体特性来起作用的所有类型的装置；光电装置、图像显示装置、半导体电路和电子装置都是半导体器件。
技术介绍
使用在具有绝缘表面的衬底之上所形成的半导体薄膜来形成晶体管的技术一直受到关注。这种晶体管应用于大范围的电子装置，例如集成电路(IC)和图像显示装置(又简单地称作显示装置)。硅基半导体材料被普遍认为是用于可适用于晶体管的半导体薄膜的材料。作为另一种材料，氧化物半导体受到关注。例如，公开用于使用氧化锌或者In-Ga-Zn基氧化物半导体作为氧化物半导体来形成晶体管的技术(参见专利文献I和2)。 日本已发表专利申请N0.2007-123861 日本已发表专利申请N0.2007-096055。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例的一个目的是得到包括具有有利电特性的氧化物半导体的半导体器件。另一目的是通过抑制其电特性的变化来提供一种包括氧化物半导体的极可靠半导体器件。在形成包括氧化物半导体的晶体管的情况下，氧空位能够作为氧化物半导体的载流子供应源之一来给出。包括晶体管的沟道形成区的氧化物半导体中的许多氧空位引起沟道形成区中的电子的生成，这引起电特性的缺陷；例如，晶体管变成常通、泄漏电流增加或者阈值电压因应力应用而偏移。此外，在氧化物半导体层中，除了主要成分之外的氢、硅、氮、碳和金属元素是杂质。例如，氧化物半导体层中的氢形成施体级，其增加载流子密度。硅形成氧化物半导体层中的杂质级。杂质级用作陷阱(trap)，并且可能使晶体管的电特性退化。因此，为了使包括氧化物半导体的半导体器件能够具有稳定电特性，需要采取一些措施，以降低氧化物半导体层中的氧空位，并且降低诸如氢和硅之类的杂质的浓度。鉴于以上所述，在本专利技术的一个实施例的半导体器件中，氧从基绝缘层(其设置在氧化物半导体层下面)和栅绝缘层(其设置在氧化物半导体层之上)提供给形成沟道的区域，由此填充可能在沟道中生成的氧空位。此外，抑制通过氧化物半导体层中形成的沟道附近的源电极层或漏电极层从氧化物半导体层提取氧，由此抑制可在沟道中生成的氧空位。此外，形成栅电极层之上用作具有低氢含量和低透氧性质的屏障层的保护绝缘层，使得氧有效地提供给形成沟道的区域，同时抑制氧从栅绝缘层和/或基绝缘层的解吸。此外，包含形成氧化物半导体层的一种或多种金属元素的氧化物层设置在形成氧化物半导体层之上和之下并且与其接触。因此，沟道能够与栅绝缘层分离。此外，界面状态不可能在氧化物半导体层与氧化物层的每个之间的界面处形成，并且因而晶体管的电特性、例如阈值电压的波动能够降低。在本专利技术的一个实施例的半导体器件(其具有上述结构)中，用作沟道(用作主要载流子通路)的氧化物半导体层中的杂质的浓度能够降低，使得氧化物半导体层高度纯化为高度纯化的本征氧化物半导体层。得到高度纯化的本征氧化物半导体层表示将氧化物半导体层纯化或者基本上纯化为本征或者基本上本征氧化物半导体层。注意，在本说明书等中，在基本上纯化的氧化物半导体层的情况下，其载流子浓度低于IXlO17 /cm3、低于I X 115 /cm3或者低于I X 10 13 /cm3。通过将氧化物半导体层高度纯化为高度纯化的本征氧化物半导体层，晶体管能够具有稳定电特性。具体来说，例如能够采用下列结构。本专利技术的一个实施例是一种半导体器件，包括:包含氧的基绝缘层；岛状氧化物堆叠，其设置在基绝缘层之上；第一源电极层和第一漏电极层，其各沿沟道长度方向与岛状氧化物堆叠的顶面及其侧面相接触；第二源电极层和第二漏电极层，其分别设置在第一源电极层和第一漏电极层之上，与氧化物堆叠的顶面相接触，并且使用金属氮化物膜来形成；栅绝缘层，其设置在第二源电极层和第二漏电极层之上，并且与第二源电极层和第二漏电极层之间的氧化物堆叠的顶面相接触；栅电极层，其与氧化物堆叠重叠，栅绝缘层在它们之间被提供；以及保护绝缘层，其设置在栅绝缘层和栅电极层之上并且与其接触。氧化物堆叠包括:氧化物半导体层，其中至少形成沟道；第一氧化物层，其设置在氧化物半导体层与基绝缘层之间；以及第二氧化物层，其设置在氧化物半导体层与栅绝缘层之间。基绝缘层和栅绝缘层在岛状氧化物堆叠外部相互接触。保护绝缘层具有比栅绝缘层要低的透氧性质。本专利技术的另一个实施例是一种半导体器件，包括:包含氧的基绝缘层；岛状氧化物堆叠，其设置在基绝缘层之上；第一源电极层和第一漏电极层，其各沿沟道长度方向与岛状氧化物堆叠的顶面及其侧面相接触；第二源电极层和第二漏电极层，其分别设置在第一源电极层和第一漏电极层之上，与氧化物堆叠的顶面相接触，并且使用金属氮化物膜来形成；栅绝缘层，其设置在第二源电极层和第二漏电极层之上，并且与第二源电极层和第二漏电极层之间的氧化物堆叠的顶面相接触；栅电极层，其与氧化物堆叠、第二源电极层的一部分和第二漏电极的一部分重叠，栅绝缘层在它们之间被提供；以及保护绝缘层，其设置在栅绝缘层和栅电极层之上并且与其接触。氧化物堆叠包括:氧化物半导体层，其中至少形成沟道；第一氧化物层，其设置在氧化物半导体层与基绝缘层之间；以及第二氧化物层，其设置在氧化物半导体层与栅绝缘层之间。基绝缘层和栅绝缘层在岛状氧化物堆叠外部相互接触。保护绝缘层具有比栅绝缘层要低的透氧性质。在上述半导体器件的任一个中，优选的是，氧化物半导体层、第一氧化物层和第二氧化物层各使用In-M-Zn氧化物(M为Al、T1、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)来形成，并且第一氧化物层和第二氧化物层的每个中的M与In (以下又称作铟)的原子比比氧化物半导体层中要高。此外，在上述半导体器件的任一个中，优选的是，氧化物半导体层包括晶体部分，并且晶体部分的c轴与氧化物半导体层的表面的法向矢量并行。此外，在上述半导体器件的任一个中，第一源电极层和第一漏电极层各使用比用于第二源电极层和第二漏电极层的材料更易于接合到氧的材料来形成。此外，在上述半导体器件的任一个中，保护绝缘层中的氢的浓度优选地低于5 X 119 cm 3O按照本专利技术的一个实施例，包括氧化物半导体的半导体器件能够具有有利电特性。此外，按照本专利技术的一个实施例，能够通过抑制其电特性的变化来提供包括氧化物半导体的极可靠半导体器件。【附图说明】在附图中: 图1A至图1D是示出半导体器件的一个实施例的平面图和截面图； 图2A至图2C是示出半导体器件的一个实施例的平面图和截面图； 图3A至图3D是示出半导体器件的一个实施例的截面图； 图4A至图4C是示出用于制造半导体器件的方法的示例的截面图； 图5A至图是示出用于制造半导体器件的方法的示例的截面图； 图6A和图6B示出氧化物堆叠的能带(band)结构； 图7A和图7B示出氧化物堆叠的能带结构； 图8示出氧化物堆叠的能带结构； 图9A至图9C是示出半导体器件的一个实施例的平面图和截面图； 图10是示出晶体管的堆叠层结构的概念图； 图1lA和图1lB示出SMS测量结果； 图12A和图12B示出SMS测量结果； 图13A和图13B示出SIMS测量结果； 图14A和图14B示出SIMS测量结果； 图15A和图15B示出薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括： 基绝缘层； 所述基绝缘层之上的第一氧化物层； 所述第一氧化物层之上的氧化物半导体层； 所述氧化物半导体层之上的第二氧化物层； 第一源电极层和第一漏电极层，它们各自与所述第二氧化物层的顶面相接触； 第二源电极层和第二漏电极层，分别在所述第一源电极层和所述第一漏电极层之上，并且与所述第二氧化物层的顶面相接触； 栅绝缘层，在所述第二源电极层和所述第二漏电极层之上，并且与所述第二源电极层与所述第二漏电极层之间的所述第二氧化物层的顶面相接触；以及 栅电极层，与所述氧化物半导体层重叠，所述栅绝缘层在它们之间被提供， 其中所述基绝缘层和所述栅绝缘层相互接触。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，须泽英臣，笹川慎也，田中哲弘，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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