半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在有源矩阵型显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性较为重要，该电特性会左右显示装置的性能。因此本发明专利技术提供一种反交错型的薄膜晶体管使用彻底去除氢的氧化物半导体膜以减少电特性的不均匀性的半导体装置及其制造方法。为此，通过溅射法不接触大气地连续形成栅极绝缘膜、氧化物半导体层、和沟道保护膜这三层。此外，在包含流量比为５０％以上且１００％以下的氧的气氛中进行氧化物半导体层的膜。此外，氧化物半导体层的沟道形成区的上及下的层为硅含量为３原子％以上且３０原子％以下的氧氮化硅膜。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及本专利技术涉及一种具有由将氧化物半导体膜用于沟道形成区域的薄膜晶体管(以下，称为TFT)构成的电路的半导体装置及其制造方法。例如，涉及一种电子设备，其中安装了发光显示装置作为其部件，这种发光显示装置是以有机发光元件或以液晶显示板为代表的光电器件。在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
存在有多种金属氧化物，并且它们用于各种各样的用途。氧化铟是众所周知的材料，且用作液晶显示器等所必需的具有透光性的电极材料。有的金属氧化物呈现半导体特性。作为呈现半导体特性的金属氧化物，例如，可以举出氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等，且已知将这种呈现半导体特性的金属氧化物作为沟道形成区域的薄膜晶体管(参照专利文献1至4、非专利文献1)。另外，作为金属氧化物，不仅已知一元氧化物，而且已知多元氧化物。例如，作为包含In、Ga及Zn的多元氧化物半导体，已知具有同系物(homologouscompound)的InGaO3(ZnO)m(m：自然数)(非专利文献2至4)。并且，已经确认到可以将上述那样的由In-Ga-Zn类氧化物构成的氧化物半导体用作薄膜晶体管的沟道层(参照专利文献5、非专利文献5及6)。专利文献[专利文献1]日本专利申请公开昭60-198861号公报[专利文献2]日本专利申请公开平8-264794号公报[专利文献3]日本PCT国际申请翻译平11-505377号公报[专利文献4]日本专利申请公开2000-150900号公报[专利文献5]日本专利申请公开2004-103957号公报[非专利文献1]M.W.Prins，K.O.Grosse-Holz，GMuller，J.F.M.Cillessen，J.B.Giesbers，R.P.Weening，andR.M.Wolf，″Aferroelectrictransparentthin-filmtransistor″(透明铁电薄膜晶体管)，Appl.Phys.Lett.，17June1996，Vol.68p.3650-3652[非专利文献2]M.Nakamura，N.Kimizuka，andT.Mohri，″ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃″(In2O3-Ga2ZnO4-ZnO类在1350℃时的相位关系)，J.SolidStateChem.，1991，Vol.93，p.298-315[非专利文献3]N.Kimizuka，M.Isobe，andM.Nakamura，″SynthesesandSingle-CrystalDataofHomologousCompounds，In2O3(ZnO)m(m＝3，4，and5)，InGaO3(ZnO)3，andGa2O3(ZnO)m(m＝7，8，9，and16)intheIn2O3-ZnGa2O4-ZnOSystem″(同系物的合成和单晶数据，In2O3-ZnGa2O4-ZnO类的In2O3(ZnO)m(m＝3，4，and5)，InGaO3(ZnO)3，andGa2O3(ZnO)m(m＝7，8，9，and16))，J.SolidStateChem.，1995，Vol.116，p.170-178[非专利文献4]中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彦、磯部光正，″ホモロガス相、InFeO3(ZnO)m(m：自然数)とその同型化合物の合成および結晶構造″(同系物、铟铁锌氧化物(InFeO3(ZnO)m)(m为自然数)及其同型化合物的合成以及结晶结构)，固体物理(SOLIDSTATEPHYSICS)，1993，Vol.28，No.5，p.317-327[非专利文献5]K.Nomura，H.Ohta，K.Ueda，T.Kamiya，M.Hirano，andH.Hosono，″Thin-filmtransistorfabricatedinsingle-crystallinetransparentoxidesemiconductor″(由单晶透明氧化物半导体制造的薄膜晶体管)，SCIENCE，2003，Vol.300，p.1269-1272[非专利文献6]K.Nomura，H.Ohta，A.Takagi，T.Kamiya，M.Hirano，andH.Hosono，″Room-temperaturefabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxidesemiconductors″(室温下的使用非晶氧化物半导体的透明柔性薄膜晶体管的制造)，NATURE，2004，Vol.432p.488-492在氧化物半导体中设置沟道形成区的薄膜晶体管可以实现比使用非晶硅的薄膜晶体管更高的场效应迁移率。使用这些氧化物半导体在玻璃衬底、塑料衬底等上形成薄膜晶体管，并可以期待将其应用于液晶显示器、电致发光显示器或电子纸等的装置。在有源矩阵型的显示装置中，构成电路的薄膜晶体管的电特性重要，该电特性左右显示装置的性能。尤其是，在薄膜晶体管的电特性之中阈值电压(Vth)是重要的。不用说高场效应迁移率是较优选的，即使场效应迁移率高也当阈值电压值高或阈值电压值为负时，难以进行作为电路的控制。在薄膜晶体管的阈值电压值高并且阈值电压的绝对值大的情况下，当驱动电压低时TFT不能起到开关功能，有可能导致负载。另外，当阈值电压值为负时，即使栅极电压为OV的情况，在源电极和漏电极之间也有电流产生，容易变成所谓的常开启状态(normallyon)。在采用n沟道型的薄膜晶体管的情况下，优选采用如下晶体管，即只有对栅电压施加正的电压才形成沟道，而产生漏极电流。只有提高驱动电压才形成沟道的晶体管、或即使在负的电压状态下也能形成沟道而产生漏极电流的晶体管不适于用于电路的薄膜晶体管。
技术实现思路
本专利技术的课题之一在于提供一种以使用氧化物半导体膜的薄膜晶体管的栅极电压尽量近于0V的正的阈值电压形成沟道。此外，本说明书所公开的明的另一课题在于减少使用氧化物半导体膜的薄膜晶体管的电特性的不均匀。尤其是，在液晶显示装置中，各元件之间具有大的不均匀时可能会发生其TFT特性的不均匀所导致的显示不均匀。另外，至于具有发光元件的显示装置也有如下忧虑：当以对像素电极流过一定的电流的方式配置的TFT(对配置在驱动电路或像素的发光元件供给电流的TFT)的导通电流(Ion)的不均匀大时，在显示屏幕中产生亮度的不均匀。本专利技术的其它课题之一在于使用氧化物半导体提供可靠性高的半导体装置。本说明书所公开的专利技术的一个方式解决上述课题中的至少一个。为了提高氧化物半导体层的特性并减少特性的不均匀，重要的是减少氧化物半导体层中的氢浓度。于是，通过使用完全减少含氢量的氧化物半导体，提高薄膜晶体管的电特性，并且实现特性的不均匀少且可靠性高的薄膜晶体管。在氧化物半导体设置沟道形成区的薄膜晶体管的特性受到氧化物半导体层的界面，即氧化物半导体层和栅极绝缘膜的界面、氧化物半导体层和保护绝缘膜的界面或氧化物半导体层和电极的界面的影响，并且还受到氧化物半导体层本身的特性的大影响。不接触于大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：具有绝缘表面的衬底上的栅电极；所述栅电极上的第一绝缘膜；所述第一绝缘膜上的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的第二绝缘膜；以及所述第二绝缘膜上的源电极及漏电极，其中，所述源电极及所述漏电极分别通过设置在所述第二绝缘膜中的开口与所述氧化物半导体层电连接，其中，所述第一绝缘膜及所述第二绝缘膜分别包括氧及氮元素中的至少一个和硅，以及其中所述氧化物半导体层的沟道形成区夹在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间。

【技术特征摘要】
JP 2009-5-29 2009-1316161.一种半导体装置，包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的氮化硅膜；所述氮化硅膜上的第一绝缘膜，所述第一绝缘膜使用第一氧化硅膜形成；所述第一绝缘膜上的与所述第一绝缘膜接触的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的与所述氧化物半导体层接触的第二绝缘膜，所述第二绝缘膜使用第二氧化硅膜形成；在所述第二绝缘膜上的源电极和漏电极；以及所述源电极、所述漏电极和所述第二绝缘膜上的与所述源电极、所述漏电极和所述第二绝缘膜接触的第三绝缘膜，所述第三绝缘膜使用第三氧化硅膜形成，其中，所述源电极和所述漏电极各自通过所述第二绝缘膜中的与所述栅电极重叠的开口电连接到所述氧化物半导体层，其中，所述氧化物半导体层的沟道形成区夹在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间并且与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的每一个接触，并且其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的至少一个包括含氮浓度大于或等于3原子百分比且小于或等于30原子百分比的氧氮化硅膜。2.一种半导体装置，包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的氮化硅膜；所述氮化硅膜上的第一绝缘膜，所述第一绝缘膜使用第一氧化硅膜形成；所述第一绝缘膜上的与所述第一绝缘膜接触的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的与所述氧化物半导体层接触的第二绝缘膜，所述第二绝缘膜使用第二氧化硅膜形成；在所述第二绝缘膜上的源电极和漏电极；所述源电极、所述漏电极和所述氧化物半导体层上的与所述源电极、所述漏电极和所述氧化物半导体层接触的第三绝缘膜，所述第三绝缘膜使用第三氧化硅膜形成；以及由氧化物半导体膜形成的并且夹在所述氧化物半导体层和所述源电极和所述漏电极中每个之间的缓冲层，其中，所述源电极和所述漏电极各自通过所述第二绝缘膜中的与所述栅电极完全重叠的开口电连接到所述氧化物半导体层，其中，所述氧化物半导体层的沟道形成区夹在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间并且与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的每一个接触，并且其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的至少一个包括含氮浓度大于或等于3原子百分比且小于或等于30原子百分比的氧氮化硅膜。3.一种半导体装置，包括：衬底上的栅电极；所述栅电极上的氮化硅膜；所述氮化硅膜上的第一绝缘膜，所述第一绝缘膜使用第一氧化硅膜形成；所述第一绝缘膜上的源电极和漏电极；所述源电极和所述漏电极上的与所述源电极和所述漏电极电接触的并且在所述第一绝缘膜上的与所述第一绝缘膜接触的氧化物半导体层；所述氧化物半导体层上的与所述氧化物半导体层接触的第二绝缘膜，所述第二绝缘膜使用第二氧化硅膜形成；以及所述第二绝缘膜上的与所述第二绝缘膜接触的第三绝缘膜，所述第三绝缘膜使用第三氧化硅膜形成，其中，所述源电极与所述氧化物半导体层之间接触的区域和所述漏电极与所述氧化物半导体层之间接触的区域各自与所述栅电极重叠，其中，所述氧化物半导体层的沟道形成区夹在所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间并且与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的每一个接触，并且其中，所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜中的至少一个包括含氮浓度大于或等于3原子百分比且小于或等于30原子百分比的氧氮化硅膜。4.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，所述氧化物半导体层包括处于多晶态的氧化锌。5.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，所述氧化物半导体层包含处于其中存在非晶态和多晶态的微晶态的氧化锌。6.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，所述第一绝缘膜包含浓度高于或等于1×1015cm-3且低于或等于1×1020cm-3的卤族元素。7.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，所述氧化物半导体层至少包括锌。8.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，包含氧化硅的所述氧化物半导体层的载流子浓度高于或等于2.0×1012cm-3且低于1.6×1019cm-3。9.如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置，其中，包含氧化硅的所述氧化物半导体层的霍尔迁移率低于15.1cm2/Vs且高于或等于1.8cm2/Vs。10.一种包括如权利要求1、2和3中任一项所述的半导体装置的显示装置。11.一种制造半导体装置的方法，包括以下步骤：在具有绝缘表面的衬底上形成栅电极；在所述栅电极上形成氮化硅膜；在所述氮化硅膜上形成第一绝缘膜，所述第一绝缘膜使用第一氧化硅膜形成；在所述第一绝缘膜上与所述第一绝缘膜相接触地形成氧化物半导体层；在所述氧化物半导体层上与所述氧化物半导体层相接触地堆叠第二绝缘膜，所述第二绝缘膜使用第二氧化硅膜形成；选择性蚀刻所述第二绝缘膜以形成保护膜；采...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，秋元健吾，
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：JP