制造半导体装置的方法制造方法及图纸

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体装置和。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。
技术介绍
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IO1Vcm3的电子载体浓度的非晶氧化物(参见专利文献I)。 日本公开专利申请号2006-165528。专利技术公开内容 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(Ef)能够处于与本征费米能级(Ei)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)。另外，防止杂质(如水分或氢)从外侧进入的保护性绝缘层(也称为第二绝缘层)优选形成于氧化物绝缘层上，以便不再次在氧化物半导体层中包括这些杂质。包括高度纯化氧化物半导体层的晶体管的电特征几乎没有温度依赖性，例如阈电压和断路电流。另外，晶体管特征几乎不由于光退化而改变。如上所述，包括高度纯化和电i型(本征)氧化物半导体层的晶体管的电特征变化受到抑制，并且晶体管电稳定。因此，可提供使用氧化物半导体的具有高可靠性和稳定电特征的半导体装置。 热处理的温度为250°C至700°C (含)，400°C至700°C (含)，或低于基片的应变点。热处理可在氮、氧、超干空气(其中水含量为20ppm或更小的空气，优选Ippm或更小，更优选IOppb或更小)或稀有气体(氩、氦等)的气氛下进行。在本说明书中公开的本专利技术的一个实施方案为一种，所述方法包括以下步骤形成氧化物半导体层；形成第一绝缘层，所述第一绝缘层为氧化物绝缘层，以与氧化物半导体层接触；将氧通过第一绝缘层引入氧化物半导体层；对第一绝缘层和氧化物半导体层进行热处理；并在第一绝缘层上形成第二绝缘层。在本说明书中公开的本专利技术的另一个实施方案为一种，所述方法包括以下步骤在基片上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成氧化物半导体层；在氧化物半导体层上形成源电极层和漏电极层；在氧化物半导体层、源电极层和漏电极层上形成为氧化物绝缘层的第一绝缘层，以与氧化物半导体层接触；将氧通过第一绝缘层引入氧化物半导体层；对第一绝缘层和氧化物半导体层进行热处理；并在第一绝缘层上形成第二绝缘层。在本说明书中公开的本专利技术的另一个实施方案为一种，所述方法包括以下步骤在基片上形成源电极层和漏电极层；在源电极层和漏电极层上形成氧化物半导体层；形成为氧化物绝缘层的第一绝缘层，以与氧化物半导体层接触；将氧通过第一绝缘层引入氧化物半导体层；对第一绝缘层和氧化物半导体层进行热处理；在第一绝缘层上形成第二绝缘层；并在与氧化物半导体层重叠的第二绝缘层上形成栅电极层。在以上结构中，可在氧化物半导体层上形成第一绝缘层之前对氧化物半导体层进行热处理。可通过离子植入法或离子掺杂法进行氧引入。应注意，在本说明书中，序数，例如“第一”和“第二”，是为了方便而使用，不表示步骤的次序和层的堆叠次序。另外，在本说明书中，序数不表示限定本专利技术的特定名称。形成氧化物绝缘层，以与氧化物半导体层接触。通过氧化物绝缘层将氧引入氧化物半导体层，并进行热处理。通过氧引入和热处理的这些步骤，可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，由此可使氧化物半导体层高度纯化。具有高度纯化和电i型(本征)氧化物半导体层的晶体管的电特征变化受到抑制，并且晶体管电稳定。因此，利用本专利技术的一个实施方案，可制造具有稳定电特征的晶体管。另外，利用本专利技术的一个实施方案，可制造具有有利电特征和可靠性的晶体管的半导体装置。附图简述 图IA至IE显示半导体装置和的一个实施方案。图2A至2D显示半导体装置和的一个实施方案。图3A至3E显示半导体装置和的一个实施方案。图4A和4B分别显示半导体装置的一个实施方案。图5A至显示半导体装置和的一个实施方案。图6A至6C分别显示半导体装置的一个实施方案。 图7显示半导体装置的一个实施方案。图8显示半导体装置的一个实施方案。图9显示半导体装置的一个实施方案。图IOA和IOB显示半导体装置的一个实施方案。图IIA和IIB显示电子装置。附图说明图12A至12F分别显示电子装置。图13A和13B显示半导体装置的一个实施方案。图14显示在氧引入条件下氧化物半导体层的片电阻。专利技术最佳实施方式 以下参考附图详细描述本专利技术的实施方案。然而，本专利技术不限于以下描述，本领域的技术人员很容易理解，可以不同方式改变本文公开的方式和细节。另外，不应将本专利技术解释为限于以下所示的实施方式的描述。(实施方案I) 在此实施方案中，关于图IA至IE描述半导体装置和的一个实施方案。在此实施方案中，显示包括氧化物半导体层的晶体管作为半导体装置的一个实例。如图IE所示，晶体管410包括在具有绝缘表面的基片400上形成的栅电极层401、栅绝缘层402、氧化物半导体层403、源电极层405a和漏电极层405b。氧化物绝缘层407 (也称为第一绝缘层)和保护性绝缘层409 (也称为第二绝缘层)以此顺序堆叠在晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，肥塚纯一，
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：