半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方式的课题是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的可靠性高的半导体装置。在设置在玻璃衬底上的底栅结构的交错型晶体管的半导体装置中，在栅电极层上设置依次层叠其组成彼此不同的第一栅极绝缘膜及第二栅极绝缘膜的栅极绝缘膜。或者在底栅结构的交错型的晶体管中，在玻璃衬底和栅电极层之间设置保护绝缘膜。将在第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处或在栅电极层与栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的金属元素的浓度设定为5×1018atoms/cm3以下（优选为1×1018atoms/cm3以下）。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。另外，本说明书中的半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管（也称为薄膜晶体管（TFT））的技术引人注目。该晶体管被广泛地应用于如集成电路（IC）及图像显示装置（显示装置）等的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料是众所周知的。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。此外，在显示装置中，作为具有透光性的构件适当地使用玻璃衬底。例如，已公开了使用在玻璃衬底上使用由包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）的非晶氧化物（In-Ga-Zn-O类非晶氧化物）构成的半导体层的晶体管（参照专利文献1）。[专利文献1]日本专利申请公开2011-181801号公报另外，在具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置中，对制品化来说，实现高可靠性是重要的。尤其是，半导体装置的电特性的变动及降低是导致可靠性的降低的主要原因。
技术实现思路
鉴于这样问题，本专利技术的课题之一是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的可靠性高的半导体装置。在具有设置在玻璃衬底上的底栅结构的交错型晶体管的半导体装置中，在栅电极层与氧化物半导体膜之间至少设置第一栅极绝缘膜和第二栅极绝缘膜。使设置在栅电极层一侧的第一栅极绝缘膜和设置在氧化物半导体膜一侧的第二栅极绝缘膜的组成不同。并且，将第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第一金属元素的浓度设定为5×1018atoms/cm3以下（优选为1×1018atoms/cm3以下）。作为第一栅极绝缘膜，可以使用薄膜的氮化物绝缘膜。例如，可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。第一栅极绝缘膜可以具有单层结构或叠层结构。第一栅极绝缘膜的厚度薄，可以将其设定为30nm以上且50nm以下。第一栅极绝缘膜设置在玻璃衬底与第二栅极绝缘膜及氧化物半导体膜之间，因此可以防止第一金属元素扩散到第二栅极绝缘膜及氧化物半导体膜。在具有设置在玻璃衬底上的底栅结构的交错型晶体管的半导体装置中，通过在玻璃衬底和栅电极层之间设置保护绝缘膜，将栅电极层与栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第二金属元素的浓度设定为5×1018atoms/cm3以下（优选为1×1018atoms/cm3以下）。作为保护绝缘膜，可以使用氮化物绝缘膜。例如，可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。保护绝缘膜可以具有单层结构或叠层结构，例如，也可以从玻璃衬底一侧层叠氮化物绝缘膜以及氧化物绝缘膜。保护绝缘膜设置在玻璃衬底与晶体管之间，因此可以防止包含在玻璃衬底中的第二金属元素扩散到晶体管。上述包含在玻璃衬底的第一金属元素是主要构成第一栅极绝缘膜及第二栅极绝缘膜的元素以外的元素，并是指从玻璃衬底扩散的元素。上述包含在玻璃衬底的第二金属元素是主要构成栅电极层及栅极绝缘膜的元素以外的元素，并是指从玻璃衬底扩散的元素。作为为了不损失晶体管的可靠性（特性的稳定性）应该降低的第一金属元素及第二金属元素，有钠、铝、镁、钙、锶、钡，并且优选将包含在玻璃衬底中的其他元素的硅及硼降低到与上述金属元素相同的水平。因为可以防止导致晶体管的电特性的降低及变动的主要原因的包含在玻璃衬底中的第一金属元素或第二金属元素的扩散，所以能够给晶体管赋予稳定的电特性。因此，可以提供一种包含使用氧化物半导体膜的具有稳定的电特性的晶体管的可靠性高的半导体装置。本说明书所公开的专利技术的结构的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置在玻璃衬底上包括栅电极层、栅电极层上的第一栅极绝缘膜、在第一栅极绝缘膜上依次层叠的具有与第一栅极绝缘膜不同的组成的第二栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、源电极层以及漏电极层，其中第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第一金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。本说明书所公开的专利技术的结构的其他一个方式是一种半导体装置，该半导体装置在玻璃衬底上包括栅电极层、栅电极层上的第一栅极绝缘膜、在第一栅极绝缘膜上依次层叠的具有与第一栅极绝缘膜不同的组成的第二栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、与重叠于栅电极层的氧化物半导体膜接触的绝缘层、源电极层以及漏电极层，其中第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第一金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。本说明书所公开的专利技术的结构的其他一个方式是一种半导体装置，该半导体装置在玻璃衬底上包括保护绝缘膜、保护绝缘膜上的栅电极层、在栅电极层上依次层叠的栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、源电极层以及漏电极层，其中栅电极层与栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第二金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。本说明书所公开的专利技术的结构的其他一个方式是一种半导体装置，该半导体装置在玻璃衬底上包括保护绝缘膜、保护绝缘膜上的栅电极层、在栅电极层上依次层叠的栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、与重叠于栅电极层的氧化物半导体膜接触的绝缘层、源电极层以及漏电极层，其中栅电极层与栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第二金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。本专利技术的一个方式涉及一种半导体装置，该半导体装置具有晶体管或包含晶体管的电路。例如，本专利技术的一个方式涉及一种半导体装置，该半导体装置具有其沟道形成区由氧化物半导体形成的晶体管或由该晶体管形成的电路。例如，本专利技术的一个方式涉及：LSI；CPU；安装在电源电路中的功率装置；包括存储器、闸流晶体管、转换器以及图像传感器等的半导体集成电路；以及作为部件安装有以液晶显示面板为代表的电光学装置或具有发光元件的发光显示装置的电子设备。本专利技术的一个方式提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的可靠性高的半导体装置。附图说明图1A和图1B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图2A至图2E是说明半导体装置的制造方法的一个方式的截面图；图3A和图3B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图4A和图4B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图5A至图5C是说明半导体装置的一个方式的平面图；图6A和图6B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图7A和图7B是说明半导体装置的一个方式的截面图；图8A和图8B是说明半导体装置的一个方式的电路图及截面图；图9A至图9C是示出电子设备的图；图10A至图10C是示出电子设备的图；图11A和图11B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图12A至图12E是说明半导体装置的制造方法的一个方式的截面图；图13A和图13B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图14A和图14B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图15A和图15B是说明半导体装置的一个方式的平面图及截面图；图16A和图16B是说明半导体装置的一个方式的截面图；图17A和图17B是说明半导体装置的一个方式的电路图及截面图。具体实施方式下面，参照附图详细地说明本说明书所公开的专利技术的实施方式。但是，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是本说明书所公开的专利技术的方式及详细内容可以被变换为各种各样的形式而不局限于以下说明。并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：包含一种以上的金属元素的玻璃衬底上的栅电极层；所述栅电极层上的第一栅极绝缘膜；在所述第一栅极绝缘膜上并接触于所述第一栅极绝缘膜的第二栅极绝缘膜；所述第二栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层，其中，所述第一栅极绝缘膜的组成与所述第二栅极绝缘膜的组成不同，并且，在所述第一栅极绝缘膜和所述第二栅极绝缘膜之间的界面处，所述一种以上的金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。

【技术特征摘要】
2011.10.24 JP 2011-233278;2011.10.24 JP 2011-23311.一种半导体装置，包括：包含一种以上的金属元素的玻璃衬底上的栅电极层；所述栅电极层上的第一栅极绝缘膜；在所述第一栅极绝缘膜上并接触于所述第一栅极绝缘膜的第二栅极绝缘膜；所述第二栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层，其中，所述第一栅极绝缘膜的组成与所述第二栅极绝缘膜的组成不同，并且，在所述第一栅极绝缘膜和所述第二栅极绝缘膜之间的界面处，从所述玻璃衬底扩散的所述一种以上的金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。2.一种半导体装置，包括：包含一种以上的金属元素的玻璃衬底上的栅电极层；所述栅电极层上的第一栅极绝缘膜；在所述第一栅极绝缘膜上并接触于所述第一栅极绝缘膜的第二栅极绝缘膜；所述第二栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；以及所述氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层，其中，所述第一栅极绝缘膜的组成与所述第二栅极绝缘膜的组成不同，其中，所述第二栅极绝缘膜含氧的比例高于所述第二栅极绝缘膜中所包含的绝缘材料的化学计量组成中的氧的比例，并且其中，在所述第一栅极绝缘膜和所述第二栅极绝缘膜之间的界面处，从所述玻璃衬底扩散的所述一种以上的金属元素的浓度为5×1018atoms/cm3以下。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述绝缘材料由分子式SiO2+a表示，并且其中，a大于0。4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中所述第一栅极绝缘膜包含氧化铝。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：长隆之，越冈俊介，横山雅俊，山崎舜平，
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：