[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括氧化物半导体的半导体器件及其制造方法。

在本说明书中，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器件，并且电光器件、半导体电路和电子装置都是半导体器件。

背景技术

近年来，用于通过使用在具有绝缘表面的衬底之上形成的半导体薄膜(具有大约数纳米至数百纳米的厚度)来形成薄膜晶体管(TFT)的技术已经引起关注。薄膜晶体管适用于诸如IC或电光器件之类的宽广范围的电子装置，并且具体来说，推动用作图像显示装置中的开关元件的薄膜晶体管迅速发展。各种金属氧化物用于各种应用。氧化铟是众所周知的材料，并且用作液晶显示器等等中所需的透明电极材料。

一些金属氧化物具有半导体特性。具有半导体特性的这类金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌等。其中使用具有半导体特性的这种金属氧化物来形成沟道形成区的薄膜晶体管是已知的(专利文献1和2)。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本已发表专利申请No.2007-123861

[专利文献2]日本已发表专利申请No.2007-096055

发明内容

在有源矩阵显示装置中，电路中包含的薄膜晶体管的电特性是重要的，并且显示装置的性能取决于薄膜晶体管的电特性。在薄膜晶体管的电特性之中，阈值电压(以下又称作阈值或Vth)特别重要。甚至当场效应迁移率较高时薄膜晶体管的阈值电压也较高或者为负时，难以控制包括薄膜晶体管的电路。当薄膜晶体管具有高阈值电压以及其阈值电压的大绝对值时，在以低电压驱动薄膜晶体管时薄膜晶体管不能作为TFT来执行开关功能，并且可能是负载。此外，当阈值电压值为负时，电流趋向于在源电极与漏电极之间流动，即使栅极电压为0V，即，薄膜晶体管趋向于常通。

在n沟道薄膜晶体管的情况下，优选的薄膜晶体管具有一种结构，其中形成沟道并且漏极电流在施加作为栅极电压的正电压之后开始流动。其中如果不升高驱动电压则不形成沟道的薄膜晶体管以及其中形成沟道并且漏极电流甚至在施加负电压时也流动的薄膜晶体管不适合于电路中使用的薄膜晶体管。

例如，在半导体器件中，当电路中包含的薄膜晶体管的特性极大地改变时，因薄膜晶体管的阈值电压的变化而可能引起故障。因此，本发明的一个实施例的目的是提供在宽广温度范围中稳定操作的薄膜晶体管以及包括薄膜晶体管的半导体器件。

按照本说明书中公开的本发明的一个实施例，半导体器件包括：在具有绝缘表面的衬底之上形成的栅电极层；在栅电极层之上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层之上形成的氧化物半导体层；在氧化物半导体层之上形成的源电极层和漏电极层；以及在栅极绝缘层、氧化物半导体层、源电极层和漏电极层之上形成为与氧化物半导体层的一部分相接触的绝缘层。

按照本说明书中公开的本发明的另一个实施例，用于制造半导体器件的方法包括下列步骤：在具有绝缘表面的衬底之上形成栅电极层；在栅电极层之上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层之上形成氧化物半导体层；在形成氧化物半导体层之后执行第一热处理；在氧化物半导体层之上形成源电极层和漏电极层；在栅极绝缘层、氧化物半导体、源电极层和漏电极层之上形成与氧化物半导体层的一部分相接触的绝缘层，并且在形成绝缘层之后执行第二热处理。

注意，第一热处理优选在氮气氛或稀有气体气氛中执行。另外，第一热处理优选地在大于或等于350℃且小于或等于750℃的温度下执行。

第二热处理优选地在空气、氧气氛、氮气氛或者稀有气体气氛中执行。另外，第二热处理优选在大于或等于100℃且小于或等于第一热处理的温度下执行。

通过上述结构，能够实现上述目的的至少一个。