[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及该半导体装置的制造方法。

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，而且电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。

背景技术

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的技术已受到关注。该晶体管被广泛地应用于电子器件，诸如集成电路（IC）和图像显示装置（显示装置）。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅基半导体材料已被广泛使用，但是作为其他材料，氧化物半导体已受到关注。

例如，公开了一种晶体管，其有源层使用包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）且电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物来形成（参见专利文献1）。

虽然包括氧化物半导体的晶体管可以比包括非晶硅的晶体管更高的速度进行工作，且与包括多晶硅的晶体管相比更容易制造，但是，已知包括氧化物半导体的晶体管具有因电特性容易变化而导致其可靠性低的问题。例如，在光下执行的BT测试之后，晶体管的阈值电压发生波动。另一方面，专利文献2及专利文献3中各自公开了一种技术，其中为了抑制包括氧化物半导体的晶体管的阈值电压移动，利用设置在氧化物半导体层的顶表面及底表面中的至少一个面上的界面稳定化层来防止在氧化物半导体层的界面的电荷俘获。

[参考文献]

[专利文献1]日本公开专利申请2006-165528号

[专利文献2]日本公开专利申请2010-016347号

[专利文献3]日本公开专利申请2010-016348号

发明内容

但是，由于专利文献2或专利文献3所公开的晶体管包括具有与栅极绝缘层及保护层类似性质的层作为界面稳定化层，从而不能有利地保持具有有源层的界面的状态。这就是为什么难以抑制在有源层和界面稳定化层之间的界面的电荷俘获。特别是，当界面稳定化层和有源层具有同等的带隙时，电荷可能被存储。

因此，还不能说包括氧化物半导体的晶体管具有充分高的可靠性。

鉴于上述问题，本发明的目的是使包括氧化物半导体的半导体装置的电特性稳定以提高可靠性。

所公开的发明的一个实施例基于以下的技术构思：作为有源层的氧化物半导体膜不与诸如栅极绝缘膜或保护绝缘膜的绝缘膜直接接触，而在这些膜之间设置有与其接触的金属氧化物膜，并且该金属氧化物膜包含与氧化物半导体膜的成分类似的成分。也就是说，所公开的发明的一个实施例包括氧化物半导体膜、金属氧化物膜和包含与金属氧化物膜及氧化物半导体膜不同的成分的绝缘膜的叠层结构。在此，“与氧化物半导体膜的成分类似的成分”是指包含选自氧化物半导体膜的成分中的一种或多种金属元素。

通过具备这种叠层结构，可以充分地抑制在上述绝缘膜和氧化物半导体膜的界面处因半导体装置的操作等而产生的电荷等的俘获。因如下机构而获得该有利的效果：设置包含与氧化物半导体膜相适合的材料的金属氧化物膜与氧化物半导体膜接触，由此抑制氧化物半导体膜和金属氧化物膜之间的界面处因半导体装置的操作而可能产生的电荷等的俘获。同时，设置包含的材料被采用可在界面形成电荷俘获中心的绝缘膜与金属氧化物膜接触，由此可在金属氧化物膜和绝缘膜之间的界面俘获上述电荷。

换言之，虽然当只使用金属氧化物膜时，在产生大量电荷的情况下难以抑制在氧化物半导体膜和金属氧化物膜之间的界面的电荷俘获；但是当以与金属氧化物膜接触的方式设置绝缘膜时，优先地在金属氧化物膜和绝缘膜之间的界面俘获电荷，从而可抑制氧化物半导体膜和金属氧化物膜之间的界面的电荷俘获。由此，可以说，所公开发明的一个实施例的有利效果归因于氧化物半导体膜、金属氧化物膜及绝缘膜的叠层结构，而且该效果与金属氧化物膜和氧化物半导体膜的叠层结构所产生的效果不同。

因为能够抑制氧化物半导体膜的界面的电荷俘获，且可使电荷俘获中心远离氧化物半导体膜，所以可以减少半导体装置的操作故障，以提高半导体装置的可靠性。

在上述机构中，金属氧化物膜期望具有足够的厚度。这是因为：当金属氧化物膜薄时，在金属氧化物膜和绝缘膜之间的界面处被俘获的电荷的影响可能会大。例如，优选使金属氧化物膜厚于氧化物半导体膜。

由于以不阻碍源电极及漏电极和氧化物半导体膜之间的连接的方式形成具有绝缘性的金属氧化物膜，因此与在源电极或漏电极和氧化物半导体膜之间设置金属氧化物膜的情况相比，可以防止电阻的增大。因此，可以抑制晶体管的电特性的退化。