[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

所公开的发明涉及一种半导体装置及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一般装置，因此电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。

背景技术

近年来，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受到注目。这种晶体管被广泛地应用于诸如集成电路（IC）、图像显示装置（显示装置）等的电子器件。作为可应用于晶体管的半导体薄膜，硅基半导体材料已广泛使用。但是，作为替代材料，氧化物半导体受到注目。

例如，公开了其活性层使用电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³且包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）的非晶氧化物形成的晶体管（参照专利文献1）。

虽然包括氧化物半导体的晶体管的工作速度比包括非晶硅的晶体管的工作速度快，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电特性容易变动而导致其可靠性低的问题。例如，在光BT测试之后，晶体管的阈值电压波动。另一方面，在专利文献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上表面及下表面中的至少一个的界面稳定化层来防止在氧化物半导体层的界面处的电荷俘获。

[专利文献1]日本专利申请公开2006-165528号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2010-16347号公报

[专利文献3]日本专利申请公开2010-16348号公报

发明内容

但是，专利文献2或专利文献3所公开的晶体管将具有与栅极绝缘层及保护层相似的性质的层用作界面稳定化层，而不能保持活性层和界面之间的良好状态。因此难以抑制在活性层和界面稳定化层之间界面处的电荷俘获。特别是，当界面稳定化层和活性层具有同等的带隙时，电荷可能储存。

因此，还不能说包括氧化物半导体的晶体管具有足够高的可靠性。

鉴于上述问题，所公开的发明的一个目的是使包括氧化物半导体的半导体装置具有稳定的电特性以增加可靠性。

所公开的发明的一个实施方式的技术思想是：诸如栅极绝缘膜或保护绝缘膜等的绝缘膜和用作活性层的氧化物半导体膜不直接接触，而在其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相似的成分。也就是说，所公开的发明的一个实施方式具备层叠有金属氧化物膜、氧化物半导体膜、以及由与金属氧化物膜及氧化物半导体膜不同的成分构成的绝缘膜的结构。在此，“与氧化物半导体膜相似的成分”是指包含选自氧化物半导体膜的构成元素中的一种或多种金属元素。

这种叠层结构可以充分地抑制因半导体装置的工作等而可能产生的电荷等被俘获到上述绝缘膜和氧化物半导体膜之间的界面。因如下机制而获得该有利效果：通过使包含与氧化物半导体膜相容的材料的金属氧化物膜与氧化物半导体膜接触，可以抑制因半导体装置的工作等而可能产生的电荷等被俘获到氧化物半导体膜和金属氧化物膜之间的界面。而且，通过使包含能够在界面形成电荷俘获中心的材料的绝缘膜与金属氧化物膜接触，可以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，在产生大量的电荷的情况下难以抑制金属氧化物膜与氧化物半导体膜之间的界面处的电荷俘获，但是当绝缘膜设置成与金属氧化物膜接触时，可以优先地在金属氧化物膜和绝缘膜之间的界面处俘获电荷，从而抑制氧化物半导体膜和金属氧化物膜之间的界面处的电荷俘获。由此，根据所公开的发明的一个实施方式的有利效果起因于层叠有绝缘膜、金属氧化物膜及氧化物半导体膜的结构，而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处的电荷俘获，且使电荷俘获中心远离氧化物半导体膜，可以抑制半导体装置的工作不良，以提高半导体装置的可靠性。

在上述机制中，金属氧化物膜优选具有足够的厚度。其原因是：当金属氧化物膜薄时，被俘获到金属氧化物膜和绝缘膜之间的界面的电荷的影响可能大。例如，优选使金属氧化物膜比氧化物半导体膜厚。

具有绝缘性的金属氧化物膜形成为不阻碍源电极及漏电极和氧化物半导体膜之间的连接，从而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劣化。