[发明专利]半导体装置及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本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通常指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜构成晶体管的技术备受关注。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）那样的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜材料，硅类半导体材料广为人知。但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

例如，已经公开一种晶体管，其活性层使用其电子载流子浓度低于10¹⁸/cm³的包含铟（In）、镓（Ga）、锌（Zn）的非晶氧化物（参照专利文献1）。

[专利文献1] 日本专利申请公开2006-165528号公报。

然而，在形成装置的工序中发生形成电子给体的氢、水分的混入等时，氧化物半导体的导电率可能变化。这种现象成为使用氧化物半导体的晶体管的电特性变动的主要原因。

发明内容

鉴于这种问题，本发明的目的之一是对使用氧化物半导体的半导体装置赋予稳定的电特性，以实现高可靠性。

在具有氧化物半导体膜的晶体管的制造工序中，通过热处理进行脱水化或脱氢化并进行氧掺杂处理。

本发明的一个实施方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；对去除氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理，以对氧化物半导体膜供应氧原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；以及在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触的绝缘膜。

本发明的一个实施方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：形成栅电极层；在栅电极层上形成包含氧原子作为其成分的栅极绝缘膜；对栅极绝缘膜进行氧掺杂处理，以对栅极绝缘膜供应氧原子；在栅极绝缘膜上且与栅电极层重叠的区域中形成氧化物半导体膜；对氧化物半导体膜进行热处理，以去除氧化物半导体膜中的氢原子；对去除氢原子的氧化物半导体膜进行氧掺杂处理，以对氧化物半导体膜中供应氧原子；形成与氧化物半导体膜电连接的源电极层及漏电极层；在氧化物半导体膜、源电极层及漏电极层上形成与氧化物半导体膜接触且包含氧原子作为其成分的绝缘膜；以及对绝缘膜进行氧掺杂处理，以对绝缘膜供应氧原子。

本发明的一个实施方式是一种半导体装置，包括：栅电极层；栅电极层上的栅极绝缘膜；栅极绝缘膜上的氧化物半导体膜；氧化物半导体膜上的源电极层及漏电极层；设置在源电极层及漏电极层上的与氧化物半导体膜接触的绝缘膜；以及绝缘膜上的与源电极层或漏电极层电连接的布线层。根据本实施方式，布线层设置在通过去除绝缘膜的一部分、源电极层的一部分来形成的开口中，以及在通过去除绝缘膜的一部分、漏电极层的一部分来形成的开口中；在开口中去除源电极层的一部分及漏电极层的一部分，以便在源电极层及漏电极层中形成凹部；并且布线层在开口中与源电极层及漏电极层的凹部的内壁面及厚度薄的底面接触地设置，并且，在源电极层及漏电极层中，凹部的底面的氧浓度低于源电极层及漏电极层顶面的氧浓度。

本发明的一个实施方式是一种半导体装置，其中在上述结构中的氧化物半导体膜包含区域，该区域的氧含量大于根据氧化物半导体膜的氧化物半导体的晶态下的化学计量组成比的氧含量。

本发明的一个实施方式是一种半导体装置，其中在上述结构中的氧化物半导体膜包含区域，该区域的氧含量至少在与绝缘膜的界面或其附近，大于根据氧化物半导体膜的氧化物半导体的晶态下的化学计量组成比的氧含量。

这里，上述“氧掺杂”是指将氧（至少包含氧自由基、氧原子、氧离子中的任一种）添加到块（bulk）中的处理。该术语“块”是为了明确显示不仅将氧添加到薄膜顶面还将氧添加到薄膜内部的目的而使用。另外，“氧掺杂”包括将等离子体化的氧添加到块中的“氧等离子体掺杂”。