[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其制造方法，该半导体装置包括含半导体元件（比如晶体管）的电路。例如，本发明涉及安装在电源电路上的功率装置；包括存储器、晶闸管、转换器、图像传感器等的半导体集成电路；以及将典型为液晶显示面板、包括发光元件的发光显示装置等电光装置作为组件安装在其上的电子装置。

在本说明书中，半导体装置是指可通过利用半导体特性而作用的所有类型的装置，且电光装置、发光显示装置、半导体电路以及电子装置都为半导体装置。

背景技术

使用非晶硅、多晶硅等来制造形成在玻璃衬底等上的晶体管，这在液晶显示装置中很常见。虽然包括非晶硅的晶体管具有低场效迁移率，但其可以在大玻璃衬底上形成。另一方面，虽然包括多晶硅的晶体管具有高场效迁移率，但其不适合形成在大玻璃衬底上。

与包括硅的晶体管不同，使用氧化物半导体来制造晶体管的技术已受到注目，且该晶体管应用于电子装置或光学装置。例如，专利文献1及专利文献2公开一种使用氧化锌或In-Ga-Zn-O类氧化物作为氧化物半导体来制造晶体管的技术，且该晶体管用作显示装置的像素等的开关元件。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报

发明内容

晶体管的电特性很容易受到用作有源层的氧化物半导体膜与接触氧化物半导体膜的栅极绝缘膜之间的界面状态的影响。在晶体管制造期间或之后，若栅极绝缘膜接触氧化物半导体膜的界面，也就是说，氧化物半导体膜的栅电极侧界面处于非晶状态，在工序中结构状态很容易受到温度等的影响而变，且晶体管的电特性很有可能不稳定。

此外，氧化物半导体膜用作沟道的晶体管的电特性有可能因可见光或紫外光照射而改变。

鉴于这种问题，本发明的一实施方式的目的在于提供包括晶体管的半导体装置，其中氧化物半导体膜与接触氧化物半导体膜的栅极绝缘膜之间的界面状态为合宜，且提供制造该半导体装置的方法。此外，本发明的一实施方式的目的在于通过给予氧化物半导体膜用作沟道的晶体管稳定电特性来制造高可靠性半导体装置。此外，本发明的一实施方式的目的在于提供半导体装置的工序，借助于该工序可以使用比如母玻璃的大型衬底来量产高可靠性半导体装置。

在本发明的一实施方式中，为了使氧化物半导体膜与接触氧化物半导体膜的绝缘膜（栅极绝缘膜）之间的界面状态变为合宜，至少在氧化物半导体膜的界面附近形成具有高结晶性的区域。据此，可制造具有稳定电特性的高可靠性半导体装置。

此外，作为改善氧化物半导体膜的结晶性的一种方法，可以在氧化物半导体膜的一部分中提供具有第二晶体结构的氧化物半导体膜。第二晶体结构为纤锌矿晶体结构。可具有第二晶体结构的氧化物半导体膜通过热处理容易结晶，且与可具有第一晶体结构的氧化物半导体膜相比具有更高结晶性，第一晶体结构选自非纤锌矿结构、YbFe₂O₄结构、Yb₂Fe₃O₇结构以及所述结构的变形结构。

形成可通过热处理具有第一晶体结构的氧化物半导体膜及可通过热处理具有第二晶体结构的氧化物半导体膜而加以层叠，并接着进行热处理；据此，通过使用具有第二晶体结构的氧化物半导体膜作为晶种而在可通过热处理具有第一晶体结构的氧化物半导体膜中发生晶体生长，而形成具有第一晶体结构的氧化物半导体膜。

在高于或等于150℃且低于或等于650℃，优选高于或等于200℃且低于或等于500℃的温度下进行热处理。

可在加热的同时通过溅射法形成该氧化物半导体膜，而不进行用于结晶的热处理。

依照此方式，例如，至少包括第二氧化物半导体膜的层设置在其中层叠有氧化物半导体膜的氧化物半导体叠层中，并对氧化物半导体叠层进行热处理，由此可得到具有高结晶性的氧化物半导体膜。

另外，第二氧化物半导体膜的厚度大于或等于一原子层的厚度且小于或等于10nm，优选大于或等于2nm且小于或等于5nm。

在上述结构中，氧化物半导体膜为非单晶，为并非全部在非晶状态中，且至少包括具有c轴取向的晶体。