[发明专利]氧化物半导体膜及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物半导体膜及使用该氧化物半导体膜的半导体装置。

注意，在本说明书中半导体装置是指能够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

以液晶显示装置为代表的形成在玻璃衬底等上的晶体管由非晶硅、多晶硅等构成。使用非晶硅的晶体管可以容易地对应玻璃衬底的大面积化。但是，使用非晶硅的晶体管具有场效应迁移率低的缺点。此外，使用多晶硅的晶体管虽然场效应迁移率高，但是具有不适于玻璃衬底的大面积化的缺点。

与具有上述缺点的使用硅的晶体管相比，将使用氧化物半导体制造的晶体管用于电子装置或光学装置的技术受到注目。例如，专利文献1公开一种技术，其中作为氧化物半导体使用包含In、Zn、Ga、Sn等的非晶氧化物制造晶体管。此外，专利文献2公开一种技术，其中制造如上同样的晶体管，并将该晶体管用于显示装置的像素的开关元件等。

另外，对于用于这种晶体管的氧化物半导体，已有如下说明：“氧化物半导体对杂质是不敏感的，即使在氧化物半导体膜中包含大量金属杂质也没有问题，因此，也可以使用包含大量如钠等碱金属的廉价的钠钙玻璃”(参照非专利文献1)。

[专利文献1]日本专利申请公开2006-165529号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2006-165528号公报

[非专利文献1]神谷、野村、细野“非晶氧化物半导体的物性及装置开发的现状”、日本固体物理、2009年9月号、第44卷、第621-633页

但是，当氧化物半导体膜一直处于非晶状态时，在氧化物半导体膜中容易产生氧缺陷、悬空键(dangling bond)，由于单独的氧缺陷、悬空键或其与氢等的结合会导致膜中产生载流子。因此，有氧化物半导体膜的导电率等电特性发生变化的忧虑。另外，对使用氧化物半导体膜的晶体管而言也会成为电特性变化的主要原因，由此半导体装置的可靠性被降低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供一种电特性稳定的氧化物半导体膜。另外，本发明的目的之一是通过使用该氧化物半导体膜，对半导体装置赋予稳定的电特性，而提供一种可靠性高的半导体装置。

所公开的发明的一个方式是一种氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜包含铟、镓以及锌且具有c轴取向的结晶区。另外，与膜整体为非晶结构的氧化物半导体膜相比，因为本发明的一个方式的氧化物半导体膜具有c轴取向的结晶区，所以是氧缺陷、悬空键或与悬空键等结合的氢、硼、氮以及磷等杂质被降低的高纯度氧化物半导体膜。另外，通过确定c轴取向的结晶区的组成与包括c轴取向的结晶区的半导体膜整体的组成，可以实现具有稳定的晶体结构的氧化物半导体膜。下面进行更详细的说明。

所公开的发明的一个方式是一种氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)，并且具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，c轴取向的结晶区的组成以In_1+δGa_1-δO₃(ZnO)_m(注意，0＜δ＜1，m＝1至3)表示，并且包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以In_xGa_yO₃(ZnO)_m(注意，0＜x＜2，0＜y＜2，m＝1至3)表示。

所公开的发明的另一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括栅电极；与栅电极接触的第一绝缘膜；与第一绝缘膜接触的氧化物半导体膜；以及与氧化物半导体膜接触的第二绝缘膜，其中，氧化物半导体膜包含铟(In)、镓(Ga)以及锌(Zn)并且具有在平行于氧化物半导体膜的被形成面的法向矢量的方向上一致的c轴取向的结晶区，c轴取向的结晶区的组成以In_1+δGa_1-δO₃(ZnO)_m(注意，0＜δ＜1，m＝1至3)表示，并且包括c轴取向的结晶区的整体的氧化物半导体膜的组成以In_xGa_yO₃(ZnO)_m(注意，0＜x＜2，0＜y＜2，m＝1至3)表示。