[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

在本说明书等中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。

在本说明书等中，半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有类型的装置，因此电光装置、图像显示装置、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受到关注。该晶体管被广泛地应用于电子装置如集成电路(IC)、图像显示装置(也简称为显示装置)等。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜的材料，硅类半导体材料被广泛地周知，而作为其他材料，氧化物半导体受到注目。

例如，公开了作为氧化物半导体使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物半导体来制造晶体管的技术(参照专利文献1及专利文献2)。

另外，在非专利文献1中已公开有具有层叠有组成不同的氧化物半导体的结构的晶体管。

[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2007-096055号公报

[非专利文献]

[非专利文献1]Masashi Ono et al.,“Novel High Performance IGZO-TFT with High Mobility over 40 cm²/Vs and High Photostability Incorporated Oxygen Diffusion”,IDW’11 Late-News Paper,pp.1689-1690

发明内容

在使用氧化物半导体的晶体管中，当在氧化物半导体层与接触于该氧化物半导体层的层的界面存在有陷阱能级(也称为界面态)时，成为晶体管的电特性(例如，阈值电压或亚阈值摆幅值(S值))变动的原因。

例如，在底栅型晶体管中，当源电极层及漏电极层的构成元素扩散到氧化物半导体层的背沟道时，该构成元素形成陷阱能级，使晶体管的电特性变动。此外，通过在氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的界面存在陷阱能级，也有时引起晶体管的电特性的变动。

于是，本发明的一个方式的目的之一是提供一种防止电特性的变动而使可靠性得到提高的包含氧化物半导体的半导体装置。

在本发明的一个方式中，在包含氧化物半导体的底栅型晶体管中，至少具有接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层和设置在该第一氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的第二氧化物半导体层的叠层结构。在上述结构中，通过将第二氧化物半导体层用作晶体管的主要的电流路径(沟道)且将第一氧化物半导体层用作用来防止源电极层及漏电极层的构成元素的扩散的缓冲层，由此可以防止晶体管的电特性变动。更具体地说，例如可以采用以下结构。

本发明的一个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层；隔着栅极绝缘层重叠于栅电极层的氧化物半导体叠层；以及电连接于氧化物半导体叠层的源电极层及漏电极层，其中，氧化物半导体叠层包括接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层和设置在第一氧化物半导体层与栅极绝缘层之间的第二氧化物半导体层，第一氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量为镓的含量以下，第二氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量大于镓的含量，并且，第一氧化物半导体层作为杂质包含源电极层及漏电极层的构成元素。

本发明的另一个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层；隔着栅极绝缘层重叠于栅电极层的氧化物半导体叠层；以及电连接于氧化物半导体叠层的源电极层及漏电极层，其中，氧化物半导体叠层包括接触于源电极层及漏电极层的第一氧化物半导体层、接触于栅极绝缘层的第三氧化物半导体层及设置在第一氧化物半导体层与第三氧化物半导体层之间的第二氧化物半导体层，第一氧化物半导体层及第三氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量为镓的含量以下，第二氧化物半导体层至少包含铟及镓且铟的含量大于镓的含量，并且，第一氧化物半导体层作为杂质包含源电极层及漏电极层的构成元素。