[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本说明书等所公开的本发明的一个实施例涉及半导体器件以及用于制造半导体器件的方法。

在本说明书等中，半导体器件一般表示能够通过利用半导体特性来起作用的所有类型的装置；光电装置、图像显示装置、半导体电路和电子装置都是半导体器件。

背景技术

使用在具有绝缘表面的衬底之上所形成的半导体薄膜来形成晶体管的技术一直受到关注。这种晶体管应用于大范围的电子装置，例如集成电路(IC)和图像显示装置(又简单地称作显示装置)。硅基半导体材料被普遍认为是用于可适用于晶体管的半导体薄膜的材料。作为另一种材料，氧化物半导体受到关注。

例如，公开用于使用氧化锌或者In-Ga-Zn基氧化物半导体作为氧化物半导体来形成晶体管的技术(参见专利文献1和2)。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]     日本已发表专利申请No. 2007-123861

[专利文献2]     日本已发表专利申请No. 2007-096055。

发明内容

本发明的一个实施例的一个目的是得到包括具有有利电特性的氧化物半导体的半导体器件。

另一目的是通过抑制其电特性的变化来提供一种包括氧化物半导体的极可靠半导体器件。

在形成包括氧化物半导体的晶体管的情况下，氧空位能够作为氧化物半导体的载流子供应源之一来给出。包括晶体管的沟道形成区的氧化物半导体中的许多氧空位引起沟道形成区中的电子的生成，这引起电特性的缺陷；例如，晶体管变成常通、泄漏电流增加或者阈值电压因应力应用而偏移。此外，在氧化物半导体层中，除了主要成分之外的氢、硅、氮、碳和金属元素是杂质。例如，氧化物半导体层中的氢形成施体级，其增加载流子密度。硅形成氧化物半导体层中的杂质级。杂质级用作陷阱（trap），并且可能使晶体管的电特性退化。

因此，为了使包括氧化物半导体的半导体器件能够具有稳定电特性，需要采取一些措施，以降低氧化物半导体层中的氧空位，并且降低诸如氢和硅之类的杂质的浓度。

鉴于以上所述，在本发明的一个实施例的半导体器件中，氧从基绝缘层(其设置在氧化物半导体层下面)和栅绝缘层(其设置在氧化物半导体层之上)提供给形成沟道的区域，由此填充可能在沟道中生成的氧空位。此外，抑制通过氧化物半导体层中形成的沟道附近的源电极层或漏电极层从氧化物半导体层提取氧，由此抑制可在沟道中生成的氧空位。此外，形成栅电极层之上用作具有低氢含量和低透氧性质的屏障层的保护绝缘层，使得氧有效地提供给形成沟道的区域，同时抑制氧从栅绝缘层和/或基绝缘层的解吸。

此外，包含形成氧化物半导体层的一种或多种金属元素的氧化物层设置在形成氧化物半导体层之上和之下并且与其接触。因此，沟道能够与栅绝缘层分离。此外，界面状态不可能在氧化物半导体层与氧化物层的每个之间的界面处形成，并且因而晶体管的电特性、例如阈值电压的波动能够降低。

在本发明的一个实施例的半导体器件(其具有上述结构)中，用作沟道(用作主要载流子通路)的氧化物半导体层中的杂质的浓度能够降低，使得氧化物半导体层高度纯化为高度纯化的本征氧化物半导体层。得到高度纯化的本征氧化物半导体层表示将氧化物半导体层纯化或者基本上纯化为本征或者基本上本征氧化物半导体层。注意，在本说明书等中，在基本上纯化的氧化物半导体层的情况下，其载流子浓度低于1×10¹⁷ /cm³、低于1×10¹⁵ /cm³或者低于1×10¹³ /cm³。通过将氧化物半导体层高度纯化为高度纯化的本征氧化物半导体层，晶体管能够具有稳定电特性。

具体来说，例如能够采用下列结构。