[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

在包括氧化物半导体膜的晶体管中，形成与氧化物半导体膜接触并且覆盖源电极及漏电极的用来防止带电的金属氧化物膜。然后通过金属氧化物膜向该金属氧化物膜引入（添加）氧并且进行热处理。通过氧引入及热处理的这些步骤，从氧化物半导体膜中有意地去除氢、水分、羟基或者氢化物等杂质，以高度纯化氧化物半导体膜。此外，通过设置金属氧化物膜，可以在晶体管中防止氧化物半导体膜的背沟道侧上产生寄生沟道。

技术领域

本发明的一个实施方式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，半导体装置一般是指能够通过利用半导体特性而工作的装置，因此电光装置、半导体电路以及电子装置都是半导体装置。

背景技术

通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管（也称为薄膜晶体管（TFT））的技术引人注目。这种晶体管应用在诸如集成电路（IC）或图像显示装置（显示装置）等各式各样的电子装置。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料是公知的；但是，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

例如，公开其有源层具有包括铟（In）、镓（Ga）和锌（Zn）并且其电子载流子浓度低于10¹⁸／cm³的非晶氧化物的晶体管（参照专利文献1）。

[参考]

[专利文献]

[专利文献1] 日本专利申请公开2006-165528。

发明内容

然而，当在形成薄膜的步骤中发生由于氧的过多或过少而引起的与化学计量组成的偏离或者形成电子施主的氢或水分进入氧化物半导体时，氧化物半导体的导电率变化。这种现象成为包括氧化物半导体的晶体管的电特性变动的一个因素。

鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供包括氧化物半导体的半导体装置，其具有稳定的电特性和高的可靠性。

此外，本发明的目的之一是防止在氧化物半导体膜的背沟道侧产生寄生沟道。

为了抑制包括氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动而有意地从氧化物半导体膜中去除引起变动的诸如氢、水分、羟基或者氢化物（也称为氢化合物）等杂质。此外，供给在去除杂质的步骤中减少且作为氧化物半导体的主要成分的氧。因此使氧化物半导体膜高度纯化且在电性上成为I型（本征）。

I型（本征）的氧化物半导体是如下一种氧化物半导体，即通过以从氧化物半导体中去除作为n型杂质的氢以便尽可能少地包含氧化物半导体的主要成分以外的杂质的方式来进行高度纯化，实现I型（本征）或实质上I型（本征）。换而言之，特征是不通过添加杂质，而是通过尽可能多地去除诸如氢或水等杂质来获得高度纯化的I型（本征）氧化物半导体或与其接近的氧化物半导体。这使费密能级（Ef）能够在与本征费密能级（Ei）相同的能级。

在包括氧化物半导体膜的晶体管中，在氧化物半导体膜上以与该氧化物半导体膜接触的方式形成用来防止在氧化物半导体膜的背沟道侧产生带电的氧化物层，通过氧化物层引入（添加）氧，在氧化物层之上形成绝缘层并且进行热处理。该热处理也可以在氧化物层上形成绝缘层之前进行。

具有防止带电的功能的氧化物层设置在氧化物半导体膜、优选为高度纯化的氧化物半导体膜的背沟道侧（与栅极绝缘膜侧相反的一侧）上，并且，该氧化物层的介电常数优选小于氧化物半导体的介电常数。例如，使用介电常数为8以上且20以下的氧化物层。

该氧化物层比氧化物半导体膜更厚。例如，优选的是，如果氧化物半导体膜的厚度为3nm以上且30nm以下，则该氧化物层的厚度优选为大于10nm并且大于或等于氧化物半导体膜的厚度。

金属氧化物可以用于该氧化物层。作为金属氧化物，例如可以使用氧化镓或者添加有0.01原子百分比至5 atoms %的铟或锌的氧化镓。