[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201180016101.2
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102844872A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 山崎舜平
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;G02F1/1368;H01L51/50;H05B33/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置及該半導體裝置的制造方法。

在本說明書中，半導體裝置指的是能夠通過利用半導體特性而工作的所有裝置，而且電光裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。

背景技術

利用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜來構成晶體管的技術已受到關注。該晶體管被廣泛地應用于電子器件，諸如集成電路（IC）和圖像顯示裝置（顯示裝置）。作為可以應用于晶體管的半導體薄膜，硅基半導體材料已被廣泛使用，但是作為其他材料，氧化物半導體已受到關注。

例如，公開了一種晶體管，其有源層使用包含銦（In）、鎵（Ga）及鋅（Zn）且電子載流子濃度低于10¹⁸/cm³的非晶氧化物來形成（參見專利文獻1）。

雖然包括氧化物半導體的晶體管可以比包括非晶硅的晶體管更高的速度進行工作，且與包括多晶硅的晶體管相比更容易制造，但是，已知包括氧化物半導體的晶體管具有因電特性容易變化而導致其可靠性低的問題。例如，在光下執行的BT測試之后，晶體管的閾值電壓發生波動。另一方面，專利文獻2及專利文獻3中各自公開了一種技術，其中為了抑制包括氧化物半導體的晶體管的閾值電壓移動，利用設置在氧化物半導體層的頂表面及底表面中的至少一個面上的界面穩定化層來防止在氧化物半導體層的界面的電荷俘獲。

[參考文獻]

[專利文獻1]日本公開專利申請2006-165528號

[專利文獻2]日本公開專利申請2010-016347號

[專利文獻3]日本公開專利申請2010-016348號

發明內容

但是，由于專利文獻2或專利文獻3所公開的晶體管包括具有與柵極絕緣層及保護層類似性質的層作為界面穩定化層，從而不能有利地保持具有有源層的界面的狀態。這就是為什么難以抑制在有源層和界面穩定化層之間的界面的電荷俘獲。特別是，當界面穩定化層和有源層具有同等的帶隙時，電荷可能被存儲。

因此，還不能說包括氧化物半導體的晶體管具有充分高的可靠性。

鑒于上述問題，本發明的目的是使包括氧化物半導體的半導體裝置的電特性穩定以提高可靠性。

所公開的發明的一個實施例基于以下的技術構思：作為有源層的氧化物半導體膜不與諸如柵極絕緣膜或保護絕緣膜的絕緣膜直接接觸，而在這些膜之間設置有與其接觸的金屬氧化物膜，并且該金屬氧化物膜包含與氧化物半導體膜的成分類似的成分。也就是說，所公開的發明的一個實施例包括氧化物半導體膜、金屬氧化物膜和包含與金屬氧化物膜及氧化物半導體膜不同的成分的絕緣膜的疊層結構。在此，“與氧化物半導體膜的成分類似的成分”是指包含選自氧化物半導體膜的成分中的一種或多種金屬元素。

通過具備這種疊層結構，可以充分地抑制在上述絕緣膜和氧化物半導體膜的界面處因半導體裝置的操作等而產生的電荷等的俘獲。因如下機構而獲得該有利的效果：設置包含與氧化物半導體膜相適合的材料的金屬氧化物膜與氧化物半導體膜接觸，由此抑制氧化物半導體膜和金屬氧化物膜之間的界面處因半導體裝置的操作而可能產生的電荷等的俘獲。同時，設置包含的材料被采用可在界面形成電荷俘獲中心的絕緣膜與金屬氧化物膜接觸，由此可在金屬氧化物膜和絕緣膜之間的界面俘獲上述電荷。

換言之，雖然當只使用金屬氧化物膜時，在產生大量電荷的情況下難以抑制在氧化物半導體膜和金屬氧化物膜之間的界面的電荷俘獲；但是當以與金屬氧化物膜接觸的方式設置絕緣膜時，優先地在金屬氧化物膜和絕緣膜之間的界面俘獲電荷，從而可抑制氧化物半導體膜和金屬氧化物膜之間的界面的電荷俘獲。由此，可以說，所公開發明的一個實施例的有利效果歸因于氧化物半導體膜、金屬氧化物膜及絕緣膜的疊層結構，而且該效果與金屬氧化物膜和氧化物半導體膜的疊層結構所產生的效果不同。

因為能夠抑制氧化物半導體膜的界面的電荷俘獲，且可使電荷俘獲中心遠離氧化物半導體膜，所以可以減少半導體裝置的操作故障，以提高半導體裝置的可靠性。

在上述機構中，金屬氧化物膜期望具有足夠的厚度。這是因為：當金屬氧化物膜薄時，在金屬氧化物膜和絕緣膜之間的界面處被俘獲的電荷的影響可能會大。例如，優選使金屬氧化物膜厚于氧化物半導體膜。

由于以不阻礙源電極及漏電極和氧化物半導體膜之間的連接的方式形成具有絕緣性的金屬氧化物膜，因此與在源電極或漏電極和氧化物半導體膜之間設置金屬氧化物膜的情況相比，可以防止電阻的增大。因此，可以抑制晶體管的電特性的退化。