[發明專利]半導體裝置及制造半導體裝置的方法

有效

• 申請號: 201210078793.X
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102694006B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 本田達也;小俁貴嗣;野中裕介
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L29/04
• 分類號: H01L29/04;H01L29/06;H01L29/786;H01L21/336
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 陳華成

技術領域

本發明涉及利用氧化物半導體膜形成的半導體裝置及制造所述半導體裝置的方法。

在本說明書中，半導體裝置指可以通過利用半導體特性起作用的所有類型的裝置，并且電光裝置、半導體電路和電子裝置都是半導體裝置。

背景技術

近年來，利用在具有絕緣表面的襯底上形成的半導體薄膜制造以晶體管為代表的半導體裝置的技術引起了注意。這種半導體裝置應用于廣泛的電子裝置，例如集成電路(IC)或者圖像顯示裝置(顯示裝置)。作為可以應用于以晶體管為代表的這種半導體裝置的半導體薄膜的材料，基于硅的半導體材料是眾所周知的。

利用非晶氧化物半導體材料代替基于硅的半導體材料制造晶體管并且晶體管應用于電子裝置等的技術同樣引人注目。例如，公開了用于制造其活性層利用包含銦(In)、鎵(Ga)和鋅(Zn)的非晶氧化物半導體材料形成并且具有小于10¹⁸/cm³電子載流子濃度的晶體管的技術(見專利文獻1)。

[參考文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開專利申請No.2006-165529。

發明內容

但是，在非晶氧化物半導體膜中，很容易造成例如氧空位或者懸鍵(dangling bond)的缺陷。因為這種缺陷，非晶氧化物半導體膜的電傳導性或者載流子密度很容易改變。此外，這種缺陷造成載流子遷移率的顯著下降。因此，利用非晶氧化物半導體膜形成的晶體管的電氣特性的改變或變化是顯著的，這導致半導體裝置的可靠性低。

此外，由于非晶氧化物半導體膜沒有結晶性或者只有低結晶性，因此利用非晶氧化物半導體膜形成的晶體管的遷移率低。

鑒于以上問題，一個目標是通過使用具有穩定電氣特性的氧化物半導體膜來提供具有穩定電氣特性的高度可靠的半導體裝置。另一個目標是通過使用具有高結晶性的氧化物半導體膜來提供具有較高遷移率的半導體裝置。

結晶氧化物半導體膜形成在其表面粗糙度降低了的絕緣膜之上并與之接觸，由此氧化物半導體膜可以具有高結晶性和穩定的電氣特性。具體而言，可以采用例如以下的結構。

在此所公開的本發明的一種實施方式是包括結晶氧化物半導體膜的半導體裝置，其中所述結晶氧化物半導體膜設置在絕緣膜之上并與之接觸。在所述半導體裝置中，絕緣膜表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且結晶氧化物半導體膜包括其c軸基本上與絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實施方式中，絕緣膜優選地包含氧。絕緣膜優選地是氧化硅膜或者氧氮化硅膜。絕緣膜優選地是通過熱氧化硅襯底的表面而形成的氧化硅膜。

在此所公開的本發明的另一種實施方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括第一絕緣膜、在第一絕緣膜之上設置并與之接觸的結晶氧化物半導體膜、與氧化物半導體膜接觸設置的源極電極和漏極電極、在氧化物半導體膜之上設置的第二絕緣膜和在第二絕緣膜之上設置的柵極電極。在所述半導體裝置中，第一絕緣膜的表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm，并且結晶氧化物半導體膜包括其c軸基本上與第一絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實施方式中，第一絕緣膜優選地包含氧。第一絕緣膜優選地是氧化硅膜或者氧氮化硅膜。第一絕緣膜優選地是通過熱氧化硅襯底的表面而形成的氧化硅膜。

在此所公開的本發明的另一種實施方式是制造半導體裝置的方法，該方法包括以下步驟：形成其表面的平均表面粗糙度大于等于0.1nm并且小于0.5nm的絕緣膜，以及在加熱時在所述絕緣膜之上形成氧化物半導體膜，使得在氧化物半導體絕緣膜中形成其c軸基本上與絕緣膜的表面垂直的晶體。

在以上的實施方式中，絕緣膜以形成氧化硅膜或氧氮化硅膜的方式形成，并且對該氧化硅膜或氧氮化硅膜的表面執行CMP處理是優選的。絕緣膜以氧化硅膜通過熱氧化硅襯底的表面形成的這樣一種方式形成是優選的。氧化物半導體膜在氧氣氛中形成是優選的。在形成氧化物半導體膜之后對該氧化物半導體膜執行熱處理是優選的。

在本說明書等中，“平面A基本上與平面B平行”意味著“平面A的法線與平面B的法線之間的角度大于等于0°并且小于等于20°”。此外，在本說明書等中，“線C基本上與平面B垂直”意味著“線C與平面B的法線之間的角度大于等于0°并且小于等于20°”。