[發明專利]半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201310060424.2
• 申請日: 2010-08-23
• 公開（公告）號: CN103151387A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 山崎舜平;坂田淳一郎;野田耕生;坂倉真之;及川欣聰;丸山穗高
• 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;H01L27/12
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

本申請是申請日為2010年8月23日，申請號為201080050485.5，名為“半導體器件及其制造方法”申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及包括氧化物半導體的半導體器件及其制造方法。

在此說明書中，半導體器件一般地意味著通過利用半導體特性而可起作用的器件，并且電泳器件、半導體電路，以及電子器件都是半導體器件。

背景技術

近年來，通過使用在襯底上形成的半導體薄膜（具有約數納米到數百納米的厚度）而制造具有絕緣表面的薄膜晶體管（TFT）的技術吸引了人們的注意力。薄膜晶體管被應用于廣泛的電子器件，諸如IC或電光器件，且推進了特別是用作作為圖像顯示設備中的開關元件的薄膜晶體管的迅速發展。各種金屬氧化物被用于廣泛的應用中。

一些金屬氧化物具有半導體特性。這類有半導體特性的金屬氧化物的示例包括氧化鎢、氧化錫、氧化銦、和氧化鋅。已知其中由這種具有半導體特性的金屬氧化物來形成溝道形成區的薄膜晶體管（專利文獻1和2）。

[參考文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]

日本已公開專利申請No.2007-123861

[專利文獻2]

日本已公開專利申請No.2007-096055

本發明的公開內容

本發明的一個目的是制造含有電特性穩定的薄膜晶體管的高度可靠的半導體器件。

在薄膜晶體管中，覆蓋氧化物半導體層的絕緣層被制造為含有硼元素或鋁元素。通過使用含有硼元素或鋁元素的硅靶或氧化硅靶的濺射法來形成含有硼元素或鋁元素的絕緣層。

在含有硼元素的絕緣層中的硼的濃度為大于等于1×10¹⁸cm^-3且小于等于1×10²²cm^-3，優選地為大于等于1×10²⁰cm^-3小于等于5×10²⁰cm^-3。此外，在含有鋁元素的絕緣層中的鋁的濃度為大于等于3×10¹⁹cm^-3且小于等于1×10²²cm^-3，優選地為大于等于1×10²⁰cm^-3小于等于5×10²⁰cm^-3。

可通過二次離子質譜法（SIMS）或在SIMS的數據的基礎上獲得這樣的濃度范圍。

在形成含有硼元素或鋁元素的絕緣層之前，執行使用諸如N₂O,N₂,或Ar之類的氣體的等離子體處理。使用諸如N₂O,N₂,或Ar之類的氣體的等離子體處理移除了在氧化物半導體層上的所吸收的水或氫，且減少了進入位于氧化物半導體層與含有硼元素或鋁元素的絕緣層之間的界面處的濕氣等。

可選地，含有替代硼元素的銻（Sb）元素或磷（P）元素的絕緣層可覆蓋薄膜晶體管的氧化物半導體層。進一步可選地，含有選自如下元素：硼元素、銻元素、鋁元素、以及磷元素中的多個元素的絕緣層，例如，含有硼元素和磷元素的絕緣層可覆蓋薄膜晶體管的氧化物半導體層。含有銻（Sb）元素的絕緣層中銻的濃度為大于等于1×10¹⁹cm^-3且小于等于3×10²¹cm^-3。含有磷（P）元素的絕緣層中磷的濃度為大于等于1×10¹⁹cm^-3且小于等于3×10²¹cm^-3。

相比于由不含有硼元素、銻元素、鋁元素、或磷元素中任何元素的氧化硅形成的絕緣層，由含有上述元素的氧化硅形成的絕緣層更可能被玻璃化。因此，在從室溫到150°C的潮濕條件下水不易被吸收，且可防止濕氣、氫等進入氧化物半導體層與絕緣層之間的界面。注意，在此說明書中，玻璃化是指沒有結晶情況下的氧化硅的硬化。

此外，薄膜晶體管的氧化物半導體層可被夾在各自由含有硼元素、銻元素、鋁元素、或磷元素的氧化硅形成的絕緣層之間，藉此防止水的進入從而改進薄膜晶體管的可靠性。當含有硼元素、銻元素、鋁元素、或磷元素的絕緣層被放置在氧化物半導體層之下時，與襯底接觸的基絕緣層和覆蓋柵電極層的柵絕緣層中的一個或二者被用作這個絕緣層。