用于制造半導體器件的方法技術

本發明專利技術的目的是提供高包括具有穩定的電特性的薄膜晶體管的可靠性的半導體器件。在用于制造包含其中氧化物半導體膜被用于包括溝道形成區的半導體層的薄膜晶體管的半導體器件的方法中，熱處理(該熱處理用于脫水或脫氫)被進行以便提高氧化物半導體膜的純度以及減少諸如水分之類的雜質。除了諸如存在于氧化物半導體膜內的水分之類的雜質外，熱處理還促使諸如存在于柵極絕緣層內的水分以及在氧化物半導體膜與被設置于氧化物半導體膜之上及之下并且與氧化物半導體膜接觸的膜之間的界面內的水分之類的雜質減少。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及包括氧化物半導體的半導體器件及其制造方法。在本說明書中，半導體器件一般地意指能夠通過利用半導體特性來起作用的器件，以及電光器件、半導體電路和電子器具都是半導體器件。
技術介紹
近年來，通過使用形成于具有絕緣表面的基板之上的半導體薄膜(具有大約幾納米到幾百納米的厚度)來形成薄膜晶體管(TFT)的技術吸引了人們的關注。薄膜晶體管被應用于廣泛的電子器件，例如IC或電光器件，并且特別地，將被用作圖像顯示器件中的開關元件的薄膜晶體管的迅速研發正被推進。各種金屬氧化物被用于多種應用。氧化銦是一種熟知的材料，并且被用作為液晶顯示器等所必需的透明的電極材料。某些金屬氧化物具有半導體特性。此類具有半導體特性的金屬氧化物的實例包括氧化鎢、氧化錫、氧化銦和氧化鋅。在其溝道形成區內包含此類具有半導體特性的金屬氧化物的薄膜晶體管已經被提出(專利文獻1-4和非專利文獻1)。金屬氧化物的實例不僅包括單一金屬元素的氧化物，而且還包括多種金屬元素的氧化物(多組分氧化物)。例如，為同系化合物的InGaO3(ZnO)m(m是自然數)是作為包含In、Ga和Zn的多組分氧化物的已知材料(非專利文獻2-4)。另外，已經證明，包含此類In-Ga-Zn基氧化物的氧化物半導體能夠被用作薄膜晶體管的溝道層(專利文獻5，以及非專利文獻5和6)。參考文獻專利文獻專利文獻1日本公開專利申請No.S60-198861專利文獻2日本公開專利申請No.H8-264794專利文獻3PCT國際申請No.H11-505377的日語翻譯專利文獻4日本公開專利申請No.2000-150900專利文獻5日本公開專利申請No.2004-103957非專利文獻非專利文獻1M.W.Prins、K.O.Grosse-Holz、GMuller、J.F.M.Cillessen、J.B.Giesbers、R.P.Weening和R.M.Wolf，“Aferroelectrictransparentthin-filmtransistor”，Appl.Phys.Lett.，1996年6月17日，Vol.68pp.3650-3652非專利文獻2M.Nakamura、N.Kimizuka和T.Mohri，“ThePhaseRelationsintheIn2O3-Ga2ZnO4-ZnOSystemat1350℃”，J.SolidStateChem.，1991，Vol.93，pp.298-315非專利文獻3N.Kimizuka、M.Isobe和M.Nakamura，“SynthesesandSingle-CrystalDataofHomologousCompounds，In2O3(ZnO)m(m＝3，4，and5)，InGaO3(ZnO)3，andGa2O3(ZnO)m(m＝7，8，9，and16)intheIn2O3-ZnGa2O4-ZnOSystem”，J.SolidStateChem.，1995，Vol.116，pp.170-178非專利文獻4M.Nakamura、N.Kimizuka、T.Mohri和M.Isobe，“HomologousSeries，SynthesisandCrystalStructureofInFeO3(ZnO)m(m:naturalnumber)anditsIsostructuralCompound”，KOTAIBUTSURI(SOLIDSTATEPHYSICS)，1993，Vol.28，No.5，pp.317-327非專利文獻5K.Nomura、H.Ohta、K.Ueda、T.Kamiya、M.Hirano和H.Hosono，“Thin-filmtransistorfabricatedinsingle-crystallinetransparentoxidesemiconductor”，SCIENCE，2003，Vol.300，pp.1269-1272非專利文獻6K.Nomura、H.Ohta、A.Takagi、T.Kamiya、M.Hirano和H.Hosono，“Room-temperaturefabricationoftransparentflexiblethin-filmtransistorsusingamorphousoxidesemiconductors”，NATURE，2004，Vol.432pp.488-492
技術實現思路
本專利技術的目的是提供包括薄膜晶體管的高可靠性的半導體器件，該薄膜晶體管的電特性穩定。在用于制造包含其中氧化物半導體膜被用于包括溝道形成區的半導體層的薄膜晶體管的半導體器件的方法中，進行熱處理(該熱處理用于脫水或脫氫)以便提高氧化物半導體膜的純度并減少諸如水分之類的雜質。除了諸如存在于氧化物半導體膜內的水分之類的雜質外，熱處理還促使諸如存在于柵極絕緣層內的水分以及在氧化物半導體膜與被設置于氧化物半導體膜之上及之下并且與氧化物半導體膜接觸的膜之間的界面內的水分之類的雜質的減少。為了減少諸如水分之類的雜質，在氧化物半導體膜形成之后，在氮氣或稀有氣體(例如，氬氣或氦氣)的惰性氣體氣氛下或者在降低的壓力下，在200℃或更高的溫度下，優選地于400℃～600℃(包括400℃和600℃)下進行熱處理。在熱處理中，所形成的氧化物半導體膜是暴露的。結果，包含于氧化物半導體膜內的諸如水分之類的雜質被減少。在熱處理之后，在惰性氣體氣氛下緩慢冷卻到等于或高于室溫的且低于100℃的溫度。其中所含水分通過在氮氣、氬氣等惰性氣體氣氛下或者在降低的壓力下進行的熱處理來減少的氧化物半導體膜的使用使得薄膜晶體管的電特性得以提高，并且其量產性和高性能二者得以實現。熱處理在氮氣氣氛中于其條件被確定的加熱溫度下對多個樣品來進行。該多個樣品用熱脫附譜法(TDS)來測量。測量結果示出于圖2、圖3和圖4中。熱脫附譜裝置被用于通過四極質量分析器來檢測和識別從樣品中排放出的或生成的氣體組分；因而，能夠觀察到從樣品的表面和內部排放出的氣體和分子。氣體自樣品內排放出或生成在樣品被加熱以及溫度正于高真空中上升時發生。在使用由ESCO有限公司制造的熱脫附譜儀(產品名稱：EMD-WA1000S)的情況下，測量在上升溫度為大約10℃/分鐘，SEM電壓被設置為1500V，停留時間為0.2(秒)，以及待使用的通道數量為23的條件下進行。另外，在測量期間，壓力處于大約1×10-7(Pa)的真空度。注意，H2O的電離系數、破裂系數、傳遞系數和泵浦速率分別為1.0、0.805、1.56和1.0。圖2是示出在僅包括玻璃基板的樣品(比較樣品)與其中具有50nm的設置厚度(在蝕刻之后所獲得的實際厚度為大約30nm)的In-Ga-Zn-O基非單晶膜被形成于玻璃基板之上的樣品(樣品1)之間的比較的TDS結果的圖表。圖2示出通過測量H2O所獲得的結果。諸如水分(H2O)之類的雜質自In-Ga-Zn-O基非單晶膜中的排放出能夠由在300℃附近的峰值來確認。圖3是示出樣品的比較的圖表，該圖表示出H2O的TDS測量結果。對下列樣品進行比較：其中具有50nm的設置厚度的In-Ga-Zn-O基非單晶膜被形成于玻璃基板之上的樣品(樣品1)；其中樣品1的結構經受到在空氣氣氛中于350℃下進行1小時的熱處理的樣品本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟：在絕緣層之上形成氧化物半導體層；對所述氧化物半導體層進行脫水或脫氫，由此所述氧化物半導體層包括處于缺氧狀態的氧化物半導體；以及在所述氧化物半導體層的一部分之上并且與所述氧化物半導體層的所述部分接觸地形成氧化物絕緣層，由此所述氧化物半導體層包括處于過氧狀態的氧化物半導體。

【技術特征摘要】
2009.06.30 JP 2009-1564101.一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟：在絕緣層之上形成氧化物半導體層；對所述氧化物半導體層進行脫水或脫氫，由此所述氧化物半導體層包括處于缺氧狀態的氧化物半導體；以及在所述氧化物半導體層的一部分之上并且與所述氧化物半導體層的所述部分接觸地形成氧化物絕緣層，由此所述氧化物半導體層包括處于過氧狀態的氧化物半導體。2.一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟：在絕緣層之上形成氧化物半導體層；對所述氧化物半導體層進行脫水或脫氫，由此所述氧化物半導體層包括n型氧化物半導體；以及在所述氧化物半導體層之上并且與所述氧化物半導體層接觸地形成氧化物絕緣層，由此所述氧化物半導體層包括i型氧化物半導體。3.根據權利要求1或2所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述脫水或脫氫通過在氮氣氣氛或稀有氣體氣氛下的熱處理進行。4.根據權利要求1或2所述的用于制造半導體器件的方法，進一步包括在形成所述氧化物絕緣層之前，在氧氣氣氛下加熱所述氧化物半導體層的步驟。5.一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟：在絕緣層之上形成氧化物半導體層；在氮氣氣氛或稀有氣體氣氛下以等于或高于400℃的溫度加熱所述氧化物半導體層，由此所述氧化物半導體層的載流子濃度等于或高于1×1018cm-3；以及在所述氧化物半導體層的一部分之上并且與所述氧化物半導體層的所述部分接觸地形成氧化物絕緣層，由此所述氧化物半導體層的所述部分中的載流子濃度低于1×1018cm-3。6.一種用于制造半導體器件的方法，包括以下步驟：形成第一導電層；在所述第一導電層之上形成氧化物半導體層；在氮氣氣氛或稀有氣體氣氛下以等于或高于400℃的溫度加熱所述氧化物半導體層，由此所述氧化物半導體層中的載流子濃度等于或高于1×1018cm-3；在所述氧化物半導體層的一部分之上并且與所述氧化物半導體層的所述部分接觸地形成氧化物絕緣層，由此所述氧化物半導體層的所述部分中的載流子濃度低于1×1018cm-3；以及在所述氧化物絕緣層之上形成第二導電層，其中所述第二導電層與所述第一導電層以及所述氧化物半導體層重疊。7.根據權利要求5或6所述的用于制造半導體器件的方法，進一步包括在所述氮氣氣氛或所述稀有氣體氣氛下加熱所述氧化物半導體層之后，在氧氣氣氛下加熱所述氧化物半導體層的步驟。8.根據權利要求6所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述第一導電層與所述第二導電層彼此電連接。9.根據權利要求1、2、5和6中任一權利要求所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述氧化物半導體層中的氫濃度低于3×1020cm-3。10.根據權利要求1、2、5和6中任一權利要求所述的用于制造半導體器件的方法，進一步包括在形成所述氧化物絕緣層之前，在所述氧化物半導體層之上形成源電極層和漏電極層的步驟。11.根據權利要求10所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述源電極層和所述漏電極層包括選自鈦和鉬的材料。12.根據權利要求1、2、5和6中任一權利要求所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述氧化物半導體層包括晶體。13.根據權利要求1、2、5和6中任一權利要求所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述氧化物半導體層包括銦和鋅。14.根據權利要求1、2、5和6中任一權利要求所述的用于制造半導體器件的方法，其中所述氧化物半導體層包括選自以下所組成的組的材料：In-Sn-Zn-O基氧化物半導體、In-Al-Zn-O基氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O基氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O基氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O基氧化物半導體、In-Zn-O基氧化物半導體、In-Ga-O基氧化物半導體、Sn-Zn-O基氧化物半導體、Al...

【專利技術屬性】
技術研發人員：佐佐木俊成，坂田淳一郎，大原宏樹，山崎舜平，
申請(專利權)人：株式會社半導體能源研究所，
類型：發明
國別省市：日本;JP