半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】若不由無機(jī)絕緣膜覆蓋氧化物半導(dǎo)體層情況下進(jìn)行加熱處理而使氧化物半導(dǎo)體層晶化，則因晶化而形成表面凹凸，可能會產(chǎn)生電特性的不均勻。通過如下順序進(jìn)行工序：在從剛形成氧化物半導(dǎo)體層之后直到與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地形成包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜之前的期間一次也不進(jìn)行加熱處理，在接觸于襯底上的氧化物半導(dǎo)體層上地形成第二絕緣膜之后進(jìn)行加熱處理。此外，在包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜中含有的氫密度為5×1020/cm3以上，或其氮密度為1×1019/cm3以上。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 金屬氧化物的種類繁多且其用途廣泛。氧化銦為較普遍的材料而被用作液晶顯示 器等中所需要的透明電極材料。
[0003] 在金屬氧化物中存在呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬氧化物。作為呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬 氧化物，例如有氧化鎢、氧化錫、氧化銦、氧化鋅等，已知將這些呈現(xiàn)半導(dǎo)體特性的金屬氧化 物用作溝道形成區(qū)的薄膜晶體管（專利文獻(xiàn)1至4、非專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 另外，已知金屬氧化物不僅有一元氧化物還有多元氧化物。例如，作為具有In、Ga 及Zn的多元氧化物半導(dǎo)體已知具有同源相（homologous phase)的InGa03(Zn0)m(m:自然 數(shù)）（非專利文獻(xiàn)2至4)。
[0005] 并且，已經(jīng)確認(rèn)可以將使用上述那樣的In-Ga-Zn類氧化物形成的氧化物半導(dǎo)體 應(yīng)用于薄膜晶體管的溝道層（專利文獻(xiàn)5、非專利文獻(xiàn)5及6)。
[0006] 此外，使用氧化物半導(dǎo)體制造薄膜晶體管，并且將該薄膜晶體管應(yīng)用于電子器件 和光器件的技術(shù)受到關(guān)注。例如，專利文獻(xiàn)6及專利文獻(xiàn)7公開作為氧化物半導(dǎo)體膜使用 氧化鋅、In-Ga-Zn-Ο類氧化物半導(dǎo)體來制造薄膜晶體管，并將該薄膜晶體管用于圖像顯示 裝置的開關(guān)元件等的技術(shù)。
[0007] [專利文獻(xiàn)1]日本專利申請公開昭60-198861號公報 [0008][專利文獻(xiàn)2]日本專利申請公開平8-264794號公報 [0009][專利文獻(xiàn)3]日本PCT國際申請翻譯平11-505377號公報
[0010] [專利文獻(xiàn)4]日本專利申請公開2000-150900號公報
[0011] [專利文獻(xiàn)5]日本專利申請公開2004-103957號公報
[0012] [專利文獻(xiàn)6]日本專利申請公開2007-123861號公報
[0013] [專利文獻(xiàn)7]日本專利申請公開2007-096055號公報
[0014] [非專利文獻(xiàn) 1]M. W. Prins，K. 0· Grosse-Holz，G. Muller，J. F. M. Cillessen， J. B. Giesbers, R. P. Weening, and R. M. Wolf, " A ferroelectric transparent thin-film transistor "(透明鐵電薄膜晶體管），Appl. Phys. Lett.，17Junel996, Vol. 68pp. 3650-3652
[0015] [非專利文獻(xiàn) 2]M. Nakamura, N. Kimizuka，and T. Mohri，" The Phase Relations in the In203-Ga2Zn04_Zn0 System at 1350°C" (In203-Ga2Zn04_Zn0類在 135(TC時的相位關(guān) 系），J.Solid State Chem.，1991，Vol. 93, ρρ·298-315
[0016] [非專利文獻(xiàn) 3]N. Kimizuka，M. Isobe，and M. Nakamura, " Syntheses and Single-Crystal Data of Homologous Compounds, ln203 (ZnO)m (m = 3,4, and5), InGa03(Zn0)3，and Ga203(Zn0)m(m=7,8,9，andl6)in the In203-ZnGa204_Zn0 System"(同 系物的合成和單晶數(shù)據(jù)，In203-ZnGa20 4_Zn0 類的 In203 (Zn0)m(m = 3,4,及 5)，InGa03(Zn0)3， 及 GaWjZnOhOn: 7,8,9,及 16))，J. Solid State Chem.，1995, Vol. 116, ρρ· 170-178
[0017] [非專利文獻(xiàn)4]中村真佐樹、君塚昇、毛利尚彥、磯部光正，? 口力' 7相、 InFe03(Zn0)m(m:自然數(shù)）i〇同型化合物〇合成杉J： t/結(jié)晶構(gòu)造"（同系物、銦鐵鋅 氧化物（InFe03(Zn0)J (m為自然數(shù)）及其同晶型化合物的合成以及結(jié)體結(jié)構(gòu)），固體物理 (SOLID STATE PHYSICS), 1993, Vol. 28, No. 5,pp.317-327
[0018] [非專利文獻(xiàn) 5] K. Nomura, H. Ohta，K. Ueda，T. Kamya，M. Hirano，and H. Hosono, " Thin-film transistor fabricated in single-crystalline transparent oxide semiconductor"(由單晶透明氧化物半導(dǎo)體制造的薄膜晶體管），SCIENCE, 2003， Vol.300,pp.1269-1272
[0019] [非專利文獻(xiàn) 6]Κ· Nomura, H. Ohta，A. Takagi，T. Kamiya，M. Hirano，and H. Hosono, " Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors"(室溫下的使用非晶氧化物半導(dǎo) 體的透明柔性薄膜晶體管的制造），NATURE，2004, Vol. 432pp. 488-492
[0020] 在氧化物半導(dǎo)體中設(shè)置溝道形成區(qū)的薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率高于使用非晶 硅的薄膜晶體管的場效應(yīng)遷移率。使用這種氧化物半導(dǎo)體在玻璃襯底、塑料襯底等上形成 薄膜晶體管，該薄膜晶體管被期待應(yīng)用于液晶顯示器、電致發(fā)光顯示器或電子紙等的顯示 裝直。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明提供使用氧化物半導(dǎo)體且可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
[0022] 在具有絕緣表面的襯底上形成成為薄膜晶體管的溝道區(qū)的氧化物半導(dǎo)體層，由包 含氧化硅的絕緣膜覆蓋該氧化物半導(dǎo)體層之后，對該氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行加熱處理。此外， 進(jìn)行加熱處理之前的氧化物半導(dǎo)體層具有非晶結(jié)構(gòu)，進(jìn)行加熱處理之后的氧化物半導(dǎo)體層 也具有非晶結(jié)構(gòu)。
[0023] 通過在由包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜覆蓋氧化物半導(dǎo)體層之后進(jìn)行300°C以上的加 熱處理，可以抑制氧化物半導(dǎo)體層的晶化。加熱處理的溫度范圍為300°C以上且具有絕緣表 面的襯底的應(yīng)變點以下，優(yōu)選為高于形成包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜時的襯底溫度的溫度且 低于加熱處理后的氧化物半導(dǎo)體層具有非晶結(jié)構(gòu)的溫度。
[0024] 若不由無機(jī)絕緣膜覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的情況下進(jìn)行加熱處理而使氧化物半導(dǎo) 體層晶化，則因晶化而形成表面凹凸等，會產(chǎn)生電特性的不均勻。
[0025] 此外，使氧化物半導(dǎo)體層包含氧化硅，也能抑制氧化物半導(dǎo)體的晶化。
[0026] 此外，通過不僅對氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行加熱處理而且對包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜 進(jìn)行加熱處理，可以減少包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜中的缺陷等，并實現(xiàn)具有良好的電特性 的薄膜晶體管。
[0027] 在覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜中，在膜中含有的氫密度為 5X102°/cm 3以上，該密度基于使用SIMS(次級離子質(zhì)譜儀）的分析。此外，在覆蓋氧化物半 導(dǎo)體層的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜中，在膜中含有的氮密度為lXl〇 19/cm3以上，該密度同 樣基于使用SMS的分析。覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜若滿足上述氫 密度或上述氮密度，則不局限于其成膜方法，例如利用等離子體CVD法或濺射法形成。
[0028] 此外，本說明書中的密度是指根據(jù)使用SMS的分析的密度的平均值。SMS是指從 密度低一側(cè)朝著密度高一側(cè)在深度方向上進(jìn)行分析的值。
[0029] 在形成與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜時，若將襯底 溫度設(shè)定為比300°C還要高，則在減壓下露出的氧化物半導(dǎo)體層表面上的氧密度降低，從而 氧化物半導(dǎo)體層表面的導(dǎo)電率升高，而得到截止時的TFT特性變得困難。
[0030] 在此，以下示出在形成與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置的包含氧化硅的無機(jī)絕緣 膜時，在襯底溫度不同的條件下制造TFT，對其電特性進(jìn)行比較的實驗結(jié)果。此外，在以下所 示的任何條件下，所制造的薄膜晶體管的溝道長度為100 μ m,其溝道寬度為100 μ m,并對 Vd電壓為IV時的特性以及Vd電壓為10V時的特性進(jìn)行測定。
[0031] 圖6A示出作為與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜的成 膜時的條件，使用在如下條件下形成的膜而制造的TFT的測定結(jié)果：襯底溫度為200°C，硅 烷氣體的流量為25sccm，一氧化二氮（N 20)的流量為lOOOsccm，壓力為133. 3Pa，電功率為 35W，電源頻率為13. 56MHz。
[0032] 此外，圖6B示出作為與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置的包含氧化硅的無機(jī)絕緣 膜的成膜時的條件，使用在如下條件下形成的膜而制造的TFT的測定結(jié)果：襯底溫度為 300°C，硅烷氣體的流量為30sccm，一氧化二氮（N 20)的流量為700sccm，壓力為133. 32Pa， 電功率為80W，電源頻率為60MHz。在對圖6A和6B進(jìn)行比較時，與在襯底溫度為300°C下形 成的TFT的S值相比，在襯底溫度為200°C下形成的TFT的S值良好。
[0033] 此外，圖7示出作為比較條件，使用在如下條件下形成的膜而制造的TFT的測定結(jié) 果：襯底溫度為325°C，硅烷氣體的流量為27 SCCm，一氧化二氮（N20)的流量為lOOOsccm，壓 力為133. 3Pa，電功率為35W，電源頻率為13. 56MHz。如圖7所示，在與300°C相比高的襯底 溫度的325°C時，氧化物半導(dǎo)體層變?yōu)槌尸F(xiàn)高導(dǎo)電率的層，不能得到TFT特性，具體地不能 得到導(dǎo)通/截止特性。
[0034] 此外，雖然在此未圖示，但在襯底溫度為100°C下進(jìn)行實驗的結(jié)果也可以得到與襯 底溫度為200°C時同樣地結(jié)果。
[0035] 從而，根據(jù)這些實驗結(jié)果，與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置的包含氧化硅的無機(jī) 絕緣膜的成膜時的襯底溫度為300°C以下，優(yōu)選為100°C以上且150°C以下。
[0036] 此外，在氧化物半導(dǎo)體層的下方也設(shè)置有包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜，在用包含氧 化硅的無機(jī)絕緣膜上下夾住氧化物半導(dǎo)體層的狀態(tài)下，對氧化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱處理，該 熱處理的溫度為高于接觸于氧化物半導(dǎo)體層上地形成的無機(jī)絕緣膜的成膜時的襯底溫度 的溫度，優(yōu)選為300°C以上。另外，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層的上方的包含氧化硅的無機(jī)絕緣 膜的成膜時的襯底溫度低于設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層的下方的包含氧化硅的無機(jī)絕緣膜的 成膜時的襯底溫度。此外，設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體層的上方和下方的包含氧化硅的無機(jī)絕緣 膜都能夠采用至少使用N 20氣體進(jìn)行成膜的等離子體CVD法。
[0037] 在對由上述包含滿足氫密度或氮密度的氧化硅的絕緣膜覆蓋氧化物半導(dǎo)體層進(jìn) 行300°C以上的熱處理時，通過進(jìn)行一次該熱處理，可以提高TFT的電特性并減少TFT的電 特性的襯底面內(nèi)的不均勻。在一次也不進(jìn)行300°C以上的熱處理時，難以得到均勻的TFT的 電特性。此外，在覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的絕緣膜的成膜之前，即在氧化物半導(dǎo)體層的至少一 部分露出的狀態(tài)下進(jìn)行第一次熱處理，在絕緣膜的成膜之后進(jìn)行第二次熱處理時，TFT的電 特性的襯底面內(nèi)的不均勻增大。換言之，在與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地設(shè)置上述包含滿足 氫密度或氮密度的氧化硅的絕緣膜時，在從剛形成氧化物半導(dǎo)體層之后直到與氧化物半導(dǎo) 體層上接觸地形成包含氧化硅的絕緣膜前的期間，至少一次進(jìn)行300°C以上的熱處理，會增 大TFT特性的不均勻。
[0038] 上述的這些方法不僅是設(shè)計的問題，而且是本發(fā)明人的發(fā)明，本發(fā)明人對進(jìn)行熱 處理的時序及次數(shù)進(jìn)行一些實驗，而對那些實驗結(jié)果進(jìn)行了充分的研究。
[0039] 此外，晶體管的結(jié)構(gòu)沒有特別的限制，例如，在將氧化物半導(dǎo)體層用作薄膜晶體管 的溝道區(qū)時，若將柵電極形成在氧化物半導(dǎo)體層的下方，則晶體管成為底柵型晶體管，而若 將柵電極形成在氧化物半導(dǎo)體層的上方，則晶體管成為頂柵型晶體管。另外，若在將柵電極 形成在氧化物半導(dǎo)體層的下方并形成源電極之后形成氧化物半導(dǎo)體層，則晶體管成為底接 觸型（也稱為反共面型（inverted coplanar))晶體管。
[0040] 此外，通過采用在從剛形成氧化物半導(dǎo)體層之后直到與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地 形成包含氧化硅的絕緣膜之前的期間一次也不進(jìn)行加熱處理，在與襯底上的氧化物半導(dǎo)體 層上接觸地形成包含氧化硅的絕緣膜之后進(jìn)行加熱處理的工序順序，可以進(jìn)行即將晶化之 前的溫度（小于700°c)的加熱處理。此外，該加熱處理不超過所使用的襯底的耐熱溫度。
[0041] 此外，通過采用在從剛形成氧化物半導(dǎo)體層之后直到與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地 形成包含氧化硅的絕緣膜之前的期間一次也不進(jìn)行加熱處理，與襯底上的氧化物半導(dǎo)體層 上接觸地形成包含氧化硅的絕緣膜之后進(jìn)行加熱處理的工序順序，即使在形成包含氧化硅 的絕緣膜之后多次進(jìn)行300°c以上的加熱處理，也可以得到穩(wěn)定的TFT特性。
[0042] 作為本說明書中所使用的氧化物半導(dǎo)體，形成由InMOjZnOhOii〉0)表示的薄膜， 來制造將該薄膜作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管。此外，Μ表示選自Ga、Fe、Ni、Mn和Co中的一 種金屬元素或多種金屬元素。例如，作為M，除了包含Ga之外，還有Ga和Ni或Ga和Fe等 包含Ga以外的上述金屬元素的情況。另外，在上述氧化物半導(dǎo)體中，除了包含作為Μ的金 屬元素之外，作為雜質(zhì)元素有時包含F(xiàn)e、Ni以及其他過渡金屬或該過渡金屬的氧化物。在 本說明書中將該薄膜也稱為In-Ga-Ζη-Ο類非單晶膜。
[0043] In-Ga-Zn-Ο類非單晶膜的結(jié)構(gòu)即使通過濺射法形成然后例如在200°C至500°C 下，典型地在300°C至400°C下進(jìn)行10分鐘到100分鐘的加熱處理，也在XRD分析中觀察到 非晶結(jié)構(gòu)。此外，若不由絕緣膜覆蓋In-Ga-Ζη-Ο類非單晶膜進(jìn)行700°C以上的加熱處理，則 在膜中形成單晶。從而，在In-Ga-Ζη-Ο類非單晶膜中，即將晶化之前的溫度的加熱處理是 指通過進(jìn)行該加熱處理不在膜中形成單晶的范圍的加熱處理。
[0044] 加熱處理利用在爐中的熱處理（小于700°C，優(yōu)選為300°C至550°C、0. 1小時至5 小時的熱處理）或快速熱退火法（RTA法）。RTA法有如下方法：使用燈光源的方法；將襯底 移動到加熱的氣體中在短時間內(nèi)進(jìn)行熱處理的方法。通過使用RTA法，可以使熱處理所需 要的時間為短于〇. 1小時的時間。此外，在使用玻璃襯底作為襯底時，進(jìn)行300°C以上且玻 璃襯底的應(yīng)變點以下溫度的加熱處理。
[0045] 此外，作為包含氧化硅的絕緣膜使用上述滿足膜中的氫密度及氮密度的無機(jī)材 料，根據(jù)該無機(jī)材料可以利用等離子體CVD法等。
[0046] 根據(jù)本說明書所公開的半導(dǎo)體裝置的制造方法的發(fā)明之一包括如下步驟：在具有 絕緣表面的襯底上形成柵電極，覆蓋柵電極地形成第一絕緣膜，隔著第一絕緣膜與柵電極 重疊地形成氧化物半導(dǎo)體層，覆蓋氧化物半導(dǎo)體層地形成第二絕緣膜，然后進(jìn)行300°C以上 的熱處理。
[0047] 在上述制造方法中，第二絕緣膜至少包含氧化硅，在膜中含有的氫密度為5 X 102°/ cm3以上。此外，在第二絕緣膜中含有的氫密度與在氧化物半導(dǎo)體層中含有的氫密度大致相 同。
[0048] 此外，在上述制造方法中，第二絕緣膜至少包含氧化硅，在膜中含有的氮密度為 lX1019/cm3 以上。
[0049] 此外，在上述制造方法中，至少使用N20氣體形成第二絕緣膜。
[0050] 此外，在形成與第二絕緣膜上接觸的絕緣膜之前或在形成與第二絕緣膜上接觸的 導(dǎo)電膜之前進(jìn)行熱處理。此外，在進(jìn)行一次300°C以上的熱處理之后，即使在后面的工序進(jìn) 行300°C以上的熱處理也TFT特性幾乎沒有變化。換言之，通過采用在從剛形成氧化物半 導(dǎo)體層之后直到與氧化物半導(dǎo)體層上接觸地形成第二絕緣膜之前的期間一次也不進(jìn)行加 熱處理，與襯底上的氧化物半導(dǎo)體層上接觸地形成第二絕緣膜之后進(jìn)行加熱處理的工序順 序，在形成第二絕緣膜之后的工序中，可以多次進(jìn)行300°C以上的熱處理。
[0051] 此外，為方便起見附加了第一、第二等序數(shù)詞，但其并不表示工序順序或?qū)盈B順 序。另外，在本說明書中序數(shù)詞不表示用來特定發(fā)明的事項的固有名詞。
[0052] 通過在形成在氧化物半導(dǎo)體層上的無機(jī)絕緣膜的成膜之后進(jìn)行一次加熱處理的 工序，可得到良好的TFT特性，與在無機(jī)絕緣膜的成膜之前及之后進(jìn)行兩次加熱處理的情 況相比可抑制TFT特性的不均勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 圖1A至圖1D是示出本發(fā)明的一個方式的截面工序圖；
[0054] 圖2是示出本發(fā)明的一個方式的薄膜晶體管的電特性的圖；
[0055] 圖3是示出第一比較例的薄膜晶體管的電特性的圖；
[0056] 圖4是示出第二比較例的薄膜晶體管的電特性的圖；
[0057] 圖5是示出絕緣層中的氫密度、氮密度的SIMS分析結(jié)果的圖；
[0058] 圖6A和圖6B是示出本發(fā)明一個方式的薄膜晶體管的電特性的圖；
[0059] 圖7是示出比較例的薄膜晶體管的電特性的圖；
[0060] 圖8A和圖8B是說明示出本發(fā)明的一個方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖； [0061] 圖9A至圖9C是說明示出本發(fā)明的一個方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0062] 圖10是說明示出本發(fā)明一個方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0063] 圖11是說明示出本發(fā)明一個方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0064] 圖12是說明示出本發(fā)明的一個方式的半導(dǎo)體裝置的圖；
[0065] 圖13是說明示出本發(fā)明一個方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0066] 圖14A1、圖14A2、圖14B1及圖14B2是說明示出本發(fā)明的一個方式的半導(dǎo)體裝置 的圖；
[0067] 圖15是說明示出本發(fā)明的一個方式的半導(dǎo)體裝置的圖；
[0068] 圖16是示出本發(fā)明的一個方式的像素電路的圖；
[0069] 圖17A至圖17C是示出本發(fā)明的一個方式的截面圖；
[0070] 圖18A和圖18B分別是示出本發(fā)明一個方式的截面圖及外觀圖；
[0071] 圖19A和圖19B是示出本發(fā)明的一個方式的外觀圖；
[0072] 圖20A和圖20B是示出本發(fā)明的一個方式的外觀圖。

【具體實施方式】
[0073] 以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。此外，本發(fā)明不局限于以下說明，所屬

【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細(xì)內(nèi)容可以被變換 為各種各樣的形式。此外，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的 內(nèi)容中。
[0074] 實施方式1
[0075] 首先，在具有絕緣表面的襯底400上形成柵電極層401，并形成覆蓋柵電極層401 的柵極絕緣層403。
[0076] 柵電極層401可以通過使用鋁、銅、鑰、鈦、鉻、鉭、鎢、釹、鈧等金屬材料；或以這些 材料為主要成分的合金材料；或以這些金屬材料為成分的氮化物的單層或疊層形成。
[0077] 例如，作為柵電極層401的疊層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用在鋁層上層疊有鑰層的雙層結(jié)構(gòu)、 在銅層上層疊鑰層的雙層的疊層結(jié)構(gòu)、或在銅層上層疊氮化鈦層或氮化鉭層的雙層結(jié)構(gòu)、 層疊氮化鈦層和鑰層的雙層結(jié)構(gòu)。作為三層的疊層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用層疊鎢層或氮化鎢層、鋁 和娃的合金層或錯和鈦的合金層、及氮化鈦層或鈦層的結(jié)構(gòu)。
[0078] 在本實施方式中通過使用鎢靶材的濺射法形成150nm的導(dǎo)電膜。
[0079] 柵極絕緣層403通過等離子體CVD法或濺鍍法而形成。柵極絕緣層403可以通過 CVD法或濺射法等使用氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅層或氮氧化硅層的單層或疊層形成。 在采用疊層時，優(yōu)選至少包含氧化硅的膜成為與后面形成的氧化物半導(dǎo)體層接觸的柵極絕 緣層403。另外，作為柵極絕緣層403,還可以通過使用有機(jī)硅烷氣體的CVD法而形成氧化 娃層。
[0080] 在本實施方式中，通過等離子體CVD法形成200nm的絕緣膜。成膜條件為如下條 件：硅烷流量為4 SCCm ;-氧化二氮（N20)的流量為80〇SCCm ;襯底溫度為400°C。
[0081] 接著，如圖1A所示那樣，隔著柵極絕緣膜在與柵電極重疊的位置上形成氧化物半 導(dǎo)體層405。在利用濺射法形成之后，通過使用選擇性地進(jìn)行曝光來形成的抗蝕劑掩模選擇 性地進(jìn)行蝕刻而得到氧化物半導(dǎo)體層405。作為氧化物半導(dǎo)體層405,可以應(yīng)用In-Ga-Zn-0 類、In-Sn-Zn-〇 類、Sn-Ga-Zn-O 類、In-Zn-O 類、Sn-Zn-O 類、In-〇 類、Sn_0 類、Zn-〇 類氧化 物半導(dǎo)體。此外，為了使氧化物半導(dǎo)體層405阻擋晶化，使用包含SiOx的氧化物半導(dǎo)體靶 材形成包含氧化硅的氧化物半導(dǎo)體層。
[0082] 在本實施方式中，作為氧化物半導(dǎo)體層405,使用通過使用包含In (銦）、Ga(鎵） 及Zn(鋅）的氧化物半導(dǎo)體靶材（摩爾比為ln203 : Ga203 : Ζη0 = 1 : 1 : 1)的濺射法 來得到的50nm厚的In-Ga-Zn-Ο類非單晶膜。在本實施方式中，利用DC濺射法，氬的流量 為3〇 SCCm，氧的流量為15SCCm，襯底溫度為室溫。
[0083] 接著，在柵極絕緣層403及氧化物半導(dǎo)體層405上形成導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電膜的材 料，可以舉出選自Al、Cr、Ta、Ti、Mo、W中的元素；或者以上述元素為成分的合金；或者組合 上述元素的合金膜等。此外，在導(dǎo)電膜中包含Nd(釹）或Se(鈧）或Si(硅）。另外，導(dǎo)電 膜使用以上述元素為成分的氮化物形成。
[0084] 在本實施方式中，作為導(dǎo)電膜采用鈦膜和鋁膜的疊層結(jié)構(gòu)。此外，導(dǎo)電膜也可以采 用單層結(jié)構(gòu)，還可以采用在鋁膜上層疊的三層以上的疊層。在本實施方式中，采用50nm厚 的鈦膜、200nm厚的純鋁膜、50nm厚的鋁合金膜的三層。此外，形成導(dǎo)電膜時的襯底溫度為 室溫。
[0085] 在形成導(dǎo)電膜之后進(jìn)行光刻工序形成抗蝕劑掩模，通過蝕刻去除不需要的部分來 形成源電極層409及漏電極層410。
[0086] 此外，進(jìn)行形成源電極層409及漏電極層410時的蝕刻或以源電極層409及漏電 極層410為掩模對氧化物半導(dǎo)體層405進(jìn)行蝕刻。通過對氧化物半導(dǎo)體層405的露出區(qū)的 一部分進(jìn)行蝕刻，能夠得到圖1B的狀態(tài)。
[0087] 接著，如圖1C所示，在源電極層409及漏電極層410上形成包含氧化硅的絕緣膜 452。包含氧化硅的絕緣膜452與氧化物半導(dǎo)體層405的一部分（露出區(qū)）接觸。在包含 氧化硅的絕緣膜452中含有的氫密度為5 X 102°/cm3以上，該密度是基于SMS分析得到的。 此外，在覆蓋氧化物半導(dǎo)體層的包含氧化硅的絕緣膜452中含有的氮密度為IX 1019/cm3以 上。覆蓋氫密度為5X102°/cm 3以上或氮密度為lX1019/cm3以上的氧化物半導(dǎo)體層的包含 氧化硅的絕緣膜452通過CVD法或濺射法等形成。此外，包含氧化硅的絕緣膜452也可以 采用疊層膜。
[0088] 在本實施方式中，作為包含氧化硅的絕緣膜452,通過等離子體CVD法形成300nm 的包含氧化硅的絕緣膜。包含氧化硅的絕緣膜452的形成條件為如下條件：硅烷流量為 25sccm ;-氧化二氮（N20)的流量為lOOOsccm ;壓力為133Pa ;襯底溫度為200°C。
[0089] 在形成包含氧化硅的絕緣膜452之后，如圖ID所示，進(jìn)行300°C至600°C的熱處理 (包括光退火）。在此放置在爐中，在大氣氣氛下以350°C進(jìn)行1個小時的熱處理。此外， 通過該熱處理，進(jìn)行In-Ga-Ζη-Ο類非單晶膜的原子級的重新排列，而成為氧化物半導(dǎo)體層 450。另外，通過該熱處理減少在包含氧化硅的絕緣膜452中的缺陷。
[0090] 圖2示出經(jīng)過上述工序得到的薄膜晶體管的電特性。
[0091] 此外，表1示出包含氧化硅的絕緣膜452的SMS分析所得到的氫密度和氮密度。
[0092] 表 1
[0093]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括步驟： 在以第一溫度加熱襯底時，在所述襯底上形成第一無機(jī)絕緣膜； 在所述第一無機(jī)絕緣膜上形成氧化物半導(dǎo)體層； 在以第二溫度加熱所述襯底時，在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成第二無機(jī)絕緣膜；以及 在形成所述第二無機(jī)絕緣膜之后以大于或等于30(TC進(jìn)行加熱處理， 其中，所述第二溫度低于或等于300°C，以及 其中，在形成所述氧化物半導(dǎo)體層之后并且在形成所述第二無機(jī)絕緣膜之前的時期期 間，所述氧化物半導(dǎo)體層沒有被以大于或等于300°C加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第二無機(jī)絕緣膜中的 氫密度為大于或等于5 X 102°/cm3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述第二無機(jī)絕緣膜中的 氮密度為大于或等于lX1019/cm 3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述第二無機(jī)絕緣膜至少使 用N20氣體形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述加熱處理之后在所 述第二無機(jī)絕緣膜上形成布線的步驟。
6. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括步驟： 在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極； 在以第一溫度加熱所述襯底時，在所述柵電極上形成柵極絕緣層； 在所述柵極絕緣層上形成氧化物半導(dǎo)體層； 在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成源電極及漏電極； 在以第二溫度加熱所述襯底時，在所述氧化物半導(dǎo)體層上形成包含氧化硅的無機(jī)絕緣 膜；以及 在形成所述無機(jī)絕緣膜之后進(jìn)行大于或等于300°C且小于或等于所述襯底的應(yīng)變點的 加熱處理， 其中，所述第二溫度低于或等于300°C，以及 其中，在形成所述氧化物半導(dǎo)體層之后并且在形成所述無機(jī)絕緣膜之前的時期期間， 所述氧化物半導(dǎo)體層沒有被以大于或等于300°C加熱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述無機(jī)絕緣膜中的氫密 度為大于或等于5X102°/cm 3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在所述無機(jī)絕緣膜中的氮密 度為大于或等于lXl〇19/cm 3。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述無機(jī)絕緣膜至少使用N20 氣體形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括在所述加熱處理之后在所 述無機(jī)絕緣膜上形成布線的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述第二溫度低于所述 第一溫度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，其中在大氣氣氛下或氮 氣氛下進(jìn)行所述加熱處理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體層是由InM03 (ZnO)w (?>0)表示的薄膜， 并且其中，Μ表不選自Ga、Fe、Ni、Μη或Co中的一種或多種金屬兀素。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包 含銦、鎵以及鋅。
【文檔編號】H01L21/77GK104124280SQ201410347324
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2009年3月13日
【發(fā)明者】大原宏樹, 佐佐木俊成 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所