專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。另外，本說明書中的半導(dǎo)體裝置是指通過利用半導(dǎo)體特性而能夠工作的所有裝置，因此電光裝置、半導(dǎo)體電路以及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
通過利用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜來構(gòu)成晶體管(也稱為薄膜晶體管(TFT))的技術(shù)引人注目。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于如集成電路(IC)及圖像顯示裝置(顯示裝置)等的電子設(shè)備。作為可以應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料是眾所周知的。作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。此外，在顯示裝置中，作為具有透光性的構(gòu)件適當(dāng)?shù)厥褂貌Ａбr底。例如，已公開了使用在玻璃襯底上使用由包含銦(In)、鎵(Ga)及鋅(Zn)的非晶氧化物(In-Ga-Zn-O類非晶氧化物)構(gòu)成的半導(dǎo)體層的晶體管(參照專利文獻(xiàn)I)。[專利文獻(xiàn)I]日本專利申請公開2011-181801號公報(bào)另外，在具有使用氧 化物半導(dǎo)體的晶體管的半導(dǎo)體裝置中，對制品化來說，實(shí)現(xiàn)高可靠性是重要的。尤其是，半導(dǎo)體裝置的電特性的變動(dòng)及降低是導(dǎo)致可靠性的降低的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這樣問題，本發(fā)明的課題之一是提供一種具有使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。在具有設(shè)置在玻璃襯底上的底柵結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)型晶體管的半導(dǎo)體裝置中，在柵電極層與氧化物半導(dǎo)體膜之間至少設(shè)置第一柵極絕緣膜和第二柵極絕緣膜。使設(shè)置在柵電極層一側(cè)的第一柵極絕緣膜和設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜一側(cè)的第二柵極絕緣膜的組成不同。并且，將第一柵極絕緣膜與第二柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第一金屬元素的濃度設(shè)定為5X 1018atoms/cm3以下(優(yōu)選為I X 1018atoms/cm3以下)。作為第一柵極絕緣膜，可以使用薄膜的氮化物絕緣膜。例如，可以舉出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。第一柵極絕緣膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。第一柵極絕緣膜的厚度薄，可以將其設(shè)定為30nm以上且50nm以下。第一柵極絕緣膜設(shè)置在玻璃襯底與第二柵極絕緣膜及氧化物半導(dǎo)體膜之間，因此可以防止第一金屬元素?cái)U(kuò)散到第二柵極絕緣膜及氧化物半導(dǎo)體膜。在具有設(shè)置在玻璃襯底上的底柵結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)型晶體管的半導(dǎo)體裝置中，通過在玻璃襯底和柵電極層之間設(shè)置保護(hù)絕緣膜，將柵電極層與柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第二金屬元素的濃度設(shè)定為5 X 1018atoms/cm3以下(優(yōu)選為I X 1018atoms/cm3以下)。作為保護(hù)絕緣膜，可以使用氮化物絕緣膜。例如，可以舉出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。保護(hù)絕緣膜可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，例如，也可以從玻璃襯底一側(cè)層疊氮化物絕緣膜以及氧化物絕緣膜。保護(hù)絕緣膜設(shè)置在玻璃襯底與晶體管之間，因此可以防止包含在玻璃襯底中的第二金屬元素?cái)U(kuò)散到晶體管。上述包含在玻璃襯底的第一金屬元素是主要構(gòu)成第一柵極絕緣膜及第二柵極絕緣膜的元素以外的元素，并是指從玻璃襯底擴(kuò)散的元素。上述包含在玻璃襯底的第二金屬元素是主要構(gòu)成柵電極層及柵極絕緣膜的元素以外的元素，并是指從玻璃襯底擴(kuò)散的元素。作為為了不損失晶體管的可靠性(特性的穩(wěn)定性)應(yīng)該降低的第一金屬元素及第二金屬元素，有鈉、鋁、鎂、鈣、鍶、鋇，并且優(yōu)選將包含在玻璃襯底中的其他元素的硅及硼降低到與上述金屬元素相同的水平。因?yàn)榭梢苑乐箤?dǎo)致晶體管的電特性的降低及變動(dòng)的主要原因的包含在玻璃襯底中的第一金屬元素或第二金屬元素的擴(kuò)散，所以能夠給晶體管賦予穩(wěn)定的電特性。因此，可以提供一種包 含使用氧化物半導(dǎo)體膜的具有穩(wěn)定的電特性的晶體管的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置在玻璃襯底上包括柵電極層、柵電極層上的第一柵極絕緣膜、在第一柵極絕緣膜上依次層疊的具有與第一柵極絕緣膜不同的組成的第二柵極絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、源電極層以及漏電極層，其中第一柵極絕緣膜與第二柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第一金屬兀素的濃度為5X 1018atoms/cm3以下。本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的其他一個(gè)方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置在玻璃襯底上包括柵電極層、柵電極層上的第一柵極絕緣膜、在第一柵極絕緣膜上依次層疊的具有與第一柵極絕緣膜不同的組成的第二柵極絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、與重疊于柵電極層的氧化物半導(dǎo)體膜接觸的絕緣層、源電極層以及漏電極層，其中第一柵極絕緣膜與第二柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第一金屬元素的濃度為5 X 1018atoms/cm3 以下。本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的其他一個(gè)方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置在玻璃襯底上包括保護(hù)絕緣膜、保護(hù)絕緣膜上的柵電極層、在柵電極層上依次層疊的柵極絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、源電極層以及漏電極層，其中柵電極層與柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第二金屬元素的濃度為5X1018atoms/cm3以下。本說明書所公開的發(fā)明的結(jié)構(gòu)的其他一個(gè)方式是一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置在玻璃襯底上包括保護(hù)絕緣膜、保護(hù)絕緣膜上的柵電極層、在柵電極層上依次層疊的柵極絕緣膜、氧化物半導(dǎo)體膜、與重疊于柵電極層的氧化物半導(dǎo)體膜接觸的絕緣層、源電極層以及漏電極層，其中柵電極層與柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的第二金屬元素的濃度為5X 1018atoms/cm3以下。本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置具有晶體管或包含晶體管的電路。例如，本發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置具有其溝道形成區(qū)由氧化物半導(dǎo)體形成的晶體管或由該晶體管形成的電路。例如，本發(fā)明的一個(gè)方式涉及LSI ；CPU;安裝在電源電路中的功率裝置；包括存儲(chǔ)器、閘流晶體管、轉(zhuǎn)換器以及圖像傳感器等的半導(dǎo)體集成電路；以及作為部件安裝有以液晶顯示面板為代表的電光學(xué)裝置或具有發(fā)光元件的發(fā)光顯示裝置的電子設(shè)備。本發(fā)明的一個(gè)方式提供一種具有使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。


圖1A和圖1B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖2A至圖2E是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)方式的截面圖；圖3A和圖3B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖4A和圖4B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖5A至圖5C是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖；圖6A和圖6B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖7A和圖7B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的截面圖；圖8A和圖8B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的電路圖及截面圖；圖9A至圖9C是示出電子設(shè)備的圖；圖1OA至圖1OC是示出電子設(shè)備的
圖1lA和圖1lB是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖12A至圖12E是說明半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)方式的截面圖；圖13A和圖13B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖14A和圖14B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖15A和圖15B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的平面圖及截面圖；圖16A和圖16B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的截面圖；圖17A和圖17B是說明半導(dǎo)體裝置的一個(gè)方式的電路圖及截面圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)地說明本說明書所公開的發(fā)明的實(shí)施方式。但是，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(gè)事實(shí)，就是本說明書所公開的發(fā)明的方式及詳細(xì)內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式而不局限于以下說明。并且，本說明書所公開的發(fā)明不應(yīng)被看作僅限定于以下實(shí)施方式的描述內(nèi)容。另外，為了方便起見附加了第一、第二等序數(shù)詞，其并不表示工序順序或疊層順序。此外，本說明書中的序數(shù)不表示特定發(fā)明的事項(xiàng)的固有名稱。實(shí)施方式I在本實(shí)施方式中，使用圖1A和圖1B說明半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)方式。在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例子示出具有氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管。晶體管既可以采用形成一個(gè)溝道形成區(qū)的單柵結(jié)構(gòu)，又可以采用形成兩個(gè)溝道形成區(qū)的雙柵(double-gate)結(jié)構(gòu)，還可以采用形成三個(gè)溝道形成區(qū)的三柵結(jié)構(gòu)?；蛘?，也可以是具有隔著柵極絕緣膜配置在溝道形成區(qū)上下的兩個(gè)柵電極層的雙柵型。圖1A和圖1B所示的晶體管440是底柵結(jié)構(gòu)的一種的稱為反交錯(cuò)型晶體管的晶體管的一個(gè)例子。圖1A是平面圖，沿著圖1A中的鏈?zhǔn)骄€V-Z截?cái)嗟慕孛嫦喈?dāng)于圖1B。如晶體管440的溝道長度方向的截面圖的圖1B所示那樣，在包括晶體管440的半導(dǎo)體裝置中，在玻璃襯底400上設(shè)置有柵電極層401且以覆蓋柵電極層401的方式設(shè)置有第一柵極絕緣膜436。該半導(dǎo)體裝置在第一柵極絕緣膜436上包括第二柵極絕緣膜402、氧化物半導(dǎo)體膜403、源電極層405a以及漏電極層405b。此外，設(shè)置有覆蓋晶體管440的絕緣膜407。在柵電極層401與氧化物半導(dǎo)體膜403之間至少設(shè)置第一柵極絕緣膜436和第二柵極絕緣膜402。使設(shè)置在柵電極層401 —側(cè)的第一柵極絕緣膜436與設(shè)置在氧化物半導(dǎo)體膜403 —側(cè)的第二柵極絕緣膜402的組成不同。并且，將第一柵極絕緣膜436與第二柵極絕緣膜402之間的界面處的包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素的濃度設(shè)定為5 X 1018atoms/cm3以下(優(yōu)選為I X 1018atoms/cm3以下)。此外，上述包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素是主要構(gòu)成第一柵極絕緣膜436及第二柵極絕緣膜402的元素以外的元素，并是指從玻璃襯底400擴(kuò)散的 元素。上述包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素的濃度是通過使用二次離子質(zhì)譜分析法(SIMS :Secondary Ion Mass Spectrometry)而測量的。作為第一柵極絕緣膜436，可以使用薄膜的氮化物絕緣膜。例如，可以舉出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。第一柵極絕緣膜436的厚度薄，可以將其設(shè)定為30nm以上且50nm以下。第一柵極絕緣膜436可以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)。此外，作為用來防止來自玻璃襯底400的雜質(zhì)的擴(kuò)散的第一柵極絕緣膜436，可以使用包含選自鈦(Ti)、鑰(Mo)、鎢(W)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鑭(La)、鋯(Zr)、鎳(Ni)、鎂(Mg)、鋇(Ba)和招(Al)的金屬元素中的任何一種以上的金屬氧化物絕緣膜(例如,氧化招膜、氧氮化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鎂膜、氧化鋯膜、氧化鑭膜、氧化鋇膜)或以上述金屬元素為成分的金屬氮化物絕緣膜(氮化鋁膜、氮氧化鋁膜)。此外，作為第一柵極絕緣膜436還可以使用氧化鎵膜、In-Zr-Zn類氧化物膜、In-Fe-Zn類氧化物膜以及In-Ce-Zn類氧化物膜等。作為包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素示出如下金屬元素。例如，當(dāng)玻璃襯底400為堿石灰玻璃時(shí)，因?yàn)閴A石灰玻璃的成分是氧化硅(Si02)、碳酸鈉(Na2C03)、碳酸鈣(CaCO3),所以作為金屬元素，鈉及鈣等是對象的元素。此外，當(dāng)玻璃襯底400屬于用于液晶顯示器等的顯示面板的所謂的無堿玻璃襯底(不使用堿的玻璃)時(shí)，其成分是Si02、Al203、B203、RO (R是二價(jià)的金屬元素，即鎂、鈣、鍶、鋇)，因此作為金屬元素，鋁、鎂、鈣、鍶、鋇是對象的元素。總之，作為為了不損失晶體管的可靠性(特性的穩(wěn)定性)應(yīng)該降低的金屬元素，有鈉、鋁、鎂、鈣、鍶、鋇，并且優(yōu)選將包含在玻璃襯底中的其他元素的硅及硼降低到與上述金屬元素相同的水平。因?yàn)榈谝粬艠O絕緣膜436設(shè)置在玻璃襯底400與第二柵極絕緣膜402及氧化物半導(dǎo)體膜403之間，所以可以防止包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素?cái)U(kuò)散到第二柵極絕緣膜402及氧化物半導(dǎo)體膜403。此外，當(dāng)在第一柵極絕緣膜436上設(shè)置如氮化硅膜那樣的致密的絕緣膜時(shí)，也可以防止對晶體管440的包含在玻璃襯底400中的鈉等可動(dòng)離子的擴(kuò)散。因?yàn)榭梢苑乐箤?dǎo)致晶體管440的電特性的降低及變動(dòng)的主要原因的包含在玻璃襯底400中的第一金屬元素的擴(kuò)散，所以能夠給晶體管440賦予穩(wěn)定的電特性。當(dāng)這些金屬元素存在于柵電極層周邊時(shí)，在柵極絕緣膜或柵電極層與柵極絕緣膜之間的界面處產(chǎn)生缺陷，并且由于電荷被俘獲在該缺陷而可能導(dǎo)致晶體管的電特性的變動(dòng)。例如，正電荷被俘獲在柵電極層周邊時(shí)，有晶體管的電特性變動(dòng)為常導(dǎo)通的方向的擔(dān)憂。此外，如果鈉那樣的可動(dòng)離子包含在柵極絕緣膜中，當(dāng)對柵電極層施加正偏壓時(shí)，正可動(dòng)離子遷移到柵極絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面，則導(dǎo)致晶體管的電特性變動(dòng)為常導(dǎo)通的方向。因此，為了使晶體管的電特性穩(wěn)定化，防止這樣的被認(rèn)為造成壞影響的金屬元素從玻璃襯底侵入到柵極絕緣膜一側(cè)是有效的。因此，可以提供一種可靠性高的半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包含使用氧化物半導(dǎo)體膜403且具有穩(wěn)定的電特性的晶體管440。作為用于氧化物半導(dǎo)體膜403的氧化物半導(dǎo)體，至少包含銦(In)。尤其是，優(yōu)選包含In和鋅(Zn)。此外，作為用來減小使用該氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性的不均勻的穩(wěn)定劑(stabilizer)，優(yōu)選除上述元素以外還具有鎵(Ga)。此外，作為穩(wěn)定劑優(yōu)選具有錫(Sn)。另外，作為穩(wěn)定劑優(yōu)選具有鉿(Hf)。此外，作為穩(wěn)定劑優(yōu)選具有鋁(Al)。此外，作為穩(wěn)定劑優(yōu)選具有鋯(Zr)。另外，作為其它穩(wěn)定劑，也可以具有鑭系元素的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)中的一種或多種。例如，作為氧化物半導(dǎo)體，可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅；二元金屬氧化物的In-Zn類氧化物、In-Mg類氧化物、In-Ga類氧化物；三元金屬氧化物的In-Ga-Zn類氧化物(也稱為IGZO)、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-La-Zn類氧化物、In-Ce-Zn類氧化物、In-Pr-Zn類氧化物、In-Nd-Zn類氧化物、In-Sm-Zn類氧化物、In-Eu-Zn類氧化物、In-Gd -Zn類氧化物、In-Tb-Zn類氧化物、In-Dy-Zn類氧化物、In-Ho-Zn類氧化物、In-Er-Zn類氧化物、In-Tm-Zn類氧化物、In-Yb-Zn類氧化物、In-Lu-Zn類氧化物；以及四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn類氧化物、In-Hf-Ga-Zn類氧化物、In-Al-Ga-Zn類氧化物、In-Sn-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Hf-Zn類氧化物、In-Hf-Al-Zn類氧化物。此外，在此，例如，In-Ga-Zn類氧化物是指作為主要成分具有In、Ga、Zn的氧化物，對In、Ga、Zn的比率沒有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體，也可以使用以InMO3 (ZnO)m Cm > 0，且m不是整數(shù))表不的材料。注意，M表不選自Ga、Fe、Mn和Co中的一種金屬兀素或多種金屬兀素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體，也可以使用以In2SnO5 (ZnO)n (η > 0，且η是整數(shù))表示的材料。例如，可以使用其原子數(shù)比為In Ga Zn = I I 1(= 1/3 1/3 1/3)、In Ga Zn = 2 2 1(=2/5 2/5 1/5)或 In:Ga: Zn = 3:1:2 ( = 1/2:1/6:1/3)的In-Ga-Zn類氧化物或近于該組成的氧化物?；蛘?，優(yōu)選使用其原子數(shù)比為In Sn Zn=I I I (= 1/3 1/3 1/3)、In Sn Zn = 2 I 3 (= 1/3 1/6 1/2)或In : Sn : Zn = 2 :1 : 5(=1/4 : 1/8 : 5/8)的In-Sn-Zn類氧化物或近于該組成的氧化物。但是，包含銦的氧化物半導(dǎo)體不局限于此，可以根據(jù)所需要的半導(dǎo)體特性(遷移率、閾值、不均勻性等)而使用適當(dāng)?shù)慕M成的氧化物半導(dǎo)體。另外，優(yōu)選采用適當(dāng)?shù)妮d流子濃度、雜質(zhì)濃度、缺陷密度、金屬元素及氧的原子數(shù)比、原子間距離、密度等，以得到所需要的半導(dǎo)體特性。例如，使用In-Sn-Zn類氧化物可以較容易獲得較高的遷移率。但是，當(dāng)使用In-Ga-Zn類氧化物時(shí)也可以通過降低塊內(nèi)缺陷密度提高遷移率。另外,例如In、Ga、Zn的原子數(shù)比為In:Ga:Zn = a:b:c (a+b+cl)的氧化物的組成在原子數(shù)比為In:Ga:Zn = A:B:C (A+B+C = I)的氧化物的組成的附近是指a、b、c滿足如下算式(a-A)2+ (b-B)2+ (c-C) 2≤r2。r例如可以為O. 05。其他氧化物也是同樣的。氧化物半導(dǎo)體膜403處于單晶、多晶(也稱為polycrystal)或非晶等狀態(tài)。氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選是CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline OxideSemiconductor C軸取向結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)膜。CAAC-OS膜不是完全的單晶，也不是完全的非晶。CAAC-OS膜是在非晶相中具有結(jié)晶部的結(jié)晶-非晶混合相結(jié)構(gòu)的氧化物半導(dǎo)體膜。另外，在很多情況下，該結(jié)晶部的尺寸為能夠容納在一邊短于IOOnm的立方體內(nèi)的尺寸。另外，在使用透射電子顯微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)觀察時(shí)的圖像中，包括在 CAAC-0S 膜中的非晶部與結(jié)晶部的邊界不明確。此外，利用TEM在CAAC-OS膜中觀察不到晶界(grainboundary)。因此，在CAAC-OS膜中，起因于晶界的電子遷移率的降低得到抑制。包括在CAAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于CAAC-OS膜的被形成面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致，在從垂直于ab面的方向看時(shí)具有三角形或六角形的原子排列，且在從垂直于c軸的方向看時(shí)，金屬原子排列為層狀或者金屬原子和氧原子排列為層狀。另外，不同結(jié)晶部的a軸及b軸的方向也可以彼此不同。在本說明書中，在只記載“垂直”時(shí)，也包括85°以上且95°以下的范圍。另外，在只記載“平行”時(shí)，也包括-5°以上且5°以下的范圍。另外，在CAAC-OS膜中，結(jié)晶部的分布也可以不均勻。例如，在CAAC-OS膜的形成過程中，在從氧化物半導(dǎo)體膜的表面一側(cè)進(jìn)行結(jié)晶生長時(shí)，與被形成面附近相比，有時(shí)在表面附近結(jié)晶部所占的比例高。另外，通過對CAAC-OS膜添加雜質(zhì)，有時(shí)在該雜質(zhì)添加區(qū)中結(jié)晶部廣生非晶化。因?yàn)榘ㄔ贑AAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于CAAC-OS膜的被形成面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致，所以有時(shí)根據(jù)CAAC-OS膜的形狀(被形成面的截面形狀或表面的截面形狀)朝向彼此不同的方向。另外，結(jié)晶部的c軸方向是平行于形成CAAC-OS膜時(shí)的被形成面的法線向量或表面的法線向量的方向。通過進(jìn)行成膜或在成膜之后進(jìn)行加熱處理等的晶化處理來形成結(jié)晶部。使用CAAC-OS膜的晶體管可以降低因照射可見光或紫外光而產(chǎn)生的電特性變動(dòng)。因此，該晶體管的可罪性聞。另外，也可以用氮取代構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體膜的氧的一部分。另外，如CAAC-OS那樣具有結(jié)晶部的氧化物半導(dǎo)體可以進(jìn)一步降低塊體內(nèi)缺陷，通過提高表面的平坦性，可以得到處于非晶狀態(tài)的氧化物半導(dǎo)體的遷移率以上的遷移率。為了提高表面的平坦性，優(yōu)選在平坦的表面上形成氧化物半導(dǎo)體，具體地說，優(yōu)選的是，在平均面粗糙度(Ra)為Inm以下，更優(yōu)選為0. 3nm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1nm以下的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。
Ra是將JIS B0601 :2001 (IS04287 :1997)中定義的算術(shù)平均粗糙度擴(kuò)大為三維以使其能夠應(yīng)用于曲面，可以將它表示為“將從基準(zhǔn)面到指定面的偏差的絕對值平均而得的值”，以如下公式)定義。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括 包含一種以上的金屬兀素的玻璃襯底上的柵電極層； 所述柵電極層上的第一柵極絕緣膜； 在所述第一柵極絕緣膜上并接觸于所述第一柵極絕緣膜的第二柵極絕緣膜； 所述第二柵極絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；以及 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極層及漏電極層， 其中，所述第一柵極絕緣膜的組成與所述第二柵極絕緣膜的組成不同， 并且，在所述第一柵極絕緣膜和所述第二柵極絕緣膜之間的界面處，所述一種以上的金屬兀素的濃度為5X 1018atoms/cm3以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括在所述氧化物半導(dǎo)體膜上并接觸于所述氧化物半導(dǎo)體膜的絕緣層， 其中所述源電極層及所述漏電極層形成在所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述絕緣層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一柵極絕緣膜是氮化物絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第一柵極絕緣膜是氮化硅膜或氮氧化娃膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述一種以上的金屬元素是選自鈉、鋁、鎂、 丐、銀和鋇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述第二柵極絕緣膜是選自氧化硅膜、氧化鎵膜、氧化鋁膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、硅酸鉿膜、包含氮的硅酸鉿膜、鋁酸鉿膜以及氧化鑭膜。
7.一種半導(dǎo)體裝置，包括 包含一種以上的金屬元素的玻璃襯底上的保護(hù)絕緣膜； 所述保護(hù)絕緣膜上的柵電極層； 所述柵電極層上的柵極絕緣膜； 所述柵極絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；以及 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極層及漏電極層， 其中，所述保護(hù)絕緣膜的組成和所述柵極絕緣膜的組成不同， 并且，在所述柵電極層和所述柵極絕緣膜之間的界面處，所述一種以上的金屬元素的濃度為 5 X 1018atoms/cm3 以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括在所述氧化物半導(dǎo)體膜上并接觸于所述氧化物半導(dǎo)體膜的絕緣層， 其中所述源電極層及所述漏電極層形成在所述氧化物半導(dǎo)體膜和所述絕緣層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述保護(hù)絕緣膜是氮化物絕緣膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述保護(hù)絕緣膜是氮化硅膜或氮氧化硅膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述一種以上的金屬元素是選自鈉、鋁、鎂、 丐、銀和鋇。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述柵極絕緣膜是選自氧化硅膜、氧化鎵膜、氧化鋁膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、硅酸鉿膜、包 含氮的硅酸鉿膜、鋁酸鉿膜以及氧化鑭膜。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)方式的課題是提供一種具有使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管的可靠性高的半導(dǎo)體裝置。在設(shè)置在玻璃襯底上的底柵結(jié)構(gòu)的交錯(cuò)型晶體管的半導(dǎo)體裝置中，在柵電極層上設(shè)置依次層疊其組成彼此不同的第一柵極絕緣膜及第二柵極絕緣膜的柵極絕緣膜?；蛘咴诘讝沤Y(jié)構(gòu)的交錯(cuò)型的晶體管中，在玻璃襯底和柵電極層之間設(shè)置保護(hù)絕緣膜。將在第一柵極絕緣膜與第二柵極絕緣膜之間的界面處或在柵電極層與柵極絕緣膜之間的界面處的包含在玻璃襯底中的金屬元素的濃度設(shè)定為5×1018atoms/cm3以下(優(yōu)選為1×1018atoms/cm3以下)。
文檔編號H01L29/51GK103066126SQ20121041168
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者長隆之, 越岡俊介, 橫山雅俊, 山崎舜平 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所