半導(dǎo)體裝置制造方法
半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另外，提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。一種半導(dǎo)體裝置包括：在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；在氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極及漏電極；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的包含硅氧化物的柵極絕緣膜；以及柵極絕緣膜上的柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域，并且，至少在區(qū)域內(nèi)包括結(jié)晶部。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0002]在本說明書中，半導(dǎo)體裝置通常是指能夠通過利用半導(dǎo)體特性工作的所有裝置，因此，電光裝置、半導(dǎo)體電路及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成晶體管的技術(shù)受到關(guān)注。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于如集成電路(IC)或圖像顯示裝置(顯示裝置)等電子設(shè)備。例如，作為可以應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料被廣泛地周知。再者，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。 [0004]例如，已公開了作為晶體管的活性層包括包含銦(In)、鎵(Ga)及鋅(Zn)的非晶氧化物的晶體管(參照專利文獻I)。
[0005]包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有比包括非晶硅的晶體管優(yōu)越的導(dǎo)通特性(通態(tài)電流等)。為了將該包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管應(yīng)用于高功能裝置，需要進一步提高其特性，因此不斷研發(fā)氧化物半導(dǎo)體的晶化技術(shù)(參照專利文獻2)。在專利文獻2中，公開了通過對氧化物半導(dǎo)體進行熱處理實現(xiàn)晶化的技術(shù)。
[參考文獻]
[專利文獻]
[0006][專利文獻I]日本專利申請公開2006-165528號公報[專利文獻2]日本專利申請公開2008-311342號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在構(gòu)成包括氧化物半導(dǎo)體膜的頂柵型晶體管的情況下，在該氧化物半導(dǎo)體膜上形成柵極絕緣膜。當(dāng)形成柵極絕緣膜時，柵極絕緣膜的構(gòu)成元素也可以進入形成有柵極絕緣膜的上面的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0008]例如，在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后，當(dāng)作為柵極絕緣膜利用濺射法形成氧化硅(SiOx, X = 2以上)時，該氧化硅的構(gòu)成元素的硅與用于進行濺射時的諸如氬之類的稀有氣體元素一起引入到氧化物半導(dǎo)體膜中。該硅切斷氧化物半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素之間的鍵(銦原子與氧原子(In-O鍵))，而作為雜質(zhì)元素包含于氧化物半導(dǎo)體膜中。尤其是，有以高濃度雜質(zhì)元素被包含于氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近的憂慮。因為在氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近形成溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)元素被包含時，導(dǎo)致使氧化物半導(dǎo)體膜電阻增高。其結(jié)果，使晶體管的電特性之一的通態(tài)電流降低。如此，殘留在氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素成為影響到晶體管的電特性的原因。
[0009]另外，在氧化物半導(dǎo)體膜包括結(jié)晶部的情況下，由于柵極絕緣膜的構(gòu)成元素進入到氧化物半導(dǎo)體膜中，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0010]鑒于上述問題，目的是降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另一目的是提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，另一目的是通過使用該氧化物半導(dǎo)體膜提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0011]所公開的本發(fā)明的一個方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括:基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極及漏電極；形成在氧化物半導(dǎo)體膜、源電極及漏電極上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以及以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。
[0012]所公開的本發(fā)明的另一方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括:基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極；形成在柵極絕緣膜及柵電極上的層間絕緣膜；以及形成在層間絕緣膜上的以至少與氧化物半導(dǎo)體膜電連接的方式設(shè)置的源電極及漏電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。
[0013]在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選以接觸于柵極絕緣膜且具有5nm以下的厚度的方式形成。另外，除了區(qū)域之外的氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選包括結(jié)晶部，并且，在結(jié)晶部中，c軸優(yōu)選在垂直于基底絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
[0014]另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選具有0.1at.%以下的硅濃度。另外，區(qū)域優(yōu)選具有1.0X 102°atoms / cm3以下的碳濃度。
[0015]當(dāng)柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜具有上述硅濃度或碳濃度時，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜的高電阻化，并且可以提高氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。其結(jié)果，可以實現(xiàn)具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0016]根據(jù)所公開的本發(fā)明的一個方式，可以降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另外，可以提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，可以提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1A和圖1B是示出半導(dǎo)體裝置的一個方式的平面圖及截面圖；
圖2A至圖2D是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖3A和圖3B是示出半導(dǎo)體裝置的一個方式的平面圖及截面圖；
圖4A至圖4D是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖5A和圖5B是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖6A至圖6C不出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖7A和圖7B示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖8A和圖8B示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖9示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；圖10示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖11示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖12A和圖12B是用于計算的模型圖；
圖13A和圖13B是用于計算的模型圖；
圖14示出計算結(jié)果；
圖15A和圖15B是用于計算的模型圖；
圖16示出計算結(jié)果；
圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的測量結(jié)果；
圖18A和圖18B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的測量結(jié)果。
【具體實施方式】
[0018]下面，參照附圖對本說明書所公開的發(fā)明的實施方式進行說明。但是，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及詳細內(nèi)容在不脫離本 發(fā)明的精神及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，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的描述。
[0019]注意，為了便于理解，在附圖等中所示的各結(jié)構(gòu)的位置、大小及范圍等有時不準(zhǔn)確地表示。因此，所公開的發(fā)明不一定局限于附圖等所公開的位置、大小及范圍等。
[0020]在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混淆而使用的，而該名詞不是用于在數(shù)目方面上進行限制。
[0021]在本說明書等中，“上”或“下”的名詞不一定是指構(gòu)成要素的位置關(guān)系為“直接在XX之上”或“直接在XX之下”。例如，“柵極絕緣層上的柵電極”可以是指柵極絕緣層與柵電極之間具有其它構(gòu)成要素的情況。
[0022]另外，在本說明書等中，“電極”或“布線”的名詞不限定構(gòu)成要素的功能。例如，有時將“電極”用作“布線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“布線”的名詞還可以包括多個“電極”或“布線”形成為一體的情況。
[0023]此外，在采用極性不同的晶體管的情況下或在電路工作中電流方向發(fā)生變化的情況等下，“源極”和“漏極”的功能有時互相調(diào)換。因此，在本說明書等中，可以互相調(diào)換“源極”和“漏極”的名詞。
[0024]在本說明書等中，“電連接”的名詞包括通過具有某種電作用的元件構(gòu)成要素連接的情況。這里，“具有某種電作用的物體”只要可以進行通過元件連接的構(gòu)成要素間的電信號的接收，就對其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的物體”不僅為電極和布線，而且為晶體管等的開關(guān)元件、電阻器、電感器、電容器、具有其他各種功能的元件等。
[0025]實施方式I
在本實施方式中，參照圖1A至圖2D對半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個方式進行說明。
[0026]<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實例>
作為半導(dǎo)體裝置的一個例子，圖1A及圖1B示出頂柵型晶體管。圖1A是平面圖，圖1B是沿著圖1A中的虛線Xl-Yl的截面圖。注意，在圖1A中為了簡化，而省略晶體管150的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。[0027]圖1A及圖1B所示的晶體管150在襯底102上包括:基底絕緣膜104 ;形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106a及區(qū)域106b的氧化物半導(dǎo)體膜106 ;形成在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上的源電極108a及漏電極108b ;形成在氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b上的柵極絕緣膜110 ;以及以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112。另外，在晶體管150上形成有層間絕緣膜114。
[0028]另外，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度大于5nm且200nm以下，優(yōu)選為IOnm以上且30nm
以下。另外，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選采用具有結(jié)晶性的結(jié)構(gòu)(例如，單晶結(jié)構(gòu)或微晶結(jié)構(gòu)
坐^
寸/ ο
[0029]如圖1B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管150的泄漏電流的產(chǎn)生。
[0030]在本實施方式中，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS(C Axi s AlignedCrystalline Oxide Semiconductor:c軸取向結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)膜。此外,在后面說明的晶體管150的制造方法中，對CAAC-OS膜進行詳細說明。
[0031]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的包含硅的氧化物。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，例如可以使用氧化硅等絕緣膜。
[0032]此外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，在氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等上層疊包含硅的氧化物，即可。此外，在氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy(X > O, y > O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy (x > 0、y > O))或招酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等 high-k 材料上層疊包含娃的氧化物，即可。
[0033]另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (a > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0034]然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時，有柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時，影響到晶體管特性。
[0035]另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷。由此，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0036]尤其是，硅等雜質(zhì)容易進入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管150的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時，有使晶體管150的電特性變動的憂慮。[0037]在此，利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算，檢查當(dāng)作為雜質(zhì)對氧化物半導(dǎo)體膜106添加SiO2, 即，包含硅的氧化物時發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照圖12A至圖14說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會社制造的“SCIGRESSME”的仿真軟件，進行經(jīng)典分子動力學(xué)計算。在經(jīng)典分子動力學(xué)法中，通過對成為原子間相互作用的特征的經(jīng)驗勢進行定義來對作用于各原子的力量進行評價。通過對牛頓運動方程進行數(shù)值求解，可以在決定論上跟蹤各原子的運動(時間演化)。
[0038]以下說明計算模型和計算條件。注意，在本計算中使用Born-Mayer-Huggins勢。
[0039]作為計算模型，制造由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)(參照圖12A)以及硅(Si)原子分別取代由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4中的In、Ga、Zn的各20個原子的結(jié)構(gòu)(參照圖12B)。在圖12B所示的硅(Si)取代模型中，硅(Si)原子占3.57atom%(2.34wt%)0另外，圖12A所示的單晶模型的密度是6.36g / cm3，并且圖12B所示的Si取代模型的密度是6.08g / cm3。
[0040]通過在低于InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(根據(jù)利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算的估計約為2000°C)的1727°C下，以一定的壓力(Iatom)進行150psec (時間步長0.2fsec X 75萬步(skp))的經(jīng)典分子動力學(xué)計算，而對圖12A及圖12B所示的計算模型進行結(jié)構(gòu)弛豫。計算出上述兩個結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于I。
[0041]圖13A及圖13B表示通過對上述兩個計算模型進行150pSeC的經(jīng)典分子動力學(xué)計算而得到的最終結(jié)構(gòu)。另外，圖14表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。 [0042]圖13A所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖13B所示的Si取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。通過在圖14中比較各結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在Si取代模型中，在0.6nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。
[0043]從上述計算結(jié)果可知,通過使InGaZnO4包含娃(Si), InGaZnO4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在InGaZnO4中含有硅(Si)的狀態(tài)下進行高溫加熱，InGaZnO4也不會發(fā)生晶化。
[0044]接著，利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算，檢查當(dāng)對氧化物半導(dǎo)體膜106添加碳原子(C)時發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照圖12A、15A至圖16說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會社制造的“SCIGRESS ME”的仿真軟件，進行經(jīng)典分子動力學(xué)計算。
[0045]計算模型和計算條件為如下。注意，在本計算中使用Born-Mayer-Huggins勢。另外，在與碳原子(C)的原子間互相作用中使用Lennard-Jones勢。
[0046]作為計算模型，制造由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)(參照圖12A)以及碳原子(C)分別取代由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4中的In、Ga、Zn的各20個原子且碳原子(C)取代氧(O)的80個原子的結(jié)構(gòu)(參照圖15A)。在圖15A所示的碳(C)取代模型中，碳原子(C)占8.33atom%。另外，圖12A所示的單晶模型的密度是6.36g / cm3，并且圖15A所示的C取代模型的密度是5.89g / cm3。
[0047]通過在低于InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(根據(jù)利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算的估計約為2000°C)的1727°C下，以一定的壓力(Iatom)進行150psec (時間步長0.2fsec X 75萬步(Skp))的經(jīng)典分子動力學(xué)計算，而對圖12A及圖15A所示的計算模型進行結(jié)構(gòu)弛豫。計算出上述兩個結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于I。
[0048]圖13A及圖15B表示通過對上述兩個計算模型進行150pSeC的經(jīng)典分子動力學(xué)計算而得到的最終結(jié)構(gòu)。圖16表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。
[0049]圖13A所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖15B所示的C取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。另外，如圖16所示，通過互相比較結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在C取代模型中，在0.7nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。
[0050]從上述計算結(jié)果可知,通過使InGaZnO4包含碳(C), InGaZnO4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在InGaZnO4中含有碳(C)的狀態(tài)下進行高溫加熱，InGaZnO4也不會發(fā)生晶化。
[0051]于是，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域。在圖1B中，該區(qū)域表示為區(qū)域106a。包含在區(qū)域106a中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0052]如圖1B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a之外的區(qū)域表示為區(qū)域106b。
[0053]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102Clatoms / cm3 以下，優(yōu)選設(shè)定為 1.0 X 1019atoms / cm3 以下。
[0054]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時所產(chǎn)生的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0055]如上所述，通過降低進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管150的電特性變動。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管150，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0056]另外，在后面說明的晶體管150的制造方法中，參照圖2A至圖2D對其他構(gòu)成要素的詳細內(nèi)容進行說明。
[0057]<晶體管150的制造方法>
以下，參照圖2A至圖2D對根據(jù)本實施方式的圖1A和圖1B所示的晶體管150的制造方法的一個例子進行說明。
[0058]首先，準(zhǔn)備襯底102。雖然對可以用于襯底102的襯底沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受后面的加熱處理的耐熱性。例如，可以使用鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃等玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等的襯底。此外，可以應(yīng)用由硅或碳化硅構(gòu)成的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、由硅鍺等構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等。
[0059]作為襯底102也可以使用柔性襯底。當(dāng)使用柔性襯底時，既可以在柔性襯底上直接形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，又可以在其他襯底上形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，然后將該晶體管剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底上。此外，為了將該晶體管從上述襯底剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底，優(yōu)選在上述襯底與包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管之間設(shè)置剝尚層O
[0060]接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104 (參照圖2A)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴散的效果，可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或氧氮化硅膜中的一種或多種膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)來形成。
[0061]另外，作為基底絕緣膜104的其他效果，可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時，可以通過對該基底絕緣膜104進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量的氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150可以具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0062]也可以在形成基底絕緣膜104之前對襯底102進行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用RF電源在氬氣氛下對襯底102 —側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進行襯底102的表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。
[0063]接著，在基底絕緣膜104上形成氧化物半導(dǎo)體膜106(參照圖2Α)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0064]在此，對能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的CAAC-OS膜進行詳細說明。
[0065]CAAC-OS膜不是完全的單晶，也不是完全的非晶。CAAC-OS膜是在非晶相中包含結(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于一個邊長小于IOOnm的立方體的尺寸。另外，在使用透射電子顯微鏡(TEM:Transmi ssion Electron Microscope)得到的觀察圖像中，在CAAC-0S膜中的非晶部與結(jié)晶部的邊界不明確。并且，在CAAC-OS膜中利用TEM觀察不到晶界(grain boundary)。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。
[0066]在包括在CAAC-OS膜中的各結(jié)晶部中，c軸在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的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，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，在不同結(jié)晶部之間，一個結(jié)晶部的a軸及b軸的方向可以與其他結(jié)晶部不同。在本說明書等中，當(dāng)只記載“垂直”時，包括85°以上且95°以下的范圍。另外，當(dāng)只記載“平行”時，包括-5°以上且5°以下的范圍。
[0067]另外，在CAAC-OS膜中，結(jié)晶部的分布不一定為均勻。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)進行結(jié)晶生長時，有時氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部比例比形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部高。
[0068]因為包括在CAAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向上一致，所以有時根據(jù)CAAC-OS膜的形狀(形成有CAAC-OS膜的表面的截面形狀或CAAC-OS膜的表面的截面形狀)朝向彼此不同的方向。另外，當(dāng)形成有CAAC-OS膜時，結(jié)晶部的c軸方向是平行于形成有CAAC-OS膜的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向。結(jié)晶部通過進行成膜或進行成膜之后的用于晶化的加熱處理等來形成。
[0069]通過在晶體管中使用CAAC-OS膜，可以降低由可見光或紫外光引起的晶體管的電特性的變動。另外，可以抑制閾值的變動及偏差。因此，該晶體管的可靠性高。
[0070]在具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體中(結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)，可以進一步降低塊體內(nèi)缺陷。再者，通過提高結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜的表面的平坦性，包含該氧化物半導(dǎo)體的頂柵型晶體管可以得到包含非晶氧化物半導(dǎo)體的晶體管的場效應(yīng)遷移率以上的場效應(yīng)遷移率。為了提高氧化物半導(dǎo)體膜表面的平坦性，優(yōu)選在平坦的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。具體地，在平均表面粗糙度(Ra)為0.15nm以下，優(yōu)選為0.1nm以下的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。
[0071]注意，平均表面粗糙度(Ra)是將算術(shù)平均粗糙度擴大為三維以使其能夠應(yīng)用于曲面，可以以“將從基準(zhǔn) 面到指定面的偏差的絕對值平均而得的值”表示，以如下算式定義。
[0072][算式I]
[0073]這里，指定面是指成為測量粗糙度對象的面，并且是以坐標(biāo)(Xl，y1； f(Xl，Y1)) (x1；
i2,f (X1, y2)) (χ2，yi，f (χ2，Yi)) (χ2，y2? f (χ2，y2))的四點表示的四角形的區(qū)域。并且，S0 表示指定面投影在xy平面的長方形的面積,Ztl表示基準(zhǔn)面的高度(指定面的平均高度)?？梢岳迷恿︼@微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)測量Ra。
[0074]另外，優(yōu)選用于氧化物半導(dǎo)體膜106的氧化物半導(dǎo)體至少包含銦(In)或鋅(Zn)。尤其是，優(yōu)選包含In及Zn。另外，作為用來減少使用該氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性不均勻的穩(wěn)定劑，優(yōu)選除了包含上述元素以外，還包含鎵(Ga)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含錫(Sn)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含選自鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈧(Sc)、釔(Y)、鑭系元素(例如，鋪(Ce)、釹(Nd)、釓(Gd))中的一種或多種。
[0075]例如，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用氧化銦；氧化錫；氧化鋅；In_Zn類氧化物、Sn-Zn類氧化物、Al-Zn類氧化物、Zn-Mg類氧化物、Sn-Mg類氧化物、In-Mg類氧化物、In-Ga類氧化物、In-Ga-Zn類氧化物(也稱為IGZ0)、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、Sn-Ga-Zn類氧化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-Zr-Zn類氧化物、In-T1-Zn類氧化物、In-Sc-Zn類氧化物、In-Y-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、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。
[0076]在此，“ In-Ga-Zn類氧化物”是指包含In、Ga以及Zn作為主要成分的氧化物，對In,Ga以及Zn的比率沒有限制。此外，In-Ga-Zn類氧化物也可以包含In、Ga及Zn以外的屬素。
[0077]此外，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用由InMO3(ZnO)niGii > 0，且m不是整數(shù))表示的材料。另外，M表不選自Ga、Fe、Mn及Co中的一種或多種金屬兀素或者用作上述穩(wěn)定劑的元素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體，也可以使用由In2Sn05(Zn0)n(n>0，且η是整數(shù))的化學(xué)式表示的材料。
[0078]例如，可以使用其原子數(shù)比為In: Ga: Zn=1:1: 1、In: Ga: Zn =
3:1: 2或In: Ga: Zn = 2:1: 3的In-Ga-Zn類氧化物或其組成在上述化合物附近的氧化物。
[0079]在氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序中，優(yōu)選在氧化物半導(dǎo)體膜106中盡量不包含氫或水。例如，作為氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序的預(yù)處理，優(yōu)選在濺射裝置的預(yù)熱室中對形成有基底絕緣膜104的襯底102進行預(yù)熱，使吸附到襯底102及基底絕緣膜104的氫、水分等雜質(zhì)脫離并進行排氣。另外，當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時，優(yōu)選在殘留水分被排出的成膜室中進行。
[0080]為了去除預(yù)熱室及成膜室內(nèi)的水分，優(yōu)選使用吸附型的真空泵，例如低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣單元，也可以使用提供有冷阱的渦輪泵。因為在使用低溫泵進行了排氣的預(yù)熱室及成膜室中，例如氫原子、水(H2O)等包含氫原子的化合物(更優(yōu)選的是，還對包含碳原子的化合物)等被排出，所以可以降低所形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中的氫或水分等雜質(zhì)的濃度。
[0081]另外，在本實施方式中，作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成In-Ga-Zn類氧化物?？梢栽谙∮袣怏w(典型的是氬)氣氛下、氧氣氛下或稀有氣體和氧的混合氣氛下通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0082]用來作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成In-Ga-Zn類氧化物的靶材例如可以使用如下靶材:原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 1:1:1的金屬氧化物靶材；原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 3: 1:2的金屬氧化物靶材；或原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 2: 1:3的金屬氧化物靶材。但是，能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的靶材不局限于這些靶材的材料及組成比。
[0083]另外，當(dāng)使用上述金屬氧化物靶材形成氧化物半導(dǎo)體膜106時，有時靶材的組成與形成在襯底上的薄膜的組成不同。例如，在使用In2O3: Ga2O3: ZnO = 1:1:1 [摩爾比]的金屬氧化物靶材的情況下，雖然依賴于成膜條件，但是有時薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO = I: I: 0.6至0.8 [摩爾比]。這是因為如下緣故:在形成氧化物半導(dǎo)體膜106中ZnO升華，或者In203、6a203、ZnO的各成分的濺射速率不同。
[0084] 因此，當(dāng)想形成具有所希望的組成比的薄膜時，需要預(yù)先調(diào)整金屬氧化物靶材的組成比。例如，在將薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比設(shè)定為In2O3: Ga2O3: ZnO =1:1:1 [摩爾比]的情況下，可以將金屬氧化膜靶材的組成比設(shè)定為In2O3: Ga2O3: ZnO=I: I: 1.5[摩爾比]。換言之，可以預(yù)先增大金屬氧化物靶材的ZnO的含量。靶材的組成比不局限于上述數(shù)值，可以根據(jù)成膜條件或所形成的薄膜的組成適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。另外，通過增大金屬氧化物靶材的ZnO的含量，所得到的薄膜的結(jié)晶性得到提高，所以是優(yōu)選的。
[0085]此外，金屬氧化物靶材的相對密度為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99.9%以下。通過使用高相對密度的金屬氧化物靶材，可以形成致密的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0086]另外，作為當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時使用的濺射氣體，優(yōu)選使用去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。
[0087]當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106使用CAAC-OS膜時，作為形成該CAAC-OS膜的方法可以舉出如下三個方法。一個方法(第一個方法)是:在100°C以上且450°C以下的成膜溫度下形成氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。另一個方法(第二個方法)是:在以薄厚度形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行200°C以上且700°C以下的熱處理，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。其他方法(第三個方法)是:在以薄厚度形成第一氧化物半導(dǎo)體膜之后進行2000C以上且700°C以下的熱處理，再者形成第二氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸排列為平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向的結(jié)晶部。
[0088]例如，CAAC-OS膜使用多晶的氧化物半導(dǎo)體濺射靶材且利用濺射法來形成。當(dāng)離子碰撞到該濺射靶材時，有時包含在濺射靶材中的結(jié)晶區(qū)域從a-b面劈開，換句話說，具有平行于a-b面的面的濺射粒子(平板狀的濺射粒子或顆粒狀的濺射粒子)從濺射靶材剝離。此時，通過該平板狀的濺射粒子保持結(jié)晶狀態(tài)到達襯底，可以形成CAAC-OS膜。
[0089]另外，為了形成CAAC-OS膜，優(yōu)選應(yīng)用如下條件。
[0090]通過降低成膜時雜質(zhì)進入CAAC-OS膜的量，可以抑制因雜質(zhì)導(dǎo)致的結(jié)晶狀態(tài)的破壞。例如，可以降低存在于成膜室內(nèi)的雜質(zhì)(氫、水、二氧化碳或氮)的濃度。另外，可以降低成膜氣體中的雜質(zhì)濃度。具體而言，使用露點為_80°C以下，優(yōu)選為-100°C以下的成膜氣體。
[0091]另外，通過提高成膜時的襯底加熱溫度，在濺射粒子到達襯底的表面之后容易發(fā)生濺射粒子的遷移。具體而言，在將成膜時的襯底加熱溫度設(shè)定為100°C以上且740°C以下，優(yōu)選為150°C以上且500°C以下。通過提高成膜時的襯底加熱溫度，當(dāng)平板狀的濺射粒子到達襯底時，在襯底上發(fā)生遷移，濺射粒子的平坦的面附著到襯底。
[0092]另外，優(yōu)選的是，為了減輕成膜時的等離子體損傷，提高成膜氣體中的氧比例并對電力進行最優(yōu)化。將成膜氣體中的氧比例設(shè)定為30vol.%以上,優(yōu)選為100vol.%。
[0093]另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106形成CAAC-OS膜以外的結(jié)晶性(單晶或微晶)氧化物半導(dǎo)體膜時，對成膜溫度沒有特別的限制。
[0094]接著，在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上形成用于源電極及漏電極(相同于與柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用包含選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、鎢中的元素的金屬膜或包含上述元素作為成分的金屬氮化物膜(例如，氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)等。另外，該導(dǎo)電膜也可以采用在鋁、銅等金屬膜的底面和頂面中的一個或兩個上層疊鈦、鑰或鎢等高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)的結(jié)構(gòu)。此外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、銦錫氧化物(In2O3-SnO2，有時縮寫為ΙΤ0)，銦鋅氧化物(In2O3-ZnO)15用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜可以通過使用上述材料，以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、CVD法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。
[0095]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖2B)。作為在該光刻工序中形成抗蝕劑掩模時的曝光，可以使用紫外線、KrF激光、ArF激光。
[0096]在上述工序中，根據(jù)在氧化物半導(dǎo)體膜106上相鄰的源電極108a的下端部與漏電極108b的下端部之間的間隔寬度決定后面形成的晶體管150的溝道長度L。當(dāng)進行溝道長度L短于25nm的曝光時,例如也可以使用波長極短，即幾nm至幾十nm的極紫外線(ExtremeUltraviolet)進行在光刻工序中形成抗蝕劑掩模時的曝光。在使用極紫外線的曝光中，分辨率高且其聚焦深度也大。因此，可以使后面形成的晶體管150的溝道長度L縮小，從而可以提高電路的工作速度。
[0097]為了縮減在光刻工序中使用的光掩模數(shù)及光刻工序數(shù)，也可以使用由使光透過的成為多種強度的曝光掩模的多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻工序。由于使用多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種厚度的形狀，并且通過進行蝕刻可以進一步改變形狀，所以在加工為不同圖案的多個蝕刻工序中可以使用抗蝕劑掩模。因此，可以使用一個多級灰度掩模形成至少對應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。由此，可以縮減曝光掩模數(shù)，并可以縮減對 應(yīng)于光刻工序的個數(shù)，所以可以實現(xiàn)工序的簡化。
[0098]注意，當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時，優(yōu)選使蝕刻條件最優(yōu)化以防止氧化物半導(dǎo)體膜106被蝕刻且分?jǐn)唷５?，很難得到僅蝕刻導(dǎo)電膜而完全不蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜106的時刻狀態(tài)，所以有時當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時只有氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分被蝕刻，例如，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度的5%至50%被蝕刻，而氧化物半導(dǎo)體膜106具有槽部(凹部)。
[0099]接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b的方式形成柵極絕緣膜110。在此，例如可以將柵極絕緣膜110的厚度設(shè)定為Inm以上且500nm以下。對柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、MBE法、CVD法、脈沖激光淀積法、ALD法等形成柵極絕緣膜110。
[0100]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，可以使用氧化硅等含有硅的氧化物膜。
[0101]另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時，硅等雜質(zhì)被引入到與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106a，除了區(qū)域106a之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106b。
[0102]另外，包含在區(qū)域106a中的硅濃度為1.0at.%以下，優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0103]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102°atoms / cm3以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0X 1019atoms / cm3以下。
[0104]另外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy (X > O, y
>O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy(x > 0、y > O))或鋁酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等high-k材料，即可。
[0105]當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0106]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜11 0的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0107]接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧等金屬材料或者包含這些金屬材料作為主要成分的合金材料。此外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于柵電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、銦錫氧化物(In2O3-SnO2，有時縮寫為ΙΤ0)、銦鋅氧化物(In2O3-ZnO)或者含有硅或氧化硅的這些金屬氧化物材料。柵電極可以使用上述材料以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、CVD法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。
[0108]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖2C)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因為當(dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個或兩個。此外，當(dāng)形成柵電極112時，形成晶體管150。
[0109]接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照圖2D)。
[0110]作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，從柵電極112 —側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。
[0111]優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對氧化物半導(dǎo)體膜106進行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300°C以上且700°C以下，或低于襯底的應(yīng)變點。
[0112]該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6Ν(99.9999% )以上，優(yōu)選設(shè)定為7Ν(99.99999% )以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。
[0113]當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行熱處理時，有可能減少包含在氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。
[0114]通過進行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于O)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于IXlO14 / cm3，優(yōu)選低于IXlO12 / cm3，更優(yōu)選低于IXlO11 / cm3。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0115]通過上述工序形成晶體管150。在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜是CAAC-OS膜時，可以到氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。
[0116]此外，也可以在層 間絕緣膜114上還設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機材料如丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個由這些材料形成的絕緣膜。
[0117]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0118]實施方式2
在本實施方式中，參照圖3A至圖5B對實施方式I的圖1A至圖2D所示的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的變形例子進行說明。另外，使用與圖1A至圖2D所示的符號相同的符號，而省略其重復(fù)說明。
[0119]<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實例(變形例子)>
作為半導(dǎo)體裝置的一個例子，圖3A及圖3B示出頂柵型晶體管。圖3A是平面圖，圖3B是沿著圖3A中的虛線X2-Y2的截面圖。注意，在圖3A中為了簡化，而省略晶體管160的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。
[0120]圖3A及圖3B所示的晶體管160在襯底102上包括:基底絕緣膜104 ;形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106c、區(qū)域106d、區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106 ；形成在氧化物半導(dǎo)體膜106上的柵極絕緣膜110 ;以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112 ;形成在柵極絕緣膜110及柵電極112上的層間絕緣膜114 ;以及設(shè)置在層間絕緣膜114上且與氧化物半導(dǎo)體膜106電連接的源電極108a及漏電極108b。
[0121]氧化物半導(dǎo)體膜106包括用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d，包括以夾著溝道形成區(qū)的方式用作一對低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f。
[0122]另外，如圖3B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管160的泄漏電流的產(chǎn)生。
[0123]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，例如可以使用氧化硅等含有硅的氧化物。
[0124]另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理使該絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是， 優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a(a >0)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0125]然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時，有柵極絕緣膜110中的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時，影響到晶體管特性。另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素進入氧化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0126]尤其是，硅等雜質(zhì)容易進入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管160的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時，有使晶體管150的電特性變動的憂慮。
[0127]于是，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域。在圖3B中，該區(qū)域表示為區(qū)域106c及區(qū)域106e。包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106c及區(qū)域106e以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0128]在圖3B中，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，基底絕緣膜104 —側(cè)的區(qū)域區(qū)域106d及區(qū)域106f，柵極絕緣膜110 —側(cè)的區(qū)域為區(qū)域106c及區(qū)域106e。
[0129]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的碳濃度設(shè)定為 1.0X 102Clatoms / cm3 以下，優(yōu)選設(shè)定為 1.0X 1019atoms / cm3 以下。
[0130]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時所產(chǎn)生的的勢力，即可。具體而言，可以采用方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0131]如上所述，通過降低進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106c及區(qū)域106e的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管160的電特性變動。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管160，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0132]另外，在后面說明的晶體管160的制造方法中，參照圖4A至圖5B對其他構(gòu)成要素的詳細內(nèi)容進行說明。
[0133]<晶體管160的制造方法>
以下，參照圖4A至圖5B對根據(jù)本實施方式的圖3A和圖3B所示的晶體管160的制造方法的一個例子進行說明。
[0134]首先，準(zhǔn)備襯底102。作為襯底102可以使用具有與實施方式I所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。
[0135]接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104 (參照圖4A)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴散的功能，可以使用選自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或氧氮化硅膜中的一種或多種膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)來形成。
[0136]另外，基底絕緣膜104具有其他功能，該功能為可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例 如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時，可以通過對該基底絕緣膜104進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以Si02+a(a >O)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160可以具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0137]也可以在形成基底絕緣膜104之前對襯底102進行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用RF電源在氬氣氛下對襯底102一側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。
[0138]接著，在基底絕緣膜104上形成氧化物半導(dǎo)體膜106(參照圖4A)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0139]氧化物半導(dǎo)體膜106可以采用與實施方式I所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。
[0140]接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106的方式形成柵極絕緣膜110 (參照圖4B)。在此，例如可以將柵極絕緣膜Iio的厚度設(shè)定為Inm以上且500nm以下。對柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、MBE法、CVD法、脈沖激光淀積法、ALD法等形成柵極絕緣膜110。
[0141]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時例如可以使用氧化硅膜等包含硅膜的氧化物膜。
[0142]另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時，硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106g，除了區(qū)域106g之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106h。另外，區(qū)域106g是后面步驟中成為區(qū)域106c及區(qū)域106e的區(qū)域，區(qū)域106h是后面步驟中成為區(qū)域106d及區(qū)域106f的區(qū)域。
[0143]包含在區(qū)域106g中的硅濃度為1.0at.%以下，優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106g以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0144]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106g成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106g中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102Clatoms / cm3以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0X 1019atoms / cm3以下。
[0145]柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)作為柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy (X > O, y
>O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy(x > 0、y > O))或鋁酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等high-k材料，即可。
[0146]當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0147]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(Τ-S間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0148]接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，可以具有與實施方式I所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。
[0149]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖4C)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因為當(dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個或兩個。
[0150]接著，使用柵電極112作為掩模將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中，來形成用作一對低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f (參照圖4D)。[0151]摻雜劑181是改變氧化物半導(dǎo)體膜106的導(dǎo)電率的雜質(zhì)。作為摻雜劑181，可以使用選自第15族元素(典型的是磷⑵、砷(As)及銻(Sb))、硼⑶、鋁(Al)、氮(N)、氬(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、銦(In)、氟(F)、氯(Cl)、鈦(Ti)和鋅(Zn)中的任一種以上。
[0152]也可以通過注入法使摻雜劑181穿過其他的膜(例如柵極絕緣膜110)而將其引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中。作為摻雜劑181的引入方法，可以利用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒離子注入法等。此時優(yōu)選使用摻雜劑181的單個離子或氟化物、氯化物的離子。
[0153]可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定加速電壓、劑量等的注入條件或者使摻雜劑181穿過的膜的厚度來控制摻雜劑181的引入。在本實施方式中，通過離子注入法，作為摻雜劑181使用磷來進行磷離子的引入。另外，也可以將摻雜劑181的劑量設(shè)定為lX1013ions / cm2以上且5X 1016ions / cm2 以下。
[0154]低電阻區(qū)中的摻雜劑181的濃度優(yōu)選為5X IO18 / cm3以上且IXlO22 / cm3以下。
[0155]另外，當(dāng)將摻雜劑181引入時，也可以同時對襯底102進行加熱。
[0156]此外，既可以多次進行將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的處理，又可以使用多種摻雜劑。 [0157]另外，也可以在引入摻雜劑181之后進行加熱處理。作為加熱條件，優(yōu)選采用如下條件:溫度為300°C以上且700°C以下，優(yōu)選為300°C以上且450°C以下；在氧氣氛下；進行I小時。此外，也可以在氮氣氛下、減壓下或大氣(超干燥空氣氣氛)下進行加熱處理。
[0158]當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜或CAAC-OS膜時，有時由于摻雜劑181的引入其一部分被非晶化。在此情況下，通過在引入摻雜劑181之后進行加熱處理，可以恢復(fù)氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶性。
[0159]通過上述步驟，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成以夾著用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d設(shè)置有區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0160]接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照圖5A)。
[0161]作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，通過濺射法從柵電極112 —側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。
[0162]當(dāng)作為層間絕緣膜使用氧化鋁膜時，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止引起晶體管160的電特性變動的氫、水分等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素的氧從氧化物半導(dǎo)體膜106釋放。
[0163]優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對氧化物半導(dǎo)體膜106進行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300°C以上且700°C以下，或低于襯底的應(yīng)變點。
[0164]該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6Ν(99.9999% )以上，優(yōu)選設(shè)定為7Ν(99.99999% )以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。[0165]當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行熱處理時，有可能減少氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。
[0166]通過進行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于O)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于IXlO14 / cm3，優(yōu)選低于IXlO12 / cm3，更優(yōu)選低于IXlO11 / cm3。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0167]接著，在柵極絕緣膜110及層間絕緣膜114中形成到達氧化物半導(dǎo)體膜106 (區(qū)域106e或區(qū)域106f)的開口部，在開口部中形成用于源電極及漏電極(相同于與柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜，可以使用與實施方式I所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。
[0168]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖5B)。
[0169]通過上述工序形成晶體管160 (參照圖5B)。在晶體管160中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管160具有穩(wěn)定的電特性。
[0170]此外，也可以在晶體管160上設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機材料如丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除 了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個由這些材料形成的絕緣膜。
[0171]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0172]實施方式3
在本實施方式中，參照【專利附圖】
【附圖說明】包括本說明書所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置的一例，該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲數(shù)據(jù)，并且對寫入次數(shù)也沒有限制。
[0173]圖6A至圖6C示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子。圖6A為半導(dǎo)體裝置的截面圖，圖6B為半導(dǎo)體裝置的平面圖，圖6C為半導(dǎo)體裝置的電路圖。在此，圖6A為沿著圖6B中的C1-C2及D1-D2的截面圖。
[0174]圖6A及圖6B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部包括含有第一半導(dǎo)體材料的晶體管260，并在其上部包括含有第二半導(dǎo)體材料的晶體管150。作為晶體管150，可以采用實施方式I所示的晶體管的結(jié)構(gòu)，晶體管150具有以與氧化物半導(dǎo)體膜106接觸的方式設(shè)置源電極108a及漏電極108b的結(jié)構(gòu)。另外，雖然在本實施方式中未記載，但是也可以采用實施方式2所說明的晶體管。
[0175]這里，第一半導(dǎo)體材料和第二半導(dǎo)體材料優(yōu)選為具有不同帶隙的材料。例如，第一半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料(例如，單晶硅等)，并且第二半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體以外的材料包含單晶硅的晶體管能夠進行高速工作。另一方面，包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管利用其特性而可以長時間地保持電荷。
[0176]另外，雖然在此上述晶體管都為η溝道型晶體管，但是當(dāng)然可以使用P溝道型晶體管。此外，雖然為了保持信息而使用如實施方式I所示那樣的晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體，但是不需要將半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)如用于半導(dǎo)體裝置的材料或半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)等限定于在此所示的結(jié)構(gòu)。
[0177]圖6Α中的晶體管260包括:設(shè)置在包含半導(dǎo)體材料(例如，硅)的襯底200中的溝道形成區(qū)216 ;以夾著溝道形成區(qū)216的方式設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)220 ;接觸于雜質(zhì)區(qū)220的金屬間化合物區(qū)224 ;設(shè)置在溝道形成區(qū)216上的柵極絕緣膜208 ;以及設(shè)置在柵極絕緣膜208上的柵電極210。注意，在附圖中沒有將晶體管的源電極或漏電極表示出來，為了方便起見也可以將這種狀態(tài)也稱為晶體管。此外，在此情況下，在說明晶體管的連接關(guān)系時，將源區(qū)及源電極總稱為“源電極”，將漏區(qū)及漏電極總稱為“漏電極”。也就是說，在本說明書中，“源電極”可能包括源區(qū)。 [0178]另外，在襯底200上以圍繞晶體管260的方式設(shè)置有元件分離絕緣膜206，并且以覆蓋晶體管260的方式設(shè)置有絕緣膜228及絕緣膜230。另外，為了實現(xiàn)高集成化，如圖6Α所示，優(yōu)選的是，晶體管260不具有側(cè)壁絕緣膜。另一方面，當(dāng)在晶體管260的特性上有優(yōu)勢時，也可以在柵電極210的側(cè)面設(shè)置側(cè)壁絕緣膜，并使雜質(zhì)區(qū)220包括具有雜質(zhì)濃度不同的區(qū)域。
[0179]使用單晶半導(dǎo)體襯底形成的晶體管260能夠進行高速工作。因此，通過作為讀出用晶體管使用該晶體管，可以高速地讀出信息。以覆蓋晶體管260的方式形成兩個絕緣膜。作為形成晶體管150和電容器264之前的處理，對該兩個絕緣膜進行CMP處理來形成實現(xiàn)了平坦化的絕緣膜228及絕緣膜230，同時使柵電極210的頂面露出。
[0180]作為絕緣膜228、絕緣膜230,典型的是可以使用氧化娃膜、氧氮化娃膜、氧化招膜、氧氮化鋁膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等無機絕緣膜。絕緣膜228、絕緣膜230可以使用等離子體CVD法或濺射法等形成。
[0181]另外，可以使用聚酰亞胺類樹脂、丙烯酸類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂等有機材料。另外，除了上述有機材料以外，可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)等。在使用有機材料時，也可以使用旋涂法、印刷法等濕法形成絕緣膜228及絕緣膜230。
[0182]此外，在本實施方式中，作為絕緣膜228使用氮化硅膜，作為絕緣膜230使用氧化娃膜。
[0183]在通過拋光處理(例如CMP處理)充分實現(xiàn)了平坦化的絕緣膜230上形成氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，絕緣膜230表面的平均表面粗糙度優(yōu)選為0.15nm以下。
[0184]圖6A所示的晶體管150是將氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)的晶體管。在此，包括在晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選被高純度化。通過使用被高純度化的氧化物半導(dǎo)體，可以得到具有極為優(yōu)異的關(guān)態(tài)特性的晶體管150。
[0185]由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流小，所以通過使用這種晶體管能夠長期保持存儲數(shù)據(jù)。換言之，因為可以提供不需要進行刷新工作，或者，制造刷新工作的頻度極少的半導(dǎo)體存儲裝置，所以可以充分降低耗電量。
[0186]在晶體管150上設(shè)置有單層或疊層的絕緣膜180。在本實施方式中，絕緣膜180具有使用從柵電極112 —側(cè)層疊氧化鋁膜和氧化硅膜的疊層。另外，通過將氧化鋁膜設(shè)定為高密度(例如，膜密度為3.2g / cm3以上，優(yōu)選為3.6g / cm3以上)，可以對晶體管150賦予穩(wěn)定的電特性。
[0187]另外，在隔著柵極絕緣膜110及絕緣膜180與晶體管150的源電極108a重疊的區(qū)域中設(shè)置有導(dǎo)電膜182，并由源電極108a、柵極絕緣膜110、絕緣膜180和導(dǎo)電膜182構(gòu)成電容器264。換言之，晶體管150的源電極108a用作電容器264中的一個電極,導(dǎo)電膜182用作電容器264中的另一個電極。另外，當(dāng)不需要容量時，也可以省略電容器264。此外，電容器264也可以另行設(shè)置在晶體管150的上方。
[0188]在晶體管150及電容器264上設(shè)置有絕緣膜184。而且，在絕緣膜184上設(shè)置有用來連接晶體管150與其他晶體管的布線186。雖然在圖6A中未圖示，但是布線186通過形成在設(shè)置于絕緣膜180、柵極絕緣膜110等中的開口中的電極與漏電極108b電連接。在此，優(yōu)選的是，該電極以至少與晶體管150的氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。
[0189]在圖6A及圖6B中，優(yōu)選的是，使晶體管260和晶體管150以至少在一部分上重疊的方式設(shè)置，并且使晶體管260的源區(qū)或漏區(qū)以與氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。另外，以與晶體管260的至少一部分重疊的方式設(shè)置晶體管150及電容器264。例如，以與晶體管260的柵電極210的至少一部分重疊的方式設(shè)置電容器264的導(dǎo)電膜182。通過采用這種平面布局，可以降低半導(dǎo)體裝置的占有面積，從而可以實現(xiàn)高集成化。
[0190]另外，漏電極108b與布線186之間的電連接既可以通過使漏電極108b與布線186直接接觸而實現(xiàn)，又可以通過在兩者之間的絕緣膜中設(shè)置電極，通過該電極而實現(xiàn)。另外，電連接也可以通過多個電極而實現(xiàn)。
[0191]接著，圖6C示出對應(yīng)于圖6A及圖6B的電路結(jié)構(gòu)的一個例子。 [0192]在圖6C中，第一布線(1st Line)與晶體管260的源電極和漏電極中的一個電連接，第二布線(2nd Line)與晶體管260的源電極和漏電極中的另一個電連接。另外，第三布線(3rd Line)與晶體管150的源電極和漏電極中的一個電連接，第四布線(4th Line)與晶體管150的柵電極電連接。晶體管260的柵電極以及晶體管150的源電極及漏電極中的另一個與電容器264中的一個電極電連接,第五布線(5thLine)與電容器264中的另一個電極電連接。
[0193]在圖6C所示的半導(dǎo)體裝置中，通過有效地利用可以保持晶體管260的柵電極的電位的特征，可以如以下所示那樣進行信息的寫入、保持以及讀出。
[0194]對數(shù)據(jù)的寫入及保持進行說明。首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，對晶體管260的柵電極和電容器264施加第三布線的電位。也就是說，對晶體管260的柵電極施加規(guī)定的電荷(諸如，數(shù)據(jù)的寫入)。這里，施加賦予一個電位電平或不同電位電平的電荷(以下，稱為Low電平電荷、High電平電荷)。然后，通過將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，保持對晶體管260的柵電極施加的電荷(保持)。
[0195]因為晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以晶體管260的柵電極的電荷被長時間地保持。
[0196]接著，對數(shù)據(jù)的讀出進行說明。當(dāng)在對第一布線施加規(guī)定的電位(恒電位)的狀態(tài)下，對第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)時，第二布線的電位根據(jù)保持在晶體管260的柵電極的電荷量變動。這是因為:一般而言，在晶體管260為η溝道型晶體管的情況下，對晶體管260的柵電極施加High電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vthjl低于對晶體管260的柵電極施加Low電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vth p在此，外觀上的閾值電壓是指為了使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通所需要的第五布線的電位。因此，通過將第五布線的電位設(shè)定為Vthjl和VthJ之間的電位Vtl，可以決定施加到晶體管260的柵電極的電荷。例如，在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)High電平電荷時，如果第五布線的電位為Vc^ > Vth H)，則晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通。在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)Low電平電荷時，即使第五布線的電位為K < Vth J，晶體管260也維持關(guān)閉狀態(tài)。因此，根據(jù)第二布線的電位可以讀出所保持的數(shù)據(jù)。
[0197]注意，當(dāng)將存儲單元配置為陣列狀而使用時，需要只讀出所希望的存儲單元的數(shù)據(jù)。在不讀出數(shù)據(jù)的情況下，對第五布線施加不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)的電位，也就是小于Vth H的電位，即可。此外，將不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的電位，也就是大于Vtl^的電位施加到第五布線即可。
[0198]在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，通過應(yīng)用將氧化物半導(dǎo)體用于其溝道形成區(qū)且極小的關(guān)態(tài)電流(off-state current)的晶體管，可以在極長期間儲存數(shù)據(jù)。就是說，因為變不需要進行刷新工作，或者，可以將刷新工作的頻度降低到極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下(優(yōu)選電位是固定的)，也可以在長期間保持存儲數(shù)據(jù)。
[0199]另外 ，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，數(shù)據(jù)的寫入不需要高電壓，而且也沒有元件劣化的問題。例如，不像現(xiàn)有的非易失性存儲器那樣，不需要對浮動?xùn)艠O注入電子或從浮動?xùn)艠O抽出電子，所以根本不會產(chǎn)生柵極絕緣層的劣化的問題。就是說，在根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，對作為現(xiàn)有的非易失性存儲器所存在的問題的能夠?qū)懭氲拇螖?shù)沒有限制，而使可靠性得到顯著提高。再者，根據(jù)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)而進行數(shù)據(jù)的寫入，而也可以容易實現(xiàn)高速工作。
[0200]另外，在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。其結(jié)果，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。
[0201]因此，可以提供一種實現(xiàn)了微型化及高集成化且賦予高電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0202]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0203]實施方式4
在本實施方式中，關(guān)于包括實施方式I或?qū)嵤┓绞?所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置，參照圖7A和圖7B對與實施方式3所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)進行說明。該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲內(nèi)容，并且對寫入次數(shù)也沒有限制。
[0204]圖7A為半導(dǎo)體裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個例子，圖7B為示出半導(dǎo)體裝置的一個例子的示意圖。首先對圖7A所示的半導(dǎo)體裝置進行說明，接著對圖7B所示的半導(dǎo)體裝置進行說明。
[0205]在圖7A所示的半導(dǎo)體裝置中，位線BL與晶體管150的源電極或漏電極電連接，字線WL與晶體管150的柵電極電連接，并且晶體管150的源電極或漏電極與電容器354的第
一端子電連接。
[0206]使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小。因此，通過使晶體管150為關(guān)閉狀態(tài)，可以在極長期間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)。
[0207]接著，說明對圖7A所示的半導(dǎo)體裝置(存儲單元350)進行數(shù)據(jù)的寫入及保持的情況。
[0208]首先，通過將字線WL的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，將位線BL的電位施加到電容器354的第一端子(寫入)。然后，通過將字線WL的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，由此保持電容器354的第一端子的電位(保持)。
[0209]由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以能夠長時間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器中的電荷)。
[0210]接著，對數(shù)據(jù)的讀出進行說明。當(dāng)晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通時，處于浮動狀態(tài)的位線BL與電容器354電連接，于是，在位線BL與電容器354之間電荷被再次分配。其結(jié)果，位線BL的電位發(fā)生變化。位線BL的電位的變化量根據(jù)電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)而變動。
[0211]例如，當(dāng)V是電容器354的第一端子的電位，C是電容器354的容量，Cb是位線BL所具有的電容(以下也稱為位線電容)，并且Vbci是電荷被再次分配之前的位線BL的電位時，電荷被再次分配之后的位線BL的電位成為(CB*VB(I+C*V) / (CB+C)。因此可知，當(dāng)存儲單元350的狀態(tài)處于電容器354的第一端子的電位為V1或Vtl (V1 > V0)的兩個狀態(tài)時，保持電位Vl時的位線BL的電位(=Cb^VbJOV1) / (CB+C))高于保持電位VO時的位線BL的電位(=CB*VB0+C*V0) / (CB+C))。
[0212]并且，通過比較位線BL的電位與規(guī)定的電位，可以讀出數(shù)據(jù)。
[0213]如此，由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以圖7A所示的半導(dǎo)體裝置可以長期保持累積在電容器354中的電荷。換言之，因為變不需要進行刷新工作，或者，可以使刷新工作的頻度極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也可以長時間保持存儲數(shù)據(jù)。
[0214]接著對圖7B所示的半導(dǎo)體裝置進行說明。
[0215]圖7B所示的半導(dǎo)體裝置在其上部作為存儲電路包括存儲單元陣列351a及351b，該存儲單元陣列351a及351b具有多個圖7A所示的存儲單元350。此外，圖7B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部具有用來使存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a及351b)工作的外圍電路353。另外，外圍電路353與存儲單元陣列351電連接。
[0216]在圖7B所示的結(jié)構(gòu)中，可以將外圍電路353設(shè)置在存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a及351b)的正下方，從而可以實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化。
[0217]優(yōu)選的是，設(shè)置在外圍電路353中的晶體管的半導(dǎo)體材料與晶體管150的半導(dǎo)體材料不同。例如，可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵等，優(yōu)選使用單晶半導(dǎo)體。此外，還可以使用有機半導(dǎo)體材料等。包含這種半導(dǎo)體材料的晶體管能夠進行充分的高速工作。因此，通過利用該晶體管，能夠順利實現(xiàn)被要求高速工作的各種電路(例如，邏輯電路或驅(qū)動電路)。
[0218]另外，如圖7B所示，半導(dǎo)體裝置例示出層疊有兩個存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a、存儲單元陣列351b)的結(jié)構(gòu)，但是所層疊的存儲單元陣列的個數(shù)不局限于此。也可以層疊有三個以上的存儲單元陣列。
[0219]通過設(shè)置外圍電路及存儲電路的雙方，其中外圍電路利用包含氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管(換言之，能夠進行充分高速的工作的晶體管)，其中存儲電路利用包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管(作更廣義解釋，其關(guān)態(tài)電流充分小的晶體管)，來能夠?qū)崿F(xiàn)具有新穎特征的半導(dǎo)體裝置。另外，通過采用外圍電路和存儲電路的疊層結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的集成化。
[0220]本實施方式可以與其他實施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實施。
[0221]實施方式5
在本實施方式中，參照圖8A至圖11對將上述實施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于移動電話、智能手機、電子書閱讀器等便攜設(shè)備的例子進行說明。
[0222]在移動電話、智能手機、電子書閱讀器等便攜設(shè)備中，為了暫時儲存圖像數(shù)據(jù)而使用SRAM或DRAM。使用SRAM或DRAM是因為快閃存儲器應(yīng)答速度慢而不適于圖像處理。另一方面，當(dāng)將SRAM或DRAM用于圖像數(shù)據(jù)的暫時儲存時，有如下特征。
[0223]如圖8A所示，在一般的SRAM中，一個存儲單元由晶體管801至晶體管806的六個晶體管構(gòu)成，并且該晶體管801至晶體管806被X譯碼器807和Y譯碼器808驅(qū)動。晶體管803和晶體管805以及晶體管804和晶體管806用作反相器，使用該反相器能夠?qū)崿F(xiàn)高速驅(qū)動。然而，由于一個存儲單元由六個晶體管構(gòu)成，所以有存儲單元面積大的缺點。在將設(shè)計規(guī)則的最小尺寸設(shè)定為F的情況下，SRAM的存儲單元面積一般為IOOF2至150F2。因此，SRAM的每個比特位的單價是各種存儲器中最高的。
[0224]在DRAM中，如圖8B所示，存儲單元由晶體管811和存儲電容器812構(gòu)成，并且該晶體管811和存儲電容器812被X譯碼器813和Y譯碼器814驅(qū)動。由于一個單元由一個晶體管和一個電容構(gòu)成，所以所占的面積小。DRAM的存儲面積一般為IOF2以下。注意，DRAM需要一直進行刷新工作，因此即使在不進行改寫的情況下也消耗電力。
[0225]然而，上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置的存儲單元面積為IOF2左右，并且不需要頻繁的刷新工作。因此，能夠縮小存儲單元面積，還能夠降低耗電量。
[0226]接著，圖9為便攜設(shè)備的方框圖。圖9所示的便攜設(shè)備包括:RF電路901 ;模擬基帶電路902 ;數(shù)字基帶電路903 ;電池904 ;電源電路905 ;應(yīng)用處理機906 ;快閃存儲器910 ;顯示器控制器911 ;存儲電路912 ;顯示器913 ;觸控感應(yīng)器919 ;聲頻電路917 ;以及鍵盤918等。顯示器913包括:顯示部914 ;源極驅(qū)動器915 ;以及柵極驅(qū)動器916。應(yīng)用處理機906具有:CPU (Central Processing Unit:中央處理器)907 ；DSP (Digital Signal Processor:數(shù)位信號處理器)908 ;以及接口 909(IF909)。存儲電路912—般由SRAM或DRAM構(gòu)成，通過將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲電路912，能夠以高速進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持存儲內(nèi)容，還能夠充分降低耗電量。
[0227]圖10示出將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于顯示器的存儲電路950的例子。圖10所示的存儲電路950包括:存儲器952 ;存儲器953 ;開關(guān)954 ;開關(guān)955 ;以及存儲器控制器951。另外，存儲電路連接于:用來讀出并控制通過信號線輸入的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù))和儲存在存儲器952及存儲器953中的數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù))的顯示器控制器956 ;以及根據(jù)來自顯示器控制器956的信號來進行顯示的顯示器957。
[0228] 首先，通過應(yīng)用處理機(未圖示)形成一個圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)A)。該輸入圖像數(shù)據(jù)A通過開關(guān)954被保持在存儲器952中。將保持在存儲器952中的圖像數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù)A)通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進行顯示。
[0229]在輸入圖像數(shù)據(jù)A沒有變化時，存儲圖像數(shù)據(jù)A —般以30至60Hz左右的周期從存儲器952通過開關(guān)955由顯示器控制器956讀出。
[0230]另外，例如在使用者進行了改寫畫面的數(shù)據(jù)時(即在輸入圖像數(shù)據(jù)A有變化時)，由應(yīng)用處理機形成新的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)B)。該輸入圖像數(shù)據(jù)B通過開關(guān)954被保持在存儲器953中。在該期間存儲圖像數(shù)據(jù)A也定期性地通過開關(guān)955從存儲器952被讀出。當(dāng)在存儲器953中儲存完新的圖像數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù)B)時，由顯示器957的下一個幀開始讀出存儲圖像數(shù)據(jù)B，并且將該存儲圖像數(shù)據(jù)B通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進行顯示。該讀出一直持續(xù)直到下一個新的圖像數(shù)據(jù)保持在存儲器952中。
[0231]如上所述，通過在存儲器952及存儲器953中交替進行圖像數(shù)據(jù)的寫入和圖像數(shù)據(jù)的讀出，來進行顯不器957的顯不。存儲器952、存儲器953不局限于兩個不同的存儲器，也可以將一個存儲器分割而使用。通過將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲器952及存儲器953，能夠以高速進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。
[0232]接著，圖11為電子書閱讀器的方框圖。圖11所示的電子書閱讀器包括:電池1001 ;電源電路1002 ;微處理器1003 ;快閃存儲器1004 ;聲頻電路1005 ;鍵盤1006 ;存儲電路1007 ;觸摸屏1008 ;顯示器1009 ;以及顯示器控制器1010。
[0233]在此，可以將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于圖11的存儲電路1007。存儲電路1007具有暫時保持書籍內(nèi)容的功能。例如有使用者使用高亮功能的情況。使用者在看電子書閱讀器時，有時想要對某個部分做標(biāo)記。該標(biāo)記功能被稱為高亮功能，即通過改變所顯示的文字的顏色；在單詞下面畫線；將文字改為粗體字；改變文字的字體，來使該部分與其他部分不一樣。就是說，高亮功能就是將使用者所指定的部分的數(shù)據(jù)儲存而保持的功能。為了使該數(shù)據(jù)長期保持，也可以將該數(shù)據(jù)拷貝到快閃存儲器1004。即使在此情況下，通過采用上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置，也能夠以高速進行信息的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。
[0234]如上所述，本實施方式所示的便攜設(shè)備安裝有根據(jù)上述實施方式的半導(dǎo)體裝置。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)以高速進行數(shù)據(jù)的讀出、長期保持存儲內(nèi)容且充分降低耗電量的便攜設(shè)備。
[0235]本實施方式所示的結(jié)構(gòu)及方法等可以與其他實施方式所記載的結(jié)構(gòu)及方法等適當(dāng)?shù)亟M合而實施。
實施例
[0236]在本實例中，有意地對氧化物半導(dǎo)體膜添加硅(Si)，對其特性進行評價。以下，對評價方法進行說明。
[0237]首先，使用濺射裝置形成氧化物半導(dǎo)體膜。因此，有意地對用于濺射的金屬氧化物靶材添加Si。作為金屬氧化物靶材，形成對In-Ga-Zn類氧化物(以下，稱為IGZ0)添加SiO2的靶材。換言之，形成In-Ga-Zn-Si類氧化物的靶材。
[0238]在本實施例中，形成如下三個IGZO靶材:對其組成比為In: Ga: Zn =1:1:1 [原子數(shù)比]的靶材添加2?七％的SiO2的靶材A ;對其組成比為In: Ga: Zn=1:1:1 [原子數(shù)比]的靶材添加5wt%的SiO2的靶材B ；以及沒有添加SiO2的靶材C(In: Ga: Zn = I: I: I [原子數(shù)比])。
[0239]另外，以下有時將使用靶材A形成的薄膜記載為IGZO-SiOx (2wt% )，將使用靶材B形成的薄膜記載為IGZO-SiOx (5wt% )，將使用靶材C制造的薄膜記載為IGZ0。
[0240]接著，使用上述靶材A、靶材B及靶材C形成氧化物半導(dǎo)體薄膜，對其特性進行評價。作為評價方法，對所得到的薄膜電阻、組成及結(jié)晶性進行測量及分析。
[0241](薄膜電阻測量)
制造樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5和樣品6。樣品I通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200°C>Ar / O2 = 10 / 5sccm(02 = 33% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材C形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品2通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200。。、Ar / O2 = O / 15sccm(02 =100%)的條件下在玻璃襯底上使用靶材C形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品3通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200 0C > Ar / O2 = 10 /5sccm(02 = 33%)的條件下在玻璃襯底上使用靶材A形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品4通過如下方法形成:通過派射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=2000C >Ar / O2 =
O/ 15sccm(02 = 100% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材A形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品5通過如下方法形成 :通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200°C、Ar / O2 = 10 / 5sccm(02 = 33% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材B形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品6通過如下方法形成:通過派射法,在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=2000C >Ar / O2 = O / 15sccm(02 = 100% )的條件下在玻璃襯底上使用祀材B形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。
[0242]將樣品I至樣品6的所形成的氧化物半導(dǎo)體膜的厚度都設(shè)定為lOOnm。表1示出所制造的樣品的成膜條件及結(jié)構(gòu)等。
[0243][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 并且，所述區(qū)域包括結(jié)晶部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜， 其中在所述結(jié)晶部中，c軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
7.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下且碳濃度為1.0X 102°atoms /cm3以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 并且，所述區(qū)域包括結(jié)晶部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜，其中在所述結(jié)晶部中，C軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
13.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下且碳濃度為1.0X102°atoms /cm3以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 所述區(qū)域包括結(jié)晶部， 并且，所述區(qū)域具有5nm以下的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜， 其中在所述結(jié)晶部中，c軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
【文檔編號】H01L27/11GK104025301SQ201280050475
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】本田達也, 津吹將志, 野中裕介, 島津貴志, 山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所
【專利摘要】降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另外，提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。一種半導(dǎo)體裝置包括：在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；在氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極及漏電極；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的包含硅氧化物的柵極絕緣膜；以及柵極絕緣膜上的柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.％以下的區(qū)域，并且，至少在區(qū)域內(nèi)包括結(jié)晶部。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及該半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0002]在本說明書中，半導(dǎo)體裝置通常是指能夠通過利用半導(dǎo)體特性工作的所有裝置，因此，電光裝置、半導(dǎo)體電路及電子設(shè)備都是半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成晶體管的技術(shù)受到關(guān)注。該晶體管被廣泛地應(yīng)用于如集成電路(IC)或圖像顯示裝置(顯示裝置)等電子設(shè)備。例如，作為可以應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜，硅類半導(dǎo)體材料被廣泛地周知。再者，作為其他材料，氧化物半導(dǎo)體受到關(guān)注。 [0004]例如，已公開了作為晶體管的活性層包括包含銦(In)、鎵(Ga)及鋅(Zn)的非晶氧化物的晶體管(參照專利文獻I)。
[0005]包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管具有比包括非晶硅的晶體管優(yōu)越的導(dǎo)通特性(通態(tài)電流等)。為了將該包括氧化物半導(dǎo)體的晶體管應(yīng)用于高功能裝置，需要進一步提高其特性，因此不斷研發(fā)氧化物半導(dǎo)體的晶化技術(shù)(參照專利文獻2)。在專利文獻2中，公開了通過對氧化物半導(dǎo)體進行熱處理實現(xiàn)晶化的技術(shù)。
[參考文獻]
[專利文獻]
[0006][專利文獻I]日本專利申請公開2006-165528號公報[專利文獻2]日本專利申請公開2008-311342號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]在構(gòu)成包括氧化物半導(dǎo)體膜的頂柵型晶體管的情況下，在該氧化物半導(dǎo)體膜上形成柵極絕緣膜。當(dāng)形成柵極絕緣膜時，柵極絕緣膜的構(gòu)成元素也可以進入形成有柵極絕緣膜的上面的氧化物半導(dǎo)體膜。
[0008]例如，在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后，當(dāng)作為柵極絕緣膜利用濺射法形成氧化硅(SiOx, X = 2以上)時，該氧化硅的構(gòu)成元素的硅與用于進行濺射時的諸如氬之類的稀有氣體元素一起引入到氧化物半導(dǎo)體膜中。該硅切斷氧化物半導(dǎo)體膜的構(gòu)成元素之間的鍵(銦原子與氧原子(In-O鍵))，而作為雜質(zhì)元素包含于氧化物半導(dǎo)體膜中。尤其是，有以高濃度雜質(zhì)元素被包含于氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近的憂慮。因為在氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜之間的界面附近形成溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)元素被包含時，導(dǎo)致使氧化物半導(dǎo)體膜電阻增高。其結(jié)果，使晶體管的電特性之一的通態(tài)電流降低。如此，殘留在氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素成為影響到晶體管的電特性的原因。
[0009]另外，在氧化物半導(dǎo)體膜包括結(jié)晶部的情況下，由于柵極絕緣膜的構(gòu)成元素進入到氧化物半導(dǎo)體膜中，氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0010]鑒于上述問題，目的是降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另一目的是提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，另一目的是通過使用該氧化物半導(dǎo)體膜提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0011]所公開的本發(fā)明的一個方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括:基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極及漏電極；形成在氧化物半導(dǎo)體膜、源電極及漏電極上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以及以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。
[0012]所公開的本發(fā)明的另一方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括:基底絕緣膜；形成在基底絕緣膜上的氧化物半導(dǎo)體膜；形成在氧化物半導(dǎo)體膜上的包括包含硅的氧化物的柵極絕緣膜；以與柵極絕緣膜接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜重疊的方式設(shè)置的柵電極；形成在柵極絕緣膜及柵電極上的層間絕緣膜；以及形成在層間絕緣膜上的以至少與氧化物半導(dǎo)體膜電連接的方式設(shè)置的源電極及漏電極。氧化物半導(dǎo)體膜包括分布在從與柵極絕緣膜的界面向氧化物半導(dǎo)體膜的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域，并且，至少該區(qū)域包括結(jié)晶部。
[0013]在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選以接觸于柵極絕緣膜且具有5nm以下的厚度的方式形成。另外，除了區(qū)域之外的氧化物半導(dǎo)體膜優(yōu)選包括結(jié)晶部，并且，在結(jié)晶部中，c軸優(yōu)選在垂直于基底絕緣膜與氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
[0014]另外，在上述各結(jié)構(gòu)中，區(qū)域優(yōu)選具有0.1at.%以下的硅濃度。另外，區(qū)域優(yōu)選具有1.0X 102°atoms / cm3以下的碳濃度。
[0015]當(dāng)柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜具有上述硅濃度或碳濃度時，可以抑制氧化物半導(dǎo)體膜的高電阻化，并且可以提高氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。其結(jié)果，可以實現(xiàn)具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0016]根據(jù)所公開的本發(fā)明的一個方式，可以降低包含在柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜中的雜質(zhì)元素的濃度。另外，可以提高柵極絕緣膜附近的氧化物半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。此外，可以提供一種具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1A和圖1B是示出半導(dǎo)體裝置的一個方式的平面圖及截面圖；
圖2A至圖2D是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖3A和圖3B是示出半導(dǎo)體裝置的一個方式的平面圖及截面圖；
圖4A至圖4D是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖5A和圖5B是示出半導(dǎo)體裝置的制造工序的一個例子的截面圖；
圖6A至圖6C不出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖7A和圖7B示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖8A和圖8B示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖9示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；圖10示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖11示出半導(dǎo)體裝置的一個方式；
圖12A和圖12B是用于計算的模型圖；
圖13A和圖13B是用于計算的模型圖；
圖14示出計算結(jié)果；
圖15A和圖15B是用于計算的模型圖；
圖16示出計算結(jié)果；
圖17示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的測量結(jié)果；
圖18A和圖18B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的測量結(jié)果。
【具體實施方式】
[0018]下面，參照附圖對本說明書所公開的發(fā)明的實施方式進行說明。但是，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及詳細內(nèi)容在不脫離本 發(fā)明的精神及其范圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，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的描述。
[0019]注意，為了便于理解，在附圖等中所示的各結(jié)構(gòu)的位置、大小及范圍等有時不準(zhǔn)確地表示。因此，所公開的發(fā)明不一定局限于附圖等所公開的位置、大小及范圍等。
[0020]在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)詞是為了避免構(gòu)成要素的混淆而使用的，而該名詞不是用于在數(shù)目方面上進行限制。
[0021]在本說明書等中，“上”或“下”的名詞不一定是指構(gòu)成要素的位置關(guān)系為“直接在XX之上”或“直接在XX之下”。例如，“柵極絕緣層上的柵電極”可以是指柵極絕緣層與柵電極之間具有其它構(gòu)成要素的情況。
[0022]另外，在本說明書等中，“電極”或“布線”的名詞不限定構(gòu)成要素的功能。例如，有時將“電極”用作“布線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“布線”的名詞還可以包括多個“電極”或“布線”形成為一體的情況。
[0023]此外，在采用極性不同的晶體管的情況下或在電路工作中電流方向發(fā)生變化的情況等下，“源極”和“漏極”的功能有時互相調(diào)換。因此，在本說明書等中，可以互相調(diào)換“源極”和“漏極”的名詞。
[0024]在本說明書等中，“電連接”的名詞包括通過具有某種電作用的元件構(gòu)成要素連接的情況。這里，“具有某種電作用的物體”只要可以進行通過元件連接的構(gòu)成要素間的電信號的接收，就對其沒有特別的限制。例如，“具有某種電作用的物體”不僅為電極和布線，而且為晶體管等的開關(guān)元件、電阻器、電感器、電容器、具有其他各種功能的元件等。
[0025]實施方式I
在本實施方式中，參照圖1A至圖2D對半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個方式進行說明。
[0026]<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實例>
作為半導(dǎo)體裝置的一個例子，圖1A及圖1B示出頂柵型晶體管。圖1A是平面圖，圖1B是沿著圖1A中的虛線Xl-Yl的截面圖。注意，在圖1A中為了簡化，而省略晶體管150的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。[0027]圖1A及圖1B所示的晶體管150在襯底102上包括:基底絕緣膜104 ;形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106a及區(qū)域106b的氧化物半導(dǎo)體膜106 ;形成在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上的源電極108a及漏電極108b ;形成在氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b上的柵極絕緣膜110 ;以及以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112。另外，在晶體管150上形成有層間絕緣膜114。
[0028]另外，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度大于5nm且200nm以下，優(yōu)選為IOnm以上且30nm
以下。另外，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選采用具有結(jié)晶性的結(jié)構(gòu)(例如，單晶結(jié)構(gòu)或微晶結(jié)構(gòu)
坐^
寸/ ο
[0029]如圖1B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管150的泄漏電流的產(chǎn)生。
[0030]在本實施方式中，氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS(C Axi s AlignedCrystalline Oxide Semiconductor:c軸取向結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)膜。此外,在后面說明的晶體管150的制造方法中，對CAAC-OS膜進行詳細說明。
[0031]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的包含硅的氧化物。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，例如可以使用氧化硅等絕緣膜。
[0032]此外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，在氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等上層疊包含硅的氧化物，即可。此外，在氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy(X > O, y > O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy (x > 0、y > O))或招酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等 high-k 材料上層疊包含娃的氧化物，即可。
[0033]另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (a > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0034]然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時，有柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時，影響到晶體管特性。
[0035]另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷。由此，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0036]尤其是，硅等雜質(zhì)容易進入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管150的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時，有使晶體管150的電特性變動的憂慮。[0037]在此，利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算，檢查當(dāng)作為雜質(zhì)對氧化物半導(dǎo)體膜106添加SiO2, 即，包含硅的氧化物時發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照圖12A至圖14說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會社制造的“SCIGRESSME”的仿真軟件，進行經(jīng)典分子動力學(xué)計算。在經(jīng)典分子動力學(xué)法中，通過對成為原子間相互作用的特征的經(jīng)驗勢進行定義來對作用于各原子的力量進行評價。通過對牛頓運動方程進行數(shù)值求解，可以在決定論上跟蹤各原子的運動(時間演化)。
[0038]以下說明計算模型和計算條件。注意，在本計算中使用Born-Mayer-Huggins勢。
[0039]作為計算模型，制造由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)(參照圖12A)以及硅(Si)原子分別取代由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4中的In、Ga、Zn的各20個原子的結(jié)構(gòu)(參照圖12B)。在圖12B所示的硅(Si)取代模型中，硅(Si)原子占3.57atom%(2.34wt%)0另外，圖12A所示的單晶模型的密度是6.36g / cm3，并且圖12B所示的Si取代模型的密度是6.08g / cm3。
[0040]通過在低于InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(根據(jù)利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算的估計約為2000°C)的1727°C下，以一定的壓力(Iatom)進行150psec (時間步長0.2fsec X 75萬步(skp))的經(jīng)典分子動力學(xué)計算，而對圖12A及圖12B所示的計算模型進行結(jié)構(gòu)弛豫。計算出上述兩個結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于I。
[0041]圖13A及圖13B表示通過對上述兩個計算模型進行150pSeC的經(jīng)典分子動力學(xué)計算而得到的最終結(jié)構(gòu)。另外，圖14表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。 [0042]圖13A所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖13B所示的Si取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。通過在圖14中比較各結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在Si取代模型中，在0.6nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。
[0043]從上述計算結(jié)果可知,通過使InGaZnO4包含娃(Si), InGaZnO4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在InGaZnO4中含有硅(Si)的狀態(tài)下進行高溫加熱，InGaZnO4也不會發(fā)生晶化。
[0044]接著，利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算，檢查當(dāng)對氧化物半導(dǎo)體膜106添加碳原子(C)時發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化。參照圖12A、15A至圖16說明其結(jié)果。注意，使用富士通株式會社制造的“SCIGRESS ME”的仿真軟件，進行經(jīng)典分子動力學(xué)計算。
[0045]計算模型和計算條件為如下。注意，在本計算中使用Born-Mayer-Huggins勢。另外，在與碳原子(C)的原子間互相作用中使用Lennard-Jones勢。
[0046]作為計算模型，制造由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)(參照圖12A)以及碳原子(C)分別取代由1680個原子構(gòu)成的InGaZnO4中的In、Ga、Zn的各20個原子且碳原子(C)取代氧(O)的80個原子的結(jié)構(gòu)(參照圖15A)。在圖15A所示的碳(C)取代模型中，碳原子(C)占8.33atom%。另外，圖12A所示的單晶模型的密度是6.36g / cm3，并且圖15A所示的C取代模型的密度是5.89g / cm3。
[0047]通過在低于InGaZnO4的單晶結(jié)構(gòu)的溶點(根據(jù)利用經(jīng)典分子動力學(xué)計算的估計約為2000°C)的1727°C下，以一定的壓力(Iatom)進行150psec (時間步長0.2fsec X 75萬步(Skp))的經(jīng)典分子動力學(xué)計算，而對圖12A及圖15A所示的計算模型進行結(jié)構(gòu)弛豫。計算出上述兩個結(jié)構(gòu)的徑向分布函數(shù)g(r)。注意，徑向分布函數(shù)g(r)是指表示在離某個原子距離r的位置上存在其他原子的概率密度的函數(shù)。隨著原子之間的相關(guān)性消失，g(r)逐漸接近于I。
[0048]圖13A及圖15B表示通過對上述兩個計算模型進行150pSeC的經(jīng)典分子動力學(xué)計算而得到的最終結(jié)構(gòu)。圖16表示各結(jié)構(gòu)中的徑向分布函數(shù)g(r)。
[0049]圖13A所示的單晶模型穩(wěn)定并且其最終結(jié)構(gòu)也保持晶體結(jié)構(gòu)，但是圖15B所示的C取代模型不穩(wěn)定，觀察到隨著時間推移晶體結(jié)構(gòu)崩潰而變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)。另外，如圖16所示，通過互相比較結(jié)構(gòu)模型的徑向分布函數(shù)g(r)，可知單晶模型在長距離的地點也有峰值而具有長程有序性。另一方面，在C取代模型中，在0.7nm附近峰值消失，可知其不具有長程有序性。
[0050]從上述計算結(jié)果可知,通過使InGaZnO4包含碳(C), InGaZnO4容易非晶化。另外，根據(jù)上述結(jié)果，即使在InGaZnO4中含有碳(C)的狀態(tài)下進行高溫加熱，InGaZnO4也不會發(fā)生晶化。
[0051]于是，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域。在圖1B中，該區(qū)域表示為區(qū)域106a。包含在區(qū)域106a中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0052]如圖1B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a之外的區(qū)域表示為區(qū)域106b。
[0053]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102Clatoms / cm3 以下，優(yōu)選設(shè)定為 1.0 X 1019atoms / cm3 以下。
[0054]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時所產(chǎn)生的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0055]如上所述，通過降低進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管150的電特性變動。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管150，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0056]另外，在后面說明的晶體管150的制造方法中，參照圖2A至圖2D對其他構(gòu)成要素的詳細內(nèi)容進行說明。
[0057]<晶體管150的制造方法>
以下，參照圖2A至圖2D對根據(jù)本實施方式的圖1A和圖1B所示的晶體管150的制造方法的一個例子進行說明。
[0058]首先，準(zhǔn)備襯底102。雖然對可以用于襯底102的襯底沒有很大的限制，但是至少需要具有能夠承受后面的加熱處理的耐熱性。例如，可以使用鋇硼硅酸鹽玻璃或鋁硼硅酸鹽玻璃等玻璃襯底、陶瓷襯底、石英襯底、藍寶石襯底等的襯底。此外，可以應(yīng)用由硅或碳化硅構(gòu)成的單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底、由硅鍺等構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體襯底、SOI襯底等。
[0059]作為襯底102也可以使用柔性襯底。當(dāng)使用柔性襯底時，既可以在柔性襯底上直接形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，又可以在其他襯底上形成包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管，然后將該晶體管剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底上。此外，為了將該晶體管從上述襯底剝離且轉(zhuǎn)置到柔性襯底，優(yōu)選在上述襯底與包括氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管之間設(shè)置剝尚層O
[0060]接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104 (參照圖2A)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴散的效果，可以使用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或氧氮化硅膜中的一種或多種膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)來形成。
[0061]另外，作為基底絕緣膜104的其他效果，可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時，可以通過對該基底絕緣膜104進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量的氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150可以具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0062]也可以在形成基底絕緣膜104之前對襯底102進行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用RF電源在氬氣氛下對襯底102 —側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進行襯底102的表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。
[0063]接著，在基底絕緣膜104上形成氧化物半導(dǎo)體膜106(參照圖2Α)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0064]在此，對能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的CAAC-OS膜進行詳細說明。
[0065]CAAC-OS膜不是完全的單晶，也不是完全的非晶。CAAC-OS膜是在非晶相中包含結(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于一個邊長小于IOOnm的立方體的尺寸。另外，在使用透射電子顯微鏡(TEM:Transmi ssion Electron Microscope)得到的觀察圖像中，在CAAC-0S膜中的非晶部與結(jié)晶部的邊界不明確。并且，在CAAC-OS膜中利用TEM觀察不到晶界(grain boundary)。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。
[0066]在包括在CAAC-OS膜中的各結(jié)晶部中，c軸在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的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，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，在不同結(jié)晶部之間，一個結(jié)晶部的a軸及b軸的方向可以與其他結(jié)晶部不同。在本說明書等中，當(dāng)只記載“垂直”時，包括85°以上且95°以下的范圍。另外，當(dāng)只記載“平行”時，包括-5°以上且5°以下的范圍。
[0067]另外，在CAAC-OS膜中，結(jié)晶部的分布不一定為均勻。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)進行結(jié)晶生長時，有時氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部比例比形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面附近的結(jié)晶部高。
[0068]因為包括在CAAC-OS膜中的結(jié)晶部的c軸在平行于形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向上一致，所以有時根據(jù)CAAC-OS膜的形狀(形成有CAAC-OS膜的表面的截面形狀或CAAC-OS膜的表面的截面形狀)朝向彼此不同的方向。另外，當(dāng)形成有CAAC-OS膜時，結(jié)晶部的c軸方向是平行于形成有CAAC-OS膜的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向。結(jié)晶部通過進行成膜或進行成膜之后的用于晶化的加熱處理等來形成。
[0069]通過在晶體管中使用CAAC-OS膜，可以降低由可見光或紫外光引起的晶體管的電特性的變動。另外，可以抑制閾值的變動及偏差。因此，該晶體管的可靠性高。
[0070]在具有結(jié)晶性的氧化物半導(dǎo)體中(結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體)，可以進一步降低塊體內(nèi)缺陷。再者，通過提高結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜的表面的平坦性，包含該氧化物半導(dǎo)體的頂柵型晶體管可以得到包含非晶氧化物半導(dǎo)體的晶體管的場效應(yīng)遷移率以上的場效應(yīng)遷移率。為了提高氧化物半導(dǎo)體膜表面的平坦性，優(yōu)選在平坦的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。具體地，在平均表面粗糙度(Ra)為0.15nm以下，優(yōu)選為0.1nm以下的表面上形成氧化物半導(dǎo)體。
[0071]注意，平均表面粗糙度(Ra)是將算術(shù)平均粗糙度擴大為三維以使其能夠應(yīng)用于曲面，可以以“將從基準(zhǔn) 面到指定面的偏差的絕對值平均而得的值”表示，以如下算式定義。
[0072][算式I]
[0073]這里，指定面是指成為測量粗糙度對象的面，并且是以坐標(biāo)(Xl，y1； f(Xl，Y1)) (x1；
i2,f (X1, y2)) (χ2，yi，f (χ2，Yi)) (χ2，y2? f (χ2，y2))的四點表示的四角形的區(qū)域。并且，S0 表示指定面投影在xy平面的長方形的面積,Ztl表示基準(zhǔn)面的高度(指定面的平均高度)?？梢岳迷恿︼@微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)測量Ra。
[0074]另外，優(yōu)選用于氧化物半導(dǎo)體膜106的氧化物半導(dǎo)體至少包含銦(In)或鋅(Zn)。尤其是，優(yōu)選包含In及Zn。另外，作為用來減少使用該氧化物半導(dǎo)體膜的晶體管的電特性不均勻的穩(wěn)定劑，優(yōu)選除了包含上述元素以外，還包含鎵(Ga)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含錫(Sn)。另外，作為穩(wěn)定劑，優(yōu)選包含選自鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈧(Sc)、釔(Y)、鑭系元素(例如，鋪(Ce)、釹(Nd)、釓(Gd))中的一種或多種。
[0075]例如，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用氧化銦；氧化錫；氧化鋅；In_Zn類氧化物、Sn-Zn類氧化物、Al-Zn類氧化物、Zn-Mg類氧化物、Sn-Mg類氧化物、In-Mg類氧化物、In-Ga類氧化物、In-Ga-Zn類氧化物(也稱為IGZ0)、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、Sn-Ga-Zn類氧化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-Zr-Zn類氧化物、In-T1-Zn類氧化物、In-Sc-Zn類氧化物、In-Y-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、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。
[0076]在此，“ In-Ga-Zn類氧化物”是指包含In、Ga以及Zn作為主要成分的氧化物，對In,Ga以及Zn的比率沒有限制。此外，In-Ga-Zn類氧化物也可以包含In、Ga及Zn以外的屬素。
[0077]此外，作為氧化物半導(dǎo)體可以使用由InMO3(ZnO)niGii > 0，且m不是整數(shù))表示的材料。另外，M表不選自Ga、Fe、Mn及Co中的一種或多種金屬兀素或者用作上述穩(wěn)定劑的元素。另外，作為氧化物半導(dǎo)體，也可以使用由In2Sn05(Zn0)n(n>0，且η是整數(shù))的化學(xué)式表示的材料。
[0078]例如，可以使用其原子數(shù)比為In: Ga: Zn=1:1: 1、In: Ga: Zn =
3:1: 2或In: Ga: Zn = 2:1: 3的In-Ga-Zn類氧化物或其組成在上述化合物附近的氧化物。
[0079]在氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序中，優(yōu)選在氧化物半導(dǎo)體膜106中盡量不包含氫或水。例如，作為氧化物半導(dǎo)體膜106的成膜工序的預(yù)處理，優(yōu)選在濺射裝置的預(yù)熱室中對形成有基底絕緣膜104的襯底102進行預(yù)熱，使吸附到襯底102及基底絕緣膜104的氫、水分等雜質(zhì)脫離并進行排氣。另外，當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時，優(yōu)選在殘留水分被排出的成膜室中進行。
[0080]為了去除預(yù)熱室及成膜室內(nèi)的水分，優(yōu)選使用吸附型的真空泵，例如低溫泵、離子泵、鈦升華泵。另外，作為排氣單元，也可以使用提供有冷阱的渦輪泵。因為在使用低溫泵進行了排氣的預(yù)熱室及成膜室中，例如氫原子、水(H2O)等包含氫原子的化合物(更優(yōu)選的是，還對包含碳原子的化合物)等被排出，所以可以降低所形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中的氫或水分等雜質(zhì)的濃度。
[0081]另外，在本實施方式中，作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成In-Ga-Zn類氧化物?？梢栽谙∮袣怏w(典型的是氬)氣氛下、氧氣氛下或稀有氣體和氧的混合氣氛下通過濺射法形成氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0082]用來作為氧化物半導(dǎo)體膜106通過濺射法形成In-Ga-Zn類氧化物的靶材例如可以使用如下靶材:原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 1:1:1的金屬氧化物靶材；原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 3: 1:2的金屬氧化物靶材；或原子數(shù)比為In: Ga: Zn = 2: 1:3的金屬氧化物靶材。但是，能夠用于氧化物半導(dǎo)體膜106的靶材不局限于這些靶材的材料及組成比。
[0083]另外，當(dāng)使用上述金屬氧化物靶材形成氧化物半導(dǎo)體膜106時，有時靶材的組成與形成在襯底上的薄膜的組成不同。例如，在使用In2O3: Ga2O3: ZnO = 1:1:1 [摩爾比]的金屬氧化物靶材的情況下，雖然依賴于成膜條件，但是有時薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比為In2O3: Ga2O3: ZnO = I: I: 0.6至0.8 [摩爾比]。這是因為如下緣故:在形成氧化物半導(dǎo)體膜106中ZnO升華，或者In203、6a203、ZnO的各成分的濺射速率不同。
[0084] 因此，當(dāng)想形成具有所希望的組成比的薄膜時，需要預(yù)先調(diào)整金屬氧化物靶材的組成比。例如，在將薄膜的氧化物半導(dǎo)體膜106的組成比設(shè)定為In2O3: Ga2O3: ZnO =1:1:1 [摩爾比]的情況下，可以將金屬氧化膜靶材的組成比設(shè)定為In2O3: Ga2O3: ZnO=I: I: 1.5[摩爾比]。換言之，可以預(yù)先增大金屬氧化物靶材的ZnO的含量。靶材的組成比不局限于上述數(shù)值，可以根據(jù)成膜條件或所形成的薄膜的組成適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。另外，通過增大金屬氧化物靶材的ZnO的含量，所得到的薄膜的結(jié)晶性得到提高，所以是優(yōu)選的。
[0085]此外，金屬氧化物靶材的相對密度為90%以上且100%以下，優(yōu)選為95%以上且99.9%以下。通過使用高相對密度的金屬氧化物靶材，可以形成致密的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0086]另外，作為當(dāng)形成氧化物半導(dǎo)體膜106時使用的濺射氣體，優(yōu)選使用去除了氫、水、羥基或氫化物等雜質(zhì)的高純度氣體。
[0087]當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106使用CAAC-OS膜時，作為形成該CAAC-OS膜的方法可以舉出如下三個方法。一個方法(第一個方法)是:在100°C以上且450°C以下的成膜溫度下形成氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。另一個方法(第二個方法)是:在以薄厚度形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行200°C以上且700°C以下的熱處理，由此形成c軸在平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向上一致的結(jié)晶部。其他方法(第三個方法)是:在以薄厚度形成第一氧化物半導(dǎo)體膜之后進行2000C以上且700°C以下的熱處理，再者形成第二氧化物半導(dǎo)體膜，由此形成c軸排列為平行于形成有氧化物半導(dǎo)體膜的面的法線向量或氧化物半導(dǎo)體膜的表面的法線向量的方向的結(jié)晶部。
[0088]例如，CAAC-OS膜使用多晶的氧化物半導(dǎo)體濺射靶材且利用濺射法來形成。當(dāng)離子碰撞到該濺射靶材時，有時包含在濺射靶材中的結(jié)晶區(qū)域從a-b面劈開，換句話說，具有平行于a-b面的面的濺射粒子(平板狀的濺射粒子或顆粒狀的濺射粒子)從濺射靶材剝離。此時，通過該平板狀的濺射粒子保持結(jié)晶狀態(tài)到達襯底，可以形成CAAC-OS膜。
[0089]另外，為了形成CAAC-OS膜，優(yōu)選應(yīng)用如下條件。
[0090]通過降低成膜時雜質(zhì)進入CAAC-OS膜的量，可以抑制因雜質(zhì)導(dǎo)致的結(jié)晶狀態(tài)的破壞。例如，可以降低存在于成膜室內(nèi)的雜質(zhì)(氫、水、二氧化碳或氮)的濃度。另外，可以降低成膜氣體中的雜質(zhì)濃度。具體而言，使用露點為_80°C以下，優(yōu)選為-100°C以下的成膜氣體。
[0091]另外，通過提高成膜時的襯底加熱溫度，在濺射粒子到達襯底的表面之后容易發(fā)生濺射粒子的遷移。具體而言，在將成膜時的襯底加熱溫度設(shè)定為100°C以上且740°C以下，優(yōu)選為150°C以上且500°C以下。通過提高成膜時的襯底加熱溫度，當(dāng)平板狀的濺射粒子到達襯底時，在襯底上發(fā)生遷移，濺射粒子的平坦的面附著到襯底。
[0092]另外，優(yōu)選的是，為了減輕成膜時的等離子體損傷，提高成膜氣體中的氧比例并對電力進行最優(yōu)化。將成膜氣體中的氧比例設(shè)定為30vol.%以上,優(yōu)選為100vol.%。
[0093]另外，當(dāng)作為氧化物半導(dǎo)體膜106形成CAAC-OS膜以外的結(jié)晶性(單晶或微晶)氧化物半導(dǎo)體膜時，對成膜溫度沒有特別的限制。
[0094]接著，在基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106上形成用于源電極及漏電極(相同于與柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用包含選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鑰、鎢中的元素的金屬膜或包含上述元素作為成分的金屬氮化物膜(例如，氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)等。另外，該導(dǎo)電膜也可以采用在鋁、銅等金屬膜的底面和頂面中的一個或兩個上層疊鈦、鑰或鎢等高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鑰膜、氮化鎢膜)的結(jié)構(gòu)。此外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、銦錫氧化物(In2O3-SnO2，有時縮寫為ΙΤ0)，銦鋅氧化物(In2O3-ZnO)15用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜可以通過使用上述材料，以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、CVD法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。
[0095]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖2B)。作為在該光刻工序中形成抗蝕劑掩模時的曝光，可以使用紫外線、KrF激光、ArF激光。
[0096]在上述工序中，根據(jù)在氧化物半導(dǎo)體膜106上相鄰的源電極108a的下端部與漏電極108b的下端部之間的間隔寬度決定后面形成的晶體管150的溝道長度L。當(dāng)進行溝道長度L短于25nm的曝光時,例如也可以使用波長極短，即幾nm至幾十nm的極紫外線(ExtremeUltraviolet)進行在光刻工序中形成抗蝕劑掩模時的曝光。在使用極紫外線的曝光中，分辨率高且其聚焦深度也大。因此，可以使后面形成的晶體管150的溝道長度L縮小，從而可以提高電路的工作速度。
[0097]為了縮減在光刻工序中使用的光掩模數(shù)及光刻工序數(shù)，也可以使用由使光透過的成為多種強度的曝光掩模的多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻工序。由于使用多級灰度掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種厚度的形狀，并且通過進行蝕刻可以進一步改變形狀，所以在加工為不同圖案的多個蝕刻工序中可以使用抗蝕劑掩模。因此，可以使用一個多級灰度掩模形成至少對應(yīng)于兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。由此，可以縮減曝光掩模數(shù)，并可以縮減對 應(yīng)于光刻工序的個數(shù)，所以可以實現(xiàn)工序的簡化。
[0098]注意，當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時，優(yōu)選使蝕刻條件最優(yōu)化以防止氧化物半導(dǎo)體膜106被蝕刻且分?jǐn)唷５?，很難得到僅蝕刻導(dǎo)電膜而完全不蝕刻氧化物半導(dǎo)體膜106的時刻狀態(tài)，所以有時當(dāng)蝕刻導(dǎo)電膜時只有氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分被蝕刻，例如，氧化物半導(dǎo)體膜106的厚度的5%至50%被蝕刻，而氧化物半導(dǎo)體膜106具有槽部(凹部)。
[0099]接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106、源電極108a及漏電極108b的方式形成柵極絕緣膜110。在此，例如可以將柵極絕緣膜110的厚度設(shè)定為Inm以上且500nm以下。對柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、MBE法、CVD法、脈沖激光淀積法、ALD法等形成柵極絕緣膜110。
[0100]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，可以使用氧化硅等含有硅的氧化物膜。
[0101]另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時，硅等雜質(zhì)被引入到與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106a，除了區(qū)域106a之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106b。
[0102]另外，包含在區(qū)域106a中的硅濃度為1.0at.%以下，優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106a以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0103]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106a成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106a中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102°atoms / cm3以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0X 1019atoms / cm3以下。
[0104]另外，柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy (X > O, y
>O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy(x > 0、y > O))或鋁酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等high-k材料，即可。
[0105]當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管150具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0106]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜11 0的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0107]接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，例如可以使用鑰、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹或鈧等金屬材料或者包含這些金屬材料作為主要成分的合金材料。此外，也可以使用導(dǎo)電金屬氧化物形成用于柵電極的導(dǎo)電膜。作為導(dǎo)電金屬氧化物，可以使用氧化銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、銦錫氧化物(In2O3-SnO2，有時縮寫為ΙΤ0)、銦鋅氧化物(In2O3-ZnO)或者含有硅或氧化硅的這些金屬氧化物材料。柵電極可以使用上述材料以具有單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)的方式形成。對其形成方法也沒有特別的限制，可以使用蒸鍍法、CVD法、濺射法或旋涂法等各種成膜方法。
[0108]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖2C)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因為當(dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個或兩個。此外，當(dāng)形成柵電極112時，形成晶體管150。
[0109]接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照圖2D)。
[0110]作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，從柵電極112 —側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。
[0111]優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對氧化物半導(dǎo)體膜106進行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300°C以上且700°C以下，或低于襯底的應(yīng)變點。
[0112]該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6Ν(99.9999% )以上，優(yōu)選設(shè)定為7Ν(99.99999% )以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。
[0113]當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行熱處理時，有可能減少包含在氧化物半導(dǎo)體的主要成分材料之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。
[0114]通過進行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于O)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于IXlO14 / cm3，優(yōu)選低于IXlO12 / cm3，更優(yōu)選低于IXlO11 / cm3。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0115]通過上述工序形成晶體管150。在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜是CAAC-OS膜時，可以到氧化物半導(dǎo)體膜與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。
[0116]此外，也可以在層 間絕緣膜114上還設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機材料如丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個由這些材料形成的絕緣膜。
[0117]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0118]實施方式2
在本實施方式中，參照圖3A至圖5B對實施方式I的圖1A至圖2D所示的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法的變形例子進行說明。另外，使用與圖1A至圖2D所示的符號相同的符號，而省略其重復(fù)說明。
[0119]<半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)實例(變形例子)>
作為半導(dǎo)體裝置的一個例子，圖3A及圖3B示出頂柵型晶體管。圖3A是平面圖，圖3B是沿著圖3A中的虛線X2-Y2的截面圖。注意，在圖3A中為了簡化，而省略晶體管160的構(gòu)成要素的一部分(例如，柵極絕緣膜110)。
[0120]圖3A及圖3B所示的晶體管160在襯底102上包括:基底絕緣膜104 ;形成在基底絕緣膜104上的包括區(qū)域106c、區(qū)域106d、區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106 ；形成在氧化物半導(dǎo)體膜106上的柵極絕緣膜110 ;以與柵極絕緣膜110接觸且至少與氧化物半導(dǎo)體膜106重疊的方式設(shè)置的柵電極112 ;形成在柵極絕緣膜110及柵電極112上的層間絕緣膜114 ;以及設(shè)置在層間絕緣膜114上且與氧化物半導(dǎo)體膜106電連接的源電極108a及漏電極108b。
[0121]氧化物半導(dǎo)體膜106包括用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d，包括以夾著溝道形成區(qū)的方式用作一對低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f。
[0122]另外，如圖3B所示，氧化物半導(dǎo)體膜106的端部優(yōu)選具有20°至50°的錐角。當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106具有垂直端部時，氧容易從氧化物半導(dǎo)體膜106的端部脫離而產(chǎn)生氧缺損。通過在氧化物半導(dǎo)體膜106的端部具有錐角，可以抑制氧缺損的產(chǎn)生，從而可以降低晶體管160的泄漏電流的產(chǎn)生。
[0123]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時，例如可以使用氧化硅等含有硅的氧化物。
[0124]另外，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理使該絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是， 優(yōu)選柵極絕緣膜110含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a(a >0)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0125]然而，當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用氧化硅膜時，有柵極絕緣膜110中的構(gòu)成元素的硅作為雜質(zhì)引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的憂慮。當(dāng)柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素的硅等進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)時，影響到晶體管特性。另外，在氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜的情況下，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素進入氧化物半導(dǎo)體膜106，氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶部的鍵被切斷，在柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中非晶區(qū)的數(shù)量變多。
[0126]尤其是，硅等雜質(zhì)容易進入柵極絕緣膜110附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。由于在與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106中形成有晶體管160的溝道區(qū)，所以當(dāng)硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106與柵極絕緣膜110之間的界面附近時，有使晶體管150的電特性變動的憂慮。
[0127]于是，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中抑制硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成分布在從與柵極絕緣膜110的界面向氧化物半導(dǎo)體膜106的內(nèi)側(cè)的硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域。在圖3B中，該區(qū)域表示為區(qū)域106c及區(qū)域106e。包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅濃度更優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106c及區(qū)域106e以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0128]在圖3B中，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，基底絕緣膜104 —側(cè)的區(qū)域區(qū)域106d及區(qū)域106f，柵極絕緣膜110 —側(cè)的區(qū)域為區(qū)域106c及區(qū)域106e。
[0129]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106c及區(qū)域106e中的碳濃度設(shè)定為 1.0X 102Clatoms / cm3 以下，優(yōu)選設(shè)定為 1.0X 1019atoms / cm3 以下。
[0130]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，可以以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106時所產(chǎn)生的的勢力，即可。具體而言，可以采用方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(τ-s間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0131]如上所述，通過降低進入氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域106c及區(qū)域106e的硅及碳等雜質(zhì)的濃度，可以抑制晶體管160的電特性變動。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110之間的界面附近形成結(jié)晶部。通過使用上述氧化物半導(dǎo)體膜106制造晶體管160，可以提供具有穩(wěn)定的電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0132]另外，在后面說明的晶體管160的制造方法中，參照圖4A至圖5B對其他構(gòu)成要素的詳細內(nèi)容進行說明。
[0133]<晶體管160的制造方法>
以下，參照圖4A至圖5B對根據(jù)本實施方式的圖3A和圖3B所示的晶體管160的制造方法的一個例子進行說明。
[0134]首先，準(zhǔn)備襯底102。作為襯底102可以使用具有與實施方式I所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。
[0135]接著，在襯底102上形成基底絕緣膜104 (參照圖4A)。基底絕緣膜104具有防止氫、水分等雜質(zhì)元素從襯底102擴散的功能，可以使用選自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜或氧氮化硅膜中的一種或多種膜的單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)來形成。
[0136]另外，基底絕緣膜104具有其他功能，該功能為可以將氧供應(yīng)到后面形成的氧化物半導(dǎo)體膜106中。例 如，當(dāng)作為基底絕緣膜104形成包含氧化物的絕緣膜時，可以通過對該基底絕緣膜104進行加熱使所包含的氧的一部分脫離，從而可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在基底絕緣膜104中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為基底絕緣膜104優(yōu)選使用以Si02+a(a >O)表示的氧化硅膜。通過將上述氧化硅膜用作基底絕緣膜104，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中，從而使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160可以具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0137]也可以在形成基底絕緣膜104之前對襯底102進行等離子體處理等。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。作為等離子體處理，例如可以進行引入氬氣體來產(chǎn)生等離子體的反濺射。反濺射是指使用RF電源在氬氣氛下對襯底102一側(cè)施加電壓來襯底102附近產(chǎn)生等離子體以進行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣氛。通過進行反濺射，可以去除附著在襯底102的表面的粉狀物質(zhì)(也稱為微?；驂m屑)。
[0138]接著，在基底絕緣膜104上形成氧化物半導(dǎo)體膜106(參照圖4A)。氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選為CAAC-OS膜。此外，優(yōu)選以不使大氣露出的方式連續(xù)地形成基底絕緣膜104及氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0139]氧化物半導(dǎo)體膜106可以采用與實施方式I所記載的結(jié)構(gòu)同樣的結(jié)構(gòu)。
[0140]接著，以覆蓋氧化物半導(dǎo)體膜106的方式形成柵極絕緣膜110 (參照圖4B)。在此，例如可以將柵極絕緣膜Iio的厚度設(shè)定為Inm以上且500nm以下。對柵極絕緣膜110的形成方法沒有特別的限制，例如可以適當(dāng)?shù)乩脼R射法、MBE法、CVD法、脈沖激光淀積法、ALD法等形成柵極絕緣膜110。
[0141]作為柵極絕緣膜110，優(yōu)選使用具有充分的耐壓性及絕緣性的氧化物絕緣膜。當(dāng)柵極絕緣膜110采用單層結(jié)構(gòu)時例如可以使用氧化硅膜等包含硅膜的氧化物膜。
[0142]另外，當(dāng)形成柵極絕緣膜110時，硅等雜質(zhì)進入與柵極絕緣膜110的界面附近的氧化物半導(dǎo)體膜106。其結(jié)果，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，與柵極絕緣膜110的界面附近形成區(qū)域106g，除了區(qū)域106g之外的氧化物半導(dǎo)體膜106中的區(qū)域成為區(qū)域106h。另外，區(qū)域106g是后面步驟中成為區(qū)域106c及區(qū)域106e的區(qū)域，區(qū)域106h是后面步驟中成為區(qū)域106d及區(qū)域106f的區(qū)域。
[0143]包含在區(qū)域106g中的硅濃度為1.0at.%以下，優(yōu)選為0.1at.%以下。此外，區(qū)域106g以接觸于柵極絕緣膜110且具有5nm以下的厚度的方式設(shè)置。
[0144]另外，當(dāng)在柵極絕緣膜110中包含有碳等雜質(zhì)時，與上述硅同樣地這種雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106g成為雜質(zhì)。在這種情況下，將包含在區(qū)域106g中的碳濃度設(shè)定為1.0X 102Clatoms / cm3以下，優(yōu)選設(shè)定為1.0X 1019atoms / cm3以下。
[0145]柵極絕緣膜110也可以具有疊層結(jié)構(gòu)。當(dāng)作為柵極絕緣膜110采用疊層結(jié)構(gòu)時，例如在包含硅的氧化物上層疊氧化鎵、氧化鋁、氮化硅、氧氮化硅、氧氮化鋁、氧化釔、氧化鑭或氮氧化硅等，即可。此外，在包含硅的氧化物上層疊氧化鉿、硅酸鉿(HfSixOy (X > O, y
>O))、添加有氮的硅酸鉿(HfSiOxNy(x > 0、y > O))或鋁酸鉿(HfAixOy(x > 0、y > O))等high-k材料，即可。
[0146]當(dāng)作為柵極絕緣膜110使用包含硅的氧化物時，可以通過對該絕緣膜進行加熱處理而使絕緣膜所包含的氧的一部分脫離，從而將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106中以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。尤其是，優(yōu)選在柵極絕緣膜110中含有至少超過化學(xué)計量組成的多量氧。例如，作為柵極絕緣膜110優(yōu)選使用以Si02+a (α > O)表示的氧化硅膜。通過使用上述氧化硅膜作為柵極絕緣膜110，可以將氧供應(yīng)到氧化物半導(dǎo)體膜106，從而可以使使用該氧化物半導(dǎo)體膜106的晶體管160具有優(yōu)良的晶體管特性。
[0147]為了不使硅等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106，以氧化物半導(dǎo)體膜106不受損傷的方式形成柵極絕緣膜110。例如，當(dāng)通過濺射法形成氧化硅膜作為柵極絕緣膜110時，降低硅(即，柵極絕緣膜110的構(gòu)成元素)碰撞到氧化物半導(dǎo)體膜106的勢力，即可。具體而言，可以采用如下方法:降低形成柵極絕緣膜110時的成膜功率；提高形成柵極絕緣膜110時的成膜壓力；或者延長形成柵極絕緣膜110時的靶材與襯底之間的距離(Τ-S間距離)等。但是，柵極絕緣膜Iio的形成方法不局限于此。例如，可以使用通過PE-CVD法形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜等。因為與濺射法相比，在PE-CVD法中用作基底膜的氧化物半導(dǎo)體膜106受到的損傷少，所以是優(yōu)選的。
[0148]接著，在柵極絕緣膜110上形成用來形成柵電極(相同于與該柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于柵電極的導(dǎo)電膜，可以具有與實施方式I所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。
[0149]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成柵電極112，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖4C)。此外，也可以通過噴墨法形成用來形成柵電極112的抗蝕劑掩模。因為當(dāng)利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，所以可以降低制造成本。另外，作為柵電極112的蝕刻，可以采用干蝕刻和濕蝕刻中的一個或兩個。
[0150]接著，使用柵電極112作為掩模將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中，來形成用作一對低電阻區(qū)的區(qū)域106e及區(qū)域106f (參照圖4D)。[0151]摻雜劑181是改變氧化物半導(dǎo)體膜106的導(dǎo)電率的雜質(zhì)。作為摻雜劑181，可以使用選自第15族元素(典型的是磷⑵、砷(As)及銻(Sb))、硼⑶、鋁(Al)、氮(N)、氬(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、銦(In)、氟(F)、氯(Cl)、鈦(Ti)和鋅(Zn)中的任一種以上。
[0152]也可以通過注入法使摻雜劑181穿過其他的膜(例如柵極絕緣膜110)而將其引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中。作為摻雜劑181的引入方法，可以利用離子注入法、離子摻雜法、等離子體浸沒離子注入法等。此時優(yōu)選使用摻雜劑181的單個離子或氟化物、氯化物的離子。
[0153]可以通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定加速電壓、劑量等的注入條件或者使摻雜劑181穿過的膜的厚度來控制摻雜劑181的引入。在本實施方式中，通過離子注入法，作為摻雜劑181使用磷來進行磷離子的引入。另外，也可以將摻雜劑181的劑量設(shè)定為lX1013ions / cm2以上且5X 1016ions / cm2 以下。
[0154]低電阻區(qū)中的摻雜劑181的濃度優(yōu)選為5X IO18 / cm3以上且IXlO22 / cm3以下。
[0155]另外，當(dāng)將摻雜劑181引入時，也可以同時對襯底102進行加熱。
[0156]此外，既可以多次進行將摻雜劑181引入到氧化物半導(dǎo)體膜106中的處理，又可以使用多種摻雜劑。 [0157]另外，也可以在引入摻雜劑181之后進行加熱處理。作為加熱條件，優(yōu)選采用如下條件:溫度為300°C以上且700°C以下，優(yōu)選為300°C以上且450°C以下；在氧氣氛下；進行I小時。此外，也可以在氮氣氛下、減壓下或大氣(超干燥空氣氣氛)下進行加熱處理。
[0158]當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是結(jié)晶氧化物半導(dǎo)體膜或CAAC-OS膜時，有時由于摻雜劑181的引入其一部分被非晶化。在此情況下，通過在引入摻雜劑181之后進行加熱處理，可以恢復(fù)氧化物半導(dǎo)體膜106的結(jié)晶性。
[0159]通過上述步驟，在氧化物半導(dǎo)體膜106中，形成以夾著用作溝道形成區(qū)的區(qū)域106c及區(qū)域106d設(shè)置有區(qū)域106e及區(qū)域106f的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0160]接著，在柵極絕緣膜110及柵電極112上形成層間絕緣膜114(參照圖5A)。
[0161]作為層間絕緣膜114優(yōu)選使用無機絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜、氧化鎵膜、氧化鉿等氧化物絕緣膜的單層或疊層。另外，也可以在上述氧化物絕緣膜上還形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化鋁膜等氮化物絕緣膜的單層或疊層。例如，通過濺射法從柵電極112 —側(cè)依次形成氧化硅膜及氧化鋁膜的疊層。
[0162]當(dāng)作為層間絕緣膜使用氧化鋁膜時，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止引起晶體管160的電特性變動的氫、水分等雜質(zhì)進入氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，氧化鋁膜可以用來在制造工序中及制造之后防止氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素的氧從氧化物半導(dǎo)體膜106釋放。
[0163]優(yōu)選在形成層間絕緣膜114之后，對氧化物半導(dǎo)體膜106進行熱處理。將該熱處理的溫度設(shè)定為300°C以上且700°C以下，或低于襯底的應(yīng)變點。
[0164]該熱處理在氮、氧、超干燥空氣(含水量為20ppm以下，優(yōu)選為Ippm以下，更優(yōu)選為IOppb以下的空氣)或稀有氣體(氬或氦等)氣氛下進行，即可。注意，上述氮、氧、超干燥空氣或稀有氣體等的氣氛優(yōu)選不含有水、氫等。另外，優(yōu)選將引入到熱處理裝置中的氮、氧或稀有氣體的純度設(shè)定為6Ν(99.9999% )以上，優(yōu)選設(shè)定為7Ν(99.99999% )以上(即，將雜質(zhì)濃度設(shè)定為Ippm以下，優(yōu)選設(shè)定為0.1ppm以下)。[0165]當(dāng)在形成氧化物半導(dǎo)體膜之后進行熱處理時，有可能減少氧化物半導(dǎo)體的主要構(gòu)成要素之一的氧。然而，在該步驟中的該熱處理中，可以從基底絕緣膜104或使用包含硅的氧化物形成的柵極絕緣膜110對氧化物半導(dǎo)體膜106供應(yīng)氧，由此可以填補氧化物半導(dǎo)體膜106中的氧缺損。
[0166]通過進行如上述那樣的熱處理，可以以盡量不含有主要成分以外的雜質(zhì)的方式使氧化物半導(dǎo)體膜106高純度化。被高純度化的氧化物半導(dǎo)體膜106包含極少(近于O)的起因于施主的載流子，載流子濃度低于IXlO14 / cm3，優(yōu)選低于IXlO12 / cm3，更優(yōu)選低于IXlO11 / cm3。如上所述，可以形成被i型(本征)化的氧化物半導(dǎo)體膜106。
[0167]接著，在柵極絕緣膜110及層間絕緣膜114中形成到達氧化物半導(dǎo)體膜106 (區(qū)域106e或區(qū)域106f)的開口部，在開口部中形成用于源電極及漏電極(相同于與柵電極相同的層中形成的布線)的導(dǎo)電膜。作為用于源電極及漏電極的導(dǎo)電膜，可以使用與實施方式I所記載的材料等同樣的結(jié)構(gòu)。
[0168]接著，通過光刻工序在導(dǎo)電膜上形成抗蝕劑掩模，選擇性地進行蝕刻來形成源電極108a及漏電極108b，然后去除抗蝕劑掩模(參照圖5B)。
[0169]通過上述工序形成晶體管160 (參照圖5B)。在晶體管160中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106c及區(qū)域106e中的硅的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。因此，可以使晶體管160具有穩(wěn)定的電特性。
[0170]此外，也可以在晶體管160上設(shè)置平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜，可以使用具有耐熱性的有機材料如丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等。另外，除 了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)或硅氧烷類樹脂等。另外，也可以層疊多個由這些材料形成的絕緣膜。
[0171]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0172]實施方式3
在本實施方式中，參照【專利附圖】
【附圖說明】包括本說明書所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置的一例，該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲數(shù)據(jù)，并且對寫入次數(shù)也沒有限制。
[0173]圖6A至圖6C示出半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個例子。圖6A為半導(dǎo)體裝置的截面圖，圖6B為半導(dǎo)體裝置的平面圖，圖6C為半導(dǎo)體裝置的電路圖。在此，圖6A為沿著圖6B中的C1-C2及D1-D2的截面圖。
[0174]圖6A及圖6B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部包括含有第一半導(dǎo)體材料的晶體管260，并在其上部包括含有第二半導(dǎo)體材料的晶體管150。作為晶體管150，可以采用實施方式I所示的晶體管的結(jié)構(gòu)，晶體管150具有以與氧化物半導(dǎo)體膜106接觸的方式設(shè)置源電極108a及漏電極108b的結(jié)構(gòu)。另外，雖然在本實施方式中未記載，但是也可以采用實施方式2所說明的晶體管。
[0175]這里，第一半導(dǎo)體材料和第二半導(dǎo)體材料優(yōu)選為具有不同帶隙的材料。例如，第一半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體以外的半導(dǎo)體材料(例如，單晶硅等)，并且第二半導(dǎo)體材料可以為氧化物半導(dǎo)體。作為氧化物半導(dǎo)體以外的材料包含單晶硅的晶體管能夠進行高速工作。另一方面，包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管利用其特性而可以長時間地保持電荷。
[0176]另外，雖然在此上述晶體管都為η溝道型晶體管，但是當(dāng)然可以使用P溝道型晶體管。此外，雖然為了保持信息而使用如實施方式I所示那樣的晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體，但是不需要將半導(dǎo)體裝置的具體結(jié)構(gòu)如用于半導(dǎo)體裝置的材料或半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)等限定于在此所示的結(jié)構(gòu)。
[0177]圖6Α中的晶體管260包括:設(shè)置在包含半導(dǎo)體材料(例如，硅)的襯底200中的溝道形成區(qū)216 ;以夾著溝道形成區(qū)216的方式設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)220 ;接觸于雜質(zhì)區(qū)220的金屬間化合物區(qū)224 ;設(shè)置在溝道形成區(qū)216上的柵極絕緣膜208 ;以及設(shè)置在柵極絕緣膜208上的柵電極210。注意，在附圖中沒有將晶體管的源電極或漏電極表示出來，為了方便起見也可以將這種狀態(tài)也稱為晶體管。此外，在此情況下，在說明晶體管的連接關(guān)系時，將源區(qū)及源電極總稱為“源電極”，將漏區(qū)及漏電極總稱為“漏電極”。也就是說，在本說明書中，“源電極”可能包括源區(qū)。 [0178]另外，在襯底200上以圍繞晶體管260的方式設(shè)置有元件分離絕緣膜206，并且以覆蓋晶體管260的方式設(shè)置有絕緣膜228及絕緣膜230。另外，為了實現(xiàn)高集成化，如圖6Α所示，優(yōu)選的是，晶體管260不具有側(cè)壁絕緣膜。另一方面，當(dāng)在晶體管260的特性上有優(yōu)勢時，也可以在柵電極210的側(cè)面設(shè)置側(cè)壁絕緣膜，并使雜質(zhì)區(qū)220包括具有雜質(zhì)濃度不同的區(qū)域。
[0179]使用單晶半導(dǎo)體襯底形成的晶體管260能夠進行高速工作。因此，通過作為讀出用晶體管使用該晶體管，可以高速地讀出信息。以覆蓋晶體管260的方式形成兩個絕緣膜。作為形成晶體管150和電容器264之前的處理，對該兩個絕緣膜進行CMP處理來形成實現(xiàn)了平坦化的絕緣膜228及絕緣膜230，同時使柵電極210的頂面露出。
[0180]作為絕緣膜228、絕緣膜230,典型的是可以使用氧化娃膜、氧氮化娃膜、氧化招膜、氧氮化鋁膜、氮化硅膜、氮化鋁膜、氮氧化硅膜、氮氧化鋁膜等無機絕緣膜。絕緣膜228、絕緣膜230可以使用等離子體CVD法或濺射法等形成。
[0181]另外，可以使用聚酰亞胺類樹脂、丙烯酸類樹脂、苯并環(huán)丁烯類樹脂等有機材料。另外，除了上述有機材料以外，可以使用低介電常數(shù)材料(low-k材料)等。在使用有機材料時，也可以使用旋涂法、印刷法等濕法形成絕緣膜228及絕緣膜230。
[0182]此外，在本實施方式中，作為絕緣膜228使用氮化硅膜，作為絕緣膜230使用氧化娃膜。
[0183]在通過拋光處理(例如CMP處理)充分實現(xiàn)了平坦化的絕緣膜230上形成氧化物半導(dǎo)體膜106。另外，絕緣膜230表面的平均表面粗糙度優(yōu)選為0.15nm以下。
[0184]圖6A所示的晶體管150是將氧化物半導(dǎo)體用于溝道形成區(qū)的晶體管。在此，包括在晶體管150中的氧化物半導(dǎo)體膜106優(yōu)選被高純度化。通過使用被高純度化的氧化物半導(dǎo)體，可以得到具有極為優(yōu)異的關(guān)態(tài)特性的晶體管150。
[0185]由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流小，所以通過使用這種晶體管能夠長期保持存儲數(shù)據(jù)。換言之，因為可以提供不需要進行刷新工作，或者，制造刷新工作的頻度極少的半導(dǎo)體存儲裝置，所以可以充分降低耗電量。
[0186]在晶體管150上設(shè)置有單層或疊層的絕緣膜180。在本實施方式中，絕緣膜180具有使用從柵電極112 —側(cè)層疊氧化鋁膜和氧化硅膜的疊層。另外，通過將氧化鋁膜設(shè)定為高密度(例如，膜密度為3.2g / cm3以上，優(yōu)選為3.6g / cm3以上)，可以對晶體管150賦予穩(wěn)定的電特性。
[0187]另外，在隔著柵極絕緣膜110及絕緣膜180與晶體管150的源電極108a重疊的區(qū)域中設(shè)置有導(dǎo)電膜182，并由源電極108a、柵極絕緣膜110、絕緣膜180和導(dǎo)電膜182構(gòu)成電容器264。換言之，晶體管150的源電極108a用作電容器264中的一個電極,導(dǎo)電膜182用作電容器264中的另一個電極。另外，當(dāng)不需要容量時，也可以省略電容器264。此外，電容器264也可以另行設(shè)置在晶體管150的上方。
[0188]在晶體管150及電容器264上設(shè)置有絕緣膜184。而且，在絕緣膜184上設(shè)置有用來連接晶體管150與其他晶體管的布線186。雖然在圖6A中未圖示，但是布線186通過形成在設(shè)置于絕緣膜180、柵極絕緣膜110等中的開口中的電極與漏電極108b電連接。在此，優(yōu)選的是，該電極以至少與晶體管150的氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。
[0189]在圖6A及圖6B中，優(yōu)選的是，使晶體管260和晶體管150以至少在一部分上重疊的方式設(shè)置，并且使晶體管260的源區(qū)或漏區(qū)以與氧化物半導(dǎo)體膜106的一部分重疊的方式設(shè)置。另外，以與晶體管260的至少一部分重疊的方式設(shè)置晶體管150及電容器264。例如，以與晶體管260的柵電極210的至少一部分重疊的方式設(shè)置電容器264的導(dǎo)電膜182。通過采用這種平面布局，可以降低半導(dǎo)體裝置的占有面積，從而可以實現(xiàn)高集成化。
[0190]另外，漏電極108b與布線186之間的電連接既可以通過使漏電極108b與布線186直接接觸而實現(xiàn)，又可以通過在兩者之間的絕緣膜中設(shè)置電極，通過該電極而實現(xiàn)。另外，電連接也可以通過多個電極而實現(xiàn)。
[0191]接著，圖6C示出對應(yīng)于圖6A及圖6B的電路結(jié)構(gòu)的一個例子。 [0192]在圖6C中，第一布線(1st Line)與晶體管260的源電極和漏電極中的一個電連接，第二布線(2nd Line)與晶體管260的源電極和漏電極中的另一個電連接。另外，第三布線(3rd Line)與晶體管150的源電極和漏電極中的一個電連接，第四布線(4th Line)與晶體管150的柵電極電連接。晶體管260的柵電極以及晶體管150的源電極及漏電極中的另一個與電容器264中的一個電極電連接,第五布線(5thLine)與電容器264中的另一個電極電連接。
[0193]在圖6C所示的半導(dǎo)體裝置中，通過有效地利用可以保持晶體管260的柵電極的電位的特征，可以如以下所示那樣進行信息的寫入、保持以及讀出。
[0194]對數(shù)據(jù)的寫入及保持進行說明。首先，將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，對晶體管260的柵電極和電容器264施加第三布線的電位。也就是說，對晶體管260的柵電極施加規(guī)定的電荷(諸如，數(shù)據(jù)的寫入)。這里，施加賦予一個電位電平或不同電位電平的電荷(以下，稱為Low電平電荷、High電平電荷)。然后，通過將第四布線的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，保持對晶體管260的柵電極施加的電荷(保持)。
[0195]因為晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以晶體管260的柵電極的電荷被長時間地保持。
[0196]接著，對數(shù)據(jù)的讀出進行說明。當(dāng)在對第一布線施加規(guī)定的電位(恒電位)的狀態(tài)下，對第五布線施加適當(dāng)?shù)碾娢?讀出電位)時，第二布線的電位根據(jù)保持在晶體管260的柵電極的電荷量變動。這是因為:一般而言，在晶體管260為η溝道型晶體管的情況下，對晶體管260的柵電極施加High電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vthjl低于對晶體管260的柵電極施加Low電平電荷時的外觀上的閾值電壓Vth p在此，外觀上的閾值電壓是指為了使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通所需要的第五布線的電位。因此，通過將第五布線的電位設(shè)定為Vthjl和VthJ之間的電位Vtl，可以決定施加到晶體管260的柵電極的電荷。例如，在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)High電平電荷時，如果第五布線的電位為Vc^ > Vth H)，則晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通。在寫入中，當(dāng)被供應(yīng)Low電平電荷時，即使第五布線的電位為K < Vth J，晶體管260也維持關(guān)閉狀態(tài)。因此，根據(jù)第二布線的電位可以讀出所保持的數(shù)據(jù)。
[0197]注意，當(dāng)將存儲單元配置為陣列狀而使用時，需要只讀出所希望的存儲單元的數(shù)據(jù)。在不讀出數(shù)據(jù)的情況下，對第五布線施加不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)的電位，也就是小于Vth H的電位，即可。此外，將不管柵電極的狀態(tài)如何都使晶體管260變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的電位，也就是大于Vtl^的電位施加到第五布線即可。
[0198]在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，通過應(yīng)用將氧化物半導(dǎo)體用于其溝道形成區(qū)且極小的關(guān)態(tài)電流(off-state current)的晶體管，可以在極長期間儲存數(shù)據(jù)。就是說，因為變不需要進行刷新工作，或者，可以將刷新工作的頻度降低到極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下(優(yōu)選電位是固定的)，也可以在長期間保持存儲數(shù)據(jù)。
[0199]另外 ，在本實施方式所示的半導(dǎo)體裝置中，數(shù)據(jù)的寫入不需要高電壓，而且也沒有元件劣化的問題。例如，不像現(xiàn)有的非易失性存儲器那樣，不需要對浮動?xùn)艠O注入電子或從浮動?xùn)艠O抽出電子，所以根本不會產(chǎn)生柵極絕緣層的劣化的問題。就是說，在根據(jù)所公開的發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，對作為現(xiàn)有的非易失性存儲器所存在的問題的能夠?qū)懭氲拇螖?shù)沒有限制，而使可靠性得到顯著提高。再者，根據(jù)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)而進行數(shù)據(jù)的寫入，而也可以容易實現(xiàn)高速工作。
[0200]另外，在晶體管150中降低引入到氧化物半導(dǎo)體膜106的區(qū)域106a中的硅等雜質(zhì)的濃度。另外，當(dāng)氧化物半導(dǎo)體膜106是CAAC-OS膜時，可以到與柵極絕緣膜110的界面附近形成結(jié)晶部。其結(jié)果，可以使晶體管150具有穩(wěn)定的電特性。
[0201]因此，可以提供一種實現(xiàn)了微型化及高集成化且賦予高電特性的半導(dǎo)體裝置。
[0202]以上，本實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法可以與其他實施方式所示的結(jié)構(gòu)、方法適當(dāng)?shù)亟M合而使用。
[0203]實施方式4
在本實施方式中，關(guān)于包括實施方式I或?qū)嵤┓绞?所示的晶體管的半導(dǎo)體裝置，參照圖7A和圖7B對與實施方式3所示的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)進行說明。該半導(dǎo)體裝置即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也能夠保持存儲內(nèi)容，并且對寫入次數(shù)也沒有限制。
[0204]圖7A為半導(dǎo)體裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個例子，圖7B為示出半導(dǎo)體裝置的一個例子的示意圖。首先對圖7A所示的半導(dǎo)體裝置進行說明，接著對圖7B所示的半導(dǎo)體裝置進行說明。
[0205]在圖7A所示的半導(dǎo)體裝置中，位線BL與晶體管150的源電極或漏電極電連接，字線WL與晶體管150的柵電極電連接，并且晶體管150的源電極或漏電極與電容器354的第
一端子電連接。
[0206]使用氧化物半導(dǎo)體的晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小。因此，通過使晶體管150為關(guān)閉狀態(tài)，可以在極長期間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)。
[0207]接著，說明對圖7A所示的半導(dǎo)體裝置(存儲單元350)進行數(shù)據(jù)的寫入及保持的情況。
[0208]首先，通過將字線WL的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通的電位，晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通。由此，將位線BL的電位施加到電容器354的第一端子(寫入)。然后，通過將字線WL的電位設(shè)定為使晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉的電位，晶體管150變?yōu)殛P(guān)閉，由此保持電容器354的第一端子的電位(保持)。
[0209]由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以能夠長時間保持電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器中的電荷)。
[0210]接著，對數(shù)據(jù)的讀出進行說明。當(dāng)晶體管150變?yōu)閷?dǎo)通時，處于浮動狀態(tài)的位線BL與電容器354電連接，于是，在位線BL與電容器354之間電荷被再次分配。其結(jié)果，位線BL的電位發(fā)生變化。位線BL的電位的變化量根據(jù)電容器354的第一端子的電位(或累積在電容器354中的電荷)而變動。
[0211]例如，當(dāng)V是電容器354的第一端子的電位，C是電容器354的容量，Cb是位線BL所具有的電容(以下也稱為位線電容)，并且Vbci是電荷被再次分配之前的位線BL的電位時，電荷被再次分配之后的位線BL的電位成為(CB*VB(I+C*V) / (CB+C)。因此可知，當(dāng)存儲單元350的狀態(tài)處于電容器354的第一端子的電位為V1或Vtl (V1 > V0)的兩個狀態(tài)時，保持電位Vl時的位線BL的電位(=Cb^VbJOV1) / (CB+C))高于保持電位VO時的位線BL的電位(=CB*VB0+C*V0) / (CB+C))。
[0212]并且，通過比較位線BL的電位與規(guī)定的電位，可以讀出數(shù)據(jù)。
[0213]如此，由于晶體管150的關(guān)態(tài)電流極小，所以圖7A所示的半導(dǎo)體裝置可以長期保持累積在電容器354中的電荷。換言之，因為變不需要進行刷新工作，或者，可以使刷新工作的頻度極低，所以可以充分降低耗電量。另外，即使在沒有電力供應(yīng)的情況下也可以長時間保持存儲數(shù)據(jù)。
[0214]接著對圖7B所示的半導(dǎo)體裝置進行說明。
[0215]圖7B所示的半導(dǎo)體裝置在其上部作為存儲電路包括存儲單元陣列351a及351b，該存儲單元陣列351a及351b具有多個圖7A所示的存儲單元350。此外，圖7B所示的半導(dǎo)體裝置在其下部具有用來使存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a及351b)工作的外圍電路353。另外，外圍電路353與存儲單元陣列351電連接。
[0216]在圖7B所示的結(jié)構(gòu)中，可以將外圍電路353設(shè)置在存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a及351b)的正下方，從而可以實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的小型化。
[0217]優(yōu)選的是，設(shè)置在外圍電路353中的晶體管的半導(dǎo)體材料與晶體管150的半導(dǎo)體材料不同。例如，可以使用硅、鍺、硅鍺、碳化硅或砷化鎵等，優(yōu)選使用單晶半導(dǎo)體。此外，還可以使用有機半導(dǎo)體材料等。包含這種半導(dǎo)體材料的晶體管能夠進行充分的高速工作。因此，通過利用該晶體管，能夠順利實現(xiàn)被要求高速工作的各種電路(例如，邏輯電路或驅(qū)動電路)。
[0218]另外，如圖7B所示，半導(dǎo)體裝置例示出層疊有兩個存儲單元陣列351 (存儲單元陣列351a、存儲單元陣列351b)的結(jié)構(gòu)，但是所層疊的存儲單元陣列的個數(shù)不局限于此。也可以層疊有三個以上的存儲單元陣列。
[0219]通過設(shè)置外圍電路及存儲電路的雙方，其中外圍電路利用包含氧化物半導(dǎo)體以外的材料的晶體管(換言之，能夠進行充分高速的工作的晶體管)，其中存儲電路利用包含氧化物半導(dǎo)體的晶體管(作更廣義解釋，其關(guān)態(tài)電流充分小的晶體管)，來能夠?qū)崿F(xiàn)具有新穎特征的半導(dǎo)體裝置。另外，通過采用外圍電路和存儲電路的疊層結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的集成化。
[0220]本實施方式可以與其他實施方式所記載的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)亟M合而實施。
[0221]實施方式5
在本實施方式中，參照圖8A至圖11對將上述實施方式所示的半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于移動電話、智能手機、電子書閱讀器等便攜設(shè)備的例子進行說明。
[0222]在移動電話、智能手機、電子書閱讀器等便攜設(shè)備中，為了暫時儲存圖像數(shù)據(jù)而使用SRAM或DRAM。使用SRAM或DRAM是因為快閃存儲器應(yīng)答速度慢而不適于圖像處理。另一方面，當(dāng)將SRAM或DRAM用于圖像數(shù)據(jù)的暫時儲存時，有如下特征。
[0223]如圖8A所示，在一般的SRAM中，一個存儲單元由晶體管801至晶體管806的六個晶體管構(gòu)成，并且該晶體管801至晶體管806被X譯碼器807和Y譯碼器808驅(qū)動。晶體管803和晶體管805以及晶體管804和晶體管806用作反相器，使用該反相器能夠?qū)崿F(xiàn)高速驅(qū)動。然而，由于一個存儲單元由六個晶體管構(gòu)成，所以有存儲單元面積大的缺點。在將設(shè)計規(guī)則的最小尺寸設(shè)定為F的情況下，SRAM的存儲單元面積一般為IOOF2至150F2。因此，SRAM的每個比特位的單價是各種存儲器中最高的。
[0224]在DRAM中，如圖8B所示，存儲單元由晶體管811和存儲電容器812構(gòu)成，并且該晶體管811和存儲電容器812被X譯碼器813和Y譯碼器814驅(qū)動。由于一個單元由一個晶體管和一個電容構(gòu)成，所以所占的面積小。DRAM的存儲面積一般為IOF2以下。注意，DRAM需要一直進行刷新工作，因此即使在不進行改寫的情況下也消耗電力。
[0225]然而，上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置的存儲單元面積為IOF2左右，并且不需要頻繁的刷新工作。因此，能夠縮小存儲單元面積，還能夠降低耗電量。
[0226]接著，圖9為便攜設(shè)備的方框圖。圖9所示的便攜設(shè)備包括:RF電路901 ;模擬基帶電路902 ;數(shù)字基帶電路903 ;電池904 ;電源電路905 ;應(yīng)用處理機906 ;快閃存儲器910 ;顯示器控制器911 ;存儲電路912 ;顯示器913 ;觸控感應(yīng)器919 ;聲頻電路917 ;以及鍵盤918等。顯示器913包括:顯示部914 ;源極驅(qū)動器915 ;以及柵極驅(qū)動器916。應(yīng)用處理機906具有:CPU (Central Processing Unit:中央處理器)907 ；DSP (Digital Signal Processor:數(shù)位信號處理器)908 ;以及接口 909(IF909)。存儲電路912—般由SRAM或DRAM構(gòu)成，通過將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲電路912，能夠以高速進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持存儲內(nèi)容，還能夠充分降低耗電量。
[0227]圖10示出將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于顯示器的存儲電路950的例子。圖10所示的存儲電路950包括:存儲器952 ;存儲器953 ;開關(guān)954 ;開關(guān)955 ;以及存儲器控制器951。另外，存儲電路連接于:用來讀出并控制通過信號線輸入的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù))和儲存在存儲器952及存儲器953中的數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù))的顯示器控制器956 ;以及根據(jù)來自顯示器控制器956的信號來進行顯示的顯示器957。
[0228] 首先，通過應(yīng)用處理機(未圖示)形成一個圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)A)。該輸入圖像數(shù)據(jù)A通過開關(guān)954被保持在存儲器952中。將保持在存儲器952中的圖像數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù)A)通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進行顯示。
[0229]在輸入圖像數(shù)據(jù)A沒有變化時，存儲圖像數(shù)據(jù)A —般以30至60Hz左右的周期從存儲器952通過開關(guān)955由顯示器控制器956讀出。
[0230]另外，例如在使用者進行了改寫畫面的數(shù)據(jù)時(即在輸入圖像數(shù)據(jù)A有變化時)，由應(yīng)用處理機形成新的圖像數(shù)據(jù)(輸入圖像數(shù)據(jù)B)。該輸入圖像數(shù)據(jù)B通過開關(guān)954被保持在存儲器953中。在該期間存儲圖像數(shù)據(jù)A也定期性地通過開關(guān)955從存儲器952被讀出。當(dāng)在存儲器953中儲存完新的圖像數(shù)據(jù)(存儲圖像數(shù)據(jù)B)時，由顯示器957的下一個幀開始讀出存儲圖像數(shù)據(jù)B，并且將該存儲圖像數(shù)據(jù)B通過開關(guān)955及顯示器控制器956發(fā)送到顯示器957而進行顯示。該讀出一直持續(xù)直到下一個新的圖像數(shù)據(jù)保持在存儲器952中。
[0231]如上所述，通過在存儲器952及存儲器953中交替進行圖像數(shù)據(jù)的寫入和圖像數(shù)據(jù)的讀出，來進行顯不器957的顯不。存儲器952、存儲器953不局限于兩個不同的存儲器，也可以將一個存儲器分割而使用。通過將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于存儲器952及存儲器953，能夠以高速進行數(shù)據(jù)的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。
[0232]接著，圖11為電子書閱讀器的方框圖。圖11所示的電子書閱讀器包括:電池1001 ;電源電路1002 ;微處理器1003 ;快閃存儲器1004 ;聲頻電路1005 ;鍵盤1006 ;存儲電路1007 ;觸摸屏1008 ;顯示器1009 ;以及顯示器控制器1010。
[0233]在此，可以將上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置用于圖11的存儲電路1007。存儲電路1007具有暫時保持書籍內(nèi)容的功能。例如有使用者使用高亮功能的情況。使用者在看電子書閱讀器時，有時想要對某個部分做標(biāo)記。該標(biāo)記功能被稱為高亮功能，即通過改變所顯示的文字的顏色；在單詞下面畫線；將文字改為粗體字；改變文字的字體，來使該部分與其他部分不一樣。就是說，高亮功能就是將使用者所指定的部分的數(shù)據(jù)儲存而保持的功能。為了使該數(shù)據(jù)長期保持，也可以將該數(shù)據(jù)拷貝到快閃存儲器1004。即使在此情況下，通過采用上述實施方式所說明的半導(dǎo)體裝置，也能夠以高速進行信息的寫入和讀出，能夠長期保持?jǐn)?shù)據(jù)，還能夠充分降低耗電量。
[0234]如上所述，本實施方式所示的便攜設(shè)備安裝有根據(jù)上述實施方式的半導(dǎo)體裝置。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)以高速進行數(shù)據(jù)的讀出、長期保持存儲內(nèi)容且充分降低耗電量的便攜設(shè)備。
[0235]本實施方式所示的結(jié)構(gòu)及方法等可以與其他實施方式所記載的結(jié)構(gòu)及方法等適當(dāng)?shù)亟M合而實施。
實施例
[0236]在本實例中，有意地對氧化物半導(dǎo)體膜添加硅(Si)，對其特性進行評價。以下，對評價方法進行說明。
[0237]首先，使用濺射裝置形成氧化物半導(dǎo)體膜。因此，有意地對用于濺射的金屬氧化物靶材添加Si。作為金屬氧化物靶材，形成對In-Ga-Zn類氧化物(以下，稱為IGZ0)添加SiO2的靶材。換言之，形成In-Ga-Zn-Si類氧化物的靶材。
[0238]在本實施例中，形成如下三個IGZO靶材:對其組成比為In: Ga: Zn =1:1:1 [原子數(shù)比]的靶材添加2?七％的SiO2的靶材A ;對其組成比為In: Ga: Zn=1:1:1 [原子數(shù)比]的靶材添加5wt%的SiO2的靶材B ；以及沒有添加SiO2的靶材C(In: Ga: Zn = I: I: I [原子數(shù)比])。
[0239]另外，以下有時將使用靶材A形成的薄膜記載為IGZO-SiOx (2wt% )，將使用靶材B形成的薄膜記載為IGZO-SiOx (5wt% )，將使用靶材C制造的薄膜記載為IGZ0。
[0240]接著，使用上述靶材A、靶材B及靶材C形成氧化物半導(dǎo)體薄膜，對其特性進行評價。作為評價方法，對所得到的薄膜電阻、組成及結(jié)晶性進行測量及分析。
[0241](薄膜電阻測量)
制造樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5和樣品6。樣品I通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200°C>Ar / O2 = 10 / 5sccm(02 = 33% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材C形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品2通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200。。、Ar / O2 = O / 15sccm(02 =100%)的條件下在玻璃襯底上使用靶材C形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品3通過如下方法形成:通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200 0C > Ar / O2 = 10 /5sccm(02 = 33%)的條件下在玻璃襯底上使用靶材A形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品4通過如下方法形成:通過派射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=2000C >Ar / O2 =
O/ 15sccm(02 = 100% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材A形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品5通過如下方法形成 :通過濺射法，在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=200°C、Ar / O2 = 10 / 5sccm(02 = 33% )的條件下在玻璃襯底上使用靶材B形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。樣品6通過如下方法形成:通過派射法,在功率=100W、壓力=0.4Pa、襯底溫度=2000C >Ar / O2 = O / 15sccm(02 = 100% )的條件下在玻璃襯底上使用祀材B形成氧化物半導(dǎo)體膜，然后，在氮氣氛下以450°C進行I小時的熱處理，接著在氧氣氛下以450°C進行I小時的熱處理。
[0242]將樣品I至樣品6的所形成的氧化物半導(dǎo)體膜的厚度都設(shè)定為lOOnm。表1示出所制造的樣品的成膜條件及結(jié)構(gòu)等。
[0243][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 并且，所述區(qū)域包括結(jié)晶部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜， 其中在所述結(jié)晶部中，c軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
7.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下且碳濃度為1.0X 102°atoms /cm3以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 并且，所述區(qū)域包括結(jié)晶部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜，其中在所述結(jié)晶部中，C軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
13.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底上的氧化物半導(dǎo)體膜； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的源電極和漏電極； 所述氧化物半導(dǎo)體膜上的柵極絕緣膜，其中所述柵極絕緣膜包含含有硅的氧化物；以及 所述柵極絕緣膜上的柵電極， 其中，所述氧化物半導(dǎo)體膜包括硅濃度為1.0at.%以下且碳濃度為1.0X102°atoms /cm3以下的區(qū)域， 所述區(qū)域位于所述氧化物半導(dǎo)體膜與所述柵極絕緣膜之間的界面且接觸于所述柵極絕緣膜， 所述區(qū)域包括結(jié)晶部， 并且，所述區(qū)域具有5nm以下的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物半導(dǎo)體膜的端部具有20°至50°的錐角。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中除了所述區(qū)域之外的所述氧化物半導(dǎo)體膜包括第二結(jié)晶部。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述襯底與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的基底絕緣膜， 其中在所述結(jié)晶部中，c軸在垂直于所述基底絕緣膜與所述氧化物半導(dǎo)體膜之間的界面的方向上一致。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述區(qū)域中的所述硅濃度為0.1at.%以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，還包括所述柵極絕緣膜和所述柵電極上的層間絕緣膜。
【文檔編號】H01L27/11GK104025301SQ201280050475
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】本田達也, 津吹將志, 野中裕介, 島津貴志, 山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所
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