[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。

另外，本说明书中的半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来构成晶体管（也称为薄膜晶体管（TFT））的技术引人注目。该晶体管被广泛地应用于如集成电路（IC）及图像显示装置（显示装置）等的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料是众所周知的。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

此外，在显示装置中，作为具有透光性的构件适当地使用玻璃衬底。

例如，已公开了使用在玻璃衬底上使用由包含铟（In）、镓（Ga）及锌（Zn）的非晶氧化物（In-Ga-Zn-O类非晶氧化物）构成的半导体层的晶体管（参照专利文献1）。

[专利文献1]日本专利申请公开2011-181801号公报

另外，在具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置中，对制品化来说，实现高可靠性是重要的。

尤其是，半导体装置的电特性的变动及降低是导致可靠性的降低的主要原因。

发明内容

鉴于这样问题，本发明的课题之一是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的可靠性高的半导体装置。

在具有设置在玻璃衬底上的底栅结构的交错型晶体管的半导体装置中，在栅电极层与氧化物半导体膜之间至少设置第一栅极绝缘膜和第二栅极绝缘膜。使设置在栅电极层一侧的第一栅极绝缘膜和设置在氧化物半导体膜一侧的第二栅极绝缘膜的组成不同。并且，将第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第一金属元素的浓度设定为5×10¹⁸atoms/cm³以下（优选为1×10¹⁸atoms/cm³以下）。

作为第一栅极绝缘膜，可以使用薄膜的氮化物绝缘膜。例如，可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。第一栅极绝缘膜可以具有单层结构或叠层结构。第一栅极绝缘膜的厚度薄，可以将其设定为30nm以上且50nm以下。

第一栅极绝缘膜设置在玻璃衬底与第二栅极绝缘膜及氧化物半导体膜之间，因此可以防止第一金属元素扩散到第二栅极绝缘膜及氧化物半导体膜。

在具有设置在玻璃衬底上的底栅结构的交错型晶体管的半导体装置中，通过在玻璃衬底和栅电极层之间设置保护绝缘膜，将栅电极层与栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第二金属元素的浓度设定为5×10¹⁸atoms/cm³以下（优选为1×10¹⁸atoms/cm³以下）。

作为保护绝缘膜，可以使用氮化物绝缘膜。例如，可以举出氮化硅膜、氮氧化硅膜等。保护绝缘膜可以具有单层结构或叠层结构，例如，也可以从玻璃衬底一侧层叠氮化物绝缘膜以及氧化物绝缘膜。

保护绝缘膜设置在玻璃衬底与晶体管之间，因此可以防止包含在玻璃衬底中的第二金属元素扩散到晶体管。

上述包含在玻璃衬底的第一金属元素是主要构成第一栅极绝缘膜及第二栅极绝缘膜的元素以外的元素，并是指从玻璃衬底扩散的元素。

上述包含在玻璃衬底的第二金属元素是主要构成栅电极层及栅极绝缘膜的元素以外的元素，并是指从玻璃衬底扩散的元素。

作为为了不损失晶体管的可靠性（特性的稳定性）应该降低的第一金属元素及第二金属元素，有钠、铝、镁、钙、锶、钡，并且优选将包含在玻璃衬底中的其他元素的硅及硼降低到与上述金属元素相同的水平。

因为可以防止导致晶体管的电特性的降低及变动的主要原因的包含在玻璃衬底中的第一金属元素或第二金属元素的扩散，所以能够给晶体管赋予稳定的电特性。

因此，可以提供一种包含使用氧化物半导体膜的具有稳定的电特性的晶体管的可靠性高的半导体装置。

本说明书所公开的发明的结构的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置在玻璃衬底上包括栅电极层、栅电极层上的第一栅极绝缘膜、在第一栅极绝缘膜上依次层叠的具有与第一栅极绝缘膜不同的组成的第二栅极绝缘膜、氧化物半导体膜、源电极层以及漏电极层，其中第一栅极绝缘膜与第二栅极绝缘膜之间的界面处的包含在玻璃衬底中的第一金属元素的浓度为5×10¹⁸atoms/cm³以下。