[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本申请是申请日为2010年8月23日，申请号为201080050485.5，名为“半导体器件及其制造方法”申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括氧化物半导体的半导体器件及其制造方法。

在此说明书中，半导体器件一般地意味着通过利用半导体特性而可起作用的器件，并且电泳器件、半导体电路，以及电子器件都是半导体器件。

背景技术

近年来，通过使用在衬底上形成的半导体薄膜（具有约数纳米到数百纳米的厚度）而制造具有绝缘表面的薄膜晶体管（TFT）的技术吸引了人们的注意力。薄膜晶体管被应用于广泛的电子器件，诸如IC或电光器件，且推进了特别是用作作为图像显示设备中的开关元件的薄膜晶体管的迅速发展。各种金属氧化物被用于广泛的应用中。

一些金属氧化物具有半导体特性。这类有半导体特性的金属氧化物的示例包括氧化钨、氧化锡、氧化铟、和氧化锌。已知其中由这种具有半导体特性的金属氧化物来形成沟道形成区的薄膜晶体管（专利文献1和2）。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本已公开专利申请No.2007-123861

[专利文献2]

日本已公开专利申请No.2007-096055

本发明的公开内容

本发明的一个目的是制造含有电特性稳定的薄膜晶体管的高度可靠的半导体器件。

在薄膜晶体管中，覆盖氧化物半导体层的绝缘层被制造为含有硼元素或铝元素。通过使用含有硼元素或铝元素的硅靶或氧化硅靶的溅射法来形成含有硼元素或铝元素的绝缘层。

在含有硼元素的绝缘层中的硼的浓度为大于等于1×10¹⁸cm^-3且小于等于1×10²²cm^-3，优选地为大于等于1×10²⁰cm^-3小于等于5×10²⁰cm^-3。此外，在含有铝元素的绝缘层中的铝的浓度为大于等于3×10¹⁹cm^-3且小于等于1×10²²cm^-3，优选地为大于等于1×10²⁰cm^-3小于等于5×10²⁰cm^-3。

可通过二次离子质谱法（SIMS）或在SIMS的数据的基础上获得这样的浓度范围。

在形成含有硼元素或铝元素的绝缘层之前，执行使用诸如N₂O,N₂,或Ar之类的气体的等离子体处理。使用诸如N₂O,N₂,或Ar之类的气体的等离子体处理移除了在氧化物半导体层上的所吸收的水或氢，且减少了进入位于氧化物半导体层与含有硼元素或铝元素的绝缘层之间的界面处的湿气等。

可选地，含有替代硼元素的锑（Sb）元素或磷（P）元素的绝缘层可覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层。进一步可选地，含有选自如下元素：硼元素、锑元素、铝元素、以及磷元素中的多个元素的绝缘层，例如，含有硼元素和磷元素的绝缘层可覆盖薄膜晶体管的氧化物半导体层。含有锑（Sb）元素的绝缘层中锑的浓度为大于等于1×10¹⁹cm^-3且小于等于3×10²¹cm^-3。含有磷（P）元素的绝缘层中磷的浓度为大于等于1×10¹⁹cm^-3且小于等于3×10²¹cm^-3。

相比于由不含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素中任何元素的氧化硅形成的绝缘层，由含有上述元素的氧化硅形成的绝缘层更可能被玻璃化。因此，在从室温到150°C的潮湿条件下水不易被吸收，且可防止湿气、氢等进入氧化物半导体层与绝缘层之间的界面。注意，在此说明书中，玻璃化是指没有结晶情况下的氧化硅的硬化。

此外，薄膜晶体管的氧化物半导体层可被夹在各自由含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素的氧化硅形成的绝缘层之间，藉此防止水的进入从而改进薄膜晶体管的可靠性。当含有硼元素、锑元素、铝元素、或磷元素的绝缘层被放置在氧化物半导体层之下时，与衬底接触的基绝缘层和覆盖栅电极层的栅绝缘层中的一个或二者被用作这个绝缘层。