[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本说明书等所公开的发明的实施方式涉及一种半导体装置及该半导体装置的制造方法。

在本说明书等中，半导体装置一般是指通过利用半导体特性而能够发挥作用的装置，并且电光装置、发光显示装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜形成晶体管的技术受到关注。该晶体管被广泛地应用于如集成电路(IC)或图像显示装置(简称为显示装置)等的电子设备。作为用于可应用于晶体管的半导体薄膜的材料，硅类半导体材料被广泛地周知。作为其他材料，氧化物半导体受到关注。

例如，已公开了作为氧化物半导体使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物半导体来制造晶体管的技术(参照专利文献1及2)。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报

发明内容

在考虑到使用氧化物半导体的半导体装置的批量生产时的开发成本及速度时，优选的是利用现在实用的量产技术，亦即，用于如非晶硅或多晶硅等硅类半导体材料的晶体管结构、工艺条件或生产装置等。

然而，氧化物半导体的载流子产生机理与硅类半导体材料的载流子产生机理大不相同。该氧化物半导体的物性极大地影响到晶体管的特性或可靠性。

尤其是，当将用于硅类半导体材料的栅极绝缘层用于氧化物半导体时，该栅极绝缘层与该氧化物半导体之间的界面特性不够好。因此，需要开发适于用在包括氧化物半导体的半导体装置中的栅极绝缘层。

对于包括使用如非晶硅或多晶硅等硅类半导体材料形成的晶体管的半导体装置，可以使用第八代(2160mm宽×2460mm长)或更高代的玻璃衬底。因此，该半导体装置具有生产性高及成本低的优点。然而，在使用玻璃衬底的情况下，由于玻璃衬底的高绝缘性及大面积，发生静电放电(ESD：Electrostatic Discharge)损伤的问题。该问题是在使用氧化物半导体材料的情况下也不可避免地要考虑的问题。

鉴于上述问题，本发明的一个方式的目的是提供一种电特性稳定且可靠性高的半导体装置，而不大改变现在实用的量产技术中的晶体管结构、工艺条件和生产装置等。

本发明的一个方式的其他目的是提供一种能够防止由静电放电损伤引起的产率下降的半导体装置。

所公开的本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置作为栅电极层与氧化物半导体层之间的栅极绝缘层包括从栅电极层一侧依次层叠有缺陷少且含有氮的硅膜与氢浓度低且含有氮的硅膜的结构。更具体地说，例如可以采用以下结构。

本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括栅电极层、栅电极层上的第一栅极绝缘层、位于第一栅极绝缘层上且具有比第一栅极绝缘层小的厚度的第二栅极绝缘层、第二栅极绝缘层上的氧化物半导体层、以及与氧化物半导体层电连接的源电极层和漏电极层。该第一栅极绝缘层包括对应于在电子自旋共振波谱法中在g因子为2.003时出现的信号的自旋密度为1×10¹⁷spins/cm³或更低的含有氮的硅膜。该第二栅极绝缘层包括具有比第一栅极绝缘层低的氢浓度的含有氮的硅膜。

本发明的另一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括栅电极层、栅电极层上的第一栅极绝缘层、位于第一栅极绝缘层上且具有比第一栅极绝缘层大的厚度的第二栅极绝缘层、位于第二栅极绝缘层上且具有比第二栅极绝缘层小的厚度的第三栅极绝缘层、第三栅极绝缘层上的氧化物半导体层、以及与氧化物半导体层电连接的源电极层和漏电极层。该第二栅极绝缘层包括对应于在电子自旋共振波谱法中在g因子为2.003时出现的信号的自旋密度为1×10¹⁷spins/cm³或更低的含有氮的硅膜。该第一栅极绝缘层及第三栅极绝缘层都包括具有比第二栅极绝缘层低的氢浓度的含有氮的硅膜。另外，栅电极层优选含有铜。

在上述各半导体装置中，氧化物半导体层也可以具有构成元素相同但组成不同的第一氧化物半导体层和第二氧化物半导体层的叠层结构。