[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涉及半导体装置。

注意，本说明书等中的半导体装置是指通过利用半导体特性而能够工作的任何装置，例如，电光装置、图像显示装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

对于以液晶显示装置及发光显示装置为代表的图像显示装置，利用了使用形成于具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜的晶体管。此外，该晶体管也被广泛应用于如集成电路(IC)等的电子设备。对于能够应用于该晶体管的半导体薄膜，不仅可以使用广为人知的硅类半导体，还可以使用呈现半导体特性的金属氧化物(以下，称为氧化物半导体)。

例如，已公开了制造使用氧化锌或In-Ga-Zn类氧化物半导体作为氧化物半导体的晶体管的技术(参照专利文献1及2)。

在本说明书中，使用氧化物半导体薄膜作为形成于具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜的晶体管称为使用氧化物半导体的晶体管。另外，晶体管可以通过利用半导体特性能够工作；由此，在本说明书中，晶体管是半导体装置。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第2007-123861号

[专利文献2]日本专利申请公开第2007-096055号

发明内容

在使用氧化物半导体的半导体装置中，在有些情况中，从设置在包含沟道形成区的氧化物半导体膜上的绝缘膜等中释放出的元素作为杂质扩散到上述氧化物半导体膜中，由此半导体装置的电特性(典型的是，阈值电压)改变了，这使半导体装置的可靠性降低了。

例如，在水及/或氢、或者氮及/或氨被包含在设置于氧化物半导体膜上的绝缘膜中的情况下，水、氢、氮及氨中的任一种的扩散导致了半导体装置的电特性的变化，这使半导体装置的可靠性降低了。

渗入氧化物半导体膜中的氢与键合到金属原子的氧起反应而生成水，并且缺陷形成在氧脱离的晶格(或氧脱离的部分)中。另外，部分氢与氧起反应而生成了作为载流子的电子。此外，渗入氧化物半导体膜的氮与金属原子或氧起反应而生成了作为载流子的电子。其结果是，包括含有氢或氮的氧化物半导体膜的晶体管很容易成为正常情况下导通。

于是，本发明的一个方式的目的是提供一种电特性的变化得到抑制或者可靠性得到提高的包含氧化物半导体的半导体装置。

本发明的一个方式是一种具有包含沟道形成区的氧化物半导体膜的半导体装置，并且在上述氧化物半导体膜上包括至少含有氮且抑制水的渗入(扩散)的绝缘膜以及抑制从该绝缘膜释放出的元素(典型地是氮)渗入(扩散)的绝缘膜。作为渗入氧化物半导体膜的水，可以举出空气中含有的水以及设置在抑制水渗入的绝缘膜上的膜中的水等。另外，作为氮的来源，可以举出N₂及NH₃等。

也就是说，本发明的一个方式的半导体装置至少包括抑制水渗入的绝缘膜以及保护氧化物半导体膜而避免从上述绝缘膜释放出的包含于上述绝缘膜中的元素渗入氧化物半导体膜的绝缘膜。用来保护氧化物半导体膜的该绝缘膜抑制氮的渗入要多于氢的渗入。因此，抑制水的渗入的绝缘膜优选为氢含量尽量被降低的绝缘膜。例如，通过加热从抑制水的渗入的绝缘膜中释放的氢分子的量优选低于5.0×10²¹分子/cm³。

于是，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；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；隔着栅极绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜接触的一对电极；设置于氧化物半导体膜上的第一绝缘膜；以及与第一绝缘膜接触且至少含有氮的第二绝缘膜。第一绝缘膜保护氧化物半导体膜而避免从第二绝缘膜释放出的氮渗入到氧化物半导体膜。通过加热从第二绝缘膜释放出的氢分子的量低于5.0×10²¹分子/cm³。

另外，在本发明的一个方式的半导体装置中，可以使用致密的氧化物绝缘膜作为保护氧化物半导体膜而避免从抑制水渗入的绝缘膜释放出的元素的影响的绝缘膜。作为抑制水渗入的绝缘膜，可以使用氮化物绝缘膜，并通过加热从该氮化物绝缘膜释放出的氢分子的量是在上述范围内。

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；覆盖栅电极的栅极绝缘膜；隔着栅极绝缘膜与栅电极重叠的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜接触的一对电极；设置于氧化物半导体膜上的第一绝缘膜；以及与第一绝缘膜接触的第二绝缘膜。第一绝缘膜是致密的氧化物绝缘膜。通过加热从第二绝缘膜释放出的氢分子的量低于5.0×10²¹分子/cm³。