半导体装置以及半导体装置的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。

背景技术：

1、通过利用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜来形成晶体管的技术备受瞩目。该晶体管被广泛地应用于集成电路(ic)、图像显示装置(简单地记载为显示装置)等的电子设备。作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料被广泛地周知。此外，作为其他材料氧化物半导体受到关注。

2、例如，已经公开了一种使用包含铟(in)、镓(ga)及锌(zn)的非晶氧化物(igzo类非晶氧化物)的半导体层的晶体管(参照专利文献1)。

3、[专利文献1]日本专利申请公开2011-181801号公报

4、另外，对于具有使用氧化物半导体的晶体管的半导体装置来说，能否实现高可靠性是决定其能否迈入商品化的重要因素。

5、但是，半导体装置由具有复杂结构的多个薄膜构成并利用多种材料、方法及工序制造。因此，由于所采用的制造工序，有可能导致形成的半导体装置出现形状不良或电特性低下。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的高可靠性的半导体装置。

2、在具有在氧化物半导体膜上设置有用作沟道保护膜的绝缘层的底栅结构的晶体管的半导体装置中，可以防止当形成以与氧化物半导体膜接触的方式设置在氧化物半导体膜上的绝缘层及/或源电极层及漏电极层时所使用的蚀刻气体中的元素(例如，氯、硼等)作为杂质残留在氧化物半导体膜的表面。具体地，例如可以采用如下方式。

3、本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成岛状的氧化物半导体膜；形成与栅电极层重叠并接触于岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及绝缘层的导电膜；通过利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对导电膜进行加工来形成源电极层及漏电极层，使氧化物半导体膜部分露出；对露出的氧化物半导体膜进行杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素。

4、另外，本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成岛状的氧化物半导体膜；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对绝缘层进行加工，在与栅电极层重叠的位置形成用作沟道保护膜的绝缘层；对氧化物半导体膜进行杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及用作沟道保护膜的绝缘层的导电膜；对导电膜进行加工来形成覆盖氧化物半导体膜的沟道宽度方向的端部的源电极层及漏电极层。

5、在上述半导体装置的制造方法中，优选使进行了杂质去除处理的氧化物半导体膜表面的氯浓度为5×1018atoms/cm3以下。

6、另外，在上述半导体装置的制造方法中，作为杂质去除处理，可以进行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理或者利用稀氢氟酸溶液的处理。

7、另外，本发明的一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：在绝缘表面上形成栅电极层；在栅电极层上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成岛状的氧化物半导体膜；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜的绝缘层；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对绝缘层进行加工，在与栅电极层重叠的位置形成用作沟道保护膜的绝缘层；对氧化物半导体膜进行第一杂质去除处理来去除包含于蚀刻气体中的元素；形成覆盖岛状的氧化物半导体膜及用作沟道保护膜的绝缘层的导电膜；利用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理对导电膜进行加工来形成源电极层及漏电极层，使氧化物半导体膜部分出；以及对漏出的氧化物半导体膜进行第二杂质去除处理，来去除包含于蚀刻气体中的元素。

8、另外，本发明的另一个方式是一种半导体装置，其包括：设置在绝缘表面上的栅电极层；设置在栅电极层上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的岛状的氧化物半导体膜；设置在氧化物半导体膜上并与栅电极层重叠的绝缘层；以及接触于氧化物半导体膜及绝缘层的源电极层及漏电极层，其中源电极层及漏电极层的沟道宽度方向的长度短于氧化物半导体膜的沟道宽度方向的长度，并且氧化物半导体膜表面的氯浓度为5×1018atoms/cm3以下。

9、另外，在上述半导体装置中，在氧化物半导体膜中，与绝缘层、源电极层或漏电极层重叠的区域的厚度大于不与绝缘层、源电极层和漏电极层中的任何一个重叠的区域的厚度。

10、或者，在上述半导体装置中，有时氧化物半导体膜的所有区域与绝缘层、源电极层和漏电极层中的至少一个重叠。

11、另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，其包括：设置在绝缘表面上的栅电极层；设置在栅电极层上的栅极绝缘膜；设置在栅极绝缘膜上的岛状的氧化物半导体膜；设置在氧化物半导体膜上并与栅电极层重叠的绝缘层；以及接触于氧化物半导体膜及绝缘层的源电极层及漏电极层，其中源电极层及漏电极层覆盖氧化物半导体膜的沟道宽度方向的端部，并且氧化物半导体膜表面的氯浓度为5×1018atoms/cm3以下。

12、另外，在上述半导体装置中，在氧化物半导体膜中，有时与绝缘层重叠的区域的厚度大于与源电极层或漏电极层重叠的区域的厚度。

13、为了形成用作沟道保护膜的绝缘层、源电极层或漏电极层等在氧化物半导体膜上并与其接触的膜的图案，优选采用使用含有卤素元素的蚀刻气体的等离子体处理。但是，当将氧化物半导体膜暴露于含有卤素元素的蚀刻气体时，有如下顾虑：因包含于上述蚀刻气体中的卤素元素(例如，氯、氟)氧化物半导体膜中的氧被抽出，而使氧化物半导体膜的界面附近形成氧缺陷。当氧化物半导体膜中发生氧缺陷时，氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(n型化)而可能导致寄生沟道的形成。

14、例如，当作为氧化物半导体膜使用含有铟的氧化物半导体材料，并且在以接触于氧化物半导体膜的方式设置的源电极层及漏电极层的加工中使用含有三氯化硼(bcl3)的蚀刻气体时，有时氧化物半导体膜中的in-o-in键与蚀刻气体中的cl发生反应而变成包含in-cl键和氧脱离了的in元素的氧化物半导体膜。由于氧脱离了的in元素具有悬空键，因此在氧化物半导体膜中发生氧脱离的部分中存在氧缺陷。

15、另外，包含卤素元素的蚀刻气体中的卤素以外的元素(例如，硼)也是导致氧化物半导体膜的背沟道低电阻化(n型化)的主要原因之一。

16、在本发明的一个方式中，通过在设置在氧化物半导体膜上的绝缘层及/或源电极层及漏电极层的蚀刻加工之后进行杂质去除处理，去除可能引起氧化物半导体膜的低电阻化的氯、硼等包含于蚀刻气体中的元素。由此，可以实现半导体装置的高可靠性。

17、本发明提供一种具有使用氧化物半导体的晶体管的高可靠性的半导体装置。

技术特征：

1.一种半导体装置，包括：

2.一种半导体装置，包括：

3.一种半导体装置，包括：

4.一种用于制造半导体装置的方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于制造半导体装置的方法，其中，经过所述等离子体处理的所述氧化物半导体膜中的氯浓度低于或等于5×1018atoms/cm3。

6.根据权利要求4所述的用于制造半导体装置的方法，其中，执行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理作为所述等离子体处理。

7.一种用于制造半导体装置的方法，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的用于制造半导体装置的方法，其中，经过所述等离子体处理的所述氧化物半导体膜中的氯浓度低于或等于5×1018atoms/cm3。

9.根据权利要求7所述的用于制造半导体装置的方法，其中，执行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理作为所述等离子体处理。

10.一种用于制造半导体装置的方法，包括以下步骤：

11.根据权利要求10所述的用于制造半导体装置的方法，其中，经过所述第二等离子体处理的所述氧化物半导体膜中的氯浓度低于或等于5×1018atoms/cm3。

12.根据权利要求10所述的用于制造半导体装置的方法，其中，执行氧等离子体处理或一氧化二氮等离子体处理作为所述第一等离子体处理和所述第二等离子体处理中的至少一个。

技术总结本公开的发明名称是“半导体装置以及半导体装置的制造方法”。本公开涉及半导体装置以及半导体装置的制造方法。本发明提供一种高可靠性的半导体装置以及该半导体装置的制造方法。在具有在氧化物半导体膜上设置有用作沟道保护膜的绝缘层的底栅结构的晶体管的半导体装置中，通过在形成以接触于氧化物半导体膜的方式设置的绝缘层及/或源电极层及漏电极层之后，进行杂质去除处理，可以防止蚀刻气体中的元素作为杂质残留在氧化物半导体膜的表面。氧化物半导体膜表面中的杂质浓度为5×10<supgt;18</supgt;atoms/cm<supgt;3</supgt;以下，优选为1×10<supgt;18</supgt;atoms/cm<supgt;3</supgt;以下。技术研发人员：栃林克明,日向野聪,山崎舜平受保护的技术使用者：株式会社半导体能源研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29