半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種物體、方法、制造方法、工序、機器、產品或者物質組成。例如，本發(fā) 明尤其設及一種半導體裝置、顯示裝置、發(fā)光裝置、上述裝置的驅動方法或者上述裝置的制 造方法。例如，本發(fā)明尤其設及一種包括氧化物半導體的半導體裝置、包括氧化物半導體的 顯示裝置或者包括氧化物半導體的發(fā)光裝置。
[0002] 在本說明書中，半導體裝置是指能夠通過利用半導體特性而起作用的裝置，因此 電光裝置、半導體電路W及電子設備都包括在半導體裝置的范疇內。
【背景技術】
[0003] 通過利用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導體薄膜來構成晶體管（也稱為薄 膜晶體管（TFT))的技術已經引人注目了。該晶體管被廣泛地應用于如集成電路（1C)及圖 像顯示裝置（顯示裝置）等電子器件。作為可W應用于晶體管的半導體薄膜，娃類半導體 材料被廣為人知。另外，作為另一個示例，氧化物半導體也已經受到注目。
[0004] 例如，在專利文獻1中，已公開了一種其活性層包括包含銅（In)、嫁（Ga)及鋒 狂n)的非晶氧化物半導體的晶體管。
[參考文獻]
[專利文獻]
[0005][專利文獻1]日本專利申請公開2006-165528號公報

【發(fā)明內容】

[0006] -般而言，高度集成電路的形成需要晶體管的微型化。然而，已知晶體管的微型化 引起了闊值電壓和S值（亞闊值）等晶體管的電特性的劣化。
[0007] 本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供一種能夠抑制隨著晶體管的微型化而變得 更顯著的電特性的劣化的半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供一種低功耗的 半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供一種可靠性高的半導體裝置。本發(fā)明的 一個方式的目的之一是提供一種減少S值（亞闊值）的劣化的半導體裝置。本發(fā)明的一個 方式的目的之一是提供一種減少闊值電壓的劣化的半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的目的 之一是提供一種減少寄生溝道的產生的半導體裝置。本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供 一種即使在關閉電源時也能保持數據的半導體裝置。
[0008] 注意，該些問題的記載不妨礙其他問題的存在。注意到，本發(fā)明的一個方式并不需 要實現所有上述目的。從說明書、附圖、權利要求書等的記載得知并可W推出上述W外的目 的。
[0009] 本發(fā)明的一個方式設及一種包括氧化物半導體疊層的半導體裝置。
[0010] 本發(fā)明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：具有絕緣表面的襯底； 氧化物半導體疊層，其中在襯底上從襯底一側依次層疊有第一氧化物半導體層、第二氧化 物半導體層及第=氧化物半導體層；接觸于氧化物半導體疊層的源電極層及漏電極層；在 氧化物半導體疊層、源電極層及漏電極層上的柵極絕緣膜；w及在柵極絕緣膜上的柵電極 層。第一氧化物半導體層包括第一區(qū)域。柵極絕緣膜包括第二區(qū)域。當第一區(qū)域的厚度是 Tsi且第二區(qū)域的厚度是TU時，TTU。
[0011] 注意到，在本說明書等中使用的"第一"，"第二"等序數詞是為了避免構成要素的 混亂而使用的，而不是為了在構成要素的數目方面上進行限定的。
[0012] 在上述結構中，第一氧化物半導體層及第=氧化物半導體層中的每一個的導帶的 底部的能量優(yōu)選都比第二氧化物半導體層的導帶的底部的能量更接近于真空能級。第二 氧化物半導體層與第一氧化物半導體層之間的導帶底的能量差W及第二氧化物半導體層 與第S氧化物半導體層之間的導帶底的能量差優(yōu)選都是大于或等于0. 05eV且小于或等于 2eV。
[0013] 優(yōu)選的是，第一氧化物半導體層、第二氧化物半導體層及第=氧化物半導體層為 In-M-化氧化物（M為A1、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，并且在第一氧化物半導體層及第 =氧化物半導體層中的M相對于In的原子數比大于在第二氧化物半導體層中的M相對于 In的原子數比。
[0014] 源電極層也可W包括與氧化物半導體疊層接觸的第一源電極層W及覆蓋第一源 電極層且與氧化物半導體疊層接觸的第二源電極層。漏電極層也可W包括與氧化物半導體 疊層接觸的第一漏電極層W及覆蓋第一漏電極層且與氧化物半導體疊層接觸的第二漏電 極層。
[0015] 源電極層也可W包括與氧化物半導體疊層接觸的第二源電極層W及在第二源電 極層上的與氧化物半導體疊層接觸的第一源電極層。漏電極層也可W包括與氧化物半導體 疊層接觸的第二漏電極層W及在第二漏電極層上的與氧化物半導體疊層接觸的第一漏電 極層。
[0016] 在此，優(yōu)選的是，第一源電極層及第一漏電極層使用A1、化、化、13、1';[、]/[0、胖或1^ 該些材料為主要成分的合金材料形成，并且第二源電極層及第二漏電極層優(yōu)選都使用包含 氮化粗、氮化鐵或釘的材料形成。
[0017] 本發(fā)明的一個方式是一種半導體裝置，該半導體裝置包括：具有絕緣表面的襯底； 在襯底上的第一氧化物半導體層；在第一氧化物半導體層上的第二氧化物半導體層；在第 二氧化物半導體層上的第一源電極層及第一漏電極層；在第二氧化物半導體層、第一源電 極層及第一漏電極層上的第=氧化物半導體層；覆蓋第一源電極層的第二源電極層；覆蓋 第一漏電極層的第二漏電極層；在第S氧化物半導體層、第二源電極層及第二漏電極層上 的柵極絕緣膜；W及在柵極絕緣膜上的柵電極層。第一源電極層及第一漏電極層接觸于第 一氧化物半導體層、第二氧化物半導體層及第=氧化物半導體層。第二源電極層及第二漏 電極層接觸于第=氧化物半導體層。第一氧化物半導體層包括第一區(qū)域。柵極絕緣膜包括 第二區(qū)域。當第一區(qū)域的厚度是Tsi且第二區(qū)域的厚度是TU時，TTU。
[0018] 在上述結構中，第一氧化物半導體層及第=氧化物半導體層中的每一個的導帶的 底部的能量優(yōu)選都比第二氧化物半導體層的導帶的底部的能量更接近于真空能級。此外， 第二氧化物半導體層與第一氧化物半導體層之間的導帶的底部的能量差W及第二氧化物 半導體層與第=氧化物半導體層之間的導帶的底部的能量差都是大于或等于0. 〇5eV且小 于或等于2eV。
[0019] 優(yōu)選的是，第一氧化物半導體層、第二氧化物半導體層及第=氧化物半導體層為 In-M-化氧化物（M為A1、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，并且在第一氧化物半導體層及第 =氧化物半導體層中的M相對于In的原子數比大于在第二氧化物半導體層中的M相對于 In的原子數比。
[0020] 在上述結構中，優(yōu)選的是，第一源電極層及第一漏電極層都使用AlXrXu、Ta、Ti、 Mo、W或W該些材料為主要成分的合金材料形成。
[0021] 第二源電極層及第二漏電極層優(yōu)選都使用包含氮化粗、氮化鐵或釘的材料形成。
[0022] 根據本發(fā)明的一個方式，能夠提供下述的半導體裝置；一種能夠抑制隨著晶體管 的微型化而變得更顯著的電特性的劣化的半導體裝置，一種低功耗的半導體裝置，一種可 靠性高的半導體裝置，一種減少S值（亞闊值）的劣化的半導體裝置，一種減少闊值電壓的 劣化的半導體裝置，一種減少寄生溝道的產生的半導體裝置，一種即使在關閉電源時也能 保持數據的半導體裝置。
【附圖說明】
[0023] 圖1A至圖1D是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖2A和圖2B示出了氧化物半導體疊層的能帶結構； 圖3是晶體管的放大截面圖； 圖4A和圖4B是晶體管的放大截面圖； 圖5A是晶體管的俯視圖和截面圖W及圖5B示出了氧化物半導體疊層的能帶結構； 圖6是晶體管的放大截面圖； 圖7A至圖7D是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖8A至圖8D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖9A至圖9D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖10A至圖10D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖11A至圖11D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖12A和圖12B示出了器件模擬的結果； 圖13A至圖13D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖14A至圖14D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖15示出了器件模擬的結果； 圖16示出了器件模擬的結果； 圖17A至圖17C示出了器件模擬的結果； 圖18A至圖18D是用于器件模擬的模型的俯視圖及截面圖； 圖19示出了器件模擬的結果； 圖20A至圖20D是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖21A至圖21D是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖22A至圖22C示出了晶體管的制造方法； 圖23A至圖23C示出了晶體管的制造方法； 圖24A和圖24B示出了晶體管的制造方法； 圖25A和圖25B是半導體裝置的截面圖及電路圖； 圖26是半導體裝置的電路圖； 圖27是半導體裝置的方框圖； 圖28是存儲器裝置的電路圖； 圖29是示出存儲器裝置的工作的時序圖； 圖30A至圖30C是說明可W應用半導體裝置的電子設備的圖； 圖31A和圖31B是說明晶體管的源電極及漏電極的形狀的截面圖； 圖32A和圖32B是說明晶體管的源電極及漏電極的形狀的截面圖； 圖33A和圖33B示出了器件模擬的結果。
【具體實施方式】
[0024] 參照附圖對實施方式進行詳細說明。注意，本發(fā)明不局限于W下說明，所屬技術 領域的普通技術人員可W很容易地理解一個事實就是，其方式及詳細內容在不脫離本發(fā)明 的宗旨及其范圍的情況下可W被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅 限定于W下所示的實施方式的記載內容中。注意，在W下說明的發(fā)明的結構中，在不同的附 圖中共同使用相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重復說 明。
[002引另外，在本說明書等中，當明確地記載"X與Y連接"時，包括如下情況；X與Y電連 接的情況；X與Y在功能上連接的情況；W及X與Y直接連接的情況。該里，X和Y表示對 象物（例如，裝置、元件、電路、布線、電極、端子、導電膜、層等）。因此，還包括附圖或文章所 示的連接關系W外的連接關系，而不局限于規(guī)定的連接關系，例如附圖或文章所示的連接 關系。
[0026] 在X與Y電連接的情況下，例如可W在X與Y之間連接一個W上的能夠電連接X 與Y的元件（例如開關、晶體管、電容器、電感器、電阻器、二極管、顯示元件、發(fā)光元件、負載 等）。注意，開關具有控制開啟和關閉的功能。換言之，開關具有通過導通狀態(tài)或非導通狀 態(tài)（成為開啟狀態(tài)或關閉狀態(tài)）來控制是否使電流流過。或者，開關具有選擇并切換電流 路徑的功能。
[0027] 在X與Y在功能上連接的情況下，例如可W在X與Y之間連接一個W上的能夠在 功能上連接X與Y的電路（例如，反相器、NAND電路或NOR電路等的邏輯電路；DA轉換電 路、AD轉換電路或伽馬校正電路等的信號轉換電路；電源電路（升壓電路或降壓電路等） 等的電位電平轉換電路、或改變信號的電位電平的電平轉移電路等；電壓源；電流源；切換 電路；能夠增大信號振幅或電流量等的電路等的放大電路、運算放大器、差分放大電路、源 極跟隨電路或緩沖電路等；信號產生電