TW202416389A

TW202416389A - 半導體裝置

Info

Publication number: TW202416389A
Application number: TW112133070A
Authority: TW
Inventors: 渡壁創; 津吹将志; 佐佐木俊成; 花田明紘; 田丸尊也
Original assignee: 日商日本顯示器股份有限公司
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2024-04-16

Abstract

本發明之課題在於提供一種半導體裝置，其包含防止氫向通道區域滲入之氫阱區域。本發明之半導體裝置包含氧化物絕緣層、氧化物半導體層、閘極絕緣層、閘極電極、及保護絕緣層。半導體裝置被劃分為與閘極電極重疊之第1區域、不與閘極電極重疊而與氧化物半導體層重疊之第2區域、及不與閘極電極及氧化物半導體層重疊之第3區域。第1區域中之閘極絕緣層之厚度為200 nm以上。第2區域及第3區域中之閘極絕緣層之厚度為150 nm以下。第2區域中之氧化物半導體層中所含之雜質之量較第1區域中之氧化物半導體層中所含之雜質之量多。第3區域中之氧化物絕緣層中所含之雜質之量較第1區域中之氧化物絕緣層中所含之雜質之量多。

Description

半導體裝置

本發明之一實施方式係關於一種使用氧化物半導體作為通道之半導體裝置。

近年來，業界推進了使用氧化物半導體來代替非晶矽、低溫多晶矽、及單晶矽等矽半導體作為通道之半導體裝置之開發(例如，參照專利文獻1～專利文獻6)。此種包含氧化物半導體之半導體裝置與包含非晶矽之薄膜電晶體同樣地，能夠以單純之結構且低溫製程形成。已知包含氧化物半導體之半導體裝置具有較包含非晶矽之半導體裝置更高之場效遷移率。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2021-141338號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-099601號公報 [專利文獻3]日本專利特開2021-153196號公報 [專利文獻4]日本專利特開2018-006730號公報 [專利文獻5]日本專利特開2016-184771號公報 [專利文獻6]日本專利特開2021-108405號公報

[發明所欲解決之問題]

於氧化物半導體中，若氧缺陷上鍵結氫，則生成載子。於半導體裝置中，利用該機制，於氧化物半導體層形成氧缺陷，對所形成之氧缺陷供給氫，藉此可形成作為低電阻區域之源極區域及汲極區域。另一方面，若氫擴散至氧化物半導體層之通道區域，則作為半導體裝置之通道而言功能降低。具體而言，由於氫擴散至通道區域，故而導致半導體裝置之電特性中之閾值電壓發生變化，因此閾值電壓之偏差增大，半導體裝置之製造良率降低。因此，藉由使用包含能夠捕獲氫之過量氧之氧化物層作為與氧化物半導體層相接之絕緣層，可抑制氫向通道區域之滲入。

然而，由於包含過量氧之氧化物層會作為電子阱發揮功能，故而於包含此種氧化物層之半導體裝置中，可靠性顯著降低。因此，期待一種半導體裝置，其可將氫供給至氧化物半導體層之源極區域及汲極區域，並且可抑制氫滲入至氧化物半導體層之通道區域，以抑制可靠性降低。

鑒於上述問題，本發明之一實施方式之一目的在於提供一種半導體裝置，其包含防止氫向通道區域滲入之氫阱區域。 [解決問題之技術手段]

本發明之一實施方式之半導體裝置包含：氧化物絕緣層、上述氧化物絕緣層之上之氧化物半導體層、覆蓋上述氧化物半導體層之於上述氧化物絕緣層及上述氧化物半導體層之上之閘極絕緣層、上述閘極絕緣層之上之閘極電極、及覆蓋上述閘極電極之於上述閘極絕緣層及上述閘極電極之上之保護絕緣層。上述半導體裝置被劃分為：與上述閘極電極重疊之第1區域、不與上述閘極電極重疊而與上述氧化物半導體層重疊之第2區域、及不與上述閘極電極及上述氧化物半導體層重疊之第3區域。上述第1區域中之上述閘極絕緣層之厚度為200 nm以上。上述第2區域及上述第3區域中之上述閘極絕緣層之厚度為150 nm以下。上述第2區域中之上述氧化物半導體層中所含之雜質之量較上述第1區域中之上述氧化物半導體層中所含之上述雜質之量多。上述第3區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量較上述第1區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量多。

以下，參照圖式對本發明之各實施方式進行說明。以下之揭示僅為一例。從業者能夠在保持發明之主旨之同時藉由適當地變更實施方式之構成而容易地想到之構成當然亦包含於本發明之範圍內。為了使說明更加明確，圖式與實際態樣相比，有時會模式性地表示各部之寬度、厚度、形狀等。但是，所圖示之形狀僅為一例，並不限定本發明之解釋。於本說明書及各圖中，對於與上文中關於已出現之圖所述之構成相同之構成，有時標註相同之符號，並適當地省略詳細說明。

於本發明之各實施方式中，將自基板朝向氧化物半導體層之方向稱為上或上方。反之，將自氧化物半導體層朝向基板之方向稱為下或下方。如此，為了便於說明，而使用上方或下方之語句進行說明，但例如基板與氧化物半導體層之上下關係亦可配置成與圖示不同之朝向。於以下說明中，例如基板上之氧化物半導體層這一表達，如上所述僅說明了基板與氧化物半導體層之上下關係，亦可於基板與氧化物半導體層之間配置其他構件。上方或下方意指積層有複數個層之結構中之積層順序，於表達為電晶體之上方之像素電極之情形時，可為在俯視下電晶體與像素電極不重疊之位置關係。另一方面，於表達為電晶體之鉛直上方之像素電極之情形時，意指在俯視下電晶體與像素電極重疊之位置關係。

於本說明書中，｢膜｣之用語、與｢層｣之用語可視情況相互替換。

｢顯示裝置｣係指使用光電層來顯示影像之構造體。例如，顯示裝置之用語有時亦指包含光電層之顯示面板，或者有時亦指對顯示單元安裝其他光學構件(例如偏光構件、背光源、觸控面板等)而成之構造體。關於｢光電層｣，只要不產生技術性矛盾，便可包含液晶層、電致發光(EL)層、電致變色(EC層、電泳層。因此，關於下述實施方式，作為顯示裝置，例示出包含液晶層之液晶顯示裝置、及包含有機EL層之有機EL顯示裝置進行說明，但本實施方式中之構造可應用於包含上述其他光電層之顯示裝置。

於本說明書中，關於｢α包含A、B或C｣、｢α包含A、B及C中之任一者｣、｢α包含選自由A、B及C所組成之群中之一者｣等表達，只要無特別明示，則不排除α包含A～C之複數個之組合之情況。進而，該等表達亦不排除α包含其他要素之情況。

再者，以下之各實施方式只要不產生技術性矛盾，則可相互組合。

參照圖1～圖16，對本發明之一實施方式之半導體裝置進行說明。例如，以下所示之實施方式之半導體裝置除顯示裝置中所使用之電晶體以外，亦可用於微處理機(Micro-Processing Unit：MPU)等積體電路(Integrated Circuit：IC)、或記憶電路。

[1.半導體裝置10之構成] 使用圖1及圖2，對本發明之一實施方式之半導體裝置10之構成進行說明。圖1係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之概要的剖視圖。圖2係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之概要的俯視圖。

如圖1所示，半導體裝置10設置於基板100之上方。半導體裝置10包含遮光層105、氮化物絕緣層110、氧化物絕緣層120、氧化物半導體層140、閘極絕緣層150、閘極電極160、絕緣層170、180、源極電極201、及汲極電極203。於不特別區分源極電極201及汲極電極203之情形時，有時將其等合併稱為源極、汲極電極200。

遮光層105設置於基板100之上。氮化物絕緣層110及氧化物絕緣層120設置於基板100及遮光層105之上。氮化物絕緣層110覆蓋遮光層105之上表面及端部。氧化物半導體層140設置於氧化物絕緣層120之上。氧化物半導體層140被圖案化。氧化物絕緣層120之一部分超出氧化物半導體層140之端部，延伸至較氧化物半導體層140之圖案靠外側。

本實施方式中，雖例示了氧化物絕緣層120與氧化物半導體層140相接之構成，但不限定於該構成。例如，可於氧化物絕緣層120與氧化物半導體層140之間設置金屬氧化物層，且使閘極絕緣層150不與氧化物絕緣層120相接。例如，可使用以鋁作為主成分之金屬氧化物作為該金屬氧化物層。具體而言，可使用氧化鋁作為該金屬氧化物層。

閘極電極160於氧化物半導體層140之上方，與氧化物半導體層140對向。閘極絕緣層150設置於氧化物半導體層140與閘極電極160之間。閘極絕緣層150與氧化物半導體層140相接。氧化物半導體層140之主面中與閘極絕緣層150相接之面為上表面141。氧化物半導體層140之主面中與氧化物絕緣層120相接之面為下表面142。上表面141與下表面142之間之面為側面143。閘極絕緣層150覆蓋氧化物半導體層140之上表面141及側面143，且與氧化物半導體層140之圖案之外側區域(後述之第3區域A3)之氧化物絕緣層120相接。將上述構成換一種說法，即閘極絕緣層150覆蓋氧化物半導體層140，且設置於氧化物絕緣層120及氧化物半導體層140之上。

絕緣層170設置於閘極絕緣層150及閘極電極160之上。絕緣層170覆蓋閘極電極160。絕緣層180設置於絕緣層170之上。絕緣層170、180中設有到達氧化物半導體層140之開口171、173。源極電極201設置於開口171之內部。源極電極201於開口171之底部，與氧化物半導體層140相接。汲極電極203設置於開口173之內部。汲極電極203於開口173之底部，與氧化物半導體層140相接。

遮光層105具備作為對於氧化物半導體層140之遮光膜之功能。氮化物絕緣層110具備作為障壁膜之功能，該障壁膜會遮斷自基板100朝向氧化物半導體層140擴散之雜質。遮光層105亦可具備作為半導體裝置10之底閘極之功能。於此情形時，氮化物絕緣層110及氧化物絕緣層120具備作為對於底閘極之閘極絕緣層之功能。

半導體裝置10之動作主要由供給至閘極電極160之電壓進行控制。於遮光層105具備作為底閘極之功能之情形時，對遮光層105供給輔助電壓。但是，亦可對遮光層105供給與供給至閘極電極160之電壓相同之電壓。另一方面，於遮光層105僅用作遮光膜之情形時，不對遮光層105供給特定電壓，遮光層105之電位可浮動。或者，遮光層105亦可為絕緣體。

半導體裝置10係以閘極電極160及氧化物半導體層140各自之圖案為基準，劃分為第1區域A1、第2區域A2、及第3區域A3。第1區域A1係在俯視下與閘極電極160重疊之區域。第2區域A2係在俯視下不與閘極電極160重疊而與氧化物半導體層140重疊之區域。第3區域A3係在俯視下不與閘極電極160及氧化物半導體層140兩者重疊之區域。

第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚度小於第1區域A1中之閘極絕緣層150之厚度。換言之，俯視下不與閘極電極160重疊之區域中之閘極絕緣層150之厚度小於與閘極電極160重疊之區域中之閘極絕緣層150之厚度。第1區域A1中之閘極絕緣層150之厚度為200 nm以上，詳細內容將於下文中敍述。第1區域A1中之閘極絕緣層150之厚度亦可為250 nm以上、或300 nm以上。第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚度為150 nm以下。第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚亦可為100 nm以下、50 nm以下、或30 nm以下。例如，藉由將第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚度設為50 nm以上100 nm以下，可確保對自絕緣層170擴散之氫之阻擋功能，並且可藉由離子布植將足夠之雜質導入至氧化物絕緣層120。

氧化物半導體層140係以閘極電極160之圖案為基準，劃分為源極區域S、汲極區域D、及通道區域CH。源極區域S及汲極區域D係與第2區域A2對應之區域。通道區域CH係與第1區域A1對應之區域。於俯視下，通道區域CH中之端部與閘極電極160之端部一致。通道區域CH中之氧化物半導體層140具有半導體之性質。源極區域S及汲極區域D中之各個氧化物半導體層140均具有導體之性質。即，源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140之載子濃度高於通道區域CH中之氧化物半導體層140之載子濃度。源極電極201及汲極電極203分別與源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140相接，與氧化物半導體層140電性連接。氧化物半導體層140可為單層構造，亦可為積層構造。

於本實施方式中，作為半導體裝置10，例示了將閘極電極160設置於氧化物半導體層140之上方之頂閘極型電晶體，但半導體裝置10不限定於該構成。例如，如上所述，半導體裝置10亦可為除閘極電極160以外遮光層105亦作為閘極發揮功能之雙閘極型電晶體。或者，半導體裝置10亦可為主要是遮光層105作為閘極發揮功能之底閘極型電晶體。上述構成僅為一實施方式，本發明不限定於上述構成。

於圖2所示之D1方向上，遮光層105之寬度大於閘極電極160之寬度。D1方向係連結源極電極201與汲極電極203之方向，係表示半導體裝置10之通道長度L之方向。具體而言，氧化物半導體層140與閘極電極160重疊之區域(通道區域CH)中之D1方向之長度為通道長度L，該通道區域CH中之D2方向之寬度為通道寬度W。遮光層105及閘極電極160於D2方向上延伸。

於圖2中，例示了在俯視下，源極、汲極電極200不與遮光層105及閘極電極160重疊之構成，但不限定於該構成。例如，在俯視下，源極、汲極電極200亦可與遮光層105及閘極電極160中之至少任一者重疊。上述構成僅為一實施方式，本發明不限定於上述構成。

[2.半導體裝置10之各構件之材質] 作為基板100，可使用玻璃基板、石英基板、及藍寶石基板等具有透光性之剛性基板。於基板100需要具備可撓性之情形時，作為基板100，可使用聚醯亞胺基板、丙烯酸基板、矽氧烷基板、氟樹脂基板等包含樹脂之基板。於使用包含樹脂之基板作為基板100之情形時，為提高基板100之耐熱性，可對上述樹脂導入雜質。尤其於半導體裝置10為頂部發光型顯示器之情形時，由於基板100無需透明，故而可使用會使基板100之透明度變差之雜質。於將半導體裝置10用於非顯示裝置之積體電路之情形時，作為基板100，可使用矽基板、碳化矽基板、化合物半導體基板等半導體基板、或不鏽鋼基板等導電性基板等不具備透光性之基板。

作為遮光層105、閘極電極160、及源極、汲極電極200，可使用一般之金屬材料。例如作為該等構件，例如可使用鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉍(Bi)、銀(Ag)、銅(Cu)、及其等之合金或化合物。作為遮光層105、閘極電極160、及源極、汲極電極200，可以單層形式使用上述材料，亦可以積層形式使用。於作為遮光層105無需導電性之情形時，亦可使用上述金屬材料以外之材料。例如作為遮光層105，例如可使用黑色樹脂等黑色基質。遮光層105可為單層構造，亦可為積層構造。例如，遮光層105可為紅色彩色濾光片、綠色彩色濾光片、及藍色彩色濾光片之積層構造。

作為氮化物絕緣層110、氧化物絕緣層120、及絕緣層170、180，可使用一般之絕緣性材料。例如，作為氧化物絕緣層120及絕緣層180，可使用氧化矽(SiO _x)、氧氮化矽(SiO _xN _y)、氧化鋁(AlO _x)、氧氮化鋁(AlO _xN _y)等無機絕緣層。作為氮化物絕緣層110及絕緣層170，可使用氮化矽(SiN _x)、氮氧化矽(SiN _xO _y)、氮化鋁(AlN _x)、氮氧化鋁(AlN _xO _y)等無機絕緣層。其中，作為絕緣層170，亦可使用氧化矽(SiO _x)、氧氮化矽(SiO _xN _y)、氧化鋁(AlO _x)、氧氮化鋁(AlO _xN _y)等無機絕緣層。作為絕緣層180，亦可使用氮化矽(SiN _x)、氮氧化矽(SiN _xO _y)、氮化鋁(AlN _x)、氮氧化鋁(AlN _xO _y)等無機絕緣層。

作為閘極絕緣層150，可使用上述絕緣層中包含氧之絕緣層。例如作為閘極絕緣層150，可使用氧化矽(SiO _x)、氧氮化矽(SiO _xN _y)、氧化鋁(AlO _x)、氧氮化鋁(AlO _xN _y)等無機絕緣層。

作為氧化物絕緣層120，可使用具備藉由熱處理而釋出氧之功能之絕緣層。即，作為氧化物絕緣層120，可使用包含過量氧之氧化物絕緣層。使氧化物絕緣層120釋出氧之熱處理之溫度例如為600℃以下、500℃以下、450℃以下、或400℃以下。即，氧化物絕緣層120例如於使用玻璃基板作為基板100時之半導體裝置10之製造步驟中所進行之熱處理溫度下釋出氧。與氧化物絕緣層120同樣地，絕緣層170、180中之至少任一者亦可使用具備藉由熱處理而釋出氧之功能之絕緣層。

作為閘極絕緣層150，可使用缺陷較少之絕緣層。例如，於將閘極絕緣層150中之氧之組成比、和與閘極絕緣層150相同組成之絕緣層(以下，稱為｢其他絕緣層｣)中之氧之組成比進行比較時，相較該其他絕緣層中之氧之組成比而言，閘極絕緣層150中之氧之組成比更接近針對該絕緣層之化學計量比。具體而言，於將氧化矽(SiO _x)用於閘極絕緣層150及絕緣層180各者中之情形時，用作閘極絕緣層150之氧化矽中之氧之組成比與用作絕緣層180之氧化矽中之氧之組成比相比，更接近氧化矽之化學計量比。例如，作為閘極絕緣層150，亦可使用在藉由電子自旋共振法(ESR，electron spin resonance)進行評價時未觀測到缺陷之層。

上述SiO _xN _y及AlO _xN _y係含有較氧(O)少之比率(x＞y)之氮(N)之矽化合物及鋁化合物。SiN _xO _y及AlN _xO _y係含有較氮少之比率(x＞y)之氧之矽化合物及鋁化合物。

作為氧化物半導體層140，可使用具有半導體之特性之金屬氧化物。例如，作為氧化物半導體層140，可使用包含銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)、及氧(O)之氧化物半導體。例如，作為氧化物半導體層140，亦可使用具有In：Ga：Zn：O＝1：1：1：4之組成比之氧化物半導體。但是，本實施方式中所使用之包含In、Ga、Zn、及O之氧化物半導體並不限定於上述組成。作為該氧化物半導體，亦可使用與上述不同之組成之氧化物半導體。例如亦可使用In之比率較上述大之氧化物半導體層，以提高遷移率。另一方面，亦可使用Ga之比率較上述大之氧化物半導體層，以增大帶隙、並減小光照射所造成之影響。

例如，作為In之比率較上述大之氧化物半導體層140，可使用含有包含銦(In)之2種以上金屬之氧化物半導體。於此情形時，在氧化物半導體層140中，銦元素相對於全部金屬元素之比率以原子比率計可為50%以上。作為氧化物半導體層140，可除銦以外還使用鎵(Ga)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鉿(Hf)、釔(Y)、氧化鋯(Zr)、鑭系元素。作為氧化物半導體層140，亦可使用上述以外之元素。

作為氧化物半導體層140，可向包含In、Ga、Zn、及O之氧化物半導體中添加其他元素，例如可添加Al、Sn等金屬元素。除上述氧化物半導體以外，包含In、Ga之氧化物半導體(IGO)、包含In、Zn之氧化物半導體(IZO)、包含In、Sn、Zn之氧化物半導體(ITZO)、及包含In、W之氧化物半導體等亦可用作氧化物半導體層140。

於銦元素之比率較大之情形時，氧化物半導體層140容易結晶化。藉由如上所述在氧化物半導體層140中使用銦元素相對於全部金屬元素之比率為50%以上之材料，可獲得具有多晶結構之氧化物半導體層140。作為銦以外之金屬元素，氧化物半導體層140較佳為包含鎵。鎵與銦同屬於第13族元素。因此，氧化物半導體層140之結晶性不會因鎵而受到抑制，故氧化物半導體層140具有多晶結構。

氧化物半導體層140之詳細之製造方法將於下文敍述，氧化物半導體層140可使用濺鍍法而形成。藉由濺鍍法而形成之氧化物半導體層140之組成取決於濺鍍靶之組成。即便於氧化物半導體層140具有多晶結構之情形時，濺鍍靶之組成與氧化物半導體層140之組成亦大體一致。於此情形時，氧化物半導體層140之金屬元素之組成可基於濺鍍靶之金屬元素之組成而特定出。

於氧化物半導體層140具有多晶結構之情形時，可使用X射線繞射(X-ray Diffraction：XRD)法特定出氧化物半導體層之組成。具體而言，可基於藉由XRD法所獲得之氧化物半導體層之晶體結構及晶格常數，特定出氧化物半導體層之金屬元素之組成。進而，氧化物半導體層140之金屬元素之組成亦可使用螢光X射線分析或電子探針顯微(Electron Probe Micro Analyzer：EPMA)分析等特定出。但是，由於氧化物半導體層140中所含之氧元素會根據濺鍍之製程條件等發生變化，故而有時無法藉由該等方法特定出。

如上所述，氧化物半導體層140可具有非晶結構，亦可具有多晶結構。具有多晶結構之氧化物半導體可使用Poly-OS(Poly-crystalline Oxide Semiconductor，多晶氧化物半導體)技術進行製作。以下，在與具有非晶結構之氧化物半導體進行區分時，有時將具有多晶結構之氧化物半導體記載為Poly-OS進行說明。

如上所述，於在氧化物絕緣層120與氧化物半導體層140之間設置金屬氧化物層之情形時，可使用以鋁作為主成分之金屬氧化物作為該金屬氧化物層。例如，作為金屬氧化物層，可使用氧化鋁(AlO _x)、氧氮化鋁(AlO _xN _y)、氮氧化鋁(AlN _xO _y)、氮化鋁(AlN _x)等無機絕緣層。｢以鋁作為主成分之金屬氧化物層｣意指金屬氧化物層中所含之鋁之比率為整個金屬氧化物層之1%以上。金屬氧化物層中所含之鋁之比率可為整個金屬氧化物層之5%以上70%以下、10%以上60%以下、或30%以上50%以下。上述比率可為質量比，亦可為重量比。

[3.氫阱區域之構成] 氫阱區域形成於氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中。因此，參照圖3及圖4，對形成於氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中之氫阱區域之構成進行說明。圖3係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之構成的模式性局部放大剖視圖。具體而言，圖3係將圖1中之區域P放大所得之剖視圖。圖3所示之區域P係汲極區域D附近之區域，但源極區域S附近亦具有與區域P相同之構成。

氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150被劃分為第1區域A1、第2區域A2、及第3區域A3。各區域中之氧化物絕緣層120分別記載為氧化物絕緣層120-1、120-2、120-3。同樣地，各區域中之閘極絕緣層150分別記載為閘極絕緣層150-1、150-2、150-3。如上所述，閘極絕緣層150-2、150-3之厚度小於閘極絕緣層150-1之厚度。氧化物絕緣層120-1、120-2與氧化物半導體層140相接。氧化物絕緣層120-3與閘極絕緣層150-3相接。閘極絕緣層150-1與通道區域CH中之氧化物半導體層140及閘極電極160相接。閘極絕緣層150-2與汲極區域D中之氧化物半導體層140及絕緣層170相接。閘極絕緣層150-3位於汲極區域D之外側，與氧化物絕緣層120及絕緣層170相接。

源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140係藉由以閘極電極160作為遮罩之雜質之離子布植而形成，詳細內容將於下文中敍述。作為雜質，例如可使用：硼(B)、磷(P)、氬(Ar)、或氮(N)等。藉由離子布植，而於源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140中生成氧缺陷。在所生成之氧缺陷上捕獲氫，藉此使源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140低電阻化。由於氮化矽層較氧化矽層更多地包含氫，故而例如藉由使用氮化矽作為絕緣層170，可使源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140低電阻化。

由於離子布植係經由閘極絕緣層150而進行，故而藉由離子布植，於閘極絕緣層150中生成懸鍵缺陷DB。於第2區域A2中，經離子布植之雜質越過閘極絕緣層150及氧化物半導體層140到達氧化物絕緣層120。同樣地，於第3區域A3，經離子布植之雜質越過閘極絕緣層150到達氧化物絕緣層120。因此，於第2區域A2及第3區域A3中之氧化物絕緣層120中亦生成懸鍵缺陷DB。

由於以閘極電極160作為遮罩來進行雜質之離子布植，故而於第1區域A1中，雜質未布植至氧化物絕緣層120-1及閘極絕緣層150-1中。因此，於氧化物絕緣層120-1及閘極絕緣層150-1中未生成懸鍵缺陷DB。另一方面，如上所述，於氧化物絕緣層120-2、120-3及閘極絕緣層150-2、150-3中生成懸鍵缺陷DB。例如，於使用氧化矽作為閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120之情形時，於氧化物絕緣層120-2、120-3及閘極絕緣層150-2、150-3中形成矽之懸鍵缺陷DB。

形成於氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中之懸鍵缺陷DB會捕獲氫。即，於半導體裝置10中，氧化物絕緣層120-2、120-3及閘極絕緣層150-2、150-3作為氫阱區域發揮功能。因此，例如於絕緣層170之成膜時自絕緣層170擴散之氫由該等絕緣層中之懸鍵缺陷DB捕獲，因此可抑制氫滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140。因此，於成膜出絕緣層170後之狀態下，氧化物絕緣層120-2、120-3之氫濃度高於氧化物絕緣層120-1之氫濃度。同樣地，閘極絕緣層150-2、150-3之氫濃度高於閘極絕緣層150-1之氫濃度。

上述懸鍵缺陷DB係藉由離子布植而形成，因此氧化物絕緣層120-2、120-3及閘極絕緣層150-2、150-3含有藉由離子布植而導入之雜質。形成於氧化物絕緣層120-2、120-3及閘極絕緣層150-2、150-3中之懸鍵缺陷DB之量之分佈與包含於其等中之雜質之濃度分佈對應。即，藉由調整藉由離子布植而獲得之雜質之分佈，可調整懸鍵缺陷DB之位置及量。

為了抑制因氫滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140中而導致之半導體裝置10之電特性產生異常，有效的是於氧化物絕緣層120中形成懸鍵缺陷DB，詳細內容將於下文中敍述。因此，需要以經由閘極絕緣層150到達氧化物絕緣層120之方式布植雜質。

例如，於對閘極絕緣層要求對高電壓之耐受性之半導體裝置之情形時，要求閘極絕緣層150之厚度為200 nm以上。另一方面，於藉由離子布植使雜質到達氧化物絕緣層120之情形時，存在由離子布植裝置之加速電壓引起之限制，因此要求閘極絕緣層150之厚度為150 nm以下。為了滿足該等要求，而採用了閘極絕緣層150-2、150-3之厚度小於閘極絕緣層150-1之厚度之構成。

圖4係表示本發明之一實施方式之半導體裝置中第1區域A1～第3區域A3中之雜質濃度之分佈的曲線圖。圖4中所示之3種濃度分佈各自之縱軸表示每單位體積之雜質之濃度(Concentration [/cm3])，橫軸表示深度方向上之層之名稱。橫軸上之｢UC｣對應於氧化物絕緣層120及氮化物絕緣層110。｢OS｣對應於氧化物半導體層140。｢GI｣對應於閘極絕緣層150。｢GL｣對應於閘極電極160。｢PAS｣對應於絕緣層170。

如圖4所示，於第1區域A1中，雜質之濃度分佈於閘極電極160(GL)中具有峰。因此，於第1區域A1中之深度方向上，閘極電極160之規定位置處所含之雜質之量分別較閘極絕緣層150之規定位置處所含之雜質之量、氧化物半導體層140之規定位置處所含之雜質之量、及氧化物絕緣層120之規定位置處所含之雜質之量多。上述之｢深度方向｣意指各層之厚度方向。金屬材料係對於藉由離子布植而導入之雜質具備較高之阻止能力。於使用金屬材料作為閘極電極160之情形時，雜質受閘極電極160阻止，無法到達閘極絕緣層150(GI)。因此，於第1區域A1中之閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中未形成會伴隨雜質導入而產生之懸鍵缺陷DB。但是，只要為不影響半導體裝置10之電特性之範圍，雜質亦可到達閘極絕緣層150。

於第2區域A2中，雜質之濃度分佈於氧化物半導體層140(OS)中具有峰。因此，於第2區域A2中之深度方向上，氧化物半導體層140之規定位置處所含之雜質之量較閘極絕緣層150之規定位置處所含之雜質之量多，且較氧化物絕緣層120之規定位置處所含之雜質之量多。由於雜質之導入之目的在於使源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140低電阻化，故而以成為如上所述之濃度分佈之方式設定離子布植之條件。第2區域A2中之氧化物半導體層140中所含之雜質之量較第1區域A1中之氧化物半導體層140中所含之雜質之量多。同樣地，第2區域A2中之氧化物絕緣層120(UC)中所含之雜質之量較第1區域A1中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量多。同樣地，第2區域A2中之閘極絕緣層150(GI)中所含之雜質之量較第1區域A1中之閘極絕緣層150中所含之雜質之量多。

根據如上所述之雜質之濃度分佈，於第2區域A2中，於閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中亦導入雜質。因此，於閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中形成伴隨雜質導入而產生之懸鍵缺陷DB。但是，於第2區域A2中，存在於閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中之雜質之濃度低於存在於氧化物半導體層140中之雜質之濃度。

於第3區域A3中，雜質之濃度分佈於氧化物絕緣層120(UC)中具有峰。因此，於第3區域A3中之深度方向上，氧化物絕緣層120之規定位置處所含之雜質之量較閘極絕緣層150之規定位置處所含之雜質之量多。於第3區域A3中，於氧化物絕緣層120之上未設置有氧化物半導體層140。進而，於第2區域A2及第3區域A3中，閘極絕緣層150之厚度相同。其結果為，於第3區域A3中在氧化物絕緣層120中存在濃度分佈之峰，以此代替於第2區域A2中在氧化物半導體層140中存在濃度分佈之峰。即，第3區域A3中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量較第1區域A1中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量多，且較第2區域A2中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量多。同樣地，第3區域A3中之閘極絕緣層150中所含之雜質之量較第1區域A1中之閘極絕緣層150中所含之雜質之量多，於第2區域A2中之深度方向上，與閘極絕緣層150之規定位置處所含之雜質之量同等。

根據如上所述之雜質之濃度分佈，於氧化物絕緣層120中形成伴隨雜質導入而產生之懸鍵缺陷DB。如上所述，於第3區域A3中在氧化物絕緣層120中存在濃度分佈之峰，因此存在於第3區域A3中之氧化物絕緣層120中之懸鍵缺陷DB之量較存在於第2區域A2中之氧化物絕緣層120中之懸鍵缺陷DB之量多。因此，第3區域A3中之氧化物絕緣層120可較第3區域A3中之閘極絕緣層150捕獲更多之氫，可較第2區域A2中之氧化物絕緣層120捕獲更多之氫。

本實施方式中，於第3區域A3中之深度方向上，氧化物絕緣層120中之規定位置處所含之雜質之量為1×10 ¹⁶/cm ³以上、1×10 ¹⁷/cm ³以上、或1×10 ¹⁸/cm ³以上。該規定位置可為濃度分佈之峰之位置，亦可為相當於氧化物絕緣層120與閘極絕緣層150之間之界面之位置。或者，該規定位置亦可為自相當於該界面之位置起向氧化物絕緣層120之方向移動了規定深度之位置。

於本實施方式中，例示了第3區域A3中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量較第2區域A2中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量多的構成，但不限定於該構成。同樣地，於本實施方式中，例示了第3區域A3中之雜質之濃度分佈之峰存在於氧化物絕緣層120中之構成，但不限定於該構成。該峰亦可存在於閘極絕緣層150中。即，於第3區域A3中，氧化物絕緣層120中所含之雜質之量可較閘極絕緣層150中所含之雜質之量少。於此情形時，第2區域A2中之雜質之濃度分佈之峰亦存在於閘極絕緣層150中。即，於第2區域A2中，氧化物半導體層140中所含之雜質之量可較閘極絕緣層150中所含之雜質之量少。

參照圖2，通道區域CH相當於第1區域A1，源極區域S及汲極區域D相當於第2區域A2，除通道區域CH、源極區域S、及汲極區域D以外之區域相當於第3區域A3。即，通道區域CH夾於第2區域A2之間，由第3區域A3包圍。因此，例如於絕緣層170之成膜時自絕緣層170擴散之氫，由設置於位於通道區域CH周圍之第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中所形成之懸鍵缺陷DB捕獲。其結果為，可抑制該氫滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140中。

[4.半導體裝置10之製造方法] 參照圖5～圖13，對本發明之一實施方式之半導體裝置10之製造方法進行說明。圖5係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的序列圖。圖6～圖13係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。

如圖5及圖6所示，於基板100之上形成遮光層105，於遮光層105之上形成氮化物絕緣層110及氧化物絕緣層120(圖5之步驟S1001之｢絕緣層/遮光層形成｣)。作為氮化物絕緣層110，例如形成氮化矽。作為氧化物絕緣層120，例如形成氧化矽。氮化物絕緣層110及氧化物絕緣層120係藉由CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法來成膜。例如，氮化物絕緣層110之厚度為50 nm以上500 nm以下、或150 nm以上300 nm以下。氧化物絕緣層120之厚度為50 nm以上500 nm以下、或150 nm以上300 nm以下。

藉由使用氮化矽作為氮化物絕緣層110，使得氮化物絕緣層110例如可阻擋雜質自基板100側朝向氧化物半導體層140擴散。例如，用作氧化物絕緣層120之氧化矽係藉由熱處理而釋出氧之物性之氧化矽。

如圖5及圖7所示，於氧化物絕緣層120之上形成氧化物半導體層140(圖5之步驟S1002之｢OS成膜｣)。氧化物半導體層140係藉由濺鍍法或原子層沈積法(ALD：Atomic Layer Deposition)來成膜。

於在氧化物絕緣層120與氧化物半導體層140之間設置以鋁作為主成分之金屬氧化物層之情形時，該金屬氧化物層亦與上述同樣地藉由濺鍍法或原子層沈積法來成膜。

氧化物半導體層140之厚度例如為10 nm以上100 nm以下、15 nm以上70 nm以下、或20 nm以上40 nm以下。於本實施方式中，氧化物半導體層140之厚度為30 nm。下述熱處理(退火(Annealing) OS)前之氧化物半導體層140為非晶。

於藉由下述OS退火使氧化物半導體層140結晶化之情形時，成膜後且OS退火前之氧化物半導體層140較佳為非晶(氧化物半導體之晶體成分較少之狀態)。即，氧化物半導體層140之成膜條件較佳為使剛成膜後之氧化物半導體層140儘可能不結晶之條件。例如，於藉由濺鍍法使氧化物半導體層140成膜之情形時，一面控制被成膜對象物(基板100及形成於其上之結構物)之溫度一面使氧化物半導體層140成膜。

若藉由濺鍍法對被成膜對象物進行成膜，則電漿中所產生之離子及因濺鍍靶而彈回之原子與被成膜對象物碰撞，因此被成膜對象物之溫度隨著成膜處理而上升。若成膜處理中之被成膜對象物之溫度上升，則可能在剛成膜後之狀態下在氧化物半導體層140中包含微晶，阻礙其後之OS退火之結晶化。為了如上述控制被成膜對象物之溫度，例如可一面冷卻被成膜對象物一面進行成膜。例如，可以被成膜對象物之被成膜面之溫度(以下，稱為｢成膜溫度｣)成為100℃以下、70℃以下、50℃以下、或30℃以下之方式，自該被成膜面之相反側之面冷卻被成膜對象物。藉由如上所述一面冷卻被成膜對象物一面進行氧化物半導體層140之成膜，可在剛成膜後之狀態下成膜出晶體成分較少之氧化物半導體層140。氧化物半導體層140之成膜條件中之氧分壓為2%以上20%以下、3%以上15%以下、或3%以上10%以下。

如圖5及圖8所示，形成氧化物半導體層140之圖案(圖5之步驟S1003之｢OS圖案形成｣)。雖未圖示，但於氧化物半導體層140之上形成抗蝕劑遮罩，並使用該抗蝕劑遮罩對氧化物半導體層140進行蝕刻。作為氧化物半導體層140之蝕刻，可使用濕式蝕刻，亦可使用乾式蝕刻。作為濕式蝕刻，可使用酸性之蝕刻劑進行蝕刻。作為蝕刻劑，例如可使用：草酸、PAN(Phosphoric Acetic Nitric，磷酸乙酸硝酸)、硫酸、過氧化氫溶液、或氫氟酸。由於步驟S1003中之氧化物半導體層140為非晶，故而可藉由濕式蝕刻將氧化物半導體層140容易地圖案化成規定之形狀。

於形成氧化物半導體層140之圖案後，對氧化物半導體層140進行熱處理(OS退火)(圖5之步驟S1004之｢OS退火｣)。於OS退火中，將氧化物半導體層140於規定之達到溫度下保持規定之時間。規定之達到溫度為300℃以上500℃以下、或350℃以上450℃以下。達到溫度下之保持時間為15分鐘以上120分鐘以下、或30分鐘以上60分鐘以下。於本實施方式中，藉由該OS退火，而使氧化物半導體層140結晶化。但是，亦可未必藉由OS退火使氧化物半導體層140結晶化。

如圖5及圖9所示，成膜閘極絕緣層150(圖5之步驟S1005之｢GI形成｣)。作為閘極絕緣層150，例如可形成氧化矽。閘極絕緣層150係藉由CVD法而形成。例如，為了形成如上所述缺陷較少之絕緣層作為閘極絕緣層150，可於350℃以上之成膜溫度下成膜閘極絕緣層150。閘極絕緣層150之厚度例如為200 nm以上500 nm以下、200 nm以上400 nm以下、或250 nm以上350 nm以下。於成膜閘極絕緣層150後，可對閘極絕緣層150之上部進行注入氧之處理。作為注入氧之處理，可進行如下構成，即藉由濺鍍法於閘極絕緣層150之上形成金屬氧化物層。

在氧化物半導體層140之上成膜有閘極絕緣層150之狀態下，進行用於將氧供給至氧化物半導體層140之熱處理(氧化退火)(圖5之步驟S1006之｢氧化退火｣)。自成膜出氧化物半導體層140後直至在氧化物半導體層140之上成膜出閘極絕緣層150為止之間之步驟中，在氧化物半導體層140之上表面141及側面143產生大量之氧缺陷。藉由上述氧化退火，而將自氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中釋出之氧供給至氧化物半導體層140，修復氧缺陷。於不對閘極絕緣層150進行注入氧之處理之情形時，亦可於在閘極絕緣層150之上形成有藉由熱處理而釋出氧之絕緣層之狀態下進行氧化退火。

為了使自閘極絕緣層150向氧化物半導體層140之氧供給量變多，可於閘極絕緣層150之上，藉由濺鍍法形成以鋁作為主成分之金屬氧化物層，在該狀態下進行氧化退火。藉由使用對氣體之阻隔性較高之氧化鋁作為該金屬氧化物層，可抑制氧化退火時注入至閘極絕緣層150中之氧向外擴散。藉由上述金屬氧化物層之形成及氧化退火，而將注入至閘極絕緣層150之氧效率良好地供給至氧化物半導體層140。

如圖5及圖10所示，形成閘極電極160，對閘極絕緣層150進行半蝕刻(圖5之步驟S1007之｢GE形成+GI半蝕刻｣)。閘極電極160係藉由濺鍍法或原子層沈積法來成膜，藉由光微影步驟進行圖案化。閘極電極160及閘極絕緣層150可於同一步驟(同一條件)中蝕刻，亦可分別於不同之工序(不同之條件)中蝕刻。即，閘極絕緣層150之半蝕刻可藉由針對閘極電極160之蝕刻步驟中之過蝕刻來實施，亦可於閘極電極160之蝕刻後，將閘極電極160作為遮罩，藉由與針對閘極電極160之蝕刻不同之蝕刻來實施。

藉由閘極絕緣層150之半蝕刻，將第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚度薄膜化為150 nm以下。半蝕刻後之閘極絕緣層150之厚度可為100 nm以下、50 nm以下、或30 nm以下。換言之，閘極絕緣層150之半蝕刻之量至少超過50 nm。該半蝕刻之量可超過100 nm、超過150 nm、或超過170 nm。半蝕刻後之閘極絕緣層150之厚度係以雜質藉由下述離子布植而到達氧化物絕緣層120之方式決定。

如圖11所示，於閘極電極160被圖案化，且藉由半蝕刻將第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150之厚度薄膜化為150 nm以下之狀態下，對氧化物半導體層140進行雜質之離子布植(圖5之步驟S1008之｢雜質離子布植｣)。具體而言，將閘極電極160作為遮罩，經由經半蝕刻之閘極絕緣層150將雜質布植至氧化物絕緣層120、氧化物半導體層140、及閘極絕緣層150。藉由離子布植，例如將硼(B)、磷(P)、氬(Ar)、或氮(N)等元素布植至氧化物絕緣層120、氧化物半導體層140、及閘極絕緣層150。

於不與閘極電極160重疊之第2區域A2中之氧化物半導體層140中，藉由離子布植而生成氧缺陷。在所生成之氧缺陷上捕獲氫，藉此使第2區域A2中之氧化物半導體層140之電阻降低。另一方面，於與閘極電極160重疊之第1區域A1中之氧化物半導體層140中，由於未布植雜質，故而未生成氧缺陷，從而第1區域A1中之電阻不降低。藉由上述步驟，而於第1區域A1中之氧化物半導體層140形成通道區域CH，於第2區域A2中之氧化物半導體層140形成源極區域S及汲極區域D。

藉由上述離子布植，而於第2區域A2及第3區域A3中之氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中生成懸鍵缺陷DB。懸鍵缺陷DB之位置及量可藉由調整離子布植之製程參數(例如，摻雜量、加速電壓、電漿功率等)來控制。例如，摻雜量為1×10 ¹⁴/cm ²以上、5×10 ¹⁴/cm ²、或1×10 ¹⁵/cm ²以上。例如，加速電壓超過10 keV、為15 keV以上、或20 keV以上。

如圖5及圖12所示，於閘極絕緣層150及閘極電極160之上成膜絕緣層170、180作為層間膜(圖5之步驟S1009之｢層間膜成膜｣)。絕緣層170、180係藉由CVD法來成膜。例如，形成氮化矽層作為絕緣層170，形成氧化矽層作為絕緣層180。用作絕緣層170、180之材料不限定於上述。絕緣層170之厚度為50 nm以上500 nm以下。絕緣層180之厚度為50 nm以上500 nm以下。

如圖5及圖13所示，於閘極絕緣層150及絕緣層170、180中形成開口171、173(圖5之步驟S1010之｢接觸開孔｣)。藉由開口171而露出源極區域S中之氧化物半導體層140。藉由開口173而露出汲極區域D中之氧化物半導體層140。於藉由開口171、173而露出之氧化物半導體層140之上及絕緣層180之上，形成源極、汲極電極200(圖5之步驟S1011之｢SD形成｣)，藉此完成圖1所示之半導體裝置10。

[5.懸鍵缺陷DB中之氫阱] 參照圖4、圖5、及圖14，藉由步驟S1008之離子布植，而亦對第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150(GI)及氧化物絕緣層120(UC)布植雜質。藉由該雜質之離子布植，而於第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中生成懸鍵缺陷DB。即，閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120包含硼(B)、磷(P)、氬(Ar)、或氮(N)等雜質。於本實施方式之情形時，第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中第3區域A3中之氧化物絕緣層120中所含之雜質之量最多。第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150中所含之雜質之量相同。於如上所述導入了雜質之情形時，將形成於閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中之懸鍵缺陷DB模式性地示於圖14中。

為了使絕緣層170具有阻擋自其上方擴散之雜質之功能，絕緣層170較佳為缺陷較少之緻密膜。為了獲得此種絕緣層170，需要於高溫下成膜絕緣層170。例如，於在高溫下成膜氮化矽層作為絕緣層170之情形時，由於該絕緣層170中含有大量之氫，故而因成膜溫度而導致大量之氫自絕緣層170擴散至閘極絕緣層150。因此，於閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中未形成有氫阱區域之情形時，氫經由閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120不僅擴散至源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140，亦擴散至通道區域CH中之氧化物半導體層140。

於步驟S1008中，於在閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中形成有圖14所示之懸鍵缺陷DB之情形時，如圖15所示，於絕緣層170之成膜時自絕緣層170擴散之氫H被上述懸鍵缺陷DB捕獲(顯示為在｢×｣之上重疊｢○｣)。因此，於步驟S1009中，可抑制成膜中或成膜後自絕緣層170擴散之氫H滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140。因此，可使用含有大量氫之膜作為絕緣層170，因此可實現雜質之阻擋功能較高之絕緣層170。進而，可使源極區域S及汲極區域D中之氧化物半導體層140充分低電阻化。

於本實施方式之情形時，第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150及氧化物絕緣層120中第3區域A3中之氧化物絕緣層120所捕獲之氫H之量最多。第2區域A2及第3區域A3中之閘極絕緣層150所捕獲之氫H之量相同。

圖16係對本發明之一實施方式之半導體裝置中藉由氫阱所獲得之效果進行說明之模式性剖視圖及表示半導體裝置之電特性之圖。圖16所示之電特性表示供形成氫阱之場所(層)對電特性產生之影響之調查結果300。圖16之310所示之電特性係氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中均未形成有氫阱之(相對較少之)情形時之電特性。圖16之320所示之電特性係僅於閘極絕緣層150中形成有氫阱之情形時之電特性。圖16之330所示之電特性係僅於氧化物絕緣層120中形成有氫阱之情形時之電特性。

上述氫阱並非如本實施方式所述藉由雜質之離子布植而形成，而是藉由模擬地調整各絕緣層之成膜條件來形成。於圖16之構成中，使用氧化矽層作為氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150。已知於在包含過量氧之條件下成膜出氧化矽層之情形時，氧化矽層較多地包含氫阱。即，於圖16之320所示之條件下，使用包含過量氧之氧化矽層作為閘極絕緣層150。於圖16之330所示之條件下，使用包含過量氧之氧化矽層作為氧化物絕緣層120。於圖16中，除了已去除不與閘極電極160重疊之區域中之閘極絕緣層150之方面以外，與圖1之構成相同。

如圖16之310所示，於氧化物絕緣層120及閘極絕緣層150中均未形成有氫阱之情形時，確認到電特性中之駝峰(hump)。已知由於在成膜絕緣層170時氫會滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140中，故而會產生電特性中之駝峰。如圖16之320所示，於僅於閘極絕緣層150形成有氫阱之情形時，電特性中之駝峰未得到改善。另一方面，如圖16之330所示，於僅於氧化物絕緣層120形成有氫阱之情形時，電特性中之駝峰減少。根據該等結果可知，為了抑制成膜絕緣層170時之氫滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140中，重要的是於氧化物絕緣層120形成氫阱。

於本實施方式中，如圖2、圖4、及圖14所示，於包圍通道區域CH之第3區域A3中，於氧化物絕緣層120中形成大量之懸鍵缺陷DB。根據該構成，可抑制氫滲入至通道區域CH中之氧化物半導體層140中。其結果為，可獲得具有駝峰得到抑制之電特性之半導體裝置10。

關於上文中作為本發明之實施方式所述之各實施方式，只要不相互矛盾，便可適當地組合而實施。又，關於從業者基於各實施方式而適當進行構成要素之追加、刪除、或設計變更所成者、或者進行步驟之追加、省略或條件變更所成者，只要具備本發明之主旨，便亦包含於本發明之範圍內。

即便是與上述各實施方式之態樣所帶來之作用效果不同之其他作用效果，自本說明書之記載可明確者、或者從業者可容易地預測到者亦當然可理解為本發明所帶來之作用效果。

10:半導體裝置 100:基板 105:遮光層 110:氮化物絕緣層 120:氧化物絕緣層 120-1:氧化物絕緣層 120-2:氧化物絕緣層 120-3:氧化物絕緣層 140:氧化物半導體層 141:上表面 142:下表面 143:側面 150:閘極絕緣層 150-1:閘極絕緣層 150-2:閘極絕緣層 150-3:閘極絕緣層 160:閘極電極 170:絕緣層 171:開口 173:開口 180:絕緣層 200:源極、汲極電極 201:源極電極 203:汲極電極 A1:第1區域 A2:第2區域 A3:第3區域 CH:通道區域 D:汲極區域 D1:方向 D2:方向 DB:懸鍵缺陷 H:氫 L:通道長度 P:區域 S:源極區域 S1001～S1011:步驟 W:通道寬度

圖1係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之概要的剖視圖。圖2係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之概要的俯視圖。圖3係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之構成的模式性局部放大剖視圖。圖4係表示本發明之一實施方式之半導體裝置中第1區域～第3區域中之雜質濃度之分佈的曲線圖。圖5係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的序列圖。圖6係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖7係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖8係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖9係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖10係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖11係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖12係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖13係表示本發明之一實施方式之半導體裝置之製造方法的剖視圖。圖14係對本發明之一實施方式之半導體裝置中第2區域及第3區域中之氫之捕獲功能進行說明之模式性剖視圖。圖15係對本發明之一實施方式之半導體裝置中第2區域及第3區域中之氫之捕獲功能進行說明之模式性剖視圖。圖16係對本發明之一實施方式之半導體裝置中藉由氫阱所獲得之效果進行說明之模式性剖視圖及表示半導體裝置之電特性之圖。

10:半導體裝置

100:基板

105:遮光層

110:氮化物絕緣層

120:氧化物絕緣層

140:氧化物半導體層

141:上表面

142:下表面

143:側面

150:閘極絕緣層

160:閘極電極

170:絕緣層

171:開口

173:開口

180:絕緣層

200:源極、汲極電極

201:源極電極

203:汲極電極

A1:第1區域

A2:第2區域

A3:第3區域

CH:通道區域

D:汲極區域

P:區域

S:源極區域

Claims

一種半導體裝置，其包含氧化物絕緣層、上述氧化物絕緣層之上之氧化物半導體層、覆蓋上述氧化物半導體層之於上述氧化物絕緣層及上述氧化物半導體層之上之閘極絕緣層、上述閘極絕緣層之上之閘極電極、及覆蓋上述閘極電極之於上述閘極絕緣層及上述閘極電極之上之保護絕緣層，且上述半導體裝置被劃分為與上述閘極電極重疊之第1區域；不與上述閘極電極重疊而與上述氧化物半導體層重疊之第2區域、及不與上述閘極電極及上述氧化物半導體層重疊之第3區域，上述第1區域中之上述閘極絕緣層之厚度為200 nm以上，上述第2區域及上述第3區域中之上述閘極絕緣層之厚度為150 nm以下，上述第2區域中之上述氧化物半導體層中所含之雜質之量較上述第1區域中之上述氧化物半導體層中所含之上述雜質之量多，上述第3區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量較上述第1區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中上述第3區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量較上述第2區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中上述第2區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量較上述第1區域中之上述氧化物絕緣層中所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中上述第2區域及上述第3區域中之上述閘極絕緣層中所含之上述雜質之量較上述第1區域中之上述閘極絕緣層中所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第3區域中，上述氧化物絕緣層及上述閘極絕緣層之膜厚方向上之上述雜質之分佈之峰存在於上述氧化物絕緣層之中。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第2區域中，上述氧化物絕緣層、上述氧化物半導體層、及上述閘極絕緣層之膜厚方向上之上述雜質之分佈之峰存在於上述氧化物半導體層之中。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第1區域中，上述氧化物絕緣層、上述氧化物半導體層、上述閘極絕緣層、及上述閘極電極之膜厚方向上之上述雜質之分佈之峰存在於上述閘極電極之中。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第3區域中之深度方向上，上述氧化物絕緣層之規定位置處所含之上述雜質之量較上述閘極絕緣層之規定位置處所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第2區域中之深度方向上，上述氧化物半導體層之規定位置處所含之上述雜質之量較上述閘極絕緣層之規定位置處所含之上述雜質之量多，且較上述氧化物絕緣層之規定位置處所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第1區域中之深度方向上，上述閘極電極之規定位置處所含之上述雜質之量較上述閘極絕緣層之規定位置處所含之上述雜質之量多。
如請求項1之半導體裝置，其中於上述第3區域中，上述氧化物絕緣層與上述閘極絕緣層相接，上述閘極絕緣層與上述保護絕緣層相接。
如請求項1至11中任一項之半導體裝置，其中上述第2區域及上述第3區域中之上述閘極絕緣層之厚度為50 nm以上100 nm以下。