;襯底和靶之間的距離（T-S距離）為89mm;壓力為0? 4Pa，直 流（DC)電源為6kW，氣氛為氧氣（氧氣流量的比例為100%)。膜厚度為300nm。注意，可 以采用石英（優(yōu)選為合成石英）代替硅靶作為用于形成氧化硅膜的靶。可以采用氧氣或者 氧氣和氬氣的混合氣體作為濺射氣體。
[0136] 優(yōu)選在去除處理室中的殘余濕氣的同時(shí)形成混合區(qū)域119和具有缺陷的絕緣層 116,從而使氧化物半導(dǎo)體層121、混合區(qū)域119或具有缺陷的絕緣層116中不包含氫、氫氧 根或濕氣。
[0137] 注意，可以采用氧氮化硅、氧化鋁、或氧氮化鋁等替代氧化硅形成混合區(qū)域119。
[0138] 之后，在具有缺陷的絕緣層116與氧化物半導(dǎo)體層121相互接觸，并且氧過量混合 區(qū)域119插入其間的狀態(tài)下，在100°C到400°C的溫度執(zhí)行熱處理。該熱處理能夠使氧化物 半導(dǎo)體層121中含有的氫或濕氣擴(kuò)散到氧過量混合區(qū)域119和具有缺陷的絕緣層116中。 由于在具有缺陷的絕緣層116和氧化物半導(dǎo)體層121之間提供了氧過量混合區(qū)域119,因而 島狀氧化物半導(dǎo)體層121中含有的諸如氫、氫氧根或濕氣的雜質(zhì)從氧化物半導(dǎo)體層121擴(kuò) 散到氧過量混合區(qū)域119中或通過所述氧過量混合區(qū)域119擴(kuò)散到具有缺陷的絕緣層116 中。
[0139] 設(shè)置于氧化物半導(dǎo)體層121和具有缺陷的絕緣層116之間的混合區(qū)域119含有過 量的氧，因而具有很多作為缺陷的氧懸掛鍵，并且具有與諸如氫、濕氣、氫氧根或氫化物的 雜質(zhì)的高的結(jié)合能。氧過量混合區(qū)域119的提供促進(jìn)了氧化物半導(dǎo)體層121中含有的諸如 氫、濕氣、氫氧根或氫化物的雜質(zhì)擴(kuò)散并移動(dòng)到具有缺陷的絕緣層116中。
[0140] 此外，在被從氧化物半導(dǎo)體層121去除并擴(kuò)散到具有缺陷的絕緣層116中的雜質(zhì) 向氧化物半導(dǎo)體層121回移時(shí)，氧過量混合區(qū)域119起著保護(hù)層（阻擋層）的作用，其與雜 質(zhì)結(jié)合并使其穩(wěn)定，以防止雜質(zhì)進(jìn)入氧化物半導(dǎo)體層121。
[0141] 如上所述，通過從氧化物半導(dǎo)體層121去除引起變化的諸如氫、濕氣、氫氧根或氫 化物的雜質(zhì)，能夠提供具有減少的雜質(zhì)的氧化物半導(dǎo)體層112。此外，起著阻擋層的作用的 氧過量混合區(qū)域119防止了已經(jīng)擴(kuò)散到具有缺陷的絕緣層116中的雜質(zhì)再次進(jìn)入氧化物半 導(dǎo)體層112 ;因而能夠使氧化物半導(dǎo)體層112保持低雜質(zhì)濃度。
[0142] 設(shè)置于氧化物半導(dǎo)體層和具有缺陷的絕緣層之間的氧過量混合區(qū)域或氧過量氧 化物絕緣層含有過量的氧，因而具有很多作為缺陷的氧懸掛鍵。考慮到氫從氧化物半導(dǎo)體 層向這樣的具有缺陷的絕緣層中的擴(kuò)散，計(jì)算了氫原子更可能存在于氧化物半導(dǎo)體層（非 晶IGZ0)和具有缺陷的絕緣層（非晶SiOx)中的哪一個(gè)中。
[0143] 如下定義氫原子的結(jié)合能E_bind，從而估算環(huán)境中的氫原子的穩(wěn)定性。
[0144]E_bind={E(原始結(jié)構(gòu)）+E(H)}-E(具有H的結(jié)構(gòu)）
[0145] 該結(jié)合的E_bind變得越大，氫原子就越可能存在。E(原始結(jié)構(gòu)）、E(H)和E(具 有H的結(jié)構(gòu)）分別表示原始結(jié)構(gòu)的能量、氫原子的能量和具有H的結(jié)構(gòu)的能量。計(jì)算了四 個(gè)樣本的結(jié)合能：非晶IGZ0、不具有懸掛鍵（下文簡稱為DB)的非晶Si02、以及兩種具有DB 的非晶SiOx。
[0146] 采用CASTEP實(shí)施計(jì)算，CASTEP是一種用于密度函數(shù)理論的程序。作為用于密度 函數(shù)理論的方法，采用了平面波基礎(chǔ)偽勢（planewavebasispseudopotential)法。采用 LDA作為函數(shù)。截止（cut-off)能量為300eV。采用了 2X2X2格柵K點(diǎn)格柵。
[0147] 下文描述了所計(jì)算的結(jié)構(gòu)。首先，描述原始結(jié)構(gòu)。非晶IGZ0的晶胞（unitcell)總 共包括84的原子：12個(gè)In原子、12個(gè)Ga原子、12個(gè)Zn原子和48個(gè)0原子。不具有DB的 非晶3102的晶胞總共包括48個(gè)原子：16個(gè)硅原子和32個(gè)0原子。具有DB的非晶SiOx(l) 具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，從不具有DB的非晶5102去除一個(gè)0原子，并將過去鍵合至該0原 子的一個(gè)Si原子鍵合至H;也就是說，其總共包括48個(gè)原子：16個(gè)Si原子，31個(gè)0原子和 1個(gè)H原子。具有DB的非晶Si0x(2)具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，從不具有DB的非晶Si02去除 一個(gè)Si原子，并使過去鍵合至該Si原子的三個(gè)0原子中的每一個(gè)都鍵合至H原子；也就是 說，其總共包括50個(gè)原子：15個(gè)Si原子，32個(gè)0原子和3個(gè)H原子。具有H的結(jié)構(gòu)是其中 H附著到上面的四種結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)。注意，H附著到非晶IGZ0中的0原子，不具有 DB的非晶Si02中的Si原子、以及具有DB的非晶SiOx*的具有DB的原子。其中計(jì)算了H 的結(jié)構(gòu)在晶胞中包括一個(gè)H原子。注意，表1示出了每一結(jié)構(gòu)的晶胞尺寸。
[0148] [表 1]
[0149]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體裝置，包括： 襯底之上的柵電極層； 所述柵電極層之上的柵極絕緣層； 所述柵極絕緣層之上的氧化物半導(dǎo)體層； 源電極層和漏電極層，所述源電極層和所述漏電極層中的每一個(gè)與所述氧化物半導(dǎo)體 層接觸； 所述源電極層和所述漏電極層之上的絕緣層，所述絕緣層包含氧和硅；以及 所述氧化物半導(dǎo)體層和所述絕緣層之間的第一區(qū)域， 其中，所述第一區(qū)域包含氧、硅和包含于所述氧化物半導(dǎo)體層中的至少一種金屬元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包含銦、鎵和鋅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，具有缺陷的所述絕緣層被配置為結(jié)合從 所述氧化物半導(dǎo)體層擴(kuò)散的雜質(zhì)并使其穩(wěn)定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第一區(qū)域的厚度為0.1 nm至30nm。
5. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下步驟： 將襯底設(shè)置到處于降低的壓力下的處理室中； 在去除所述處理室中殘余的濕氣的同時(shí)引入去除了氫和濕氣的濺射氣體，以在所述襯 底之上形成氧化物半導(dǎo)體層； 形成與所述氧化物半導(dǎo)體層接觸的源電極層和漏電極層； 在所述源電極層、所述漏電極層和所述氧化物半導(dǎo)體層之上形成氧過量氧化物絕緣 層，所述氧過量氧化物絕緣層包含氮化硅； 在所述氧過量氧化物絕緣層之上形成絕緣層；以及 加熱所述襯底以減小所述氧化物半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)的濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包含銦、 鎵和鋅。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述絕緣層是通過濺射方法 形成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述絕緣層被配置為結(jié)合從 所述氧化物半導(dǎo)體層擴(kuò)散的雜質(zhì)并使其穩(wěn)定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧過量氧化物絕緣層的 厚度為〇. Inm至30nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，減小所述氧化物半導(dǎo)體層中 的雜質(zhì)的濃度是在高于或等于l〇〇°C且低于或等于400°C的溫度執(zhí)行的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述雜質(zhì)包含氫、濕氣、氫氧 根和氫化物中的至少一種。
12. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下步驟： 將襯底設(shè)置到處于降低的壓力下的處理室中； 在去除所述處理室中殘余的濕氣的同時(shí)引入去除了氫和濕氣的濺射氣體，以在所述襯 底之上形成氧化物半導(dǎo)體層； 形成與所述氧化物半導(dǎo)體層接觸的源電極層和漏電極層； 在所述源電極層、所述漏電極層和所述氧化物半導(dǎo)體層之上形成氧過量氧化物絕緣 層； 在所述氧過量氧化物絕緣層之上形成絕緣層；以及 加熱所述襯底以減小所述氧化物半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)的濃度，所述雜質(zhì)包含氫， 其中，所述氧過量氧化物絕緣層包含氮化硅。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧化物半導(dǎo)體層包含 銦、鎵和鋅。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述絕緣層是通過濺射方 法形成的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述絕緣層被配置為結(jié)合 從所述氧化物半導(dǎo)體層擴(kuò)散的雜質(zhì)并使其穩(wěn)定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述氧過量氧化物絕緣層 的厚度為〇? Inm至30nm〇
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，減小所述氧化物半導(dǎo)體層 中的雜質(zhì)的濃度是在高于或等于l〇〇°C且低于或等于400°C的溫度執(zhí)行的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述雜質(zhì)包含氫、濕氣、氫 氧根和氫化物中的至少一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。半導(dǎo)體裝置包括：襯底之上的柵電極層；所述柵電極層之上的柵極絕緣層；所述柵極絕緣層之上的氧化物半導(dǎo)體層；源電極層和漏電極層，所述源電極層和所述漏電極層中的每一個(gè)與所述氧化物半導(dǎo)體層接觸；所述源電極層和所述漏電極層之上的絕緣層，所述絕緣層包含氧和硅；以及所述氧化物半導(dǎo)體層和所述絕緣層之間的第一區(qū)域，其中，所述第一區(qū)域包含氧、硅和包含于所述氧化物半導(dǎo)體層中的至少一種金屬元素。
【IPC分類】H01L29-786, H01L27-12
【公開號(hào)】CN104867982
【申請?zhí)枴緾N201510142874
【發(fā)明人】山崎舜平, 宮永昭治, 高橋正弘, 岸田英幸, 坂田淳一郎
【申請人】株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2010年10月6日
【公告號(hào)】CN102668096A, CN102668096B, EP2494601A1, US20110101335, US20140367682, WO2011052384A1