JP2012134467A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加熱処理により第1の結晶構造となりうる酸化物半導体膜と、加熱処理により第2の結晶構造となりうる酸化物半導体膜を積層して形成し、その後加熱処理を行うことによって、第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜を種として第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜へ結晶成長する。このようにして形成した酸化物半導体膜を、トランジスタの活性層に用いる。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、絶縁表面上の酸化物半導体膜をチャネルに用いたトランジスタ及びその作製方法について、図1及び2を用いて説明する。図1(B)は、半導体装置の構成の一形態であるトランジスタの構造を説明する断面図であり、上面図である図1(A)の一点破線A−Bの断面図に相当する。なお、図1(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜107、及び絶縁膜109は省略している。図2は、図1(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
ここで、六方晶系の結晶構造について、以下に説明する。
次に、種結晶層について説明する。種結晶層はc軸配向した第2の結晶構造を含む。特に、種結晶層は酸化物半導体膜に比べて結晶性が高く、結晶化し易い材料を用いる。
次に、酸化物半導体膜について説明する。酸化物半導体膜は、非単結晶であり、酸化物半導体膜全体が非晶質状態(アモルファス状態)ではなく、少なくともc軸配向した六方晶系の第1の結晶構造を含み、種結晶層から異方性をもって成長した結晶を含む。酸化物半導体膜全体が非晶質状態(アモルファス状態)ではないため、電気特性が不安定な非晶質の形成が抑制される。
本実施の形態では、実施の形態1と異なるトランジスタの構造及び作製方法について、図7及び図8を用いて説明する。本実施の形態では、酸化物絶縁膜及び酸化物半導体積層体の間に一対の電極が設けられる点が、実施の形態1と異なる。なお、上面図である図7(A)の一点破線C−Dの断面図は図7(B)に相当する。図7(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜117、及び絶縁膜119は省略している。図8は、図7(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
本実施の形態では、酸化物半導体膜をチャネルに用いたトランジスタ及びその作製方法について、図9及び図10を用いて説明する。図9(B)は、半導体装置の構成の一形態であるトランジスタの構造を説明する断面図であり、上面図である図9(A)の一点破線A−Bの断面図に相当する。なお、図9(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜107、及び絶縁膜109は省略している。図10は、図9(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
本実施の形態では、実施の形態3と異なるトランジスタの構造及び作製方法について、図11及び図12を用いて説明する。本実施の形態では、酸化物絶縁膜及び酸化物半導体積層体の間に一対の電極が設けられる点が、実施の形態3と異なる。なお、上面図である図11(A)の一点破線C−Dの断面図は図11(B)に相当する。図11(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜117、及び絶縁膜119は省略している。図12は、図11(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態4と異なるトランジスタの構造及び作製方法について、図13及び図14を用いて説明する。本実施の形態では、酸化物絶縁膜及びゲート絶縁膜の間にゲート電極が設けられる点が、実施の形態1乃至実施の形態4と異なる。即ち、実施の形態1乃至実施の形態4では、トップゲート型のトランジスタを用いて説明したが、本実施の形態はボトムゲート型のトランジスタについて、説明する。なお、上面図である図13(A)の一点破線E−Fの断面図が図13(B)に相当する。図13(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜127、及び絶縁膜129は省略している。図14は、図13(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態5と異なるトランジスタの構造及び作製方法について、図15及び図16を用いて説明する。本実施の形態では、ボトムゲート型のトランジスタである。また、ゲート絶縁膜及び酸化物半導体積層体の間に一対の電極が設けられている点が実施の形態5と異なる。なお、上面図である図15(A)の一点破線G−Hの断面図が図15(B)に相当する。図15(A)において、基板101、酸化物絶縁膜102、ゲート絶縁膜137、及び絶縁膜139は省略している。図16は、図15(B)に示すトランジスタの作製工程を説明する断面図である。
本実施の形態では、実施の形態1乃至実施の形態6において、複数のゲート電極を有するトランジスタについて説明する。ここでは、実施の形態5に示すトランジスタを用いて説明するが、実施の形態1乃至実施の形態4、及び実施の形態6に適宜適用することができる。
本実施の形態では、同一基板上に少なくとも駆動回路の一部と、画素部に配置するトランジスタを有する表示装置を作製する形態について以下に説明する。
本明細書に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した表示装置を具備する電子機器の形態について説明する。
102 酸化物絶縁膜
103a 酸化物半導体膜
103b 酸化物半導体膜
103c 酸化物半導体膜
104a 酸化物半導体膜
104b 酸化物半導体膜
104c 酸化物半導体膜
105 酸化物半導体積層体
105a 酸化物半導体膜
105b 酸化物半導体膜
105c 酸化物半導体膜
106 電極
107 ゲート絶縁膜
108 ゲート電極
109 絶縁膜
113a 酸化物半導体膜
113b 酸化物半導体膜
113c 酸化物半導体膜
114a 酸化物半導体膜
114b 酸化物半導体膜
114c 酸化物半導体膜
115 酸化物半導体積層体
115a 酸化物半導体膜
115b 酸化物半導体膜
115c 酸化物半導体膜
116 電極
117 ゲート絶縁膜
118 ゲート電極
119 絶縁膜
120 配線
123b 酸化物半導体膜
123c 酸化物半導体膜
124b 酸化物半導体膜
124c 酸化物半導体膜
125 酸化物半導体積層体
125b 酸化物半導体膜
125c 酸化物半導体膜
126 電極
127 ゲート絶縁膜
128 ゲート電極
129 絶縁膜
133b 酸化物半導体膜
133c 酸化物半導体膜
134b 酸化物半導体膜
134c 酸化物半導体膜
135 酸化物半導体積層体
135b 酸化物半導体膜
135c 酸化物半導体膜
136 電極
137 ゲート絶縁膜
138 ゲート電極
139 絶縁膜
147a ゲート絶縁膜
147b ゲート絶縁膜
148a ゲート電極
148b ゲート電極
602 ゲート配線
603 ゲート配線
616 ソース電極又はドレイン電極
628 トランジスタ
629 トランジスタ
651 液晶素子
652 液晶素子
690 容量配線
2000 結晶構造
2001 結晶構造
3001 本体
3002 筐体
3003a 表示部
3003b 表示部
3004 キーボードボタン
5001 表示部
5002 ヒンジ
5003 表示パネル
5004 操作ボタン
5005 携帯電話機
5006 タッチ入力ボタン
5300 基板
5301 画素部
5302 走査線駆動回路
5303 走査線駆動回路
5304 信号線駆動回路
6400 画素
6401 スイッチング用トランジスタ
6402 駆動用トランジスタ
6403 容量素子
6404 発光素子
6405 信号線
6406 走査線
6407 電源線
6408 共通電極
7001 発光素子駆動用トランジスタ
7002 発光素子
7003 電極
7004 EL層
7005 電極
7009 隔壁
7010 基板
7011 発光素子駆動用トランジスタ
7012 発光素子
7014 EL層
7015 電極
7016 膜
7017 電極
7019 隔壁
7020 基板
7021 発光素子駆動用トランジスタ
7022 発光素子
7024 EL層
7025 電極
7027 電極
7029 隔壁
7030 酸化物絶縁膜
7031 ゲート絶縁膜
7032 絶縁膜
7033 カラーフィルタ層
7034 オーバーコート層
7035 保護絶縁膜
7040 酸化物絶縁膜
7041 ゲート絶縁膜
7042 絶縁膜
7051 ゲート絶縁膜
7052 保護絶縁膜
7053 平坦化絶縁膜
7055 絶縁膜
9600 テレビジョン装置
9601 筐体
9602 記憶媒体再生録画部
9603 表示部
9604 外部接続端子
9605 スタンド
9606 外部メモリ
Claims (20)
- 絶縁表面上に第1の酸化物半導体膜を形成し、
前記第1の酸化物半導体膜上に第2の酸化物半導体膜を形成した後に、加熱処理を行って、前記第1の酸化物半導体膜を第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜とし、前記第2の酸化物半導体膜を第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜とし、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜及び前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体積層体を形成し、
前記酸化物半導体積層体上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程を有し、
前記第1の結晶構造は非ウルツ鉱構造、YbFe2O4型構造、Yb2Fe3O7型構造及びその変形型構造のいずれか一種から選ばれた結晶構造であり、
前記第2の結晶構造はウルツ鉱型の結晶構造であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記加熱処理により、前記第1の酸化物半導体膜は、前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜を種として結晶成長し、前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜となることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、三方晶及び/又は六方晶構造であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜、および前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、非単結晶であり、且つ層全体が非晶質状態ではなく、c軸配向の結晶領域を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、亜鉛、インジウム、またはガリウムを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記加熱処理は、150度以上650度以下の加熱処理であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜、および前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、脱水化または脱水素化されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に第1の酸化物半導体膜を形成し、
前記第1の酸化物半導体膜上に第2の酸化物半導体膜を形成した後に、第1の加熱処理を行い、前記第1の酸化物半導体膜を第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜とし、前記第2の酸化物半導体膜を第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜とし、
前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜上に第3の酸化物半導体膜を形成した後に、第2の加熱処理を行い、前記第3の酸化物半導体膜を第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜とし、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜、前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜および前記第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜を選択的にエッチングして酸化物半導体積層体を形成し、
前記酸化物半導体積層体上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記第1の結晶構造及び前記第3の結晶構造は、YbFe2O4型構造、Yb2Fe3O7型構造及び非ウルツ鉱型構造のいずれか一であり、
前記第2の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8において、
前記第1の酸化物半導体膜および前記第3の酸化物半導体膜はそれぞれ、前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜を種として結晶成長し、前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜となることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8または請求項9において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および前記第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、三方晶及び/又は六方晶構造であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8乃至10のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および前記第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜、並びに前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、非単結晶であり、且つ層全体が非晶質状態ではなく、c軸配向の結晶領域を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8乃至11のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、亜鉛、インジウム、またはガリウムを含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8乃至12のいずれか一項において、
前記第1の加熱処理および前記第2の加熱処理は、150度以上650度以下の加熱処理であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8乃至13のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜乃至第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、脱水化または脱水素化されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至14のいずれか一項において、
前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、酸化亜鉛、または酸窒化物半導体であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に形成された酸化物半導体積層体と、
前記酸化物半導体積層体に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接するゲート電極と、
前記酸化物半導体積層体に接続する一対の電極と、を有し、
前記酸化物半導体積層体は、第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜と、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜上に形成された第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜と、
前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜上に形成された第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜と、を有し、
前記第1の結晶構造及び前記第3の結晶構造は、YbFe2O4型構造、Yb2Fe3O7型構造及び非ウルツ鉱型構造のいずれか一であり、
前記第2の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項16において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、三方晶及び/又は六方晶構造であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項16または請求項17において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜乃至前記第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、非単結晶であり、且つ非晶質領域と、c軸配向を有する結晶領域とを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項16乃至18のいずれか一項において、
前記第1の結晶構造を有する酸化物半導体膜および第3の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、亜鉛、インジウム、またはガリウムを含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項16乃至19のいずれか一項において、
前記第2の結晶構造を有する酸化物半導体膜は、酸化亜鉛、または酸窒化物半導体であることを特徴とする半導体装置。
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