JP2012190978A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスタの寄生容量を低減することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】 絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の直上に位置する第１領域と、前記第１領域を挟んだ両側に位置する第２領域及び第３領域と、前記第２領域に積層されるとともに前記第２領域よりも低抵抗な第４領域と、前記第３領域に積層されるとともに前記第３領域よりも低抵抗な第５領域と、を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の前記第１領域を覆うとともに、前記第４領域の一部及び前記第５領域の一部をそれぞれ露出する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜から露出した前記第４領域に電気的に接続されたソース電極と、前記第２絶縁膜から露出した前記第５領域に電気的に接続されたドレイン電極と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

液晶表示装置等のディスプレイとして、マトリクス状に配置された多数の画素を画素毎に駆動するために、各画素に薄膜半導体装置である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する場合がある）を設けたアクティブマトリクス型のディスプレイが知られている。従来、ＴＦＴの能動層にはシリコンが用いられていたが、近年、酸化物半導体を能動層に用いたＴＦＴが用いられるようになってきている。

一般的なＴＦＴの構成として、チャネル保護型ボトムゲートＴＦＴがある。このようなＴＦＴでは、絶縁基板上に所定のパターンのゲート電極が形成され、このゲート電極上にゲート絶縁膜が形成され、さらに、このゲート絶縁膜上に能動層として機能する酸化物半導体層が形成されている。このような酸化物半導体層に対して、ソース電極及びドレイン電極が電気的に接続されている。

しかしながら、従来のボトムゲートＴＦＴでは、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極とが絶縁膜を挟んで対向する面積が大きく、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間の寄生容量が大きくなり、ＴＦＴを用いて回路を構成したときにクロストークなどの不都合を生じることがある。

特開２０１０−１０７９７７号公報

本実施形態の目的は、薄膜トランジスタの寄生容量を低減することが可能な半導体装置を提供することにある。

本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の直上に位置する第１領域と、前記第１領域を挟んだ両側に位置する第２領域及び第３領域と、前記第２領域に積層されるとともに前記第２領域よりも低抵抗な第４領域と、前記第３領域に積層されるとともに前記第３領域よりも低抵抗な第５領域と、を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の前記第１領域を覆うとともに、前記第４領域の一部及び前記第５領域の一部をそれぞれ露出する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜から露出した前記第４領域に電気的に接続されたソース電極と、前記第２絶縁膜から露出した前記第５領域に電気的に接続されたドレイン電極と、を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。

本実施形態によれば、
絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の直上に位置するとともに第１膜厚の薄膜領域と、前記薄膜領域を挟んだ両側に位置するとともに前記第１膜厚よりも厚い第２膜厚の第１厚膜領域及び第２厚膜領域と、を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の前記薄膜領域を覆うとともに、前記第１厚膜領域の一部及び前記第２厚膜領域の一部をそれぞれ露出する第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜から露出した前記第１厚膜領域に電気的に接続されたソース電極と、前記第２絶縁膜から露出した前記第２厚膜領域に電気的に接続されたドレイン電極と、を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。

図１は、本実施形態における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、本実施形態における半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図３は、酸化物半導体を形成する際の酸素分圧（％）と、形成された酸化物半導体の抵抗率（Ωｃｍ）との関係の一例を示す図である。 図４は、本実施形態の変形例における半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。 図５は、本実施形態の変形例における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態における半導体装置１の構成を概略的に示す平面図である。

すなわち、半導体装置１は、薄膜トランジスタＡを備えている。この薄膜トランジスタＡは、ゲート電極１１、酸化物半導体層１５、ソース電極１６、及び、ドレイン電極１７を備えている。

酸化物半導体層１５は、ゲート電極１１を覆うゲート絶縁膜あるいは第１絶縁膜１４の上に形成されている。この酸化物半導体層１５は、ゲート電極１１を跨ぐように配置されている。すなわち、酸化物半導体層１５は、ゲート電極１１の直上に形成されるとともにゲート電極１１の直上の領域を挟んで両側に延在している。この酸化物半導体層１５は、ゲート電極１１の直上の領域が比較的高抵抗であるのに対して、ゲート電極１１の直上の領域を挟んだ両側に比較的低抵抗な領域を有している。

ソース電極１６及びドレイン電極１７は、酸化物半導体層１５を覆う層間絶縁膜あるいは第２絶縁膜１８の上に形成されている。これらのソース電極１６及びドレイン電極１７は、第２絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールＣＨを通じて酸化物半導体層１５の比較的低抵抗な領域にコンタクトしている。なお、これらのソース電極１６及びドレイン電極１７は、ゲート電極１１の直上の領域つまりゲート電極１１と対向する領域には形成されていない。

このような薄膜トランジスタＡの構造について、より詳細に説明する。

図２は、本実施形態における半導体装置１の構成を概略的に示す断面図である。

すなわち、半導体装置１は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する絶縁基板１０を用いて形成されている。この半導体装置１は、絶縁基板１０の上に形成された薄膜トランジスタＡを備えている。なお、図示しないが、絶縁基板１０の表面には、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる下地絶縁層が形成されている場合もある。

絶縁基板１０の上（あるいは下地絶縁層の上）には、薄膜トランジスタＡを構成するゲート電極１１が形成されている。このゲート電極１１は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかまたはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金などによって形成されている。

このゲート電極１１は、第１絶縁膜１４によって覆われている。また、この第１絶縁膜１４は、絶縁基板１０の上にも配置されている。このような第１絶縁膜１４は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）などによって形成されている。

第１絶縁膜１４の上には、薄膜トランジスタＡを構成する能動層として機能する酸化物半導体層１５が形成されている。この酸化物半導体層１５は、図示した例では、その一部が２層構造となっている。すなわち、酸化物半導体層１５は、第１酸化物半導体層１５Ａと、第２酸化物半導体層１５Ｂとを有している。

第１酸化物半導体層１５Ａは、ゲート電極１１の直上に位置する第１領域１５１と、この第１領域１５１を挟んだ両側に位置する第２領域１５２及び第３領域１５３と、を有している。つまり、第２領域１５２及び第３領域１５３は、ゲート電極１１の直上の位置とは異なる位置に形成されている。

これらの第１領域１５１、第２領域１５２、及び、第３領域１５３は、略均一な膜質であり、酸素濃度も略同一であり、また、抵抗値についても略同等である。このため、第１領域１５１と第２領域１５２との境界、及び、第１領域１５１と第３領域１５３との境界は、ほとんど観察することはできないが、ゲート電極１１の両端部１１Ｅの直上の位置に対応する。両端部１１Ｅとは、ゲート電極１１の幅方向の両端部、あるいは、ゲート電極１１が延在する方向に平行な両端部に相当する。

第２酸化物半導体層１５Ｂは、第２領域１５２に積層された第４領域（ソース領域）１５４と、第３領域１５３に積層された第５領域（ドレイン領域）１５５と、を有している。第４領域１５４の第５領域１５５と向かい合う端部１５４Ｅ、及び、第５領域１５５の第４領域１５４と向かい合う端部１５５Ｅは、それぞれゲート電極１１の両端部１１Ｅの直上に位置している。なお、第４領域１５４の他の端部については第２領域１５２の端部（あるいは第１酸化物半導体層１５Ａの端部）に重なっており、また、第５領域１５５の他の端部については第３領域１５３の端部（あるいは第１酸化物半導体層１５Ａの端部）に重なっている。

このように、酸化物半導体層１５において、ゲート電極１１の直上には第１領域１５１のみが形成され、この第１領域１５１の両側には、第２領域１５２と第４領域１５４との積層体、及び、第３領域１５３と第５領域１５５との積層体が形成されている。ここで、第１酸化物半導体層１５Ａの第１領域１５１、第２領域１５２、及び、第３領域１５３は略同等の膜厚であり、また、第２酸化物半導体層１５Ｂの第４領域１５４及び第５領域１５５は略同等の膜厚である。なお、本実施形態において、「膜厚」とは、いずれも第１絶縁膜１４の上面１４Ｔの法線方向に沿った長さである。

このため、酸化物半導体層１５のうち、ゲート電極１１の直上に位置する第１領域１５１は薄膜領域に対応し、第２領域１５２と第４領域１５４との積層体は薄膜領域よりも厚い膜厚の第１厚膜領域に対応し、第３領域１５３と第５領域１５５との積層体は薄膜領域よりも厚い膜厚の第２厚膜領域に対応する。このような薄膜領域と第１厚膜領域及び第２厚膜領域との境界は、酸化物半導体層１５のうちの膜厚が急激に変化する位置であり、ゲート電極１１の両端部１１Ｅの直上に位置している。

なお、第１酸化物半導体層１５Ａの膜厚は、第２酸化物半導体層１５Ｂの膜厚よりも厚い。つまり、第１厚膜領域において、第２領域１５２の膜厚Ｔ２は、第４領域１５４の膜厚Ｔ４よりも厚い。同様に、第２厚膜領域において、第３領域１５３の膜厚Ｔ３は、第５領域１５５の膜厚Ｔ５よりも厚い。

当然のことながら、第１厚膜領域の膜厚は第２領域１５２の膜厚Ｔ２と第４領域１５４の膜厚Ｔ４との和（Ｔ２＋Ｔ４）に相当し、第２厚膜領域の膜厚は第３領域１５３の膜厚Ｔ３と第５領域１５５の膜厚Ｔ５との和（Ｔ３＋Ｔ５）に相当する。第１厚膜領域の膜厚（Ｔ２＋Ｔ４）及び第２厚膜領域の膜厚（Ｔ３＋Ｔ５）のいずれについても第１領域１５１の膜厚Ｔ１よりも厚い。

このような酸化物半導体層１５は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）の少なくとも１つを含む酸化物によって形成されている。酸化物半導体層１５を形成する代表的な例としては、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）、酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺｎＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。このような酸化物半導体層１５の特徴として、電圧が印加されていない状態でのキャリア密度が酸素欠損量と密接に関係していることが挙げられる。

第１酸化物半導体層１５Ａと第２酸化物半導体層１５Ｂとは異なる元素群から生成した酸化物半導体層であってもよいが、本実施形態においては、第１領域１５１、第２領域１５２、第３領域１５３、第４領域１５４、及び、第５領域１５１は、同一の元素群から生成した酸化物半導体である。

一方で、本実施形態では、第１酸化物半導体層１５Ａは、第２酸化物半導体層１５Ｂよりも高抵抗である。すなわち、酸化物半導体層１５の第１厚膜領域においては、その上層である第４領域１５４は、その下層である第２領域１５２よりも低抵抗である。また、酸化物半導体層１５の第２厚膜領域においては、その上層である第５領域１５５はその下層である第３領域１５３よりも低抵抗である。

本実施形態において、第１酸化物半導体層１５Ａと第２酸化物半導体層１５Ｂとの抵抗差は、膜中の酸素濃度の差を利用して形成している。すなわち、酸化物半導体層１５の第１厚膜領域においては、その上層である第４領域１５４の酸素濃度は、その下層である第２領域１５２の酸素濃度よりも低い。また、酸化物半導体層１５の第１厚膜領域においては、その上層である第５領域１５５の酸素濃度は、その下層である第３領域１５３の酸素濃度よりも低い。このため、第１厚膜領域における第２領域１５２と第４領域１５４との境界、及び、第２厚膜領域における第３領域１５３と第５領域１５５との境界は、例えば、酸素濃度の差異に基づく膜質の相違によって認識される。

このような酸化物半導体層１５は、第２絶縁膜１８によって覆われている。すなわち、酸化物半導体層１５の第１領域１５１（あるいは薄膜領域）は、第２絶縁膜１８によって覆われている一方で、第４領域１５４（あるいは第１厚膜領域）の一部、及び、第５領域１５５（あるいは第２厚膜領域）の一部は、第２絶縁膜１８に形成されたコンタクトホールＣＨからそれぞれ露出している。第２絶縁膜１８のうち、第１領域１５１を覆う領域は、チャネル保護膜として機能する。

図示した例では、この第２絶縁膜１８は、第１絶縁膜１４の上にも配置されている。このような第２絶縁膜１８は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）などによって形成されている。

薄膜トランジスタＡを構成するソース電極１６及びドレイン電極１７は、それぞれ第２絶縁膜１８の上に形成されている。ソース電極１６は、第２絶縁膜１８のコンタクトホールＣＨを介して第１厚膜領域の第４領域１５４に電気的に接続されている。ドレイン電極１７は、第２絶縁膜１８のコンタクトホールＣＨを介して第２厚膜領域の第５領域１５５に電気的に接続されている。これらのソース電極１６及びドレイン電極１７は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかまたはこれらのうちの少なくとも１つを含む合金などによって形成されている。

このような構成の薄膜トランジスタＡは、チャネル保護型ボトムゲートタイプに相当する。この薄膜トランジスタＡは、図示を省略する絶縁膜によって覆われ、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などの各種アクティブマトリクスディスプレイデバイスのスイッチング素子などとして適用される。

次に、本実施形態の半導体装置１の製造方法についてその一例を説明する。

まず、絶縁基板１０を用意する。ここでは、絶縁基板１０として、透明なガラス基板を用意し、このガラス基板上にシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる下地絶縁層が形成された基板を用いている。

続いて、この絶縁基板１０上（厳密には下地絶縁層上）の略全面に第１金属層として、例えば、モリブデン（Ｍｏ）とタングステン（Ｗ）との合金からなるモリブデン・タングステン層を形成する。そして、このモリブデン・タングステン層上に、ＰＥＰ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）により所定の形状のレジストマスクを形成した後に、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法などにより、モリブデン・タングステン層の不要部分（つまり、レジストマスクから露出した部分）を除去し、ゲート電極１１などを形成する。なお、ゲート電極１１を形成する材料については、モリブデン・タングステン合金に限らず、上記した材料のいずれも適用可能である。

続いて、ゲート電極１１及び絶縁基板１０のそれぞれの上の略全面に、ＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて第１絶縁膜１４を形成する。この第１絶縁膜１４を形成する材料については、上記した材料のいずれも適用可能である。

続いて、第１絶縁膜１４の上の略全面に、第１酸化物半導体層１５Ａを形成するための第１酸化物半導体薄膜を形成する。その後、第１酸化物半導体薄膜の上に、第２酸化物半導体層１５Ｂを形成するための第２酸化物半導体薄膜を形成する。

このような第１酸化物半導体薄膜及び第２酸化物半導体薄膜は、所定の組成を有する酸化物ターゲット、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）、酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺｎＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用い、プロセスガスとしてアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）との混合ガスを用いたスパッタ法により成膜することができる。

このとき、第１酸化物半導体薄膜は、その膜厚が第２酸化物半導体薄膜の膜厚よりも厚くなるように形成される。また、第１酸化物半導体薄膜及び第２酸化物半導体薄膜は、同一真空系内で連続して成膜することが望ましい。但し、このとき、第２酸化物半導体薄膜が第１酸化物半導体薄膜よりも低抵抗となる条件が選択される。

この点について具体的に説明する。

図３は、酸化物半導体を形成する際の酸素分圧（％）と、形成された酸化物半導体の抵抗率（Ωｃｍ）との関係の一例を示す図である。なお、ここに示した例では、酸化物半導体を形成する際にアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）との混合ガスをプロセスガスとして利用しており、酸素分圧は、Ｏ_２／（Ａｒ＋Ｏ_２）流量比に相当する。

図示したように、スパッタ時の酸素分圧が小さいほど、酸化物半導体の抵抗率が小さくなる一方で、酸素分圧が大きいほど酸化物半導体の抵抗率が大きくなる傾向が確認された。特に、酸素分圧が７％を超えると、酸化物半導体の抵抗率が比較的高い状態で略飽和状態となるのに対して、酸素分圧が７％以下の場合には、抵抗率が急激に小さくなることがわかる。

本実施形態では、第１酸化物半導体薄膜を形成する際には、プロセス条件として高抵抗率となる条件、例えば、酸素分圧が８〜１１％となる条件を適用した。また、第２酸化物半導体薄膜を形成する際には、プロセス条件として低抵抗率になる条件、例えば、酸素分圧が１〜３％となる条件適用した。

続いて、第２酸化物半導体薄膜の上に、ＰＥＰにより所定の形状のレジストマスクを形成した後に、このレジストマスクをマスクとしてウェットエッチング法などにより、第１酸化物半導体薄膜及び第２酸化物半導体薄膜の不要部分を除去し、第１酸化物半導体層１５Ａと第２酸化物半導体層１５Ｂとの積層体からなる島状の酸化物半導体パターンを形成する。

続いて、ネガレジストを用いたＰＥＰにより、ゲート電極１１をマスクとして第２酸化物半導体層１５Ｂの第４領域１５４及び第５領域１５５を形成すべき部分にレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、第２酸化物半導体層１５Ｂのうち、ゲート電極１１の直上の部分を露出している。

このようなレジストマスクを形成する際には、ネガレジストが成膜された絶縁基板１０の表面側とは反対側の絶縁基板１０の裏面側からネガレジストを露光する。ゲート電極１１は照射された光を遮光する一方で、絶縁基板１０や第１絶縁膜１４、第１酸化物半導体層１５Ａ及び第２酸化物半導体層１５Ｂは光を透過する。ネガレジストは、光照射された部分が現像処理後に残るものであり、ゲート電極１１に重ならない領域つまり第４領域１５４及び第５領域１５５を形成すべき領域には残るものの、ゲート電極１１の直上の領域は除去される。

なお、ゲート電極１１をマスクとした裏面からの露光プロセスでは、第１酸化物半導体層１５Ａ及び第２酸化物半導体層１５Ｂを透過する光として、４００ｎｍ以上の波長の光を適用することが望ましく、例えば、高圧水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）を用いることができる。

続いて、形成したレジストマスクをマスクとしてウェットエッチング法などにより、第２酸化物半導体層１５Ｂの不要部分（つまり、レジストマスクから露出しゲート電極１１の直上に位置する部分）を除去する。このとき、第１酸化物半導体層１５Ａと第２酸化物半導体層１５Ｂとのエッチング選択比は比較的低いので、第１酸化物半導体層１５Ａのエッチング後の膜厚が所定の厚みになるようにエッチング時間を調整する。これにより、第２酸化物半導体層１５の第４領域１５４及び第５領域１５５が形成される。

続いて、酸化物半導体層１５及び第１絶縁膜１４のそれぞれの上に、ＰＥ−ＣＶＤ法などを用いて第２絶縁膜１８を形成する。この第２絶縁膜１８を形成する材料については、上記した材料のいずれも適用可能である。

そして、この第２絶縁膜１８の上には、ＰＥＰにより所定の形状のレジストマスクを形成した後、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法などにより、第２絶縁膜１８の不要部分を除去し、第４領域１５４及び第５領域１５５に到達するコンタクトホールＣＨを形成する。なお、このとき、第１絶縁膜１４及び第２絶縁膜１８を貫通してゲート電極１１に到達するコンタクトホール（図示せず）も形成する。

続いて、第２絶縁膜１８の上に、第２金属層を形成する。このとき、第２金属層は、第２絶縁膜１８のコンタクトホールＣＨにも充填され、第４領域１５４及び第５領域１５５とコンタクトしているともに、図示しないコンタクトホールにも充填され、ゲート電極１１とコンタクトしている。

そして、この第２金属層上に、ＰＥＰにより所定の形状のレジストマスクを形成した後に、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法などにより、第２金属層の不要部分（つまり、レジストマスクから露出した部分）を除去し、ソース電極１６及びドレイン電極１７を形成する。なお、ソース電極１６及びドレイン電極１７を形成する材料については、上記した材料のいずれも適用可能である。このとき、ゲート電極１１と電気的に接続された信号配線も同時に形成される。

このような構成の半導体装置１によれば、薄膜トランジスタＡにおいては、ソース電極１６及びドレイン電極１７の各々は、ゲート電極１１とは対向しない位置にそれぞれ形成された低抵抗な第４領域１５４（あるいは第１厚膜領域）及び第５領域１５５（あるいは第２厚膜領域）に電気的に接続されているため、第１絶縁膜１４を介してゲート電極１１と対向する面積を低減することが可能となる。図１などに示した例のように、ソース電極１６及びドレイン電極１７の各々は、ゲート電極１１の直上の領域から離間して配置することが可能となる。

したがって、ゲート電極１１とソース電極１６及びドレイン電極１７との間の寄生容量を低減することが可能となり、安定した回路動作を実現できる。

本実施形態の半導体装置１において、酸化物半導体層１５の第１酸化物半導体層１５Ａ及び第２酸化物半導体層１５Ｂは、同一チャンバー内で連続して成膜することによって形成可能であり、この場合、第１酸化物半導体層１５Ａ及び第２酸化物半導体層１５Ｂは、同一の元素群から生成される。このとき、第２酸化物半導体層１５Ｂの低抵抗化は、膜中の酸素濃度の低減、すなわち、第２酸化物半導体層１５Ｂを形成する際の酸素分圧を低減した設定を選択することによって容易に実現できる。

また、第２酸化物半導体層１５Ｂのパターニングに際しては、ゲート電極１１をマスクとしてネガレジストを裏面露光することによって形成されたレジストマスクが適用可能である。この場合、第２酸化物半導体層１５Ｂの互いに向かい合う端部（あるいは薄膜領域と第１厚膜領域及び第２厚膜領域との境界）はゲート電極の両端部の直上に位置する。

なお、レジストマスクを形成する際に照射される光の波長は、４００ｎｍ以上の波長としているため、酸化物半導体が４００ｎｍよりも短い波長の光を吸収することによるＴＦＴ特性への悪影響を抑制することが可能となる。

また、第１酸化物半導体層１５Ａは、第２酸化物半導体層１５Ｂよりも厚い膜厚を有するように形成されているため、レジストマスクをマスクとして第２酸化物半導体層１５Ｂの選択的除去を行う際、第１酸化物半導体層１５の第１領域１５１となるべき部分が極端に薄い膜厚となることがなく、ＴＦＴ特性への悪影響を抑制することが可能となる。

また、本実施形態においては、ゲート電極１１は、銅やアルミニウムなどの低抵抗材料を用いて形成することが可能である。このため、ゲート電極１１の抵抗を増加させることなくゲート電極パターンの膜厚を低減することが可能となる。このようなゲート電極パターンの膜厚低減は、第１絶縁膜１４の薄膜化に関してゲート電極パターンに対する被覆性の制約を少なくできるので望ましい。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

図４は、本実施形態の変形例における半導体装置１の構成を概略的に示す平面図である。

図４に示した例は、図１に示した例と比較して、第２絶縁膜１８が島状に形成され、ソース電極１６及びドレイン電極１７がコンタクトホールを介することなく酸化物半導体層１５にコンタクトしている点で相違している。

図５は、本実施形態の変形例における半導体装置１の構成を概略的に示す断面図である。

第２絶縁膜１８は、第１酸化物半導体層１５の第１領域１５１及び第２酸化物半導体層１５Ｂのバックチャネル側表面の少なくとも一部分を保護するためのエッチングストッパとして機能する。

この場合、ソース電極１６及びドレイン電極１７は、第１絶縁膜１４の上に形成されている。ソース電極１６は、コンタクトホールを介することなく第１厚膜領域あるいは第４領域１５４にコンタクトしている。ドレイン電極１７は、コンタクトホールを介することなく第２厚膜領域あるいは第５領域１５５にコンタクトしている。これらのソース電極１６及びドレイン電極１７のそれぞれの一部は、第２絶縁膜１８の上に重なっているが、ゲート電極１１の直上には形成されていない。

このような変形例における半導体装置１の製造方法については、ＰＥ−ＣＶＤ法などを用いて第２絶縁膜１８を形成するプロセスまでは、上記の例と同一である。

そして、この第２絶縁膜１８の上には、ＰＥＰにより所定の形状のレジストマスクを形成した後、このレジストマスクをマスクとして反応性イオンエッチング法などにより、第２絶縁膜１８の不要部分を除去し、島状パターンに加工する。その後、ソース電極１６及びドレイン電極１７を形成し、図示した薄膜トランジスタＡを得た。

このような変形例においても、上記の例と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、薄膜トランジスタの寄生容量を低減することが可能な半導体装置を提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…半導体装置
Ａ…薄膜トランジスタ
１０…絶縁基板
１１…ゲート電極
１４…第１絶縁膜（ゲート絶縁膜）
１５…酸化物半導体層 １５Ａ…第１酸化物半導体層 １５Ｂ…第２酸化物半導体層
１５１…第１領域 １５２…第２領域 １５３…第３領域
１５４…第４領域 １５５…第５領域
１６…ソース電極 １７…ドレイン電極
１８…第２絶縁膜（層間絶縁膜）

Claims (10)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、
   前記ゲート電極を覆う第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の直上に位置する第１領域と、前記第１領域を挟んだ両側に位置する第２領域及び第３領域と、前記第２領域に積層されるとともに前記第２領域よりも低抵抗な第４領域と、前記第３領域に積層されるとともに前記第３領域よりも低抵抗な第５領域と、を有する酸化物半導体層と、
   前記酸化物半導体層の前記第１領域を覆うとともに、前記第４領域の一部及び前記第５領域の一部をそれぞれ露出する第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜から露出した前記第４領域に電気的に接続されたソース電極と、
   前記第２絶縁膜から露出した前記第５領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記第４領域の酸素濃度は前記第２領域の酸素濃度よりも低く、前記第５領域の酸素濃度は前記第３領域の酸素濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第４領域及び前記第５領域の向かい合う端部は、前記ゲート電極の両端部の直上に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記第２領域の膜厚は前記第４領域の膜厚よりも厚く、前記第３領域の膜厚は前記第５領域の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域、前記第４領域、及び、前記第５領域は、同一の元素群から生成した酸化物半導体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、
   前記ゲート電極を覆う第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の直上に位置するとともに第１膜厚の薄膜領域と、前記薄膜領域を挟んだ両側に位置するとともに前記第１膜厚よりも厚い第２膜厚の第１厚膜領域及び第２厚膜領域と、を有する酸化物半導体層と、
   前記酸化物半導体層の前記薄膜領域を覆うとともに、前記第１厚膜領域の一部及び前記第２厚膜領域の一部をそれぞれ露出する第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜から露出した前記第１厚膜領域に電気的に接続されたソース電極と、
   前記第２絶縁膜から露出した前記第２厚膜領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
7. 前記第１厚膜領域及び前記第２厚膜領域において、それぞれの上層はそれぞれの下層よりも低抵抗であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記第１厚膜領域及び前記第２厚膜領域において、それぞれの上層の酸素濃度はそれぞれの下層の酸素濃度よりも低いことを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置。
9. 前記薄膜領域と前記第１厚膜領域及び前記第２厚膜領域との境界は、前記ゲート電極の両端部の直上に位置することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 前記酸化物半導体層は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）の少なくとも１つを含む酸化物によって形成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。

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