JP2012191180A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置におけるドレイン電極端での電界集中を緩和する。
【解決手段】第１の領域および第２の領域を有する酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜と一部が接する一対の電極と、酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介し、一対の電極の一方の一部および第１の領域と重畳するゲート電極と、を有し、第１の領域の少なくとも一部および第２の領域の少なくとも一部は一対の電極間にあり、ゲート電極は、一対の電極の他方と重畳しない構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関する。なお本明細書において、半導体装置とは半導体素子を含むものをいい、このような半導体素子として、例えばトランジスタが挙げられる。また、液晶表示装置なども半導体装置に含まれるものである。
シリコンを用いたトランジスタに対して、近年、ワイドギャップ半導体である酸化物半導体をチャネルに用いてトランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応用する技術が注目されている。例えば酸化物半導体として、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物を用いてトランジスタを作製し、表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１および特許文献２で開示されている。
特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−０９６０５５号公報
まず、図６に半導体装置の一例を示す。
図６に示す半導体装置は、基板１００上に設けられた下地絶縁膜１０１と、下地絶縁膜１０１上に設けられた酸化物半導体膜５０４と、酸化物半導体膜５０４上に一部接して、離間して設けられたソース電極５０２ａおよびドレイン電極５０２ｂと、酸化物半導体膜５０４、ソース電極５０２ａおよびドレイン電極５０２ｂを覆って設けられたゲート絶縁膜５０６と、ゲート絶縁膜５０６上に、ゲート絶縁膜５０６を介し、ソース電極５０２ａおよびドレイン電極５０２ｂの一部と重畳しているゲート電極５０８と、ゲート絶縁膜５０６およびゲート電極５０８を覆って設けられた層間絶縁膜５１０と、層間絶縁膜５１０に設けられたコンタクトホール５３０において、ソース電極５０２ａまたはドレイン電極５０２ｂと接続する配線５１６と、を有する。
図６に示す半導体装置は、例えば、電力回路のスイッチに適用することができる。図６に示すような半導体装置を電力回路のスイッチとして用いる場合には、ドレイン電圧（ソース電位を基準としたドレイン電位との電位差）に対する半導体膜およびゲート絶縁膜の耐圧が高いことが重要である。そのため、図６に示した半導体膜として、酸化物半導体、シリコンカーバイド、またはＧａＮなどのワイドギャップ半導体を用いることが有効である。しかし、ワイドギャップ半導体である酸化物半導体を用いた半導体装置においても、図６の構成はゲート電極の一部とドレイン電極の一部が重畳しているため、ドレイン電圧を高くすると、電界が特定の部分（主にドレイン電極端）に集中してしまう。これにより、ゲート絶縁膜または酸化物半導体膜の絶縁破壊が起こりやすいという問題がある。
本発明の一態様は、半導体装置における電界集中を緩和させることを課題の一とする。
本発明の一態様は、半導体装置における電界集中を緩和させるとともに、オン電流の低下を極力抑えることを課題の一とする。
本発明の一態様は、第１の領域および第２の領域を有するワイドギャップ半導体膜と、該ワイドギャップ半導体膜と接して設けられた一対の電極と、ワイドギャップ半導体膜上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介し、一対の電極の一方の一部および第１の領域と重畳するゲート電極と、を有し、第１の領域の少なくとも一部および第２の領域の少なくとも一部は一対の電極間にあり、ゲート電極は、一対の電極の他方と重畳しないことを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、第１の領域および第２の領域を有するワイドギャップ半導体膜と、該ワイドギャップ半導体膜と接して設けられた一対の電極と、ワイドギャップ半導体膜上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介し、一対の電極の一方の一部および第１の領域と重畳するゲート電極と、を有し、第１の領域の少なくとも一部および第２の領域の少なくとも一部は一対の電極間にあり、ゲート電極および一対の電極の他方との間に、第２の領域の少なくとも一部を有することを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、ゲート電極と、該ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられる第１の領域および第２の領域を有するワイドギャップ半導体膜と、ワイドギャップ半導体膜と接して設けられた一対の電極と、を有し、第１の領域の少なくとも一部および第２の領域の少なくとも一部は一対の電極間にあり、ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して、一対の電極の一方の一部および第１の領域と重畳し、ゲート電極は、一対の電極の他方と重畳しないことを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、ゲート電極と、該ゲート電極上のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられる第１の領域および第２の領域を有するワイドギャップ半導体膜と、ワイドギャップ半導体膜と接して設けられた一対の電極と、を有し、第１の領域の少なくとも一部および第２の領域の少なくとも一部は一対の電極間にあり、ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介して、一対の電極の一方の一部および第１の領域と重畳し、ゲート電極および一対の電極の他方との間に、第２の領域の少なくとも一部を有することを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、第１の領域の電気抵抗値より第２の領域の電気抵抗値が低いことを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、一対の電極の一方がソース電極であり、他方がドレイン電極であることを特徴とする半導体装置である。
ワイドギャップ半導体としては、少なくともシリコンのバンドギャップ（禁制帯幅ともいう。）である１．１ｅＶよりも大きいバンドギャップを持つ酸化物半導体（例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体は約３．１５ｅＶ、酸化インジウムは約３．０ｅＶ、インジウム錫酸化物は約３．０ｅＶ、インジウムガリウム酸化物は約３．３ｅＶ、インジウム亜鉛酸化物は約２．７ｅＶ、酸化錫は約３．３ｅＶ、酸化亜鉛は約３．３７ｅＶなど）、シリコンカーバイド（約３．３ｅＶ）、ＧａＮ（約３．４ｅＶ）などを用いることができる。
本発明の一態様は、ワイドギャップ半導体として酸化物半導体を用い、該酸化物半導体はＩｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様は、上記第２の領域に、窒素、リンもしくは砒素、または希ガスのうちいずれか一以上の元素が、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下含まれていることを特徴とする半導体装置である。
本発明の一態様によって、半導体装置を電力回路のスイッチなどに適用する場合に、電界の集中を緩和することができる。
本発明の一態様によって、半導体装置を電力回路のスイッチなどに適用する場合に、電界集中を緩和させるとともに、オン電流の低下を極力抑えることができる。
本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図および上面図。 本発明の一態様である半導体装置の作製工程の一例を示す断面図。 本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。 本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。 本発明の一態様である半導体装置の一例を示す断面図。 本発明の一態様である半導体装置の比較例として示す断面図。 電界分布の計算結果を説明する図。 電界分布の計算結果を説明する図。 ドレイン電流―ドレイン電圧特性の計算結果を説明する図。
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には、同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、膜の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
また、本明細書にて用いる第１、第２、第３などの用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について説明する。
図１は、本発明の一態様である半導体装置を示す図である。図１（Ａ）は、本発明の一態様である半導体装置の断面図である。図１（Ｂ）は、本発明の一態様である半導体装置の上面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ｂにおける断面図である。
図１（Ａ）に示す半導体装置では、基板１００上に下地絶縁膜１０１を設け、下地絶縁膜１０１上に設けられた第１の領域１２０および第２の領域１２１を有する酸化物半導体膜１０４と、酸化物半導体膜１０４上に一部接して、離間して設けられたソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂと、酸化物半導体膜１０４、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂ上に設けられたゲート絶縁膜１０６と、ゲート絶縁膜１０６上に、ゲート絶縁膜１０６を介し、ソース電極１０２ａの一部および第１の領域１２０と重畳し、かつドレイン電極１０２ｂとは重畳しないゲート電極１０８と、ゲート絶縁膜１０６およびゲート電極１０８上に設けられた層間絶縁膜１１０と、層間絶縁膜１１０に設けられたコンタクトホール１３０において、ソース電極１０２ａまたはドレイン電極１０２ｂと接続する配線１１６と、を有する。
なお、第１の領域１２０の少なくとも一部および第２の領域１２１の少なくとも一部は、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂ間に形成されている。
また、第１の領域１２０の電気抵抗値より第２の領域１２１の電気抵抗値は低く、第２の領域１２１の電気抵抗値はドレイン電極１０２ｂの電気抵抗値よりも高い。
さらに、第２の領域１２１は、窒素、リン、もしくは砒素、または希ガスのうち、いずれか一以上の元素が含まれており、その濃度は、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
また、第２の領域１２１は、導電率が１０Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下、好ましくは１００Ｓ／ｃｍ以上１０００Ｓ／ｃｍ以下とする。導電率が低すぎると、トランジスタのオン電流が低下してしまう。また、導電率が高すぎないようにすることによって、第２の領域１２１で生じる電界の影響を和らげることができ、さらに、微細なトランジスタにおいては、短チャネル効果を抑制することができる。
酸化物半導体膜１０４は、単結晶、多結晶（ポリクリスタルともいう。）または非晶質などの状態をとる。
好ましくは、酸化物半導体膜１０４は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜とする。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、完全な単結晶ではなく、完全な非晶質でもない。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、非晶質相に結晶部を有する結晶−非晶質混相構造の酸化物半導体膜である。なお、当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる非晶質部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜に粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶質化することもある。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動を低減することが可能である。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
以上のような、酸化物半導体膜においてゲート電極とドレイン電極が重畳しないオフセット領域が形成された構造を有することによって、例えば本発明の一態様である半導体装置を電力回路のスイッチなどに適用する場合に、ドレイン電極端における電界の集中を緩和することができ、耐圧を向上させることができる。それにより、使用可能な電圧の幅が広がり、様々なスイッチに用いることができる。さらに、本発明の一態様である半導体装置は、上述したように電界集中を緩和させるとともに、オン電流の低下を極力抑えることができるという特徴を有する。
＜半導体装置の作製方法の一例＞
次に、図１に示した半導体装置の作製方法について、図２を用いて説明する。
図２（Ａ）に示すように、基板１００上に下地絶縁膜１０１、酸化物半導体膜１０４、ソース電極１０２ａ、ドレイン電極１０２ｂおよびゲート絶縁膜１０６を形成する。
基板１００の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを、基板１００として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムまたはＧａＮなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１００として用いてもよい。
また、基板１００として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを設ける場合、可撓性基板上に直接的にトランジスタを作製してもよいし、他の基板にトランジスタを作製した後、これを剥離し、可撓性基板に転置してもよい。なお、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。
下地絶縁膜１０１は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ガリウムまたは酸化ジルコニウム膜の単層または積層とすればよい。
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。
下地絶縁膜１０１は、加熱により酸素放出される膜を用いてもよい。
「加熱により酸素放出される」とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることをいう。
ここで、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
ＴＤＳ分析したときの気体の放出量は、スペクトルの積分値に比例する。このため、絶縁膜のスペクトルの積分値と、標準試料の基準値に対する比とにより、気体の放出量を計算することができる。標準試料の基準値とは、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する原子の密度の割合である。
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコンウェハのＴＤＳ分析結果、及び絶縁膜のＴＤＳ分析結果から、絶縁膜の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、数式１で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量数３２で検出されるスペクトルの全てが酸素分子由来と仮定する。質量数３２のものとしてＣＨ３ＯＨがあるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子及び質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α （数式１）
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試料をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、ＮＨ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、絶縁膜をＴＤＳ分析したときのスペクトルの積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式１の詳細に関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記絶縁膜の酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定した。
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。絶縁膜においては、酸素原子に換算したときの酸素の放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
上記構成において、加熱により酸素放出される絶縁膜は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））とは、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
下地絶縁膜から酸化物半導体膜に酸素が供給されることで、下地絶縁膜および酸化物半導体膜の界面準位を低減できる。この結果、トランジスタの動作などに起因して生じうる電荷などが、上述の下地絶縁膜および酸化物半導体膜の界面に捕獲されることを抑制することができ、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。
さらに、酸化物半導体膜の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般に酸化物半導体の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。この傾向はバックチャネル側で生じる酸素欠損において顕著である。なお、本実施の形態におけるバックチャネルとは、酸化物半導体膜において下地絶縁膜側の界面近傍を指す。下地絶縁膜から酸化物半導体膜に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因である、酸化物半導体膜の酸素欠損を補うことができる。
即ち、酸化物半導体膜に酸素欠損が生じると、下地絶縁膜と酸化物半導体膜との界面における電荷の捕獲を抑制することが困難となるところ、下地絶縁膜に、加熱により酸素放出される絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜および下地絶縁膜の界面準位、ならびに酸化物半導体膜の酸素欠損を低減し、酸化物半導体膜および下地絶縁膜の界面における電荷捕獲の影響を小さくすることができる。
酸化物半導体膜１０４は、スパッタリング法により、厚さ１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の酸化物半導体膜を成膜し、該酸化物半導体膜上にマスクを形成した後、当該マスクを用いて酸化物半導体膜を選択的にエッチングして形成される。
酸化物半導体膜をエッチングするためのマスクは、フォトリソグラフィ工程、インクジェット法、印刷法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜のエッチングはウエットエッチングまたはドライエッチングを適宜用いることができる。
ここで、酸化物半導体膜を成膜するスパッタリング装置について、以下に詳細を説明する。
酸化物半導体膜を成膜する処理室は、リークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることが好ましく、それによりスパッタリング法により成膜する際、膜中への不純物の混入を低減することができる。
リークレートを低くするには、外部リークのみならず内部リークを低減する必要がある。外部リークとは、微小な穴やシール不良などによって真空系の外から気体が流入することである。内部リークとは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とするためには、外部リーク及び内部リークの両面から対策をとる必要がある。
外部リークを減らすには、成膜室の開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属材料を用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態によって被覆された金属材料を用いることで、メタルガスケットから生じる水素を含む放出ガスが抑制され、内部リークも低減することができる。
処理室の内壁を構成する部材として、水素を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の材料を鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料に被覆して用いてもよい。鉄、クロム及びニッケルなどを含む合金材料は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。あるいは、前述の成膜装置の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどの不動態で被覆してもよい。
さらに、スパッタガスを処理室に導入する直前に、スパッタガスの精製機を設けることが好ましい。このとき、精製機から成膜室までの配管の長さを５ｍ以下、好ましくは１ｍ以下とする。配管の長さを５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を長さに応じて低減できる。
処理室の排気は、ドライポンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。ターボ分子ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、例えば水の排気能力の高いクライオポンプ及び水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせることが有効となる。
処理室の内側に存在する吸着物は、内壁に吸着しているために成膜室の圧力に影響しないが、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないが、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り脱離し、予め排気しておくことが重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。
スパッタリング法において、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。
酸化物半導体膜１０４として、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ及びＺｎから選ばれた一種以上の元素を含有する。このような酸化物半導体は、例えば、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物や、一元系金属酸化物であるＺｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物などのターゲットを用いて成膜することができる。また、上記酸化物半導体に、例えばＳｉＯ２を含ませてもよい。
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物半導体、という意味であり、その組成比は問わない。
また、酸化物半導体膜は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料の薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、ターゲットの一例として、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む金属酸化物ターゲットを、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の組成比とする。また、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲット、またはＩｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲット、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２：１：８［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いることもできる。また、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１［ｍｏｌ数比］〜１：４の組成比を有するターゲットを用いることもできる。
また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（ｍｏｌ数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（ｍｏｌ数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１５：１〜１．５：１（ｍｏｌ数比に換算するとＩｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）とする。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。
なお、スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。また、スパッタリングガスには、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
また、成膜時の基板温度は１５０℃以上４５０℃以下、好ましくは２００℃以上３５０℃以下である。１５０℃以上４５０℃以下、好ましくは２００℃以上３５０℃以下に基板を加熱しながら成膜をすることによって、膜中への水分（水素を含む）などの混入を防ぐことができる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することができる。
さらに、酸化物半導体膜成膜後に、基板１００に加熱処理を施して、酸化物半導体膜から水素を放出させると共に、下地絶縁膜１０１に含まれる酸素の一部を、酸化物半導体膜１０４と、下地絶縁膜１０１における酸化物半導体膜１０４との界面近傍に拡散させることが好ましい。また、該加熱処理を行うことによって、より結晶性の高いＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することができる。
該加熱処理の温度は、酸化物半導体膜１０４から水素を放出させると共に、下地絶縁膜１０１に含まれる酸素の一部を放出させ、さらには酸化物半導体膜１０４に拡散させる温度が好ましく、代表的には、２００℃以上基板１００の歪み点未満、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下とする。
また該加熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＲＴＡを用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため、非晶質領域に対して結晶領域の割合の多い酸化物半導体膜を形成するための時間を短縮することができる。
加熱処理は、不活性ガス雰囲気で行うことができ、代表的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス、または窒素雰囲気で行うことが好ましい。また、酸素雰囲気及び減圧雰囲気で行ってもよい。処理時間は３分〜２４時間とする。処理時間を長くするほど非晶質領域に対して結晶領域の割合の多い酸化物半導体膜を形成することができるが、２４時間を超える熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。
また、上記ＣＡＡＣ―ＯＳの作製方法は、本実施の形態に示す形成方法に限定されない。
このように、酸化物半導体膜の成膜工程において、処理室の圧力、処理室のリークレートなどにおいて、不純物の混入を極力抑えることによって、下地絶縁膜及び酸化物半導体膜に含まれる水素などの不純物の混入を低減することができる。また、下地絶縁膜から酸化物半導体膜への水素などの不純物の拡散を低減することができる。酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水となると共に、酸素が脱離した格子（あるいは酸素が脱離した部分）には欠陥が形成されてしまう。
このため、酸化物半導体膜の成膜工程において、不純物を極めて減らすことにより、酸化物半導体膜の欠陥を低減することが可能である。これらのことから、不純物をできるだけ除去し、高純度化させたＣＡＡＣ―ＯＳ膜をチャネル領域とすることにより、トランジスタに対する光照射やＢＴ試験前後でのしきい値電圧の変化量が少ないため、安定した電気的特性を有することができる。
なお、酸化物半導体膜に用いることが可能な金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、バンドギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂは、導電材料としてアルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。なお、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂは配線としても機能する。
ゲート絶縁膜１０６は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウムまたは酸化ガリウムなどを用いればよく、積層または単層で設ける。例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成すればよい。ゲート絶縁膜１０６は、加熱により酸素放出される膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜１０６に加熱により酸素放出される膜を用いることで、酸化物半導体に生じる酸素欠損を補償することができ、トランジスタの電気特性の劣化を抑制できる。
また、ゲート絶縁膜１０６として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリークを低減できる。さらには、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ガリウムのいずれか一以上との積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜１０６の厚さは、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするとよい。
次に、図２（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１０６上にゲート電極１０８を形成する。該ゲート電極１０８は、導電膜を成膜し、該導電膜上にマスクを形成した後、当該マスクを用いて導電膜を選択的にエッチングして形成される。また、ゲート電極１０８は、ソース電極１０２ａと一部重畳し、ドレイン電極１０２ｂとは重畳しない。
ゲート電極１０８は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極１０８は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
また、ゲート電極１０８は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
また、ゲート電極１０８とゲート絶縁膜１０６との間に、ゲート絶縁膜１０６に接する材料層として、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＳｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｏ膜や、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮなど）を設けることが好ましい。これらの膜は５ｅＶ、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。例えば、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体膜１０４より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる。
次に、図２（Ｃ）に示すように、酸化物半導体膜１０４にイオン１５０を添加する処理を行う。
酸化物半導体膜１０４にイオン１５０を添加する方法として、イオンドーピング法またはイオンインプランテーション法を用いることができる。また、添加するイオン１５０としては、窒素、リンもしくは砒素、または希ガスのうち、少なくとも一つを選択する。図２（Ｃ）に示すようにイオン１５０の添加を行うことにより、ゲート電極１０８、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂがマスクとなるため、セルフアラインでイオン１５０が添加される領域である第２の領域１２１、及びイオン１５０が添加されない領域である第１の領域１２０が形成される。
さらに、イオン１５０が添加された第２の領域１２１は、イオン添加のダメージにより結晶性が低減することによって、非晶質領域となる場合がある。また、イオンの添加量などの添加条件を調節することによって、酸化物半導体膜へのダメージ量を低減させることにより、完全な非晶質領域とならないように形成することもできる。
また、本実施に形態における酸化物半導体膜１０４へのイオン１５０の添加は、酸化物半導体膜１０４を覆って、ゲート絶縁膜１０６が形成されている状態を示したが、酸化物半導体膜１０４が露出している状態でイオン１５０の添加を行ってもよい。また、本実施の形態ではソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂがマスクとなり、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂの下層までイオン１５０を透過しない形態について示したが、ソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂの膜厚を小さくすることによって、イオン１５０が透過できるような形態としても良い。その場合、ゲート電極１０８と重畳していないソース電極１０２ａおよびドレイン電極１０２ｂの下層にある酸化物半導体膜１０４に、第２の領域１２１が形成される。
さらに、上記イオン１５０の添加はイオンドーピング法またはイオンインプランテーション法などによる注入する以外の方法でも行うことができる。例えば、添加する元素を含むガス雰囲気にてプラズマを発生させて、被添加物に対してプラズマ処理を行うことによって、イオンを添加することができる。上記プラズマを発生させる装置としては、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置、高密度プラズマＣＶＤ装置などを用いることができる。
また、上記イオン１５０を添加した後に、加熱処理を行ってもよい。
次に、図２（Ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１０６およびゲート電極１０８上に層間絶縁膜１１０を形成し、該層間絶縁膜１１０に設けたコンタクトホール１３０において、ソース電極１０２ａまたはドレイン電極１０２ｂと接続する配線１１６を形成する。
層間絶縁膜１１０の材料は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムを単層または積層させて用いることができ、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで成膜すればよい。
配線１１６の材料は、ゲート電極１０８と同様の構成とすればよい。
以上のような工程により作製した半導体装置を、例えば電力回路のスイッチなどの高いドレイン電圧が印加されるトランジスタに用いた場合においても、ドレイン電極端の電界集中を緩和することができるため、絶縁破壊を抑制することができる。また、電界集中を緩和させるとともに、オン電流の顕著な低下を抑制することができる。
次に、図１に示す半導体装置について計算によるシミュレーションを行ったので、その結果について以下に示す。また、比較のために図６に示す半導体装置についても同様のシミュレーションを行い、併せて以下に説明する。
ここで、計算は下記の表１の条件により行った。なお、シミュレーションにより示す電界強度は、ゲート電圧およびソース電圧を０Ｖとし、ドレイン電圧を１００Ｖとした場合の電界強度を示している。
また、実効状態密度は温度３００Ｋにおけるものとし、ゲート電極にはタングステンを用いて、ソース電極およびドレイン電極にはチタンとアルミニウムとチタンの順で３層積層させて用いることを想定した値としている。
図７は、図６と同様の形態におけるトランジスタの電界分布についての計算結果を示す。ソース電極５０２ａとドレイン５０２ｂ間の中央部をゼロとして、電界強度と長さ（μｍ）の関係を示している。図６は、ゲート電極５０８の一部とドレイン電極５０２ｂの一部が重畳している構造であり、図７より、電界強度はゲート絶縁膜５０６がドレイン電極５０２ｂを乗り越える部分で最大であり、その電界強度は１．０×１０７［Ｖ／ｃｍ］程度である。
一方で、図８は、図１と同様の形態におけるトランジスタの電界分布についての計算結果を示している。ソース電極１０２ａとドレイン１０２ｂ間の中央部をゼロとして、電界強度と長さ（μｍ）の関係を示している。図１は、ゲート電極１０８とドレイン電極１０２ｂが重畳していない構造であり、図８より、電界強度はゲート電極１０８のドレイン電極側の端部直下で最大であり、その電界強度は３．０×１０６［Ｖ／ｃｍ］程度である。
図７および図８を比較してわかるように、ゲート電極とドレイン電極を重畳させず、オフセット領域を設けた図１の構造を用いることにより、ドレイン電極端部の電界集中を効果的に緩和できていることがわかる。また、図８で示されている電界集中箇所は、ゲート絶縁膜が平坦な箇所に見られているが、図７で示されている電界集中箇所は、ゲート絶縁膜が段差を乗り越えている箇所で見られ、よりゲート絶縁膜の絶縁耐圧は低下することが示唆される。
次に、図６および図１と同様の形態における、ドレイン電流（Ｉｄ）―ドレイン電圧（Ｖｄ）特性の比較を図９に示す。計算は下記の表２の条件により行った。
この図より、図１に示すようにゲート電極とドレイン電極を重畳させず、オフセット領域を設けた構造のＩｄ−Ｖｄカーブ（カーブ１）は、図６に示すようにゲート電極とドレイン電極を重畳させた構造のＩｄ−Ｖｄカーブ（カーブ２）に比べ、線形領域では電流値に大きな差が見られるが、飽和領域では電流値に大きな差は見られないことがわかる。本発明の一形態における半導体装置は、特にパワーデバイスに用いることが有効であり、パワーデバイスは、ゲート電圧がソース電極およびドレイン電極間の電圧より低くなる領域（つまり飽和領域）で用いることから、図１に示すようにゲート電極とドレイン電極との間にオフセット領域を設けた構造においても、半導体装置のオン電流の損失の影響が非常に小さいことがわかる。
以上説明したように、図１に示す半導体装置を用いることによって、ドレイン電極端における電界集中が十分に緩和されており、さらにそれによるオン電流の顕著な低下も見られないことがわかる。
（実施の形態２）
本発明の一態様である半導体装置は、実施の形態１にて説明した構造に限定されない。本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置であって、実施の形態１とは異なるものについて説明する。
図３は、本実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
図３に示す半導体装置は、基板１００上に設けられた下地絶縁膜１０１と、下地絶縁膜１０１上に離間して設けられたソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂを設け、ソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂ上に設けられ、ソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂと一部が接しており、第１の領域２２０および第２の領域２２１を有する酸化物半導体膜２０４と、酸化物半導体膜２０４、ソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂ上に設けられたゲート絶縁膜２０６と、ゲート絶縁膜２０６上に設けられ、ゲート絶縁膜２０６を介して、ソース電極２０２ａの一部および第１の領域２２０と重畳し、かつドレイン電極２０２ｂとは重畳しないゲート電極２０８と、ゲート絶縁膜２０６およびゲート電極２０８上に設けられた層間絶縁膜２１０と、層間絶縁膜２１０に設けられたコンタクトホール２３０において、ソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂと接続する配線２１６と、を有する。
なお、第１の領域２２０の少なくとも一部および第２の領域２２１の少なくとも一部は、ソース電極２０２ａおよびドレイン電極２０２ｂ間に形成されている。
このような構造を有することによって、本発明の一態様である半導体装置を例えば電力回路のスイッチなどに適用する場合に、ドレイン電極端における電界集中を緩和することができ、耐圧を向上させることができる。それにより、使用可能な電圧の幅が広がり、様々なスイッチに用いることができる。さらに、本発明の一態様である半導体装置は、上述したように電界集中を緩和させるとともに、オン電流の顕著な低下を抑えることができるという特徴を有する。
（実施の形態３）
本発明の一態様である半導体装置は、実施の形態１および実施の形態２にて説明した構造に限定されない。本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置であって、実施の形態１および実施の形態２とは異なるものについて説明する。
図４は、本実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
図４に示す半導体装置は、基板１００上に設けられた下地絶縁膜１０１と、下地絶縁膜１０１上に設けられたゲート電極３０８と、ゲート電極３０８上に形成されたゲート絶縁膜３０６と、ゲート絶縁膜３０６上の第１の領域３２０および第２の領域３２１を有する酸化物半導体膜３０４と、酸化物半導体膜３０４上に一部接して、離間して設けられたソース電極３０２ａおよびドレイン電極３０２ｂと、酸化物半導体膜３０４、ソース電極３０２ａおよびドレイン電極３０２ｂ上に設けられた層間絶縁膜３１０と、層間絶縁膜３１０に設けられたコンタクトホール３３０において、ソース電極３０２ａおよびドレイン電極３０２ｂと接続する配線３１６と、を有する。なお、ゲート電極３０８は、ゲート絶縁膜３０６を介し、ソース電極３０２ａの一部および第１の領域３２０と重畳し、かつドレイン電極３０２ｂとは重畳しない。
また、第１の領域３２０の少なくとも一部および第２の領域３２１の少なくとも一部は、ソース電極３０２ａおよびドレイン電極３０２ｂ間に形成されている。
このような構造を有することによって、本発明の一態様である半導体装置を例えば電力回路のスイッチなどに適用する場合に、ドレイン電極端における電界の集中を緩和することができ、耐圧を向上させることができる。それにより、使用可能な電圧の幅が広がり、様々なスイッチに用いることができる。さらに、本発明の一態様である半導体装置は、上述したように電界集中を緩和させるとともに、オン電流の顕著な低下を抑えることができるという特徴を有する。
（実施の形態４）
本発明の一態様である半導体装置は、実施の形態１乃至実施の形態３にて説明した構成に限定されない。本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置であって、実施の形態１乃至実施の形態３とは異なるものについて説明する。
図５は、本実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
図５に示す半導体装置は、基板１００上に設けられた下地絶縁膜１０１と、下地絶縁膜１０１上に設けられたゲート電極４０８と、ゲート電極４０８上に形成されたゲート絶縁膜４０６と、ゲート絶縁膜４０６上に、離間して設けられたソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂと、ソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂ上に、ソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂに一部接して設けられた、第１の領域４２０および第２の領域４２１を有する酸化物半導体膜４０４と、酸化物半導体膜４０４、ソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂ上に設けられた層間絶縁膜４１０と、層間絶縁膜４１０に設けられたコンタクトホール４３０において、ソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂと接続する配線４１６と、を有する。なお、ゲート電極４０８は、ゲート絶縁膜４０６を介し、ソース電極４０２ａの一部および第１の領域４２０と重畳し、かつドレイン電極４０２ｂとは重畳しない。
また、第１の領域４２０の少なくとも一部および第２の領域４２１の少なくとも一部は、ソース電極４０２ａおよびドレイン電極４０２ｂ間に形成されている。
このような構造を有することによって、本発明の一態様である半導体装置を例えば電力回路のスイッチなどに適用する場合に、ドレイン電極端における電界の集中を緩和することができ、耐圧を向上させることができる。それにより、使用可能な電圧の幅が広がり、様々なスイッチに用いることができる。さらに、本発明の一態様である半導体装置は、上述したように電界集中を緩和させるとともに、オン電流の顕著な低下を抑えることができるという特徴を有する。
１００ 基板
１０１ 下地絶縁膜
１０４ 酸化物半導体膜
１０６ ゲート絶縁膜
１０８ ゲート電極
１１０ 層間絶縁膜
１１６ 配線
１２０ 第１の領域
１２１ 第２の領域
１３０ コンタクトホール
１５０ イオン
２０４ 酸化物半導体膜
２０６ ゲート絶縁膜
２０８ ゲート電極
２１０ 層間絶縁膜
２１６ 配線
２２０ 第１の領域
２２１ 第２の領域
２３０ コンタクトホール
３０４ 酸化物半導体膜
３０６ ゲート絶縁膜
３０８ ゲート電極
３１０ 層間絶縁膜
３１６ 配線
３２０ 第１の領域
３２１ 第２の領域
３３０ コンタクトホール
４０４ 酸化物半導体膜
４０６ ゲート絶縁膜
４０８ ゲート電極
４１０ 層間絶縁膜
４１６ 配線
４２０ 第１の領域
４２１ 第２の領域
４３０ コンタクトホール
５０４ 酸化物半導体膜
５０６ ゲート絶縁膜
５０８ ゲート電極
５１０ 層間絶縁膜
５１６ 配線
５３０ コンタクトホール
１０２ａ ソース電極
１０２ｂ ドレイン電極
２０２ａ ソース電極
２０２ｂ ドレイン電極
３０２ａ ソース電極
３０２ｂ ドレイン電極
４０２ａ ソース電極
４０２ｂ ドレイン電極
５０２ａ ソース電極
５０２ｂ ドレイン電極

Claims (8)

  1. 第１の領域および第２の領域を有する酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜と接して設けられる一対の電極と、
    前記酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介し、前記一対の電極の一方の一部および前記第１の領域と重畳するゲート電極と、を有し、
    前記第１の領域の少なくとも一部および前記第２の領域の少なくとも一部は前記一対の電極間にあり、
    前記ゲート電極は、前記一対の電極の他方と重畳しないことを特徴とする半導体装置。
  2. 第１の領域および第２の領域を有する酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜と接して設けられる一対の電極と、
    前記酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介し、前記一対の電極の一方の一部および前記第１の領域と重畳するゲート電極と、を有し、
    前記第１の領域の少なくとも一部および前記第２の領域の少なくとも一部は前記一対の電極間にあり、
    前記ゲート電極および前記一対の電極の他方の間に、前記第２の領域の少なくとも一部を有することを特徴とする半導体装置。
  3. ゲート電極と、
    前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に設けられる第１の領域および第２の領域を有する酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜と接して設けられる一対の電極と、を有し、
    前記第１の領域の少なくとも一部および前記第２の領域の少なくとも一部は前記一対の電極間にあり、
    前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介し、前記一対の電極の一方の一部および前記第１の領域と重畳し、
    前記ゲート電極は、前記一対の電極の他方と重畳しないことを特徴とする半導体装置。
  4. ゲート電極と、
    前記ゲート電極上のゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上に設けられる第１の領域および第２の領域を有する酸化物半導体膜と、
    前記酸化物半導体膜と一部が接する一対の電極と、を有し、
    前記第１の領域の少なくとも一部および前記第２の領域の少なくとも一部は前記一対の電極間にあり、
    前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介し、前記一対の電極の一方の一部および前記第１の領域と重畳し、
    前記ゲート電極および前記一対の電極の他方の間に、前記第２の領域の少なくとも一部を有することを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    前記第１の領域の電気抵抗値より前記第２の領域の電気抵抗値が低いことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    前記一対の電極の一方がソース電極であり、他方がドレイン電極であることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    前記酸化物半導体膜が、Ｉｎ、Ｇａ、ＳｎおよびＺｎから選ばれた二種以上の元素を含むことを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
    前記第２の領域には、窒素、リンもしくは砒素、または希ガスのうちいずれか一以上の元素が、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下含まれていることを特徴とする半導体装置。
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