JP2012212874A - 酸化物半導体膜、半導体装置および半導体装置の作製方法 - Google Patents
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- H01L29/772—Field effect transistors
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- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
- H01L29/78618—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
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-
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Abstract
【解決手段】酸化物半導体膜を活性層に用いるトランジスタにおいて、チャネル領域と隣接するソース領域およびドレイン領域に微小な空洞を設ける。酸化物半導体膜に形成されるソース領域およびドレイン領域に微小な空洞を設けることによって、微小な空洞に酸化物半導体膜のチャネル領域に含まれる水素を捕獲させることができる。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明の一態様である酸化物半導体膜の一例について図30を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタの一例について図1を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2に示したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2および実施の形態3に示したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態4に示したトランジスタと一部構造の異なるトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態5に示したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態6に示したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態7に示したトランジスタとは異なる構造のトランジスタについて説明する。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態8のいずれかに示したトランジスタを用いて作製した液晶表示装置について説明する。なお、本実施の形態では液晶表示装置に本発明の一形態を適用した例について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、EL(Electro Luminescence)表示装置に本発明の一形態を適用することも、当業者であれば容易に想到しうるものである。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態8で示したトランジスタを用いて、半導体記憶装置を作製する例について説明する。
酸化物半導体を活性層に用いたトランジスタを少なくとも一部に用いてCPU(Central Processing Unit)を構成することができる。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態11を適用した電子機器の例について説明する。
104 ゲート電極
105 チャネル領域
106 酸化物半導体膜
107a ソース領域
107b ドレイン領域
112 ゲート絶縁膜
116 一対の電極
118 層間絶縁膜
205 チャネル領域
206 酸化物半導体膜
207a ソース領域
207b ドレイン領域
216 一対の電極
218 層間絶縁膜
302 下地絶縁膜
304 ゲート電極
305 チャネル領域
306 酸化物半導体膜
307a ソース領域
307b ドレイン領域
312 ゲート絶縁膜
316 一対の電極
404 ゲート電極
405a 領域
405b 領域
405c 領域
406 酸化物半導体膜
407a 領域
407b 領域
504 ゲート電極
505 チャネル領域
506 酸化物半導体膜
507a ソース領域
507b ドレイン領域
512 ゲート絶縁膜
516 一対の電極
604 ゲート電極
605 チャネル領域
606 酸化物半導体膜
607a ソース領域
607b ドレイン領域
612 ゲート絶縁膜
616 一対の電極
618 層間絶縁膜
704 ゲート電極
705 チャネル領域
706 酸化物半導体膜
707a ソース領域
707b ドレイン領域
712 ゲート絶縁膜
716 一対の電極
718 層間絶縁膜
1141 スイッチング素子
1142 記憶素子
1143 記憶素子群
1189 ROMインターフェース
1190 基板
1191 ALU
1192 ALUコントローラ
1193 インストラクションデコーダ
1194 インタラプトコントローラ
1195 タイミングコントローラ
1196 レジスタ
1197 レジスタコントローラ
1198 バスインターフェース
1199 ROM
2200 画素
2210 液晶素子
2220 キャパシタ
2230 トランジスタ
3006 酸化物半導体膜
3010 微小な空洞
5001 スペクトル
5002 スペクトル
5003 スペクトル
5004 スペクトル
5011 実線
5012 実線
5013 実線
5014 実線
5021 実線
5022 実線
5023 実線
5024 実線
9300 筐体
9301 ボタン
9302 マイクロフォン
9303 表示部
9304 スピーカ
9305 カメラ
9310 筐体
9311 表示部
9320 筐体
9321 ボタン
9322 マイクロフォン
9323 表示部
Claims (27)
- 微小な空洞を有し、かつ前記微小な空洞内は、窒素、水素および酸素の少なくともいずれかを、前記微小な空洞外と比べて高い濃度で含むことを特徴とする酸化物半導体膜。
- 請求項1において、
前記微小な空洞の直径が0.1nm以上10nm以下であることを特徴とする酸化物半導体膜。 - 請求項1または請求項2において、
前記微小な空洞の外周部に接して結晶部を有することを特徴とする酸化物半導体膜。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上の一対の電極と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極と重畳し、かつ前記一対の電極と一部が接し、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記チャネル領域よりも低密度であることを特徴とする半導体装置。 - チャネル領域、ソース領域およびドレイン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、
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て前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記チャネル領域よりも低密度であることを特徴とする半導体装置。 - チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、
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て、前記チャネル領域と重畳するゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上の一対の電極と、を有し、
前記ゲート絶縁膜および前記層間絶縁膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域をそれぞれ露出する開口部を有し、前記一対の電極は、前記開口部を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域と接し、前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記チャネル領域よりも低密度であることを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と重畳し、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、
前記ゲート絶縁膜および前記酸化物半導体膜上の、前記ソース領域および前記ドレイン領域をそれぞれ露出する開口部を有する層間絶縁膜と、
前記開口部を介して前記酸化物半導体膜と接する一対の電極と、を有し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、前記チャネル領域よりも低密度であることを特徴とする半導体装置。 - 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、
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て前記酸化物半導体膜と重畳し、かつ前記一対の電極と重畳しないゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜の、前記一対の電極および前記ゲート電極と重畳しない領域は、前記一対の電極および前記ゲート電極と重畳する領域よりも低密度であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項8のいずれか一において、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、1×1020cm−3以上3×1022cm−3以下の水素を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項9において、
前記チャネル領域の水素濃度は、5×1018cm−3未満であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項4乃至請求項8のいずれか一において、
前記ソース領域および前記ドレイン領域は、微小な空洞を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項11において、
前記微小な空洞は、窒素分子、酸素分子および水素分子の少なくともいずれかを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項11または請求項12において、
前記微小な空洞の直径が0.1nm以上10nm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
前記微小な空洞の外周部に接して結晶部を有することを特徴とする半導体装置。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、前記酸化物半導体膜と一部が接する一対の電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に一対の電極を形成し、
前記一対の電極上に、該一対の電極と一部が接する酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、前記酸化物半導体膜と一部が接する一対の電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に一対の電極を形成し、
前記一対の電極上に、該一対の電極と一部が接する酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクに、前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極および前記層間絶縁膜に、前記酸化物半導体膜を露出する開口部を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行い、
前記開口部を介して、前記酸化物半導体膜と接する一対の電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、前記ゲート絶縁膜および前記酸化物半導体膜上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行い、
前記層間絶縁膜に前記酸化物半導体膜を露出する開口部を形成し、
前記開口部を介して前記酸化物半導体膜と接する一対の電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に酸化物半導体膜、および該酸化物半導体膜と一部が接する一対の電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳し、かつ前記一対の電極と重畳しないゲート電極を形成し、
前記一対の電極および前記ゲート電極をマスクに、前記酸化物半導体膜の一部に窒素、酸素および水素の一以上を添加することで微小な空洞を設けた後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域と接する一対の電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に一対の電極を形成し、
前記一対の電極上に、該一対の電極と一部が接する酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域と接する一対の電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に一対の電極を形成し、
前記一対の電極上に、該一対の電極と一部が接する酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記酸化物半導体膜および前記一対の電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクに、前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成し、
前記ゲート電極および前記層間絶縁膜に、前記酸化物半導体膜を露出する開口部を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲し、
前記開口部を介して、前記酸化物半導体膜と接する一対の電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極上に酸化物半導体膜を形成し、
前記酸化物半導体膜の一部にイオン添加処理をすることで、前記酸化物半導体膜の前記一部を低密度化した後、前記ゲート絶縁膜および前記酸化物半導体膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜を形成した後、200℃以上700℃以下の温度で加熱処理を行うことで、前記酸化物半導体膜の前記低密度化された領域に水素を捕獲し、
前記低密度化された領域に水素を捕獲した後、前記層間絶縁膜に前記酸化物半導体膜を露出する開口部を形成し、
前記開口部を介して前記酸化物半導体膜と接する一対の電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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