JP2013254942A - 半導体装置および半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加熱により酸素供給可能な絶縁膜における酸素の減少、および導電層の酸化を抑制するためには、該絶縁膜に、該絶縁膜と導電層との界面を介しての酸素の授受が生じにくい領域を設ければよい。そこで、該絶縁膜の導電層との界面近傍に、内部よりも多くの窒素を含む領域を設ける。そのために該絶縁膜の表面に窒化処理を行う。特に、該絶縁膜に、酸化物半導体を用いたトランジスタの下部に存在する導電層へのコンタクトホールを形成した後、コンタクトホールの側壁を含めて窒化処理を行う。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成例について、図1および図2を参照して説明する。
トランジスタ201は、加熱により酸素供給可能な絶縁膜105と接する酸化物半導体膜107と、ゲート絶縁膜115と、酸化物半導体膜107とゲート絶縁膜115を介して重畳するゲート電極117と、酸化物半導体膜107と電気的に接続されるソース電極113aおよびドレイン電極113bと、を有する。
<導電層>
導電層101としては、タングステン、銅、モリブデン、チタン、タンタル、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ等の遷移金属の窒化物を用いることができる。また酸化インジウム酸化スズ、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、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を用いてもよい。さらにこれらを主成分とする合金、これらを積層したもの等を用いてもよい。積層構造の例としては、銅の周囲に窒化タンタル、窒化チタンおよび窒化ニオブ等の遷移金属の窒化物を設ける構造が挙げられる。このような構造とすることで、抵抗を低減しつつ銅の拡散を抑制することができ、消費電力が低く信頼性の高い半導体装置とすることができる。
加熱により酸素供給可能な絶縁膜105としては、酸化物半導体膜107と接して酸化物絶縁層を含む、単層又は積層構造とすることが好ましい。具体的には酸化シリコン、酸化窒化シリコン、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、窒化酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、またはこれらの混合材料を含む膜の単層又は積層構造とすることができる。なお酸化物半導体膜107と接する層が酸化物絶縁層であればよいため、積層構造とする場合は、酸化物半導体膜107と接さない層に窒化シリコン、窒化アルミニウム等を用いてもよい。
トランジスタ201において、酸化物半導体膜107は、ソース電極113aおよびドレイン電極113bとの界面近傍に、内部よりも窒素を多く含む領域111を有している。
ソース電極113aおよびドレイン電極113bには、導電層101と同様の材料を用いることができる。
ゲート絶縁膜115には、加熱により酸素供給可能な絶縁膜105と同様の材料を用いることができる。また、窒化シリコン、窒化アルミニウム等を用いてもよい。
ゲート電極117には、導電層101と同様の材料を用いることができる。またゲート電極117としてリン等の不純物をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜を用いてもよい。ゲート電極117は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
次に、図1(B)〜(D)、および図2(A)〜(C)を参照して、本発明の一態様に係る半導体装置の他の構成例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法の一例について、図3および図4を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る実施の形態1と異なる半導体装置、より具体的には酸化物半導体とそれ以外の半導体材料(たとえば単結晶シリコン)を組み合わせた半導体装置の構成例について、図5および図6を参照して説明する。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した半導体装置を有する回路の例について、図7を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した半導体装置を有する表示装置について説明する。
<EL素子を用いた表示装置の例>
まず図8および図9を用いて、EL素子を用いた表示装置の例について説明する。
図8では、表示素子として有機EL素子を用いた表示装置について詳細に示したが、これに限らない。例えば、表示素子として、液晶素子を用いた表示装置に本実施の形態を適用することは、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1で説明した半導体装置を有するCPU(Central Processing Unit(中央処理装置、又は中央演算処理装置))の構成について説明する。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子機器に適用する場合について、図11を用いて説明する。本実施の形態では、コンピュータ、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯情報端末(携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、電子ペーパー、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)などの電子機器に、上述の半導体装置を適用する場合について説明する。
まず126.6mm角のn型のシリコン基板上に、酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜はシリコン基板を、高密度プラズマ装置を用いて酸化することで形成した。
サンプルAおよびサンプルBについて、XPSを用いて該酸化シリコン膜中の窒素、酸素およびシリコンの差分デプスプロファイルを得た。サンプルAのプロファイルを図12(A)、サンプルBのプロファイルを図12(B)に示す。
103 絶縁層
104 絶縁膜
105 絶縁膜
107 酸化物半導体膜
107a チャネル形成領域
107b 低抵抗領域
108 マスク
109 コンタクトホール
111 領域
113 導電層
113a ソース電極
113b ドレイン電極
115 ゲート絶縁膜
117 ゲート電極
119 導電層
121 導電層
123 絶縁膜
124 絶縁膜
201 トランジスタ
201_1 トランジスタ
201_2 トランジスタ
201_3 トランジスタ
202 トランジスタ
203 トランジスタ
204 トランジスタ
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 トランジスタ
208 容量素子
301 トランジスタ
302 トランジスタ
311 シリコン基板
315 pウェル
317 nウェル
319 ゲート絶縁膜
321 ゲート電極
323 ゲート電極
325 ソース領域およびドレイン領域
327 ソース領域およびドレイン領域
328 絶縁膜
329a 電極
329b 電極
329c 電極
415a ソース電極
415b ドレイン電極
409 ゲート電極
413 絶縁膜
501 トランジスタ
601 トランジスタ
602 トランジスタ
603 容量素子
716 トランジスタ
718 容量素子
719 有機EL素子
750 画素
751 トランジスタ
752 容量素子
753 液晶素子
754 走査線
755 信号線
780 平坦化絶縁膜
781 アノード
782 発光層
783 カソード
784 隔壁
785a 中間層
785b 中間層
785c 中間層
785d 中間層
786a 発光層
786b 発光層
786c 発光層
790 平坦化絶縁膜
791 電極
792 絶縁膜
793 液晶層
794 絶縁膜
795 スペーサ
796 電極
797 基板
800 基板
801 ALU
802 ALU・Controller
803 Instruction・Decoder
804 Interrupt・Controller
805 Timing・Controller
806 Register
807 Register・Controller
808 Bus・I/F
820 ROM・I/F
809 ROM
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 キーボード
910 タブレット型端末
911 筐体
912 表示部
913 筐体
914 表示部
915 操作ボタン
917 スタイラス
920 電子書籍
921 筐体
923 筐体
925 表示部
927 表示部
931 電源
933 操作キー
935 スピーカー
937 軸部
940 筐体
941 筐体
942 表示パネル
943 スピーカー
944 マイクロフォン
945 操作キー
946 ポインティングデバイス
947 カメラ用レンズ
948 外部接続端子
949 太陽電池セル
950 外部メモリスロット
961 本体
963 接眼部
964 操作スイッチ
965 表示部
966 バッテリー
967 表示部
970 テレビジョン装置
971 筐体
973 表示部
975 スタンド
980 リモコン操作機
Claims (8)
- 導電層と、
前記導電層上の、コンタクトホールを有する加熱により酸素供給可能な絶縁膜と、
前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜と接する酸化物半導体膜と、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、前記酸化物半導体膜と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、を有し、
前記コンタクトホールにおいて、前記導電層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の一方は電気的に接続され、
前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜は、
前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜と、前記ソース電極および前記ドレイン電極と、の界面近傍に、内部よりも窒素を多く含む領域を有する半導体装置。 - 請求項1において、
前記領域の窒素濃度は、前記界面近傍から内部に向かって連続的に減少する半導体装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記コンタクトホールの側壁は、
前記側壁と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の一方と、の界面近傍に、内部よりも窒素を多く含む領域を有する半導体装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記導電層は、
前記導電層と、前記導電層と電気的に接続される前記ソース電極および前記ドレイン電極の一方と、の界面近傍に、内部よりも窒素を多く含む領域を有する半導体装置。 - 導電層と、
前記導電層上の、コンタクトホールを有する加熱により酸素が放出される酸素を含む絶縁膜と、
前記加熱により酸素が放出される酸素を含む絶縁膜と接する酸化物半導体膜と、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、前記酸化物半導体膜と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極と、を有し、
前記コンタクトホールにおいて、前記導電層と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の一方は電気的に接続され、
前記加熱により酸素が放出される酸素を含む絶縁膜は、
前記ソース電極および前記ドレイン電極との間に、酸素濃度よりも窒素濃度の高い領域を有する半導体装置。 - 請求項5において、
前記ソース電極、前記ドレイン電極または前記ゲート電極と電気的に接続される導電層を有し、
前記加熱により酸素が放出される酸素を含む絶縁膜は、
前記ソース電極、前記ドレイン電極または前記ゲート電極と電気的に接続される導電層との間に、酸素濃度よりも窒素濃度の高い領域を有する半導体装置。 - 第1の導電層上に、加熱により酸素供給可能な絶縁膜を形成し、
前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜に接する酸化物半導体膜を形成し、
前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜に、前記第1の導電層まで到達するコンタクトホールを形成して前記導電層の一部を露出し、
前記コンタクトホールを形成した前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜、露出した前記導電層および前記酸化物半導体膜に窒化処理を行い、
前記窒化処理により、表面に内部よりも窒素を多く含む領域を有する前記加熱により酸素供給可能な絶縁膜、前記酸化物半導体膜および前記導電層上に、第2の導電層を形成し、
前記第2の導電層を加工して、双方が前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ一方が第1の導電層と電気的に接続される、ソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記酸化物半導体膜および前記ソース電極および前記ドレイン電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に前記酸化物半導体膜と重畳するゲート電極を形成する半導体装置の作製方法。 - 請求項7において、
前記窒化処理は、窒素プラズマを用いた処理である半導体装置の作製方法。
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