JP2015130466A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について図面を参照して説明する。
次に、多層膜20のバンド構造について、図3を用いて説明する。
本実施の形態に示すトランジスタ50に設けられる一対の電極21、22として、タングステン、チタン、アルミニウム、銅、モリブデン、クロム、またはタンタル単体若しくは合金等の酸素と結合しやすい導電材料を用いることが好ましい。この結果、多層膜20に含まれる酸素と一対の電極21、22に含まれる導電材料とが結合し、多層膜20において、酸素欠損領域が形成される。また、多層膜20に一対の電極21、22を形成する導電材料の構成元素の一部が混入する場合もある。これらの結果、多層膜20において、一対の電極21、22と接する領域近傍に、低抵抗領域が形成される。低抵抗領域は、一対の電極21、22に接し、且つゲート絶縁膜17と、一対の電極21、22の間に形成される。低抵抗領域は、導電性が高いため、多層膜20と一対の電極21、22との接触抵抗を低減することが可能であり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能である。
本実施の形態に示すトランジスタ50において、図4に示すように、トランジスタ50上に、酸化物絶縁膜24及び窒化物絶縁膜25が積層される保護膜26aを設けることができる。図4に示すトランジスタは、酸化物半導体膜18上に酸化物膜19を有するため、当該酸化物膜19が、酸化物絶縁膜24を形成する際の保護膜として機能する。この結果、酸化物絶縁膜24を形成する際、酸化物半導体膜18がプラズマに曝されず、比較的高い電力を用いるプラズマCVD法で酸化物絶縁膜24を形成する際に生じるプラズマダメージを低減できる。
本実施の形態では、実施の形態と異なる構造のトランジスタについて、図5を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態1及び実施の形態2と異なる構造のトランジスタについて、図6を用いて説明する。
上記実施の形態で開示された金属膜、酸化物半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜はスパッタ法やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD法により形成してもよい。熱CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法を使っても良い。
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、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、表示装置を例にして本発明の一態様である半導体装置を説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置に含まれているトランジスタにおいて、多層膜20及び多層膜34に適用可能な一態様について説明する。なお、ここでは、多層膜に含まれる酸化物半導体膜を一例に用いて説明するが、酸化物膜も同様の構造とすることができる。
単結晶酸化物半導体は、例えば、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損が少ない)ため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単結晶酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少ない場合がある。また、単結晶酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。
CAAC−OSは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)による観察像で、結晶部を確認することができる場合がある。CAAC−OSに含まれる結晶部は、例えば、TEMによる観察像で、一辺100nmの立方体内に収まる大きさであることが多い。また、CAAC−OSは、TEMによる観察像で、結晶部と結晶部との境界を明確に確認できない場合がある。そのため、CAAC−OSは、TEMによる観察像で、粒界(グレインバウンダリーともいう。)を明確に確認できない場合がある。CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため、不純物が偏析することが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため、欠陥準位密度が高くなることが少ない。また、CAAC−OSは、例えば、明確な粒界を有さないため、電子移動度の低下が小さい。
CAAC−OSに含まれる結晶部のc軸は、CAAC−OS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。
また、CAAC−OSは、例えば多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま被形成面に到達することで、CAAC−OSを成膜することができる。
酸化物半導体は、例えば多結晶を有してもよい。なお、多結晶を有する酸化物半導体を、多結晶酸化物半導体と呼ぶ。多結晶酸化物半導体は複数の結晶粒を含む。
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、TEMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
ここで、酸化物半導体で形成される膜(以下、酸化物半導体膜(OS)という。)及び酸化物導電体で形成される膜(以下、酸化物導電体膜(OC)という。)それぞれにおける、抵抗率の温度依存性について、図23を用いて説明する。図23において、横軸に測定温度を示し、縦軸に抵抗率を示す。また、酸化物半導体膜(OS)の測定結果を丸印で示し、酸化物導電体膜(OC)の測定結果を四角印で示す。
Claims (8)
- 基板上にゲート電極及びゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に、酸化物半導体膜及び酸化物膜を有する多層膜を形成し、300℃以上400℃以下で第1の加熱処理を行った後、前記多層膜に接し、且つ銅、アルミニウム、金、銀、またはモリブデンを有する一対の電極を形成し、
前記多層膜、及び前記一対の電極上に、第1の酸化物絶縁膜を形成し、
前記第1の酸化物絶縁膜上に第2の酸化物絶縁膜を形成し、150℃以上300℃以下で第2の加熱処理を行う
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上400℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して前記処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下とし、前記処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給することにより、前記第1の酸化物絶縁膜を形成する ことを特徴とする酸化物半導体膜の作製方法。 - 請求項1または請求項2において、
真空排気された処理室内に載置された基板を180℃以上280℃以下に保持し、前記処理室に原料ガスを導入して前記処理室内における圧力を100Pa以上250Pa以下とし、前記処理室内に設けられる電極に0.17W/cm2以上0.5W/cm2以下の高周波電力を供給することにより、前記第2の酸化物絶縁膜を形成する
ことを特徴とする酸化物半導体膜の作製方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第1の酸化物絶縁膜及び前記第2の酸化物絶縁膜として、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を原料ガスに用いて、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1の酸化物絶縁膜及び前記第2の酸化物絶縁膜として、シラン及び一酸化二窒素を原料ガスに用いて、酸化窒化シリコン膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
酸化物半導体膜は、In若しくはGa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乃至請求項6のいずれか一項において、
前記酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギーが前記酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギーよりも真空準位に近い
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギーと、前記酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギーとの差は0.05eV以上2eV以下である ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
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