JP2016036039A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
置とは、半導体素子自体また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(薄膜トランジスタなど)が挙げられる。液晶表示装置などの表
示装置も半導体装置に含まれる。
。酸化物半導体は、例えば、トランジスタに適用することができる(特許文献1及び特許
文献2)。
関係により、ボトムゲート型構造とトップゲート型構造に分類される。チャネル形成領域
と基板の間にゲートが配されたトランジスタ構造はボトムゲート型構造と呼ばれる。一方
で、ゲートと基板の間にチャネル形成領域が配されたトランジスタ構造はトップゲート型
構造と呼ばれる。
コンタクト型とトップコンタクト型に分類される。ソース及びドレインと、チャネルを形
成する半導体層との接続箇所が、基板側に配される構造はボトムコンタクト型と呼ばれる
。ソース及びドレインと、チャネルを形成する半導体層との接続箇所が、基板とは逆側(
すなわち、液晶表示装置においては対向基板側)に配される構造はトップコンタクト型と
呼ばれる。
(ボトムゲート・トップコンタクト)構造、TGTC(トップゲート・トップコンタクト
)構造、TGBC(トップゲート・ボトムコンタクト)構造のいずれかに分類することが
できる。
提供することを課題とする。オン電流が十分に大きく、オフ電流が十分に小さいトランジ
スタでは、スイッチング特性が良好である。
有することが好ましい。
、GBT(Gate Bias Temperature)試験と呼ぶ。)がある。GB
T試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化を
、短時間で評価することができる。特に、GBT試験前後におけるトランジスタのしきい
値電圧の変化量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。GBT試験前後において、
しきい値電圧の変化量が小さいほど信頼性が高い。
のソースとドレインを同電位とし、ゲートにはソース及びドレインとは異なる電位を一定
時間与える。基板の温度は、試験目的に応じて適宜設定すればよい。なお、「+GBT試
験」では、ゲートに与える電位がソース及びドレインの電位(ソースとドレインは同電位
である。)よりも高く、「−GBT試験」では、ゲートに与える電位がソース及びドレイ
ンの電位(ソースとドレインは同電位である。)よりも低い。
時間により決定することができる。ゲート絶縁層中の電界強度は、ゲートと、ソース及び
ドレインと、の間の電位差をゲート絶縁層の厚さで除して決定される。例えば、厚さが1
00nmのゲート絶縁層中の電界強度を2MV/cmとする場合には、該電位差を20V
とすればよい。
よるしきい値電圧の変化が確認されている。
、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題とする。
提供することを課題とする。
形成する層と同一の層により形成することが好ましい。そして、ゲート配線及びソース配
線は、導電性の高い材料により形成することが好ましい。
る半導体層をゲート絶縁層の厚さに対して十分に厚くすることで得ることができる。
良好なものとすることで得ることができる。
ング方法である。ここで、「エッチングされる膜」は、3層の積層構造であることが好ま
しく、「エッチングされる膜」は、下側から第1の膜、第2の膜及び第3の膜とする。第
1のエッチング工程には、少なくとも第2の膜及び第3の膜に対するエッチングレートが
高いエッチング方法を採用し、第1のエッチング工程は少なくとも第1の膜を露出するま
で行う。第2のエッチング工程には、第1の膜に対するエッチングレートが第1のエッチ
ング工程よりも高く、「第1の膜の下に接して設けられている層」に対するエッチングレ
ートが第1のエッチング工程よりも低いエッチング方法を採用する。
とができる。特に、「エッチングされる膜」が導電膜である場合に前記した本発明の一態
様であるエッチング方法を適用することが好ましい。特に、「第1の膜の下に接して設け
られている層」が半導体層であることが好ましい。すなわち、トップコンタクト型である
ことが好ましい。
層を形成し、前記絶縁層上に半導体層を形成し、前記半導体層上に第1の導電膜、第2の
導電膜及び第3の導電膜をこの順に積層して形成し、前記第3の導電膜上にレジストマス
クを形成し、前記レジストマスクを用いて、前記第1乃至第3の導電膜に少なくとも2段
階のエッチングを行って、3層の積層構造からなる第2の配線層を離間させて形成し、前
記2段階のエッチングが、少なくとも前記第1の導電膜を露出させるまで行う第1のエッ
チング工程と、前記第1の導電膜に対するエッチングレートが前記第1のエッチング工程
よりも高く、前記半導体層に対するエッチングレートが前記第1のエッチング工程よりも
低い条件により行う第2のエッチング工程と、を有し、前記第2のエッチング工程後にレ
ジスト剥離液を用いて前記レジストマスクを剥離することを特徴とする半導体装置の作製
方法である。
の導電膜及び第3の導電膜をこの順に積層して形成し、前記第3の導電膜上にレジストマ
スクを形成し、前記レジストマスクを用いて、前記第1乃至第3の導電膜に少なくとも2
段階のエッチングを行って、3層の積層構造からなる第1の配線層を離間させて形成し、
前記第1の配線層及び前記半導体層を覆って絶縁層を形成し、前記絶縁層上に前記半導体
層と重畳して第2の配線層を形成し、前記2段階のエッチングが、少なくとも前記第1の
導電膜を露出させるまで行う第1のエッチング工程と、前記第1の導電膜に対するエッチ
ングレートが前記第1のエッチング工程よりも高く、前記半導体層に対するエッチングレ
ートが前記第1のエッチング工程よりも低い条件により行う第2のエッチング工程と、を
有し、前記第2のエッチング工程後にレジスト剥離液を用いて前記レジストマスクを剥離
することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
、BGBC構造またはTGBC構造において、3層の積層構造からなるソース及びドレイ
ンの形成に前記エッチング方法を用いてもよい。BGBC構造では、「第1の膜の下に接
して設けられている層」はゲート絶縁層である。TGBC構造では、「第1の膜の下に接
して設けられている層」は下地となる絶縁膜または基板である。
記した本発明の一態様であるエッチング方法を適用してもよい。
素よりも塩素が多いガスを用いて行い、前記第2のエッチング工程は、主成分として塩素
よりもフッ素が多いガスを用いて行えばよい。
ガスとCl2ガスの混合ガスが挙げられる。主成分として塩素よりもフッ素が多いガスと
しては、SF6ガスが挙げられる。
を腐食させる薬液であるとよい。
いことが好ましい。第3の導電膜は第1のエッチングによりエッチングするため薄い方が
よいが、第1の導電膜を厚くすると第1のエッチング工程において、第1の導電膜の下に
接して設けられている層が露出されにくいからである。また、第1の導電膜を厚くすると
配線抵抗が低減されるからである。
の導電膜を形成する導電性材料は、前記第1の導電膜及び前記第3の導電膜を形成する導
電性材料よりも導電率が高いことが好ましい。配線抵抗が低減されるからである。
はチタン膜であり、前記第2の導電膜はアルミニウム膜であればよい。
よい。
形成されていればよい。
を防止することができる。従って、「第1の膜の下に接して設けられている層」が半導体
層である場合には、半導体層の厚さの減少を防止することができる。そのため、半導体層
のオン電流を十分に大きくし、オフ電流を十分に小さくすることができる。更には、エッ
チングに起因する基板面内における半導体層の厚さのばらつきを防ぎ、特性のばらつきを
抑制することができる。
とができる。
は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
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。したがって、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、図面
を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通し
て用いる。また、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さな
いことがある。また、便宜上、絶縁層は上面図には表さないことがある。
、その数を限定するものではない。
本実施の形態は、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説明する
。なお、半導体装置の一例として、トランジスタを例示して説明する。
線層102を形成し、第1の配線層102を覆って第1の絶縁層104を形成し、第1の
絶縁層104上に半導体層106を形成し、半導体層106上に第1の導電膜107A、
第2の導電膜107B及び第3の導電膜107Cをこの順に積層して積層導電膜107を
形成し、積層導電膜107に少なくとも2段階のエッチングを行って、3層の積層構造か
らなる第2の配線層108を離間させて形成し、前記2段階のエッチングが、少なくとも
第1の導電膜107Aを露出させるまで行う第1のエッチング工程と、第1の導電膜10
7Aに対するエッチングレートが前記第1のエッチング工程よりも高く、半導体層106
に対するエッチングレートが前記第1のエッチング工程よりも低い条件により行う第2の
エッチング工程と、を有することを特徴とする。
を覆って第1の絶縁層104を形成し、第1の絶縁層104上に半導体層106を位置選
択的に形成する(図1(A))。
例えば、ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が設けられた半導体基板、または表面に絶
縁層が設けられたステンレス基板などを用いればよい。
02は、導電性材料により形成すればよく、第1の配線層102となる導電性材料膜を形
成し、これをフォトリソグラフィ法により加工すればよい。
縁層104は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなど
により形成すればよいが、半導体層106が酸化物半導体層である場合にはスパッタリン
グ法により形成することが好ましい。半導体層106に接する第1の絶縁層104からは
、水分及び水素を極力除去しておくことが好ましいからである。なお、第1の絶縁層10
4は単層であってもよいし、複数の層が積層されて設けられていてもよい。
酸化物により形成してもよい。
のをいう。
のをいう。
膜を形成し、これをフォトリソグラフィ法により加工すればよい。半導体層106を形成
する酸化物半導体としては、不純物が除去され、酸化物半導体の主成分以外のキャリア供
与体となる不純物が極力含まれないように高純度化することにより真性(I型)化または
実質的に真性(I型)化された酸化物半導体を用いる。
ア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに好ま
しくは1×1011/cm3未満である。
ジスタのオフ電流を小さくすることができる。オフ電流は小さければ小さいほど好ましい
。
あるため、第1の絶縁層104と半導体層106の界面の状態(界面準位、界面電荷など
)を適切なものとなるよう調整することは重要である。そのため高純度化された酸化物半
導体に接する第1の絶縁層104は、高品質であることが好ましい。ここで、「第1の絶
縁層104が高品質である」ことは、第1の絶縁層104の表面もしくは内部に含まれる
欠陥が少なく、電荷をトラップする欠陥準位や界面準位が少なく、固定電荷が発生しづら
いことなどを意味する。
高密度プラズマCVD法により形成されることで、第1の絶縁層104を緻密にすること
ができ、絶縁耐圧を高くすることができるため好ましい。高純度化された酸化物半導体層
と高品質なゲート絶縁層が密接して形成されると、界面準位を低減し、界面特性を良好な
ものとすることができるからである。
ッタリング法やプラズマCVD法などの他の成膜方法を適用してもよい。
、Al、Mg、Hf及びランタノイドから選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば四
元系金属酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であ
るIn−Ga−Zn系酸化物半導体(IGZOとも呼ぶ)、In−Sn−Zn系酸化物半
導体、In−Al−Zn系酸化物半導体、Sn−Ga−Zn系酸化物半導体、Al−Ga
−Zn系酸化物半導体、Sn−Al−Zn系酸化物半導体、In−Hf−Zn系酸化物半
導体、In−La−Zn系酸化物半導体、In−Ce−Zn系酸化物半導体、In−Pr
−Zn系酸化物半導体、In−Nd−Zn系酸化物半導体、In−Pm−Zn系酸化物半
導体、In−Sm−Zn系酸化物半導体、In−Eu−Zn系酸化物半導体、In−Gd
−Zn系酸化物半導体、In−Tb−Zn系酸化物半導体、In−Dy−Zn系酸化物半
導体、In−Ho−Zn系酸化物半導体、In−Er−Zn系酸化物半導体、In−Tm
−Zn系酸化物半導体、In−Yb−Zn系酸化物半導体、In−Lu−Zn系酸化物半
導体や、二元系金属酸化物であるIn−Zn系酸化物半導体、Sn−Zn系酸化物半導体
、Al−Zn系酸化物半導体、Zn−Mg系酸化物半導体、Sn−Mg系酸化物半導体、
In−Mg系酸化物半導体や、一元系金属酸化物である酸化インジウム、酸化スズ、酸化
亜鉛などを用いることができる。また、前記酸化物半導体がSiO2を含んでいてもよい
。ここで、例えば、In−Ga−Zn系酸化物半導体は、In、GaまたはZnを有する
酸化物半導体という意味であり、その組成比は特に問わない。また、InとGaとZn以
外の元素を含んでいてもよい。
)で表記されるものを用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mn及びCoか
ら選ばれた一または複数の金属元素を表す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga
及びMn、またはGa及びCoなどが挙げられる。または、前記酸化物半導体はSiO2
を含んでいてもよい。
は、例えば、組成比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比
]のターゲットを用いればよい。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例
えば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]のターゲットを用い
てもよい。なお、ここで、例えば、In−Ga−Zn系酸化物半導体膜とは、インジウム
(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)を有する酸化物膜という意味であり、その組
成比は特に問わない。
ーゲットを用いてスパッタリング法により形成される。また、半導体層106は、希ガス
(例えばAr)雰囲気下、酸素ガス雰囲気下、または希ガスと酸素ガスの混合雰囲気下に
おいてスパッタリング法により形成することができる。
%以下である。このように、充填率の高いターゲットを用いることにより、成膜される酸
化物半導体膜を緻密な膜とすることができる。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第1の加熱処理の温度は、400℃
以上750℃以下、または400℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、第1の加熱
処理として、窒素ガス雰囲気下450℃において1時間の加熱処理を行う。なお、第1の
加熱処理は酸化物半導体層の形成後であればよく、このタイミングに限定されない。更に
は、第1の加熱処理を行う雰囲気は、窒素ガス雰囲気に限定されず、酸素ガスと窒素ガス
の混合ガス雰囲気でもよいし、酸素ガス雰囲気でもよいし、水分が十分に除去された空気
(Dry Air)でもよい。第1の加熱処理後は、大気曝露を避けるなどして、酸化物
半導体層への水や水素の再混入を防ぐことが好ましい。
に対して脱水化または脱水素化を行っておいてもよい。
素を十分に除去することが好ましい。従って、半導体層106を形成する半導体膜の形成
前に、吸着型の真空ポンプ(例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメー
ションポンプ)を用いて排気を行うことが好ましい。
図1(B))。
7B及び第3の導電膜107Cにより構成されている。第1の導電膜107A、第2の導
電膜107B及び第3の導電膜107Cは、導電性材料により形成すればよい。第1の導
電膜107A及び第3の導電膜107Cを形成する導電性材料としては、例えば、Ti、
W、Mo若しくはTaまたはこれらの窒化物が挙げられる。第2の導電膜107Bを形成
する導電性材料としては、例えば、Alが挙げられる。
))。レジストマスク109は、フォトリソグラフィ法により形成すればよい。
第2の配線層108を形成する。第2の配線層108は、少なくともトランジスタのソー
ス及びドレインを構成する。第2の配線層108を形成するエッチング工程は、2段階の
エッチングにより行う。ここで、第2の配線層108を形成する第1及び第2のエッチン
グ工程について、図1(C)の点線枠内に注目し、図2(A)乃至(D)を参照して説明
する。
Aが露出するまで積層導電膜107をエッチングする(第1のエッチング工程)。ここで
、第1の導電膜107Aは、エッチングされて第1の導電膜107Dとなる。第1の導電
膜107Dは、第1の絶縁層104及び半導体層106上の全面に存在し、第1の絶縁層
104及び半導体層106を露出させない限り、第1の導電膜107Aがエッチングされ
る深さは特に限定されない(図2(B))。なお、レジストマスク109と重畳していな
い部分の第2の導電膜107Bは、エッチングされて第2の導電膜107Eとなる。そし
て、レジストマスク109と重畳していない部分の第3の導電膜107Cは、エッチング
されて第3の導電膜107Fとなる。
い)ガス雰囲気中で行えばよい。ここで、塩素を多く含むガスとしては、例えば、CCl
4ガス、SiCl4ガス、BCl3ガス及びCl2ガスが挙げられる。特に好ましくはB
Cl3ガスとCl2ガスの混合ガスを用いる。
エッチングして第2の配線層の第1の層108Aを形成する(第2のエッチング工程)。
ここで、第3の導電膜107Fは、レジストマスクが後退してエッチングされ、第2の配
線層の第3の層108Cとなる。なお、第2のエッチング工程では、少なくとも第1の絶
縁層104及び半導体層106が露出され、露出した半導体層106がエッチングにより
消失しなければよい(図2(C))。
多い)ガス雰囲気中で行えばよい。ここで、フッ素を多く含むガスとしては、例えば、C
F4ガス、SF6ガス、NF3ガス、CBrF3ガス、CF3SO3Hガス、及びC3F
8ガスが挙げられる。特に好ましくはSF6ガスを用いる。
クに対するエッチングレートが高く、レジストマスクを縮小(後退)させることが知られ
ている。従って、第2のエッチングによりレジストマスク109は縮小し、レジストマス
ク109Cとなる。また、レジストマスク109が縮小することで、レジストマスク10
9Cと重畳しない部分の第3の導電膜107Fもエッチングされる。ただし、第2の導電
膜107Eが例えばAlを主成分とする材料により形成されている場合には、第2の導電
膜107Eはエッチングされない。
の導電膜107Eがエッチングされていてもよい。
主成分がアルミニウムであるときには、第2の導電膜107Eの側壁には第2のエッチン
グによりアルミニウムを含む生成物が付着している。この状態でレジストマスク109C
をレジスト剥離液により剥離すると、第2の導電膜107Eの側壁が少し削れ、第2の配
線層の第2の層108Bが形成される。ここで、レジスト剥離液としてはアルミニウムを
腐食させる薬液を用いればよく、例えば、ナガセケムテックス株式会社製「ナガセレジス
トストリップN−300」を用いればよい。なお、ナガセケムテックス株式会社製「ナガ
セレジストストリップN−300」は、2−アミノエタノールを30重量%、グリコール
エーテルを70重量%含む。
ることで、チャネル形成領域となる部分の半導体層106の厚さを保ちつつ、第2の配線
層108を離間させることができる。このようなエッチング方法を採用して第2の配線層
108を形成することで、基板100が大面積基板であっても、基板面内におけるチャネ
ル形成領域となる部分の半導体層106の厚さのばらつきを小さいものとすることができ
る。
Aの側壁と第2の配線層の第2の層108Bの側壁と第2の配線層の第3の層108Cの
側壁が同一平面上に存在せず、第2の配線層108は、側壁の形状が3段の階段状になる
。
層102と、第1の配線層102を覆って設けられた第1の絶縁層104と、第1の絶縁
層104上に設けられた半導体層106と、半導体層106を覆って設けられた第2の配
線層108と、を有し、第2の配線層108と重畳していない部分の半導体層106の厚
さ(第1の厚さとする。)と、第2の配線層108と重畳している部分の半導体層106
の厚さ(第2の厚さとする。)の差はほとんどない。
とが可能であるため、トランジスタのオン電流は十分に大きくすることができ、オフ電流
は十分に小さいものとすることができる。更には、基板100が大面積の基板であっても
、エッチングに起因する基板面内における半導体層の厚さのばらつきがほとんどないため
、特性のばらつきも小さいトランジスタを得ることができる。
の絶縁層104の厚さが100nmの場合には、半導体層106の厚さは概ね15nm以
上とすればよい。なお、半導体層106の厚さを25nm以上とすると、トランジスタの
信頼性が向上する。半導体層106の厚さは、30nm以上40nm以下とすることが好
ましい。
ことが好ましい(図3(B))。
成すればよいが、スパッタリング法により形成することが好ましい。水分及び水素の再混
入を防ぐことができるからである。特に、半導体層106と接する部分の第2の絶縁層1
10を酸化シリコンにより形成することが好ましい。または、第2の絶縁層110が、複
数の層が積層された構造である場合には、少なくとも、半導体層106に接する層を酸化
シリコンにより形成し、酸化シリコン層上に有機樹脂層などを形成してもよい。
200℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素ガ
ス雰囲気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理では、酸化物半
導体層の一部(チャネル形成領域)が第2の絶縁層110と接した状態で加熱される。な
お、第2の加熱処理は第2の絶縁層110の形成後であればよく、このタイミングに限定
されない。
に第3の配線層112が位置選択的に形成されることが好ましい(図3(C))。第3の
配線層112はバックゲートとして機能するため、導電性材料により形成すればよい。第
3の配線層112は電気的に独立した配線としてもよく、第3の配線層112は第1の配
線層102と電気的に接続されていてもよいし、または、フローティングにしてもよい。
第3の配線層112は、第1の配線層102と同様の方法及び同様の材料により形成する
ことができるが、これに限定されない。
電位に依存しないバックゲートとして機能させることができる。このとき、バックゲート
によりしきい値電圧の制御が可能となる。
の配線層102と同電位、または、第1の配線層102の電位に応じた電位とすることが
できる。第3の配線層112を第1の配線層102の電位に応じた電位とする場合には、
第1の配線層102により形成されるゲートと第3の配線層112により形成されるバッ
クゲートの間に抵抗素子が設けられていればよい。このとき、トランジスタがオンしてい
るときの単位面積あたりの電流を大きくすることができる。
ートとして機能させることはできないが、半導体層106の更なる保護層として機能させ
ることが可能である。
、オフ状態における電流値(オフ電流値)を、10zA/μm未満(チャネル幅1μm当
たり10zA未満)、85℃にて100zA/μm未満レベルにまで低くすることができ
る。すなわち、測定限界近傍または測定限界近傍以下までオフ電流を下げることができる
。
本発明は、実施の形態1に示した形態に限定されない。例えば、本発明の一態様である
半導体装置としてのトランジスタは、TGTC構造であってもよい。
206を形成し、半導体層206上に第1の導電膜207A、第2の導電膜207B及び
第3の導電膜207Cをこの順に積層して積層導電膜207を形成し、積層導電膜207
に少なくとも2段階のエッチングを行って、3層の積層構造からなる第1の配線層208
を離間させて形成し、第1の配線層208及び半導体層206を覆って絶縁層210を形
成し、絶縁層210上に半導体層206と重畳して第2の配線層212を形成し、前記2
段階のエッチングが、少なくとも第1の導電膜207Aを露出させるまで行う第1のエッ
チング工程と、前記第1の導電膜207Aに対するエッチングレートが前記第1のエッチ
ング工程よりも高く、半導体層206に対するエッチングレートが前記第1のエッチング
工程よりも低い条件により行う第2のエッチング工程と、を有することを特徴とする。
絶縁層204上に半導体層206を位置選択的に形成する(図4(A))。
材料により形成することができる。
形成することができる。
膜207上にレジストマスク209を位置選択的に形成する(図4(A))。
より形成することができる。
ラフィ法により形成することができる。
第1の配線層208を形成する。第1の配線層208は、少なくともトランジスタのソー
ス及びドレインを構成する。第1の配線層208を形成するエッチング工程は、2段階の
エッチングにより行う。ここで、第1の配線層208を形成する第1及び第2のエッチン
グ工程について、図4(A)の点線枠内に注目し、図5(A)乃至(D)を参照して説明
する。
Aが露出するまで積層導電膜207をエッチングする(第1のエッチング工程)。ここで
、第1の導電膜207Aは、エッチングされて第1の導電膜207Dとなる。第1の導電
膜207Dは、下地絶縁層204上及び半導体層206上の全面に存在し、下地絶縁層2
04及び半導体層206を露出させない限り、第1の導電膜207Aがエッチングされる
深さは特に限定されない(図5(B))。なお、レジストマスク209と重畳していない
部分の第2の導電膜207Bは、エッチングされて第2の導電膜207Eとなる。そして
、レジストマスク209と重畳していない部分の第3の導電膜207Cは、エッチングさ
れて第3の導電膜207Fとなる。
い)ガス雰囲気中で行えばよい。ここで、塩素を多く含むガスとしては、例えば、CCl
4ガス、SiCl4ガス、BCl3ガス及びCl2ガスが挙げられる。特に好ましくはB
Cl3ガスとCl2ガスの混合ガスを用いる。
ッチングして第1の配線層の第1の層208Aを形成する(第2のエッチング工程)。こ
こで、第3の導電膜207Fは、レジストマスクが後退してエッチングされ、第1の配線
層の第3の層208Cとなる。なお、第2のエッチング工程では、少なくとも下地絶縁層
204及び半導体層206が露出され、露出した半導体層206がエッチングにより消失
しなければよい(図5(C))。
多い)ガス雰囲気中で行えばよい。ここで、フッ素を多く含むガスとしては、例えば、C
F4ガス、SF6ガス、NF3ガス、CBrF3ガス、CF3SO3Hガス、及びC3F
8ガスが挙げられる。特に好ましくは、SF6ガスを用いる。
クに対するエッチングレートが高く、レジストマスクを縮小(後退)させることが知られ
ている。従って、第2のエッチングによりレジストマスク209は縮小し、レジストマス
ク209Cとなる。また、レジストマスク209が縮小することで、レジストマスク20
9Cと重畳しない部分の第3の導電膜207Fもエッチングされる。ただし、第2の導電
膜207Eが例えばAlを主成分とする材料により形成されている場合には、第2の導電
膜207Eはエッチングされない。
の導電膜207Eがエッチングされていてもよい。
主成分がアルミニウムであるときには、第2の導電膜207Eの側壁には第2のエッチン
グによりアルミニウムを含む生成物が付着している。この状態でレジストマスク209C
をレジスト剥離液により剥離すると、第2の導電膜207Eの側壁が少し削れ、第1の配
線層の第2の層208Bが形成される。ここで、レジスト剥離液としてはアルミニウムを
腐食させる薬液を用いればよく、例えば、ナガセケムテックス株式会社製「ナガセレジス
トストリップN−300」を用いればよい。
ることで、チャネル形成領域となる部分の半導体層206の厚さを保ちつつ、チャネル形
成領域となる部分で第1の配線層208を離間させることができる。このようなエッチン
グ方法を採用して第1の配線層208を形成することで、基板200が大面積基板であっ
ても、基板面内におけるチャネル形成領域となる部分の半導体層206の厚さのばらつき
をなくすことができる。
Aの側壁と第1の配線層の第2の層208Bの側壁と第1の配線層の第3の層208Cの
側壁が同一平面上に存在せず、第1の配線層208は、側壁の形状が3段の階段状になる
(図4(B))。
形成する(図4(C))。絶縁層210は、少なくともトランジスタのゲート絶縁層を構
成する。
り形成することができる。従って、絶縁層210は、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、
またはその他の酸素過剰な酸化物により形成してもよい。
位置選択的に形成する(図4(C))。第2の配線層212は、少なくともトランジスタ
のゲートを構成する。このように、本実施の形態のトランジスタが完成する(図4(C)
)。
けられた第1の配線層208と、第1の配線層208を覆って設けられた絶縁層210と
、絶縁層210上に設けられた第2の配線層212と、を有し、第1の配線層208と重
畳していない部分の半導体層206の厚さ(第1の厚さとする。)と、第1の配線層20
8と重畳している部分の半導体層206の厚さ(第2の厚さとする。)の差はほとんどな
い。
とが可能であるため、トランジスタのオン電流は十分に大きくすることができ、オフ電流
は十分に小さいものとすることができる。更には、基板200が大面積の基板であっても
、エッチングに起因する基板面内における半導体層の厚さのばらつきがほとんどないため
、特性のばらつきも小さいトランジスタを得ることができる。
0の厚さが100nmの場合には、半導体層206の厚さは概ね15nm以上とすればよ
い。なお、半導体層206の厚さを25nm以上とすると、トランジスタの信頼性が向上
する。半導体層206の厚さは、25nm以上50nm以下とすることが好ましい。
スタを作製することができる。
の間にバックゲートが設けられていてもよい。バックゲートが設けられていると、実施の
形態1における第3の配線層112が設けられている場合と同様の効果を享受する。
た酸化物半導体層である半導体層206を適用したトランジスタは、オフ状態における電
流値(オフ電流値)を、10zA/μm未満(チャネル幅1μm当たり10zA未満)、
85℃にて100zA/μm未満レベルにまで低くすることができる。すなわち、測定限
界近傍または測定限界近傍以下までオフ電流を下げることができる。
の趣旨から逸脱しない範囲で異なる形態であってもよく、例えばBGBC構造であっても
よいし、TGBC構造であってもよい。
次に、本発明の一態様である電子機器について説明する。本発明の一態様である電子機
器には、実施の形態1及び実施の形態2で説明したトランジスタの少なくとも一つを搭載
させる。本発明の一態様である電子機器として、例えば、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)などが挙げられる。例えば、このような電子
機器の表示部を構成する画素トランジスタに実施の形態1及び実施の形態2で説明したト
ランジスタを適用すればよい。
表示部303、キーボード304などによって構成されている。筐体301と筐体302
内には、実施の形態1及び実施の形態2で説明したトランジスタが設けられている。図6
(A)に示すノート型のパーソナルコンピュータに実施の形態1及び実施の形態2で説明
したトランジスタを搭載することで、表示部の表示むらを低減し、信頼性を向上させるこ
とができる。
インターフェイス315、操作ボタン314などが設けられている。更には、携帯情報端
末を操作するスタイラス312などを備えている。本体311内には、実施の形態1及び
実施の形態2で説明したトランジスタが設けられている。図6(B)に示すPDAに実施
の形態1及び実施の形態2で説明したトランジスタを搭載することで、表示部の表示むら
を低減し、信頼性を向上させることができる。
3の2つの筐体で構成されている。筐体321及び筐体323には、それぞれ表示部32
5及び表示部327が設けられている。筐体321と筐体323は、軸部337により接
続されており、軸部337を軸として開閉動作を行うことができる。そして、筐体321
は、電源331、操作キー333、スピーカー335などを備えている。筐体321及び
筐体323の少なくともいずれかには、実施の形態1及び実施の形態2で説明したトラン
ジスタが設けられている。図6(C)に示す電子書籍に実施の形態1及び実施の形態2で
説明したトランジスタを搭載することで、表示部の表示むらを低減し、信頼性を向上させ
ることができる。
いる。さらに、筐体340と筐体341は、スライドし、図6(D)のように展開してい
る状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可能である。そし
て、筐体341は、表示パネル342、スピーカー343、マイクロフォン344、ポイ
ンティングデバイス346、カメラ用レンズ347、外部接続端子348などを備えてい
る。そして、筐体340は、携帯電話機の充電を行う太陽電池セル349、外部メモリス
ロット350などを備えている。なお、アンテナは、筐体341に内蔵されている。筐体
340と筐体341の少なくともいずれかには、実施の形態1及び実施の形態2で説明し
たトランジスタが設けられている。図6(D)に示す携帯電話機に実施の形態1及び実施
の形態2で説明したトランジスタを搭載することで、表示部の表示むらを低減し、信頼性
を向上させることができる。
作スイッチ364、表示部365、バッテリー366などによって構成されている。本体
361内には、実施の形態1及び実施の形態2で説明したトランジスタが設けられている
。図6(E)に示すデジタルカメラに実施の形態1及び実施の形態2で説明したトランジ
スタを搭載することで、表示部の表示むらを低減し、信頼性を向上させることができる。
375などで構成されている。テレビジョン装置370の操作は、筐体371が備えるス
イッチや、リモコン操作機380により行うことができる。筐体371及びリモコン操作
機380には、実施の形態1及び実施の形態2で説明したトランジスタが搭載されている
。図6(F)に示すテレビジョン装置に実施の形態1及び実施の形態2で説明したトラン
ジスタを搭載することで、表示部の表示むらを低減し、信頼性を向上させることができる
。
タを実際に作製し、このトランジスタの断面形状のSTEM像を図7(A)及び図7(B
)に示す。
間には、酸化窒化シリコンにより下地絶縁層を形成した。
とした。
2の配線層の第2の層108Bは、Alにより形成し、厚さは200nmとした。第2の
配線層の第3の層108Cは、Tiにより形成し、厚さは50nmとした。
チングをBCl3ガスとCl2ガスの混合ガスのみで行った。
チングを2段階で行い、第1のエッチング工程はBCl3ガスとCl2ガスの混合ガスで
行い、第2のエッチング工程はSF6ガスのみで行った。
示す。図7(B)は、第2のサンプルにおける第2の配線層108の側面の断面STEM
像を示す。
チングされているが、第2のサンプルの半導体層106はほとんどエッチングされていな
い。すなわち、本発明の一態様である2段階のエッチング方法を用いることにより、エッ
チングされる膜の下に接して設けられている層が従来では深くエッチングされていたのに
対し、エッチングされる膜の下に接して設けられている層がエッチングされることを防止
することができた。
102 第1の配線層
104 第1の絶縁層
106 半導体層
107 積層導電膜
107A 第1の導電膜
107B 第2の導電膜
107C 第3の導電膜
107D 第1の導電膜
107E 第2の導電膜
107F 第3の導電膜
108 第2の配線層
108A 第2の配線層の第1の層
108B 第2の配線層の第2の層
108C 第2の配線層の第3の層
109 レジストマスク
109C レジストマスク
110 第2の絶縁層
112 第3の配線層
200 基板
204 下地絶縁層
206 半導体層
207 積層導電膜
207A 第1の導電膜
207B 第2の導電膜
207C 第3の導電膜
207D 第1の導電膜
207E 第2の導電膜
207F 第3の導電膜
208 第1の配線層
208A 第1の配線層の第1の層
208B 第1の配線層の第2の層
208C 第1の配線層の第3の層
209 レジストマスク
209C レジストマスク
210 絶縁層
212 第2の配線層
301 筐体
302 筐体
303 表示部
304 キーボード
311 本体
312 スタイラス
313 表示部
314 操作ボタン
315 外部インターフェイス
320 電子書籍
321 筐体
323 筐体
325 表示部
327 表示部
331 電源
333 操作キー
335 スピーカー
337 軸部
340 筐体
341 筐体
342 表示パネル
343 スピーカー
344 マイクロフォン
346 ポインティングデバイス
347 カメラ用レンズ
348 外部接続端子
349 太陽電池セル
350 外部メモリスロット
361 本体
363 接眼部
364 操作スイッチ
365 表示部
366 バッテリー
367 表示部
370 テレビジョン装置
371 筐体
373 表示部
375 スタンド
380 リモコン操作機
Claims (6)
- 基板上の第1の配線層と、
前記第1の配線層上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有する第2の配線層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、前記第2の配線層の上面に接する領域を有する第2の絶縁膜と、を有し、
前記第1の配線層は、前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、
前記第2の配線層は、第1の層と、前記第1の層上の第2の層と、前記第2の層上の第3の層と、を有し、
前記前記第1の層の端部と、前記第2の層の端部と、前記第3の層の端部と、は、互いに揃っておらず、
前記第2の層の端部は、前記第1の層上に配置され、
前記第3の層の端部は、前記第2の層上に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 基板上の第1の配線層と、
前記第1の配線層上の第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有する第2の配線層と、
前記酸化物半導体層の上面に接する領域と、前記第2の配線層の上面に接する領域を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の第3の配線層と、を有し、
前記第3の配線層は、前記酸化物半導体層を介して、前記第1の配線層と重なる領域を有し、
前記第2の配線層は、第1の層と、前記第1の層上の第2の層と、前記第2の層上の第3の層と、を有し、
前記前記第1の層の端部と、前記第2の層の端部と、前記第3の層の端部と、は、互いに揃っておらず、
前記第2の層の端部は、前記第1の層上に配置され、
前記第3の層の端部は、前記第2の層上に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1又は2において、
前記酸化物半導体層は、In、Ga、及びZnを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記第2の層の導電率は、前記第1の層の導電率及び前記第3の層の導電率よりも高いことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1の層及び前記第3の層はチタンを有し、
前記第2の層はアルミニウムを有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜の少なくとも一は、酸化物絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。
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