JP2016072499A - Semiconductor device - Google Patents

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寿代 百瀬
Hisayo Momose
寿代 百瀬
大黒 達也
Tatsuya Oguro
達也 大黒
哲 諸岡
Satoru Morooka
哲 諸岡
和也 深瀬
Kazuya Fukase
和也 深瀬
慎太郎 中野
Shintaro Nakano
慎太郎 中野
雄也 前田
Yuya Maeda
雄也 前田
周一 鳥山
Shuichi Toriyama
周一 鳥山
信貴 神例
Nobutaka Shinrei
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which inhibits deterioration in threshold voltage to achieve a favorable transistor operation.SOLUTION: A semiconductor device comprises a gate electrode 10, a first insulation film 210 (gate insulation film), an oxide semiconductor film 220, a second insulation film 230, a source electrode 13, source wiring 12, a drain electrode 15 and drain wiring 14. The first insulation film is arranged on the gate electrode. The oxide semiconductor film is arranged on the first insulation film. The second insulation film is arranged on the oxide semiconductor film. The source electrode is arranged in the second insulation film to be connected to the oxide semiconductor film. The source wiring is arranged on the second insulation film so as not to overlap a channel part to be connected to the source electrode. The drain electrode is arranged in the second insulation film to be connected to the oxide semiconductor film. The drain wiring is arranged on the second insulation film so as not to overlap the channel part to be connected to the drain electrode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.

化合物半導体を材料とする半導体装置は、シリコンを材料とする半導体装置には無い優れた特性を実現できるものとして期待されており、近年、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)の酸化物であるInGaZnO等の酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)が開発されている。このInGaZnO薄膜トランジスタは、n型の導電性を示し、300℃以下の低温でも容易に作製でき、キャリア移動度が大きく、かつ、オフ電流が低いことが知られている。そのため、液晶パネルへの応用だけでなく、シリコンLSIにおいても高性能の薄膜トランジスタとしての利用が期待されている。   A semiconductor device made of a compound semiconductor is expected to realize excellent characteristics not found in a semiconductor device made of silicon. In recent years, for example, indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn) A thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor film such as InGaZnO, which is an oxide of) has been developed. It is known that this InGaZnO thin film transistor exhibits n-type conductivity, can be easily manufactured at a low temperature of 300 ° C. or less, has high carrier mobility, and low off-state current. Therefore, not only application to a liquid crystal panel but also use as a high-performance thin film transistor is expected in a silicon LSI.

シリコンLSIの作製工程においては、シリコンMOSトランジスタ特性の安定性向上、及び信頼性の向上のために、水素シンタリングあるいは水素シンターと称する工程が広く一般的に使われている。具体的には、デバイス形成工程の最終プロセスにおいて、フォーミングガス(例えばN:H=1:1)中で350〜450℃の熱処理を行ない、シリコン−絶縁膜界面の界面準位となるダングリングボンドを水素で終端する工程である。そのため、シリコンLSIの構成素子として、酸化物半導体の薄膜トランジスタを含む場合においては、水素シンター工程での水素導入により、酸化物半導体のチャネル部においてキャリア数が変動し膜の低抵抗化や薄膜トランジスタの閾値電圧低下などトランジスタ動作不良の原因となりうる。また、酸化物半導体の薄膜トランジスタのチャネル表面全域に水素バリアとなる膜を有する構造においては、製造過程で酸化物半導体層あるいは、周囲の膜が含有している水素が外方拡散することなく滞まることになり、これも酸化物半導体膜の低抵抗化や薄膜トランジスタの閾値低下などトランジスタ動作不良の要因となった。 In the manufacturing process of a silicon LSI, a process called hydrogen sintering or hydrogen sintering is widely used in order to improve the stability and reliability of silicon MOS transistor characteristics. Specifically, in the final process of the device formation process, heat treatment at 350 to 450 ° C. is performed in a forming gas (for example, N 2 : H 2 = 1: 1), and the dangling becomes an interface state at the silicon-insulating film interface. This is a step of terminating the ring bond with hydrogen. Therefore, in the case where an oxide semiconductor thin film transistor is included as a component of a silicon LSI, the number of carriers in the channel portion of the oxide semiconductor fluctuates due to the introduction of hydrogen in the hydrogen sintering process, thereby reducing the resistance of the film and the threshold of the thin film transistor. It may cause transistor malfunction such as voltage drop. In addition, in a structure having a film serving as a hydrogen barrier over the entire channel surface of an oxide semiconductor thin film transistor, hydrogen contained in the oxide semiconductor layer or the surrounding film does not diffuse outwardly in the manufacturing process. As a result, this also caused transistor operation failure such as lowering the resistance of the oxide semiconductor film and lowering the threshold value of the thin film transistor.

特開2013−156363号公報JP 2013-156363 A 特開2010−016163号公報JP 2010-016163 A K. Nomura et al., “Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors,” Nature, Vol.432, Issue 7016, pp. 488-492, 2004.K. Nomura et al., “Room-temperature fabrication of transparent flexible thin-film transistors using amorphous oxide semiconductors,” Nature, Vol. 432, Issue 7016, pp. 488-492, 2004. R. B. Fair and R. C. Sun “Threshold-voltage instability in MOSFET’s due to channel hot-hole emission,” IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-28, No. 1, pp. 83-94, 1981.R. B. Fair and R. C. Sun “Threshold-voltage instability in MOSFET ’s due to channel hot-hole emission,” IEEE Transactions on Electron Devices, vol. ED-28, No. 1, pp. 83-94, 1981.

本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、シリコンLSIの構成素子としても良好なトランジスタ動作が可能な半導体装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to overcome the above-described problems and to provide a semiconductor device capable of satisfactory transistor operation as a silicon LSI component.

実施形態の半導体装置は、ゲート電極と、第1の絶縁膜と、酸化物半導体膜と、第2の絶縁膜と、ソース電極と、ソース配線と、ドレイン電極と、ドレイン配線と、を備えている。第1の絶縁膜は、前記ゲート電極上に配置される。酸化物半導体膜は、前記第1の絶縁膜上に配置される。第2の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜上に配置される。ソース電極は、前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続される。ソース配線は、チャネル部上に重ならないように前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ソース電極に接続される。ドレイン電極は、前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続される。ドレイン配線は、チャネル部上に重ならないように前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ドレイン電極に接続される。   The semiconductor device of the embodiment includes a gate electrode, a first insulating film, an oxide semiconductor film, a second insulating film, a source electrode, a source wiring, a drain electrode, and a drain wiring. Yes. The first insulating film is disposed on the gate electrode. The oxide semiconductor film is disposed on the first insulating film. The second insulating film is disposed on the oxide semiconductor film. The source electrode is disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film. The source wiring is disposed on the second insulating film so as not to overlap the channel portion, and is connected to the source electrode. The drain electrode is disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film. The drain wiring is disposed on the second insulating film so as not to overlap the channel portion, and is connected to the drain electrode.

他の実施形態の半導体装置は、ゲート電極と、第1の絶縁膜と、第1の酸化物半導体膜と、第2の絶縁膜と、ソース電極と、ソース配線と、ドレイン電極と、ドレイン配線と、第2の酸化物半導体膜と、を備える。第1の絶縁膜は、前記ゲート電極上に配置される。第1の酸化物半導体膜は、前記第1の絶縁膜上に配置される。第2の絶縁膜は、前記酸化物半導体膜上に配置される。ソース電極は、前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続される。ソース配線は、前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ソース電極に接続される。ドレイン電極は、前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続される。ドレイン配線は、前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ドレイン電極に接続される。第2の酸化物半導体膜は、前記チャネル部上に、前記ソース配線と前記ドレイン配線とは独立して配置される。   A semiconductor device according to another embodiment includes a gate electrode, a first insulating film, a first oxide semiconductor film, a second insulating film, a source electrode, a source wiring, a drain electrode, and a drain wiring. And a second oxide semiconductor film. The first insulating film is disposed on the gate electrode. The first oxide semiconductor film is disposed on the first insulating film. The second insulating film is disposed on the oxide semiconductor film. The source electrode is disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film. A source wiring is disposed on the second insulating film and connected to the source electrode. The drain electrode is disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film. The drain wiring is disposed on the second insulating film and connected to the drain electrode. The second oxide semiconductor film is disposed on the channel portion independently of the source wiring and the drain wiring.

図1は、第1の実施形態における半導体装置の構成を示す断面図及び平面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施形態の比較例における水素濃度の分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution of the hydrogen concentration in the comparative example of 1st Embodiment. 第1の実施形態における水素濃度の分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution of the hydrogen concentration in 1st Embodiment. 第1の実施形態と比較例とにおける水素濃度の分布を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows distribution of the hydrogen concentration in 1st Embodiment and a comparative example. 第1の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the principal part process of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。It is process sectional drawing of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。It is process sectional drawing of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1の実施形態における半導体装置の構成の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the structure of the semiconductor device in 1st Embodiment. 第1の実施形態における多層配線構造の断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross section of the multilayer wiring structure in 1st Embodiment. 第1の実施形態における多層配線構造の断面の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross section of the multilayer wiring structure in 1st Embodiment. 第2の実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第2の実施形態の参考例における水素濃度の分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution of the hydrogen concentration in the reference example of 2nd Embodiment. 第2の実施形態における水素濃度の分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of distribution of the hydrogen concentration in 2nd Embodiment. 第2の実施形態と参考例とにおける水素濃度の分布を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows distribution of the hydrogen concentration in 2nd Embodiment and a reference example.

以下の実施形態において、「上に設けられる」とは。直接接して設けられる場合の他に、間に他の層または膜が挿入されている場合も含む。また、「対向して設けられる」とは、上または下に直接接して設けられる場合の他に、間に他の層または膜が挿入されて設けられる場合も含む。   In the following embodiments, “provided on” means. In addition to the case of being provided in direct contact, the case where another layer or film is inserted between them is also included. Further, “provided facing” includes not only the case of being provided in direct contact with the top or bottom, but also the case of being provided with another layer or film interposed therebetween.

(第1の実施形態)
第1の実施形態について、以下、図面を用いて説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.

図1は、第1の実施形態における半導体装置の構成を示す断面図及び平面図である。図1では、半導体装置として、InGaZnO膜(IGZO膜)等の酸化物半導体膜を用いたボトムゲート型(逆スタガ型)の薄膜トランジスタ(TFT)の一例が示されている。図1において、基板上に形成された絶縁膜200の表面に、ゲート電極10が形成される。絶縁膜200は、酸化シリコン(SiO)又は窒化シリコン(SiN)を含む膜が用いられる。ゲート電極10は、例えば、ゲート電極30には、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、Ta(タンタル)、又はAl(アルミニウム)を含む金属膜が用いられる。ゲート電極10として、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。ゲート電極10には、アルミニウム合金を用いても良い。アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、ヒロック対策が施される。また、ゲート電極10の側面は、積層方向に対して傾斜していても良い。つまり、ゲート電極10の側面は、テーパ状でも良い。ゲート電極10の側面をテーパ状にすることで、ゲート電極10の上に形成される絶縁膜210による被覆性が高まる。被覆性が高まることで、リーク電流を抑制できる。図1の例では、前記絶縁膜200の上面と同じ高さ位置にゲート電極10の表面(上面)が形成されるように埋め込まれている。図1の例では、例えば、多層配線層の所定の配線と同層にゲート電極10が形成されている場合を想定している。よって、基板及び絶縁膜200には、その他の配線層や半導体素子等が形成されていても構わない。但し、かかる構成に限るものではなく、絶縁膜200上にゲート電極10が形成されても構わない。 FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 illustrates an example of a bottom gate type (reverse stagger type) thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor film such as an InGaZnO film (IGZO film) as a semiconductor device. In FIG. 1, a gate electrode 10 is formed on the surface of an insulating film 200 formed on a substrate. The insulating film 200 is a film containing silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (SiN x ). As the gate electrode 10, for example, a metal film containing tungsten (W), molybdenum (Mo), copper (Cu), Ta (tantalum), or Al (aluminum) is used for the gate electrode 30. As the gate electrode 10, titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN) may be used. An aluminum alloy may be used for the gate electrode 10. The aluminum alloy has aluminum as a main component and hillock countermeasures are taken. Further, the side surface of the gate electrode 10 may be inclined with respect to the stacking direction. That is, the side surface of the gate electrode 10 may be tapered. By making the side surface of the gate electrode 10 tapered, the coverage with the insulating film 210 formed on the gate electrode 10 is enhanced. Leakage current can be suppressed by increasing the coverage. In the example of FIG. 1, the insulating film 200 is embedded so that the surface (upper surface) of the gate electrode 10 is formed at the same height as the upper surface of the insulating film 200. In the example of FIG. 1, for example, it is assumed that the gate electrode 10 is formed in the same layer as a predetermined wiring of a multilayer wiring layer. Therefore, other wiring layers, semiconductor elements, and the like may be formed on the substrate and the insulating film 200. However, the present invention is not limited to this configuration, and the gate electrode 10 may be formed on the insulating film 200.

ゲート電極10上には、ゲート絶縁膜210(第1の絶縁膜)が配置される。ゲート絶縁膜210は、ゲート電極10及び絶縁膜200上に形成される。例えば、ゲート絶縁膜210は、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化シリコン(SiN)、又は酸窒化シリコン(SiO)を含む膜である。ゲート絶縁膜210には、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、及び酸窒化シリコンの2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。ゲート絶縁膜210上には、酸化物半導体膜220が配置される。酸化物半導体は、単結晶、多結晶、又は非晶質(アモルファス)等の状態を有する。例えば、酸化物半導体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)の少なくともいずれかを含む。酸化物半導体には、InGaZnO(以下、IGZOと呼ぶ場合がある。)等の三元系金属酸化物が用いられる。酸化物半導体として、例えば、InGaO等の二元系金属酸化物が用いられても良い。タングステン(W)やシリコン(Si)の少なくともいずれかを含んだ、InGaWOまたは、InGaSiOが用いられても良い。また、酸化物半導体は、錫(Sn)またはアルミニウム(Al)の少なくともいずれかを含んだ、InSnGaZnOまたはInAlGaZnO等の四元系金属酸化物が用いられても良い。いずれにおいても、主成分として有する金属あるいは金属以外の元素の成分比率は任意である。
ここで、InGaZn系酸化物とは、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を主成分として有する酸化物であり、これらの金属の成分比率は任意である。また、インジウム、ガリウム、及び亜鉛以外の金属あるいは金属以外の元素を含有しても良い。酸化物半導体膜220として、例えば、InGaZnO膜を用いると無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることができる。また、キャリアの移動度を高めることができる。
A gate insulating film 210 (first insulating film) is disposed on the gate electrode 10. The gate insulating film 210 is formed on the gate electrode 10 and the insulating film 200. For example, the gate insulating film 210 is a film containing silicon oxide (SiO x ), aluminum oxide (Al x O y ), silicon nitride (SiN x ), or silicon oxynitride (SiO x N y ). As the gate insulating film 210, a stacked film of two or more films of silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride may be used. An oxide semiconductor film 220 is disposed over the gate insulating film 210. An oxide semiconductor has a single crystal state, a polycrystalline state, an amorphous state, or the like. For example, the oxide semiconductor contains at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn). As the oxide semiconductor, a ternary metal oxide such as InGaZnO (hereinafter sometimes referred to as IGZO) is used. As the oxide semiconductor, for example, a binary metal oxide such as InGaO may be used. InGaWO or InGaSiO containing at least one of tungsten (W) and silicon (Si) may be used. The oxide semiconductor may be a quaternary metal oxide such as InSnGaZnO or InAlGaZnO containing at least one of tin (Sn) and aluminum (Al). In any case, the component ratio of a metal or a non-metal element as a main component is arbitrary.
Here, the InGaZn-based oxide is an oxide containing indium, gallium, and zinc as main components, and the component ratio of these metals is arbitrary. Moreover, you may contain metals other than indium, gallium, and zinc, or elements other than a metal. For example, when an InGaZnO film is used as the oxide semiconductor film 220, the resistance without an electric field is sufficiently high, and the off-state current can be sufficiently reduced. In addition, carrier mobility can be increased.

酸化物半導体層220は、薄膜トランジスタのチャネル層となる。酸化物半導体層220がIGZOを含む層である場合、酸化物半導体層220は、例えば、IGZOの組成比として、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4であるIGZO4をターゲットとして用いたスパッタ法によって形成される。
酸化物半導体膜220上には、絶縁膜230(第2の絶縁膜)が配置される。絶縁膜230は、酸化物半導体膜220の上面を保護する膜である。例えば、絶縁膜230は、酸化シリコン、テオス(Tetra Ethyl Ortho Silicate:TEOS)、酸化アルミニウム又は窒化シリコンを含む膜である。絶縁膜230には、酸化シリコン、テオス、酸化アルミニウム及び窒化シリコンの2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。
The oxide semiconductor layer 220 serves as a channel layer of the thin film transistor. In the case where the oxide semiconductor layer 220 is a layer containing IGZO, for example, the oxide semiconductor layer 220 has a composition ratio of IGZO, and targets IGZO4 that is In: Ga: Zn: O = 1: 1: 1: 4. It is formed by the sputtering method used.
An insulating film 230 (second insulating film) is provided over the oxide semiconductor film 220. The insulating film 230 is a film that protects the upper surface of the oxide semiconductor film 220. For example, the insulating film 230 is a film containing silicon oxide, Tetho (Ortho Ethyl Ortho Silicate: TEOS), aluminum oxide, or silicon nitride. As the insulating film 230, a stacked film of two or more films of silicon oxide, theos, aluminum oxide, and silicon nitride may be used.

また、酸化物半導体膜220の一端側上には、ソース電極13が、絶縁膜230中に配置されて酸化物半導体膜220の一端側に電気的に接続される。ソース電極13は、ゲート電極10のゲート長方向の一方の端部と少なくとも一部が重なる位置で酸化物半導体膜220に接続される。   Further, the source electrode 13 is disposed in the insulating film 230 on one end side of the oxide semiconductor film 220 and is electrically connected to one end side of the oxide semiconductor film 220. The source electrode 13 is connected to the oxide semiconductor film 220 at a position at least partially overlapping one end of the gate electrode 10 in the gate length direction.

さらに、酸化物半導体膜220の他端側上には、ドレイン電極15が、絶縁膜230中に配置されて酸化物半導体膜220の他端側に接続される。ドレイン電極15は、ゲート電極10のゲート長方向の他方の端部と少なくとも一部が重なる位置で酸化物半導体膜220に電気的に接続される。   Further, the drain electrode 15 is disposed in the insulating film 230 on the other end side of the oxide semiconductor film 220 and connected to the other end side of the oxide semiconductor film 220. The drain electrode 15 is electrically connected to the oxide semiconductor film 220 at a position at least partially overlapping with the other end of the gate electrode 10 in the gate length direction.

ソース電極13とドレイン電極15は、金属材料膜によって構成される。例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、又はアルミニウム(Al)を含む金属膜が用いられる。窒化モリブデン(MoN)、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。ソース電極13とドレイン電極15は、これら導電性材料の2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。ITO(Indium Tin Oxide)や酸化亜鉛(ZnO)を含む膜を用いても良い。或いは、主材料としての金属材料膜と金属材料膜の側面及び底面を覆う図示しないバリアメタル膜とによって構成されてもよい。   The source electrode 13 and the drain electrode 15 are made of a metal material film. For example, a metal film containing molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or aluminum (Al) is used. Molybdenum nitride (MoN), titanium nitride (TiN), or tantalum nitride (TaN) may be used. The source electrode 13 and the drain electrode 15 may be a laminated film of two or more films of these conductive materials. A film containing ITO (Indium Tin Oxide) or zinc oxide (ZnO) may be used. Or you may be comprised by the metal material film | membrane as a main material, and the barrier metal film which is not shown in figure which covers the side surface and bottom face of a metal material film | membrane.

絶縁膜230上には、ソース電極13に接続されるソース配線12が配置される。同様に、絶縁膜230上には、ドレイン電極15に接続されるドレイン配線14が配置される。ソース配線12は、前記酸化物半導体膜220のチャネル領域16側に張り出さないように形成される。言い換えれば、ソース配線12は、チャネル部(チャネル領域16)上に重ならないように絶縁膜230上に配置され、ソース電極13に接続される。同様に、ドレイン配線14は、チャネル領域16側に張り出さないように形成される。言い換えれば、ドレイン配線14は、チャネル部(チャネル領域16)上に重ならないように絶縁膜230上に配置され、ドレイン電極15に接続される。ソース配線12とドレイン配線14は、金属材料膜によって構成される。例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、又はアルミニウム(Al)を含む金属膜が用いられる。窒化モリブデン(MoN)、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。ソース配線12とドレイン配線14は、これら導電性材料の2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。ITO(Indium Tin Oxide)や酸化亜鉛(ZnO)を含む膜を用いても良い。或いは、主材料としての金属材料膜と金属材料膜の側面及び底面を覆う図示しないバリアメタル膜とによって構成されてもよい。なお、ソース配線12とソース電極13とは、別の材料で形成されても良いし、同じ材料で一体に形成されても好適である。同様に、ドレイン配線14とドレイン電極15とは、別の材料で形成されても良いし、同じ材料で一体に形成されても好適である。また、ソース配線12とドレイン配線14は同じ材料で同時期に形成されると加工の工数が増えずに好適である。同様に、ソース電極13とドレイン電極15は同じ材料で同時期に形成されると加工の工数が増えずに好適である。   A source wiring 12 connected to the source electrode 13 is disposed on the insulating film 230. Similarly, the drain wiring 14 connected to the drain electrode 15 is disposed on the insulating film 230. The source wiring 12 is formed so as not to protrude to the channel region 16 side of the oxide semiconductor film 220. In other words, the source wiring 12 is disposed on the insulating film 230 so as not to overlap the channel portion (channel region 16) and is connected to the source electrode 13. Similarly, the drain wiring 14 is formed so as not to protrude to the channel region 16 side. In other words, the drain wiring 14 is disposed on the insulating film 230 so as not to overlap the channel portion (channel region 16), and is connected to the drain electrode 15. The source wiring 12 and the drain wiring 14 are made of a metal material film. For example, a metal film containing molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or aluminum (Al) is used. Molybdenum nitride (MoN), titanium nitride (TiN), or tantalum nitride (TaN) may be used. The source wiring 12 and the drain wiring 14 may be a laminated film of two or more films of these conductive materials. A film containing ITO (Indium Tin Oxide) or zinc oxide (ZnO) may be used. Or you may be comprised by the metal material film | membrane as a main material, and the barrier metal film which is not shown in figure which covers the side surface and bottom face of a metal material film | membrane. Note that the source wiring 12 and the source electrode 13 may be formed of different materials or may be integrally formed of the same material. Similarly, the drain wiring 14 and the drain electrode 15 may be formed of different materials or may be integrally formed of the same material. Further, it is preferable that the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed of the same material at the same time without increasing the number of processing steps. Similarly, when the source electrode 13 and the drain electrode 15 are formed of the same material at the same time, it is preferable that the number of processing steps does not increase.

ここで、シリコンLSIの製造工程においては、シリコン基板上に作製されるシリコンMOSトランジスタ特性の安定性向上、及び信頼性の向上のために、ソース配線12及びドレイン配線14となる金属配線の形成工程が終了後、例えばフォーミングガス(例えばN2:H2=1:1)中で350℃の水素シンタリング工程が行われる。シリコン−絶縁膜界面の界面準位となるダングリングボンドを水素で終端する工程である。かかる水素の導入により、酸化物半導体膜220のチャネル部の一部の領域において水素濃度が上昇し、酸化物半導体層の低抵抗化をもたらし、薄膜トランジスタのトランジスタ動作不良を引き起こす要因となりうる。   Here, in the manufacturing process of the silicon LSI, in order to improve the stability of the characteristics of the silicon MOS transistor fabricated on the silicon substrate and to improve the reliability, the metal wiring forming process for the source wiring 12 and the drain wiring 14 is performed. Is completed, a hydrogen sintering process at 350 ° C. is performed in a forming gas (for example, N 2: H 2 = 1: 1). This is a step of terminating dangling bonds, which are interface states at the silicon-insulating film interface, with hydrogen. Such introduction of hydrogen can increase the hydrogen concentration in a partial region of the channel portion of the oxide semiconductor film 220, thereby reducing the resistance of the oxide semiconductor layer and causing a transistor operation failure of the thin film transistor.

図2は、第1の実施形態の比較例における薄膜トランジスタ中の水素濃度の分布の一例を示す図である。図2(a)〜図2(d)は、InGaZnO薄膜トランジスタに対して、水素が一価の水素イオン(H)として上面から降り、ドリフト拡散で伝播する状況を、TCAD(Technology Computer Aided Design)を用いて解析した結果を示す。電極端子にバイアス電圧を印加をしない状況においても、構成材料の固有の仕事関数、及び誘電率に起因して電位分布、電界分布が生ずる。図2(a)〜図2(d)において、比較例では、ソース(S)・ドレイン(D)電極上の金属配線が、チャネル領域側に張り出したフリンジ部を有している場合を示している。図2(a)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図2(b)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜平面での水素濃度の分布を示す。図2(c)は、水素のドリフト拡散が定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図2(d)は、水素のドリフト拡散が定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜平面での水素濃度の分布を示す。図2(a)〜図2(d)では、いずれにおいても、チャネル領域の水素濃度は一様な濃度ではなく濃度差が生じており、チャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部下のInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)における水素濃度が、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部が上方に存在していない酸化物半導体膜220のチャネル領域の中央部における水素濃度よりも高くなっていることを示している。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hydrogen concentration distribution in the thin film transistor in the comparative example of the first embodiment. 2 (a) to 2 (d) show the state where hydrogen descends from the upper surface as monovalent hydrogen ions (H + ) and propagates by drift diffusion in the InGaZnO thin film transistor, as shown in TCAD (Technology Computer Aided Design). The result analyzed using is shown. Even in a situation where no bias voltage is applied to the electrode terminal, a potential distribution and an electric field distribution are generated due to the inherent work function of the constituent material and the dielectric constant. 2A to 2D, the comparative example shows a case where the metal wiring on the source (S) / drain (D) electrode has a fringe portion protruding to the channel region side. Yes. FIG. 2A shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor in a transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 2B shows a hydrogen concentration distribution on the InGaZnO film plane of the InGaZnO thin film transistor in a transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 2C shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor when the hydrogen drift diffusion reaches a steady state. FIG. 2D shows the distribution of hydrogen concentration on the InGaZnO film plane of the InGaZnO thin film transistor when hydrogen drift diffusion reaches a steady state. In any of FIGS. 2A to 2D, the hydrogen concentration in the channel region is not a uniform concentration but a concentration difference occurs, and the fringe portions of the source wiring and the drain wiring protruding to the channel region side are present. The hydrogen concentration in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) is higher than the hydrogen concentration in the central portion of the channel region of the oxide semiconductor film 220 where the fringe portions of the source wiring and the drain wiring do not exist above. It is shown that.

図3は、第1の実施形態における薄膜トランジスタ中の水素濃度の分布の一例を示す図である。図2と同様に、図3(a)〜図3(d)は、InGaZnO薄膜トランジスタに対して、水素が一価の水素イオン(H)として上面から降り、ドリフト拡散で伝播する状況を、TCAD(Technology Computer Aided Design)を用いて解析した結果である。図3(a)〜図3(d)において、第1の実施形態では、図1に示したように、ソース(S)・ドレイン(D)電極上の金属配線が、チャネル領域側に張り出さないように構成している。その他の構成は、図2の比較例と同様である。図3(a)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図3(b)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜平面での水素濃度の分布を示す。図3(c)は、水素のドリフト拡散の定常状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図3(d)は、水素のドリフト拡散の定常状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜平面での水素濃度の分布を示す。比較例においてチャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部下のInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)で高くなっていた水素濃度に比べて、図3(a)〜図3(d)では、いずれにおいても、水素濃度が低く抑制されていることを示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hydrogen concentration distribution in the thin film transistor according to the first embodiment. Similar to FIG. 2, FIGS. 3 (a) to 3 (d) show the situation in which hydrogen descends from the top surface as monovalent hydrogen ions (H + ) and propagates by drift diffusion in the InGaZnO thin film transistor. It is the result analyzed using (Technology Computer Aided Design). 3A to 3D, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the metal wiring on the source (S) / drain (D) electrode protrudes to the channel region side. It is configured so that there is no. Other configurations are the same as those of the comparative example of FIG. FIG. 3A shows a hydrogen concentration distribution in a cross section of an InGaZnO thin film transistor in a transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 3B shows the hydrogen concentration distribution on the InGaZnO film plane of the InGaZnO thin film transistor in the transition state of hydrogen drift diffusion. FIG. 3C shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor in the steady state of hydrogen drift diffusion. FIG. 3D shows the hydrogen concentration distribution on the InGaZnO film plane of the InGaZnO thin film transistor in the steady state of hydrogen drift diffusion. 3A to 3D, compared with the hydrogen concentration increased in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) under the fringe portion of the source wiring and the drain wiring protruding to the channel region side in the comparative example. In any case, the hydrogen concentration is suppressed to be low.

図4は、第1の実施形態と比較例とにおける薄膜トランジスタ中の水素濃度の分布を示すグラフの一例である。図4(a)は、縦軸に水素濃度、横軸にチャネル長方向での位置を示しており、水素のドリフト拡散の過渡状態における、図2(a)(b)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図3(a)(b)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度とを示す。図4(b)は、縦軸に水素濃度、横軸にチャネル長方向での位置を示しており、水素のドリフト拡散の定常状態における、図2(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図3(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度とを示す。図4(a)と図4(b)において、グラフAは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。グラフBは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。図4(a)及び図4(b)では、いずれにおいても、チャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度が、フリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度に比べて、フリンジ部下の領域だけでなくチャネル領域中央部においても高くなっていることを示している。   FIG. 4 is an example of a graph showing the hydrogen concentration distribution in the thin film transistor in the first embodiment and the comparative example. 4A shows the hydrogen concentration on the vertical axis and the position in the channel length direction on the horizontal axis, and the source wiring shown in FIGS. 2A and 2B in the transient state of hydrogen drift diffusion and Hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portion of the drain wiring, and the InGaZnO film in the configuration without the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. The hydrogen concentration of (oxide semiconductor film 220) is shown. FIG. 4B shows the hydrogen concentration on the vertical axis and the position in the channel length direction on the horizontal axis, and the source wiring shown in FIGS. 2C and 2D in the steady state of hydrogen drift diffusion and Hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portion of the drain wiring, and the InGaZnO film in the configuration without the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. The hydrogen concentration of (oxide semiconductor film 220) is shown. 4A and 4B, graph A shows the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the structure with the fringe portions of the source wiring and the drain wiring. Graph B shows the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the structure without the fringe portion of the source wiring and the drain wiring. 4A and 4B, in both cases, the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portions of the source wiring and the drain wiring protruding to the channel region side is as follows. This shows that the hydrogen concentration in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) without the fringe portion is higher not only in the region under the fringe portion but also in the center portion of the channel region.

以上の通り、比較例の構成のようにチャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成では、酸化物半導体膜220のチャネル領域16において、フリンジ部下の領域部分で水素濃度が上昇する。そのため、酸化物半導体膜220のチャネル部においてキャリア数の変動や低抵抗化をもたらし、薄膜トランジスタの閾値電圧低下やトランジスタ動作不良を引き起こす要因となった。   As described above, in the configuration with the fringe portion of the source wiring and the drain wiring protruding to the channel region side as in the comparative example, the hydrogen concentration in the channel region 16 of the oxide semiconductor film 220 has a hydrogen concentration in the region below the fringe portion. To rise. Therefore, the number of carriers in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 and a decrease in resistance are caused, which causes a decrease in threshold voltage of the thin film transistor and a malfunction of the transistor.

そこで、第1の実施形態では、図1に示すように、ソース配線12及びドレイン配線14をチャネル領域16側に張り出さないように形成する。チャネル領域16側の金属配線のフリンジ部を無くすことで、水素シンタリング工程時における上方から侵入する水素が酸化物半導体層に取り込まれる量を低減することができる。かかる構成によって、上述したように、酸化物半導体膜220のチャネル領域16における従来フリンジ部下であった領域だけでなくチャネル領域全域の水素濃度の上昇を抑制できる。   Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed so as not to protrude to the channel region 16 side. By eliminating the fringe portion of the metal wiring on the channel region 16 side, the amount of hydrogen that enters from above in the hydrogen sintering process can be reduced. With this configuration, as described above, an increase in the hydrogen concentration not only in the region under the fringe portion in the channel region 16 of the oxide semiconductor film 220 but also in the entire channel region can be suppressed.

図5は、第1の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図である。図5において、第1の実施形態における半導体装置の製造方法は、ゲート電極形成工程(S102)と、ゲート絶縁膜形成工程(S104)と、酸化物半導体膜形成工程(S106)と、絶縁膜形成工程(S108)と、開口部形成工程(S112)と、電極材料膜形成工程(S114)と、平坦化工程(S116)と、配線材料膜形成工程(S118)と、パターニング工程(S120)という一連の工程を実施する。   FIG. 5 is a flowchart showing main steps of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. In FIG. 5, the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment includes a gate electrode formation step (S102), a gate insulation film formation step (S104), an oxide semiconductor film formation step (S106), and an insulation film formation. A series of steps (S108), opening formation step (S112), electrode material film formation step (S114), planarization step (S116), wiring material film formation step (S118), and patterning step (S120). The process of is implemented.

図6に、第1の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図6では、図5のゲート電極形成工程(S102)から絶縁膜形成工程(S108)までを示している。それ以降の工程は後述する。   FIG. 6 is a process cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 6 shows from the gate electrode formation step (S102) to the insulating film formation step (S108) in FIG. Subsequent steps will be described later.

図6(a)において、ゲート電極形成工程(S102)として、絶縁膜200中にゲート電極10を形成する。酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)が多層配線層中に作られることを想定し、トランジスタの横には多層配線のうちの一部の金属配線があってもよい。図5(a)の例では、ゲート電極10は、ダマシンプロセス(Damascene Process)により絶縁膜中に埋め込み作製される。例えば、絶縁膜200にゲート電極10用の開口部(溝)を形成する。そして、開口部を埋め込むように絶縁膜200上にゲート電極材料を堆積する。堆積後は、開口部からはみ出た余分なゲート電極材料を化学機械研磨(CMP)法により研磨除去すればよい。かかる工程により、ゲート電極10が形成される。ゲート電極10の材料として、例えば、銅(Cu)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、又はAl(アルミニウム)を含む金属膜等を用いることができる。なお、Cuを用いる場合には、絶縁膜200等へのCuの拡散を防止するために、開口部の側面および底面にバリアメタル膜を形成し、バリアメタル膜を介して開口部内を埋め込むように形成すればよい。また、絶縁膜200は、例えば、シリコンウェハからなるシリコン基板上に、酸化シリコン(SiO)又は窒化シリコン(SiN)を含む膜を形成する。ここでは、図示していないが、絶縁膜200には、配線や各種の素子等が形成されていても構わない。 In FIG. 6A, the gate electrode 10 is formed in the insulating film 200 as a gate electrode formation step (S102). Assuming that a thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor film is formed in a multilayer wiring layer, a part of the metal wiring in the multilayer wiring may be provided beside the transistor. In the example of FIG. 5A, the gate electrode 10 is embedded in an insulating film by a damascene process. For example, an opening (groove) for the gate electrode 10 is formed in the insulating film 200. Then, a gate electrode material is deposited on the insulating film 200 so as to fill the opening. After the deposition, excess gate electrode material protruding from the opening may be removed by chemical mechanical polishing (CMP). Through this process, the gate electrode 10 is formed. As a material of the gate electrode 10, for example, a metal film containing copper (Cu), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), or Al (aluminum) Etc. can be used. When Cu is used, a barrier metal film is formed on the side and bottom surfaces of the opening so as to prevent diffusion of Cu into the insulating film 200 and the like, and the inside of the opening is buried via the barrier metal film. What is necessary is just to form. For example, the insulating film 200 is a film containing silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (SiN x ) on a silicon substrate made of a silicon wafer. Although not shown here, the insulating film 200 may be formed with wiring, various elements, and the like.

なお、図5(a)の例では、ダマシンプロセスによる埋め込み構造を示しているが、これに限るものではなく、絶縁膜200上にゲート電極材料をスパッタ法等により堆積後、エッチング法によりパターニングすることによってゲート電極10を形成しても構わない。また、ゲート電極10の側面は、積層方向に対して傾斜していても良い。つまり、ゲート電極10の側面は、テーパ状でも良い。   In the example of FIG. 5A, a buried structure by a damascene process is shown. However, the structure is not limited to this, and a gate electrode material is deposited on the insulating film 200 by a sputtering method or the like and then patterned by an etching method. Thus, the gate electrode 10 may be formed. Further, the side surface of the gate electrode 10 may be inclined with respect to the stacking direction. That is, the side surface of the gate electrode 10 may be tapered.

図6(b)において、ゲート絶縁膜形成工程(S104)として、化学気相成長(CVD)法を用いて、ゲート電極10上にゲート絶縁膜210を例えば2〜50nmの膜厚で形成する。ここでは、例えば、15nmの膜厚で形成する。ゲート絶縁膜210の材料として、例えば、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化シリコン(SiNx)、及び、酸窒化シリコン(SiO)等を用いると好適である。ゲート絶縁膜210には、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、及び酸窒化シリコンの2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。形成方法として、プラズマCVD法や原子層気相成長(atomic layer deposition:ALD、あるいは、atomic layer chemical vapor deposition:ALCVD)法を用いると好適である。 In FIG. 6B, as the gate insulating film formation step (S104), the gate insulating film 210 is formed with a film thickness of, for example, 2 to 50 nm on the gate electrode 10 by using a chemical vapor deposition (CVD) method. Here, for example, it is formed with a film thickness of 15 nm. For example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al x O y ), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiO x N y ), or the like is preferably used as the material of the gate insulating film 210. . As the gate insulating film 210, a stacked film of two or more films of silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride may be used. As a forming method, it is preferable to use a plasma CVD method or an atomic layer deposition (ALD) method or an atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) method.

図6(c)において、酸化物半導体膜形成工程(S106)として、スパッタ法を用いて、ゲート絶縁膜210上に、酸化物半導体膜220を例えば10〜30nmの膜厚で形成する。ここでは、例えば、30nmの膜厚で形成する。その後、酸化物半導体膜220について、エッチング法により活性領域を残すようにパターニングすることで所定のサイズの酸化物半導体膜220を形成する。ゲート長方向の酸化物半導体膜220の幅は、ゲート電極10よりも広い幅で形成すると良い。酸化物半導体は、単結晶、多結晶、又は非晶質(アモルファス)等の状態を有する。酸化物半導体膜220の材料として、上述したように、例えば、酸化物半導体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)の少なくともいずれかを含む。酸化物半導体には、InGaZnO(以下、IGZOと呼ぶ場合がある。)等の三元系金属酸化物が用いられる。酸化物半導体として、例えば、InGaO等の二元系金属酸化物が用いられても良い。タングステン(W)やシリコン(Si)の少なくともいずれかを含んだ、InGaWOまたは、InGaSiOが用いられても良い。また、酸化物半導体は、錫(Sn)またはアルミニウム(Al)の少なくともいずれかを含んだ、InSnGaZnOまたはInAlGaZnO等の四元系金属酸化物が用いられても良い。いずれにおいても、主成分として有する金属あるいは金属以外の元素の成分比率は任意である。 ここで、InGaZn系酸化物とは、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を主成分として有する酸化物であり、これらの金属の成分比率は任意である。また、インジウム、ガリウム、及び亜鉛以外の金属あるいは金属以外の元素を含有しても良い。
酸化物半導体層220がIGZOを含む層である場合、酸化物半導体層220は、例えば、IGZOの組成比として、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4であるIGZO4をターゲットとして用いたスパッタ法によって形成される。
In FIG. 6C, as the oxide semiconductor film formation step (S106), the oxide semiconductor film 220 is formed with a film thickness of, for example, 10 to 30 nm on the gate insulating film 210 by sputtering. Here, for example, it is formed with a film thickness of 30 nm. After that, the oxide semiconductor film 220 is patterned by an etching method so as to leave an active region, whereby the oxide semiconductor film 220 having a predetermined size is formed. The width of the oxide semiconductor film 220 in the gate length direction is preferably wider than that of the gate electrode 10. An oxide semiconductor has a single crystal state, a polycrystalline state, an amorphous state, or the like. As described above, for example, the oxide semiconductor contains at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) as the material of the oxide semiconductor film 220. As the oxide semiconductor, a ternary metal oxide such as InGaZnO (hereinafter sometimes referred to as IGZO) is used. As the oxide semiconductor, for example, a binary metal oxide such as InGaO may be used. InGaWO or InGaSiO containing at least one of tungsten (W) and silicon (Si) may be used. The oxide semiconductor may be a quaternary metal oxide such as InSnGaZnO or InAlGaZnO containing at least one of tin (Sn) and aluminum (Al). In any case, the component ratio of a metal or a non-metal element as a main component is arbitrary. Here, the InGaZn-based oxide is an oxide containing indium, gallium, and zinc as main components, and the component ratio of these metals is arbitrary. Moreover, you may contain metals other than indium, gallium, and zinc, or elements other than a metal.
In the case where the oxide semiconductor layer 220 is a layer containing IGZO, for example, the oxide semiconductor layer 220 has a composition ratio of IGZO, and targets IGZO4 that is In: Ga: Zn: O = 1: 1: 1: 4. It is formed by the sputtering method used.

図6(d)において、絶縁膜形成工程(S108)として、CVD法を用いて、酸化物半導体膜220及びゲート絶縁膜210上に絶縁膜230を例えば30〜200nmの膜厚で形成する。ここでは、ゲート絶縁膜210上に、例えば、150nmの膜厚で形成する。例えば、絶縁膜230は、酸化シリコン、テオス(Tetra Ethyl Ortho Silicate: TEOS)、酸化アルミニウム又は窒化シリコンを含む膜である。絶縁膜230には、酸化シリコン、テオス、酸化アルミニウム及び窒化シリコンの2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。形成方法として、プラズマCVD法や原子層気相成長法を用いると好適である。絶縁膜230は、酸化物半導体膜220を覆うように形成され、酸化物半導体膜220の保護膜となる。   6D, as the insulating film formation step (S108), the insulating film 230 is formed to a thickness of, for example, 30 to 200 nm on the oxide semiconductor film 220 and the gate insulating film 210 by using a CVD method. Here, the gate insulating film 210 is formed with a thickness of, for example, 150 nm. For example, the insulating film 230 is a film containing silicon oxide, Teos (Tetra Ethyl Ortho Silicate: TEOS), aluminum oxide, or silicon nitride. As the insulating film 230, a stacked film of two or more films of silicon oxide, theos, aluminum oxide, and silicon nitride may be used. As a formation method, a plasma CVD method or an atomic layer vapor deposition method is preferably used. The insulating film 230 is formed to cover the oxide semiconductor film 220 and serves as a protective film for the oxide semiconductor film 220.

図7に、第1の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図7では、図5の開口部形成工程(S112)から配線材料膜形成工程(S118)までを示している。   FIG. 7 is a process cross-sectional view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 7 shows from the opening forming step (S112) to the wiring material film forming step (S118) in FIG.

図7(a)において、開口部形成工程(S112)として、絶縁膜230上から酸化物半導体膜220表面まで絶縁膜230を貫通するように、開口部150,152を形成する。ゲート電極10のゲート長方向の一方の端部と少なくとも一部が重なる位置にソース用の開口部150(コンタクトホール)を形成する。同時に、ゲート電極10のゲート長方向の他方の端部と少なくとも一部が重なる位置にドレイン用の開口部152(コンタクトホール)を形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィ工程を経て絶縁膜230上にレジストパターンが形成された基板に対し、露出した絶縁膜230を異方性エッチング法により除去することで、基板の表面に対し、略垂直に開口部150,152を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング(RIE)法により開口部150,152を形成すればよい。   In FIG. 7A, as the opening forming step (S112), openings 150 and 152 are formed so as to penetrate the insulating film 230 from the top of the insulating film 230 to the surface of the oxide semiconductor film 220. A source opening 150 (contact hole) is formed at a position at least partially overlapping one end of the gate electrode 10 in the gate length direction. At the same time, a drain opening 152 (contact hole) is formed at a position at least partially overlapping with the other end of the gate electrode 10 in the gate length direction. By removing the exposed insulating film 230 by anisotropic etching from the substrate on which the resist pattern is formed on the insulating film 230 through a lithography process such as a resist coating process and an exposure process (not shown), The openings 150 and 152 can be formed substantially perpendicular to the surface. For example, as an example, the openings 150 and 152 may be formed by a reactive ion etching (RIE) method.

図7(b)において、電極材料膜形成工程(S114)として、例えばスパッタ法を用いて、開口部150,152を完全に埋め込むように、絶縁膜230上に、電極材料膜を例えば50〜100nmの膜厚で形成する。電極材料膜としては、例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、又はアルミニウム(Al)を含む金属膜が用いられる。窒化モリブデン(MoN)、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。または、これら導電性材料の2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。ITO(Indium Tin Oxide)や酸化亜鉛(ZnO)を含む膜を用いても良い。或いは、主材料としての金属材料膜と金属材料膜の側面及び底面を覆う図示しないバリアメタル膜とによって構成されてもよい。   In FIG. 7B, as the electrode material film forming step (S114), the electrode material film is formed on the insulating film 230 to have a thickness of, for example, 50 to 100 nm so as to completely fill the openings 150 and 152 by using, for example, a sputtering method. The film thickness is formed. As the electrode material film, for example, a metal film containing molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or aluminum (Al) is used. Molybdenum nitride (MoN), titanium nitride (TiN), or tantalum nitride (TaN) may be used. Alternatively, a stacked film of two or more films of these conductive materials may be used. A film containing ITO (Indium Tin Oxide) or zinc oxide (ZnO) may be used. Or you may be comprised by the metal material film | membrane as a main material, and the barrier metal film which is not shown in figure which covers the side surface and bottom face of a metal material film | membrane.

そして、平坦化工程(S116)として、CMP法により開口部150,152からはみ出した余分な電極材料膜を除去及び平坦化する。これにより、図7(b)に示すソース電極13及びドレイン電極15が形成される。   Then, as a planarization step (S116), the excess electrode material film protruding from the openings 150 and 152 is removed and planarized by the CMP method. Thereby, the source electrode 13 and the drain electrode 15 shown in FIG. 7B are formed.

続いて、配線材料膜形成工程(S118)として、例えばスパッタ法を用いて、絶縁膜230、ソース電極13及びドレイン電極15上に、配線材料膜260を例えば50〜100nmの膜厚で形成する。配線材料膜260としては、例えば、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、又はアルミニウム(Al)を含む金属膜が用いられる。窒化モリブデン(MoN)、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。または、これら導電性材料の2つ以上の膜の積層膜を用いても良い。ITO(Indium Tin Oxide)や酸化亜鉛(ZnO)を含む膜を用いても良い。或いは、主材料としての金属材料膜と金属材料膜の側面及び底面を覆う図示しないバリアメタル膜とによって構成されてもよい。   Subsequently, as a wiring material film forming step (S118), a wiring material film 260 is formed to a thickness of, for example, 50 to 100 nm on the insulating film 230, the source electrode 13, and the drain electrode 15 by using, for example, a sputtering method. As the wiring material film 260, for example, a metal film containing molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or aluminum (Al) is used. Molybdenum nitride (MoN), titanium nitride (TiN), or tantalum nitride (TaN) may be used. Alternatively, a stacked film of two or more films of these conductive materials may be used. A film containing ITO (Indium Tin Oxide) or zinc oxide (ZnO) may be used. Or you may be comprised by the metal material film | membrane as a main material, and the barrier metal film which is not shown in figure which covers the side surface and bottom face of a metal material film | membrane.

パターニング工程(S120)として、金属配線形成領域のみ残存させるように、配線材料膜260を図示しないリソグラフィおよびエッチング法によりパターニングすることによって、図1に示すようなチャネル領域16側に張り出さない、ソース配線12、及びドレイン配線14を形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィ工程を経て配線材料膜260上にレジストパターンが形成された基板に対し、露出した配線材料膜260を異方性エッチング法により除去することで、基板の表面に対し、略垂直にソース配線12、及びドレイン配線14を形成できる。例えば、一例として、RIE法によりソース配線12、及びドレイン配線14を形成すればよい。また、パターニングの際、チャネル領域16側に張り出さないように、ソース配線12は、ソース電極13との接続を保ちながらも、チャネル領域16側の端部は、ソース電極13の端部よりもチャネル領域16とは反対側にずれて位置するように構成してもよい。ドレイン配線14とドレイン電極15との関係についても同様である。   As a patterning step (S120), the wiring material film 260 is patterned by lithography and etching methods (not shown) so that only the metal wiring formation region remains, so that the source does not protrude toward the channel region 16 as shown in FIG. A wiring 12 and a drain wiring 14 are formed. By removing the exposed wiring material film 260 by an anisotropic etching method on a substrate on which a resist pattern is formed on the wiring material film 260 through a lithography process such as a resist coating process and an exposure process (not shown), The source wiring 12 and the drain wiring 14 can be formed substantially perpendicular to the surface of the substrate. For example, as an example, the source wiring 12 and the drain wiring 14 may be formed by the RIE method. Further, the source wiring 12 is connected to the source electrode 13 so that the source wiring 12 does not protrude toward the channel region 16 during patterning, but the end on the channel region 16 side is more than the end of the source electrode 13. The channel region 16 may be configured to be shifted from the opposite side. The same applies to the relationship between the drain wiring 14 and the drain electrode 15.

上述した例では、ソース電極13及びドレイン電極15を形成した後に、ソース配線12及びドレイン配線14を形成する例について説明したが、これに限るものではない。ソース電極13及びドレイン電極15と、ソース配線12及びドレイン配線14とを同時に形成してもよい。かかる場合には、開口部150,152を完全に埋め込み、かつ絶縁膜230上に配線厚さよりも大きな膜厚で配線材料膜260を形成する。そして、チャネル領域16側に張り出さないように金属配線形成領域をパターニングし、かかる金属配線形成領域のみ残存させるようにエッチング法によって露出した配線材料膜260をエッチングすればよい。   In the above-described example, the example in which the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed after the source electrode 13 and the drain electrode 15 are formed has been described. However, the present invention is not limited to this. The source electrode 13 and the drain electrode 15, and the source wiring 12 and the drain wiring 14 may be formed at the same time. In such a case, the wiring material film 260 is formed on the insulating film 230 with a film thickness larger than the wiring thickness while completely burying the openings 150 and 152. Then, the metal wiring formation region is patterned so as not to protrude toward the channel region 16, and the wiring material film 260 exposed by the etching method may be etched so that only the metal wiring formation region remains.

図8は、第1の実施形態における半導体装置の構成の変形例を示す断面図である。図8では、ソース・ドレイン用の開口部150,152を金属膜で完全に埋め込まずに、ソース電極13及びドレイン電極15と、ソース配線12及びドレイン配線14とを同時に形成する構成となっている。その他の構成は図1と同様である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 8, the source electrode 13 and the drain electrode 15, and the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed at the same time without completely filling the source / drain openings 150 and 152 with the metal film. . Other configurations are the same as those in FIG.

図8に示す第1の実施形態の変形例では、ソース・ドレイン用の開口部150,152を形成後、電極・配線材料を絶縁膜230上並びに開口部底面上及び内壁に接するように形成する。そして、チャネル領域16側に張り出さないように金属配線形成領域をパターニングし、かかる金属配線形成領域のみ残存させるようにエッチング法によって露出した電極・配線材料をエッチングし除去すればよい。   In the modification of the first embodiment shown in FIG. 8, after forming the openings 150 and 152 for the source / drain, the electrode / wiring material is formed on the insulating film 230, on the bottom of the opening, and on the inner wall. . Then, the metal wiring formation region is patterned so as not to protrude toward the channel region 16, and the electrode / wiring material exposed by the etching method may be etched and removed so that only the metal wiring formation region remains.

以上のように、第1の実施形態では、ソース配線12及びドレイン配線14がチャネル領域16側に張り出さないように形成することで、張り出した場合のフリンジ部下にあたる酸化物半導体膜220のチャネル部における水素濃度の上昇を抑えることができる。その結果、酸化物半導体膜220のチャネル部におけるキャリア数の変動や低抵抗化を抑制できる。よって、薄膜トランジスタの閾値電圧低下やトランジスタ動作不良を抑制できる。   As described above, in the first embodiment, the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed so as not to protrude toward the channel region 16, so that the channel portion of the oxide semiconductor film 220 that is under the fringe portion when protruding is formed. The increase in the hydrogen concentration in can be suppressed. As a result, variation in the number of carriers and reduction in resistance in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the threshold voltage drop of the thin film transistor and the malfunction of the transistor.

また、上述したように、第1の実施形態では、図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)の構成について説明したが、この薄膜トランジスタは多層配線構造(多層配線層)の中に形成することが可能である。かかる場合に、図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)のチャネル領域上に金属膜を配置しないようにすると良い。   As described above, in the first embodiment, the configuration of the bottom gate type thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 illustrated in FIG. 1 has been described. It can be formed in the wiring layer. In such a case, it is preferable not to dispose a metal film over a channel region of a bottom-gate thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 illustrated in FIG.

図9は、第1の実施形態における多層配線構造の断面の一例を示す図である。図9では、多層配線構造の途中の配線層に図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)を形成する場合の断面を示している。図9に示す半導体装置では、素子分離され、それぞれの活性領域にp型或いはn型の不純物が注入された半導体基板300上にゲート電極13が配置されたゲート電極層40が形成され、ゲート電極層40上に下層側から順に、配線層42、配線層44、及び配線層46が形成される。各配線層42,44,46には、それぞれ配線11が形成される。また、図9に示す半導体装置では、図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)が配線層42と同層に形成されている場合を示している。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cross section of the multilayer wiring structure according to the first embodiment. FIG. 9 shows a cross section in the case where a bottom-gate thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 shown in FIG. 1 is formed in a wiring layer in the middle of the multilayer wiring structure. In the semiconductor device shown in FIG. 9, a gate electrode layer 40 in which a gate electrode 13 is disposed is formed on a semiconductor substrate 300 which is element-isolated and has p-type or n-type impurities implanted in each active region. On the layer 40, the wiring layer 42, the wiring layer 44, and the wiring layer 46 are formed in order from the lower layer side. In each of the wiring layers 42, 44, 46, the wiring 11 is formed. In the semiconductor device illustrated in FIG. 9, a bottom-gate thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 illustrated in FIG. 1 is formed in the same layer as the wiring layer 42.

図9に示すように、ソース配線12とドレイン配線14とが形成される層上に、さらに上層の配線層44,46が形成される。かかる多層配線構造において、第1の実施形態では、上層の配線層44,46中の配線11は、薄膜トランジスタ(TFT)における酸化物半導体膜220のチャネル領域上に重ならないように形成される。言い換えれば、図9に示すように、チャネル領域上の領域Aに金属配線11が配置されないように構成する。かかる構成により、ソース配線12とドレイン配線14のチャネル側に張り出したフリンジ部と同様の効果が生じ得る金属膜を薄膜トランジスタ(TFT)のチャネル上から排除できる。   As shown in FIG. 9, upper wiring layers 44 and 46 are formed on the layer where the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed. In such a multilayer wiring structure, in the first embodiment, the wiring 11 in the upper wiring layers 44 and 46 is formed so as not to overlap the channel region of the oxide semiconductor film 220 in the thin film transistor (TFT). In other words, as shown in FIG. 9, the metal wiring 11 is not arranged in the region A on the channel region. With this configuration, a metal film that can produce the same effect as the fringe portion protruding to the channel side of the source wiring 12 and the drain wiring 14 can be excluded from the channel of the thin film transistor (TFT).

図10は、第1の実施形態における多層配線構造の断面の他の一例を示す図である。図10では、多層配線構造の最上配線層に図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)を形成する場合の断面を示している。その他の構成は、図9と同様である。言い換えれば、図10に示す半導体装置では、図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)のソース配線及びドレイン配線が多層配線構造の最上層となる配線層46と同層に形成されている場合を示している。なお、ソース配線12とドレイン配線14とが、多層配線構造の最上層に形成されればよく、ゲート電極10が形成される層は、最上配線層でなくとも構わない。図10の例では、ゲート電極10が配線層44に形成され、ソース配線12とドレイン配線14とが配線層46に形成される場合を示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a cross section of the multilayer wiring structure according to the first embodiment. FIG. 10 shows a cross section when a bottom gate type thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 shown in FIG. 1 is formed in the uppermost wiring layer of the multilayer wiring structure. Other configurations are the same as those in FIG. In other words, in the semiconductor device shown in FIG. 10, the wiring layer 46 in which the source wiring and the drain wiring of the bottom gate type thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 shown in FIG. The case where it forms in the same layer is shown. The source wiring 12 and the drain wiring 14 may be formed in the uppermost layer of the multilayer wiring structure, and the layer on which the gate electrode 10 is formed may not be the uppermost wiring layer. In the example of FIG. 10, the gate electrode 10 is formed in the wiring layer 44, and the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed in the wiring layer 46.

図10に示すように、ソース配線12とドレイン配線14とが最上配線層46に形成されることにより、薄膜トランジスタ(TFT)における酸化物半導体膜220のチャネル部上に金属配線が重ならないように形成できる。かかる構成により、ソース配線12とドレイン配線14のチャネル側に張り出したフリンジ部と同様の効果が生じ得る金属膜をチャネル領域から排除できる。   As shown in FIG. 10, the source wiring 12 and the drain wiring 14 are formed in the uppermost wiring layer 46, so that the metal wiring does not overlap with the channel portion of the oxide semiconductor film 220 in the thin film transistor (TFT). it can. With this configuration, a metal film that can produce the same effect as the fringe portion projecting to the channel side of the source wiring 12 and the drain wiring 14 can be excluded from the channel region.

以上のように多層配線構造において、薄膜トランジスタ(TFT)における酸化物半導体膜220のチャネル部上に金属配線が配置されないようにすることで、チャネル部上方に位置する金属膜に起因してその下部の酸化物半導体膜220に生じ得る水素濃度の上昇を抑制できる。その結果、酸化物半導体膜220のチャネル部におけるキャリア数の変動や低抵抗化抑制できる。よって、薄膜トランジスタの閾値電圧低下やトランジスタ動作不良を抑制できる。   As described above, in the multilayer wiring structure, by preventing the metal wiring from being arranged on the channel portion of the oxide semiconductor film 220 in the thin film transistor (TFT), the metal film positioned above the channel portion causes the lower portion thereof. An increase in hydrogen concentration that can occur in the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. As a result, variation in the number of carriers and reduction in resistance in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the threshold voltage drop of the thin film transistor and the malfunction of the transistor.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、酸化物半導体膜220のチャネル部上方に積極的に新たな酸化物半導体膜を配置する構成について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a structure in which a new oxide semiconductor film is positively disposed above the channel portion of the oxide semiconductor film 220 will be described.

図11は、第2の実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。図11では、チャネル領域16上方の絶縁膜230上に、ソース配線12とドレイン配線14とは独立して酸化物半導体膜222(第2の酸化物半導体膜)を配置した点以外は、図1と同様である。以下、特に説明する点以外は、第1の実施形態と同様である。酸化物半導体膜222として、例えば、酸化物半導体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)の少なくともいずれかを含む。酸化物半導体には、InGaZnO(以下、IGZOと呼ぶ場合がある。)等の三元系金属酸化物が用いられる。酸化物半導体として、例えば、InGaO等の二元系金属酸化物が用いられても良い。タングステン(W)やシリコン(Si)の少なくともいずれかを含んだ、InGaWOまたは、InGaSiOが用いられても良い。また、酸化物半導体は、錫(Sn)またはアルミニウム(Al)の少なくともいずれかを含んだ、InSnGaZnOまたはInAlGaZnO等の四元系金属酸化物が用いられても良い。いずれにおいても、主成分として有する金属あるいは金属以外の元素の成分比率は任意である。
ここで、InGaZn系酸化物とは、インジウム、ガリウム、及び亜鉛を主成分として有する酸化物であり、これらの金属の成分比率は任意である。また、インジウム、ガリウム、及び亜鉛以外の金属あるいは金属以外の元素を含有しても良い。酸化物半導体膜222の形成方法は、酸化物半導体膜220と同様で構わない。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. 11, except that the oxide semiconductor film 222 (second oxide semiconductor film) is provided on the insulating film 230 above the channel region 16 independently of the source wiring 12 and the drain wiring 14. It is the same. The following is the same as in the first embodiment except for the points to be specifically described. For example, the oxide semiconductor film 222 includes at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn). As the oxide semiconductor, a ternary metal oxide such as InGaZnO (hereinafter sometimes referred to as IGZO) is used. As the oxide semiconductor, for example, a binary metal oxide such as InGaO may be used. InGaWO or InGaSiO containing at least one of tungsten (W) and silicon (Si) may be used. The oxide semiconductor may be a quaternary metal oxide such as InSnGaZnO or InAlGaZnO containing at least one of tin (Sn) and aluminum (Al). In any case, the component ratio of a metal or a non-metal element as a main component is arbitrary.
Here, the InGaZn-based oxide is an oxide containing indium, gallium, and zinc as main components, and the component ratio of these metals is arbitrary. Moreover, you may contain metals other than indium, gallium, and zinc, or elements other than a metal. The formation method of the oxide semiconductor film 222 may be the same as that of the oxide semiconductor film 220.

図12は、第2の実施形態の参考例における水素濃度の分布の一例を示す図である。図12(a)〜図12(d)は、InGaZnO薄膜トランジスタに対して、水素が一価の水素イオン(H)として上面から降り、ドリフト拡散で伝播する状況を、TCAD(Technology Computer Aided Design)を用いて解析した結果を示す。電極端子にバイアス電圧を印加をしない状況においても、構成材料の固有の仕事関数、及び誘電率に起因して電位分布、電界分布が生ずる。図12(a)〜図12(d)において、参考例では、ソース(S)・ドレイン(D)電極上の金属配線が、チャネル領域側に張り出したフリンジ部を有している場合を示している。また、チャネル領域に対向して第2のInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置される。ここでは、絶縁膜中に配置された場合を示している。図12(a)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図12(b)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。図12(c)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点おけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図12(d)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。図12(a)〜図12(d)では、いずれにおいても、チャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部下のInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)における水素濃度が、酸化物半導体膜220のチャネル中央領域での水素濃度よりも高くなっていることを示している。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a hydrogen concentration distribution in the reference example of the second embodiment. 12 (a) to 12 (d) show TCAD (Technology Computer Aided Design) in a situation where hydrogen descends from the upper surface as monovalent hydrogen ions (H + ) and propagates by drift diffusion with respect to the InGaZnO thin film transistor. The result analyzed using is shown. Even in a situation where no bias voltage is applied to the electrode terminal, a potential distribution and an electric field distribution are generated due to the inherent work function of the constituent material and the dielectric constant. 12A to 12D, the reference example shows a case where the metal wiring on the source (S) / drain (D) electrode has a fringe portion protruding to the channel region side. Yes. In addition, a second InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is disposed to face the channel region. Here, the case where it arrange | positions in an insulating film is shown. FIG. 12A shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor in the transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 12B shows a hydrogen concentration distribution on the plane of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) of the InGaZnO thin film transistor in the transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 12C shows a hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor at the time when the hydrogen drift diffusion steady state is reached. FIG. 12D shows a hydrogen concentration distribution on the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) plane of the InGaZnO thin film transistor at the time when a steady state of hydrogen drift diffusion is reached. 12A to 12D, in any case, the hydrogen concentration in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) under the fringe portion of the source wiring and the drain wiring that protrudes to the channel region side is the oxide semiconductor film. It shows that the hydrogen concentration is higher in the central region of 220 channels.

図13は、第2の実施形態における水素濃度の分布の一例を示す図である。図13(a)〜図13(d)において、第2の実施形態では、図11に示したように、ソース(S)・ドレイン(D)電極上の金属配線が、チャネル領域側に張り出さないように構成している。また、チャネル領域上にInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置される。その他の構成は、図12の参考例と同様である。図13(a)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図13(b)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。図13(c)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図13(d)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。参考例においてチャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部下のInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)で高くなっていた水素濃度が、図13(a)〜図13(d)では、いずれにおいても、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部がある場合に比べて水素濃度が低いことを示している。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a hydrogen concentration distribution in the second embodiment. 13A to 13D, in the second embodiment, as shown in FIG. 11, the metal wiring on the source (S) / drain (D) electrode protrudes to the channel region side. It is configured so that there is no. In addition, an InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is provided over the channel region. Other configurations are the same as those of the reference example of FIG. FIG. 13A shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor in the transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 13B shows a distribution of hydrogen concentration on the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) plane of the InGaZnO thin film transistor in a transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 13C shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor at the time when the hydrogen drift diffusion steady state is reached. FIG. 13D shows the distribution of hydrogen concentration on the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) plane of the InGaZnO thin film transistor when the hydrogen drift diffusion steady state is reached. In the reference example, the hydrogen concentration that was high in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) under the fringe portion of the source wiring and the drain wiring that protruded to the channel region side is any of FIGS. 13A to 13D. This also shows that the hydrogen concentration is lower than when there is a fringe portion of the source wiring and drain wiring.

図14は、第2の実施形態と参考例とにおける水素濃度の分布を示すグラフの一例である。図14(a)は、縦軸に水素濃度、横軸にチャネル長方向での位置を示しており、水素のドリフト拡散の過渡状態における、図2(a)(b)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図3(a)(b)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図12(a)(b)に示したフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図13(a)(b)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度とを示す。図14(b)は、縦軸に水素濃度、横軸にチャネル長方向での位置を示しており、水素のドリフト拡散の定常状態における、図2(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図3(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図12(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度と、図13(c)(d)に示したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度とを示す。図14(a)と図14(b)において、グラフAは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成で、かつチャネル領域上にInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置されていない構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。グラフBは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成で、かつチャネル領域上にInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置されていない構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。グラフCは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部有りの構成で、かつチャネル領域に対向してInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置されている構成でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。グラフDは、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部無しの構成で、かつチャネル領域に対向してInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置されている第2の実施形態でのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を示す。図14(a)及び図14(b)では、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部が無い方が、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部が有る構成よりもInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度が低いことがわかる。さらに、ソース配線及びドレイン配線のフリンジ部が無い場合においても、チャネル領域上にInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置されている場合の方が、さらに、InGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度が低いことがわかる。   FIG. 14 is an example of a graph showing a hydrogen concentration distribution in the second embodiment and the reference example. FIG. 14A shows the hydrogen concentration on the vertical axis and the position in the channel length direction on the horizontal axis, and the source wiring shown in FIGS. 2A and 2B in the transient state of hydrogen drift diffusion and Hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portion of the drain wiring, and the InGaZnO film in the configuration without the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. The hydrogen concentration of the (oxide semiconductor film 220), the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the structure with the fringe portion shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), and FIGS. The hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the structure without the fringe portion of the source wiring and the drain wiring shown in b) is shown. FIG. 14B shows the hydrogen concentration on the vertical axis and the position in the channel length direction on the horizontal axis. The source wiring shown in FIGS. 2C and 2D in the steady state of hydrogen drift diffusion and Hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portion of the drain wiring, and the InGaZnO film in the configuration without the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. The hydrogen concentration of the (oxide semiconductor film 220), the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration with the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. FIG. 13C shows the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the configuration without the fringe portions of the source wiring and the drain wiring shown in FIGS. 14A and 14B, graph A shows a configuration with a fringe portion of a source wiring and a drain wiring, and a configuration in which an InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is not arranged over the channel region. 2 shows the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220). Graph B shows the hydrogen of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) in the structure without the fringe portion of the source wiring and the drain wiring and without the InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) over the channel region. Indicates the concentration. Graph C shows an InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) having a structure with a fringe portion of source and drain wirings and a structure in which an InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is disposed so as to face the channel region. Shows the hydrogen concentration. Graph D shows an InGaZnO film (oxide oxide) according to the second embodiment in which the source wiring and the drain wiring have no fringes, and the InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is arranged opposite to the channel region. The hydrogen concentration of the semiconductor film 220) is shown. In FIGS. 14A and 14B, the hydrogen in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) is less in the case where there is no fringe portion in the source wiring and the drain wiring than in the configuration in which the fringe portion in the source wiring and the drain wiring is provided. It can be seen that the concentration is low. Furthermore, even when the fringe portion of the source wiring and the drain wiring is not provided, the InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is further disposed over the channel region, and the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) is further provided. It can be seen that the hydrogen concentration of is low.

酸化物半導体膜220のチャネル領域に対向して酸化物半導体膜220と同じ材料特性を有する酸化物半導体膜222を配置することで、酸化物半導体膜222下のチャネル中央部の水素濃度の上昇を抑止できる。かかる影響が酸化物半導体膜222の両側のソース・ドレイン電極付近の領域にも及ぼされ、図1に示したフリンジ部を無くした構成の場合よりもさらに水素濃度の上昇を抑止できる。酸化物半導体膜222の配置によって、酸化物半導体膜220のチャネル部におけるソース・ドレイン電極付近の領域だけでなくチャネル領域全体に取り込まれる水素の量を低減できる。   By disposing the oxide semiconductor film 222 having the same material characteristics as the oxide semiconductor film 220 so as to face the channel region of the oxide semiconductor film 220, the hydrogen concentration in the center of the channel below the oxide semiconductor film 222 is increased. Can be suppressed. Such an effect is also exerted on the regions in the vicinity of the source / drain electrodes on both sides of the oxide semiconductor film 222, and the increase in the hydrogen concentration can be further suppressed as compared with the configuration in which the fringe portion shown in FIG. 1 is eliminated. With the arrangement of the oxide semiconductor film 222, the amount of hydrogen taken into the entire channel region as well as the region near the source / drain electrodes in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 can be reduced.

なお、酸化物半導体トランジスタのチャネル表面全域に対向して酸化物半導体膜222を有する構造では、ソース配線あるいはドレイン配線との短絡を引き起こす可能性が有る。よって、第2の実施形態では、図11に示すように、チャネル領域16上にはおいて、酸化物半導体膜222が形成されない領域を有する。   Note that a structure in which the oxide semiconductor film 222 is opposed to the entire channel surface of the oxide semiconductor transistor may cause a short circuit with the source wiring or the drain wiring. Therefore, in the second embodiment, as illustrated in FIG. 11, the oxide semiconductor film 222 is not formed on the channel region 16.

また、第2の実施形態では、第1の実施形態よりもInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)の水素濃度を下げることができるので、図11の点線で示すように、ソース配線12やドレイン配線14がパターニングの際の位置ずれ等によって、若干、チャネル領域16側にはみ出しても構わない。これにより、ソース配線12とソース電極13との接触面積を増大させながら、さらに、ソース配線12とソース電極13との位置合わせの精度を下げることができ、パターニングを容易にできる。ドレイン配線14とドレイン電極15との関係についても同様である。   In the second embodiment, since the hydrogen concentration of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) can be lowered as compared with the first embodiment, the source wiring 12 and the drain wiring as shown by the dotted line in FIG. 14 may protrude slightly to the channel region 16 side due to a positional deviation during patterning. Thereby, while increasing the contact area between the source wiring 12 and the source electrode 13, the alignment accuracy between the source wiring 12 and the source electrode 13 can be further lowered, and patterning can be facilitated. The same applies to the relationship between the drain wiring 14 and the drain electrode 15.

以上のように、第2の実施形態では、ソース配線12及びドレイン配線14とは独立してチャネル領域16上方に酸化物半導体膜222を形成することで、酸化物半導体膜220のチャネル部における水素濃度の上昇を抑えることができる。その結果、酸化物半導体膜220のチャネル部におけるキャリア数の変動や低抵抗化を抑制できる。よって、薄膜トランジスタの閾値電圧低下やトランジスタ動作不良を抑制できる。   As described above, in the second embodiment, the oxide semiconductor film 222 is formed above the channel region 16 independently of the source wiring 12 and the drain wiring 14, so that the hydrogen in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 is formed. The increase in concentration can be suppressed. As a result, variation in the number of carriers and reduction in resistance in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the threshold voltage drop of the thin film transistor and the malfunction of the transistor.

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。   The embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置および半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all semiconductor devices that include the elements of the present invention and whose design can be appropriately changed by those skilled in the art and methods for manufacturing the semiconductor devices are included in the scope of the present invention.

また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。   In addition, for the sake of simplicity of explanation, techniques usually used in the semiconductor industry, such as cleaning before and after processing, are omitted, but it goes without saying that these techniques may be included.

10 ゲート電極、12 ソース配線、13 ソース電極、14 ドレイン配線、15 ドレイン電極、210 ゲート絶縁膜、220,222 酸化物半導体膜、230 絶縁膜   10 gate electrode, 12 source wiring, 13 source electrode, 14 drain wiring, 15 drain electrode, 210 gate insulating film, 220, 222 oxide semiconductor film, 230 insulating film

以下の実施形態において、「上に設けられる」とは直接接して設けられる場合の他に、間に他の層または膜が挿入されている場合も含む。また、「対向して設けられる」とは、上または下に直接接して設けられる場合の他に、間に他の層または膜が挿入されて設けられる場合も含む。 In the following embodiments, the term "disposed on", in addition to the case of provision of direct contact, including the case where another layer or film is inserted between. Further, “provided facing” includes not only the case of being provided in direct contact with the top or bottom, but also the case of being provided with another layer or film interposed therebetween.

図1は、第1の実施形態における半導体装置の構成を示す断面図及び平面図である。図1では、半導体装置として、InGaZnO膜(IGZO膜)等の酸化物半導体膜を用いたボトムゲート型(逆スタガ型)の薄膜トランジスタ(TFT)の一例が示されている。図1において、基板上に形成された絶縁膜200の表面に、ゲート電極10が形成される。絶縁膜200は、酸化シリコン(SiO)又は窒化シリコン(SiN)を含む膜が用いられる。ゲート電極10は、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、Ta(タンタル)、又はAl(アルミニウム)を含む金属膜が用いられる。ゲート電極10として、窒化チタン(TiN)又は窒化タンタル(TaN)が用いられても良い。ゲート電極10には、アルミニウム合金を用いても良い。アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、ヒロック対策が施される。また、ゲート電極10の側面は、積層方向に対して傾斜していても良い。つまり、ゲート電極10の側面は、テーパ状でも良い。ゲート電極10の側面をテーパ状にすることで、ゲート電極10の上に形成される絶縁膜210による被覆性が高まる。被覆性が高まることで、リーク電流を抑制できる。図1の例では、前記絶縁膜200の上面と同じ高さ位置にゲート電極10の表面(上面)が形成されるように埋め込まれている。図1の例では、例えば、多層配線層の所定の配線と同層にゲート電極10が形成されている場合を想定している。よって、基板及び絶縁膜200には、その他の配線層や半導体素子等が形成されていても構わない。但し、かかる構成に限るものではなく、絶縁膜200上にゲート電極10が形成されても構わない。 FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 illustrates an example of a bottom gate type (reverse stagger type) thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor film such as an InGaZnO film (IGZO film) as a semiconductor device. In FIG. 1, a gate electrode 10 is formed on the surface of an insulating film 200 formed on a substrate. The insulating film 200 is a film containing silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (SiN x ). The gate electrode 10 is, for example, data tungsten (W), molybdenum (Mo), copper (Cu), Ta (tantalum), or a metal film containing Al (aluminum) is used. As the gate electrode 10, titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN) may be used. An aluminum alloy may be used for the gate electrode 10. The aluminum alloy has aluminum as a main component and hillock countermeasures are taken. Further, the side surface of the gate electrode 10 may be inclined with respect to the stacking direction. That is, the side surface of the gate electrode 10 may be tapered. By making the side surface of the gate electrode 10 tapered, the coverage with the insulating film 210 formed on the gate electrode 10 is enhanced. Leakage current can be suppressed by increasing the coverage. In the example of FIG. 1, the insulating film 200 is embedded so that the surface (upper surface) of the gate electrode 10 is formed at the same height as the upper surface of the insulating film 200. In the example of FIG. 1, for example, it is assumed that the gate electrode 10 is formed in the same layer as a predetermined wiring of a multilayer wiring layer. Therefore, other wiring layers, semiconductor elements, and the like may be formed on the substrate and the insulating film 200. However, the present invention is not limited to this configuration, and the gate electrode 10 may be formed on the insulating film 200.

図9は、第1の実施形態における多層配線構造の断面の一例を示す図である。図9では、多層配線構造の途中の配線層に図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)を形成する場合の断面を示している。図9に示す半導体装置では、素子分離され、それぞれの活性領域にp型或いはn型の不純物が注入された半導体基板300上にゲート電極1が配置されたゲート電極層40が形成され、ゲート電極層40上に下層側から順に、配線層42、配線層44、及び配線層46が形成される。各配線層42,44,46には、それぞれ配線11が形成される。また、図9に示す半導体装置では、図1に示した酸化物半導体膜220を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタ(TFT)が配線層42と同層に形成されている場合を示している。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cross section of the multilayer wiring structure according to the first embodiment. FIG. 9 shows a cross section in the case where a bottom-gate thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 shown in FIG. 1 is formed in a wiring layer in the middle of the multilayer wiring structure. In the semiconductor device shown in FIG. 9, a gate electrode layer 40 in which a gate electrode 10 is disposed is formed on a semiconductor substrate 300 which is element-isolated and has p-type or n-type impurities implanted in each active region. A wiring layer 42, a wiring layer 44, and a wiring layer 46 are formed on the electrode layer 40 in order from the lower layer side. In each of the wiring layers 42, 44, 46, the wiring 11 is formed. In the semiconductor device illustrated in FIG. 9, a bottom-gate thin film transistor (TFT) using the oxide semiconductor film 220 illustrated in FIG. 1 is formed in the same layer as the wiring layer 42.

以上のように多層配線構造において、薄膜トランジスタ(TFT)における酸化物半導体膜220のチャネル部上に金属配線が配置されないようにすることで、チャネル部上方に位置する金属膜に起因してその下部の酸化物半導体膜220に生じ得る水素濃度の上昇を抑制できる。その結果、酸化物半導体膜220のチャネル部におけるキャリア数の変動や低抵抗化抑制できる。よって、薄膜トランジスタの閾値電圧低下やトランジスタ動作不良を抑制できる。 As described above, in the multilayer wiring structure, by preventing the metal wiring from being arranged on the channel portion of the oxide semiconductor film 220 in the thin film transistor (TFT), the metal film positioned above the channel portion causes the lower portion thereof. An increase in hydrogen concentration that can occur in the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. As a result, variation in the number of carriers and reduction in resistance in the channel portion of the oxide semiconductor film 220 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the threshold voltage drop of the thin film transistor and the transistor malfunction.

図12は、第2の実施形態の参考例における水素濃度の分布の一例を示す図である。図12(a)〜図12(d)は、InGaZnO薄膜トランジスタに対して、水素が一価の水素イオン(H)として上面から降り、ドリフト拡散で伝播する状況を、TCAD(Technology Computer Aided Design)を用いて解析した結果を示す。電極端子にバイアス電圧を印加をしない状況においても、構成材料の固有の仕事関数、及び誘電率に起因して電位分布、電界分布が生ずる。図12(a)〜図12(d)において、参考例では、ソース(S)・ドレイン(D)電極上の金属配線が、チャネル領域側に張り出したフリンジ部を有している場合を示している。また、チャネル領域に対向して第2のInGaZnO膜(酸化物半導体膜222)が配置される。ここでは、絶縁膜中に配置された場合を示している。図12(a)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図12(b)は、水素のドリフト拡散の過渡状態におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。図12(c)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点おけるInGaZnO薄膜トランジスタの断面での水素濃度の分布を示す。図12(d)は、水素のドリフト拡散の定常状態に至った時点におけるInGaZnO薄膜トランジスタのInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)平面での水素濃度の分布を示す。図12(a)〜図12(d)では、いずれにおいても、チャネル領域側に張り出したソース配線及びドレイン配線のフリンジ部下のInGaZnO膜(酸化物半導体膜220)における水素濃度が、酸化物半導体膜220のチャネル中央領域での水素濃度よりも高くなっていることを示している。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a hydrogen concentration distribution in the reference example of the second embodiment. 12 (a) to 12 (d) show TCAD (Technology Computer Aided Design) in a situation where hydrogen descends from the upper surface as monovalent hydrogen ions (H + ) and propagates by drift diffusion with respect to the InGaZnO thin film transistor. The result analyzed using is shown. Even in a situation where no bias voltage is applied to the electrode terminal, a potential distribution and an electric field distribution are generated due to the inherent work function of the constituent material and the dielectric constant. 12A to 12D, the reference example shows a case where the metal wiring on the source (S) / drain (D) electrode has a fringe portion protruding to the channel region side. Yes. In addition, a second InGaZnO film (oxide semiconductor film 222) is disposed to face the channel region. Here, the case where it arrange | positions in an insulating film is shown. FIG. 12A shows the hydrogen concentration distribution in the cross section of the InGaZnO thin film transistor in the transient state of hydrogen drift diffusion. FIG. 12B shows a hydrogen concentration distribution on the plane of the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) of the InGaZnO thin film transistor in the transient state of hydrogen drift diffusion. Figure 12 (c) shows the distribution of the hydrogen concentration in the cross section of the InGaZnO TFT definitive at the time that led to the steady state drift-diffusion of hydrogen. FIG. 12D shows a hydrogen concentration distribution on the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) plane of the InGaZnO thin film transistor at the time when a steady state of hydrogen drift diffusion is reached. 12A to 12D, in any case, the hydrogen concentration in the InGaZnO film (oxide semiconductor film 220) under the fringe portion of the source wiring and the drain wiring that protrudes to the channel region side is the oxide semiconductor film. It shows that the hydrogen concentration is higher in the central region of 220 channels.

Claims (5)

ゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に配置された酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に配置された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続されるソース電極と、
チャネル部上に重ならないように前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ソース電極に接続されるソース配線と、
前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続されるドレイン電極と、
チャネル部上に重ならないように前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ドレイン電極に接続されるドレイン配線と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A gate electrode;
A first insulating film disposed on the gate electrode;
An oxide semiconductor film disposed on the first insulating film;
A second insulating film disposed on the oxide semiconductor film;
A source electrode disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film;
A source wiring disposed on the second insulating film so as not to overlap the channel portion and connected to the source electrode;
A drain electrode disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film;
A drain wiring disposed on the second insulating film so as not to overlap the channel portion and connected to the drain electrode;
A semiconductor device comprising:
前記ソース配線と前記ドレイン配線とが形成される層上に、さらに上層配線層を備え、
前記上層配線層中の配線は、前記チャネル部上に重ならないように形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
On the layer where the source wiring and the drain wiring are formed, an upper wiring layer is further provided,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring in the upper wiring layer is formed so as not to overlap the channel portion.
前記半導体装置は、多層配線層を有し、
前記ソース配線と前記ドレイン配線とは、前記多層配線層の最上層に形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device has a multilayer wiring layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the source wiring and the drain wiring are formed in an uppermost layer of the multilayer wiring layer.
前記チャネル部上に、前記ソース配線と前記ドレイン配線とは独立して配置された第2の酸化物半導体膜をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second oxide semiconductor film that is disposed independently of the source wiring and the drain wiring on the channel portion. 5. ゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に配置された第1の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上に配置された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続されるソース電極と、
前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ソース電極に接続されるソース配線と、
前記第2の絶縁膜中に配置されて前記酸化物半導体膜に接続されるドレイン電極と、
前記第2の絶縁膜上に配置され、前記ドレイン電極に接続されるドレイン配線と、
前記チャネル部上に、前記ソース配線と前記ドレイン配線とは独立して配置された第2の酸化物半導体膜と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A gate electrode;
A first insulating film disposed on the gate electrode;
A first oxide semiconductor film disposed on the first insulating film;
A second insulating film disposed on the oxide semiconductor film;
A source electrode disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film;
A source wiring disposed on the second insulating film and connected to the source electrode;
A drain electrode disposed in the second insulating film and connected to the oxide semiconductor film;
A drain wiring disposed on the second insulating film and connected to the drain electrode;
A second oxide semiconductor film, wherein the source wiring and the drain wiring are arranged independently on the channel portion;
A semiconductor device comprising:
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