JP2017022239A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置の製造方法は、絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層から露出した絶縁層に対して塩素を含むガスを用いたプラズマ処理を行い、露出した絶縁層の表層の塩素不純物を除去する塩素除去処理を行う。塩素除去処理は、フッ素を含むガスを用いた第1エッチング処理であってもよい。フッ素を含むガスはCF4及びCHF3を含んでもよい。プラズマ処理は、塩素を含むガスを用いた第2エッチング処理であってもよい。
【選択図】図3
Description
図1乃至図3を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要について説明する。実施形態1の半導体装置10は、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)、表示部に有機EL素子や量子ドット等の自発光素子(Organic Light−Emitting Diode:OLED)を利用した自発光表示装置、又は電子ペーパー等の反射型表示装置の各画素や駆動回路に用いられる半導体装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す平面図である。また、図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すA−A’断面図である。また、図3は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すB−B’断面図である。図1乃至図3に示すように、半導体装置10は、基板100、下地層110、ゲート電極120、ゲート絶縁層130、酸化物半導体層140、ソース・ドレイン電極150、及び保護層160を有する。半導体装置10はボトムゲート型トランジスタである。
図4乃至図13を用いて、本発明の実施形態1に係る半導体装置10の製造方法について、A−A’断面図及びB−B’断面図を参照しながら説明する。図4及び図5は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、ゲート電極を形成する工程を示すA−A’断面図及びB−B’断面図である。図4及び図5に示すように、基板100上に下地層110及びゲート電極120を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって図1に示すゲート電極120のパターンを形成する。ここで、ゲート電極120のエッチングは、ゲート電極120のエッチングレートと下地層110のエッチングレートとの選択比が大きい条件で処理することが好ましい。
図14乃至図16を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要について説明する。実施形態2の半導体装置10Aは、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)、表示部に有機EL素子や量子ドット等の自発光素子(Organic Light−Emitting Diode:OLED)を利用した自発光表示装置、又は電子ペーパー等の反射型表示装置の各画素や駆動回路に用いられる半導体装置について説明する。
図14は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す平面図である。また、図15は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すC−C’断面図である。また、図16は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すD−D’断面図である。図14乃至図16に示すように、半導体装置10Aは、基板100A、下地層110A、ソース・ドレイン電極150A、酸化物半導体層140A、ゲート絶縁層130A、ゲート電極120A、及び保護層160Aを有する。半導体装置10Aはトップゲート型トランジスタである。
図17乃至図26を用いて、本発明の実施形態2に係る半導体装置10Aの製造方法について、C−C’断面図及びD−D’断面図を参照しながら説明する。図17及び図18は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、ソース・ドレイン電極を形成する工程を示すC−C’断面図及びD−D’断面図である。図17及び図18に示すように、基板100A上に下地層110A及びソース・ドレイン電極150Aを成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって図14に示すソース・ドレイン電極150Aのパターンを形成する。ここで、ソース・ドレイン電極150Aのエッチングは、ソース・ドレイン電極150Aのエッチングレートと下地層110Aのエッチングレートとの選択比が大きい条件で処理することが好ましい。
図27及び図28を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要について説明する。実施形態3の半導体装置10Bは、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)、表示部に有機EL素子や量子ドット等の自発光素子(Organic Light−Emitting Diode:OLED)を利用した自発光表示装置、又は電子ペーパー等の反射型表示装置の各画素や駆動回路に用いられる半導体装置について説明する。
半導体装置10Bの平面図は実施形態2に係る半導体装置10Aの平面図(図14)と同様なので、図14を参照して説明を行う。図27は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すC−C’断面図である。図28は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示すD−D’断面図である。図27及び図28に示すように、半導体装置10Bは、基板100B、下地層110B、酸化物半導体層140B、ソース・ドレイン電極150B、ゲート絶縁層130B、ゲート電極120B、及び保護層160Bを有する。半導体装置10Bはトップゲート型トランジスタである。
図29乃至図38を用いて、本発明の実施形態3に係る半導体装置10Bの製造方法について、C−C’断面図及びD−D’断面図を参照しながら説明する。図29及び図30は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、酸化物半導体層を形成する工程を示すC−C’断面図及びD−D’断面図である。図29及び図30に示すように、基板100B上に下地層110B及び酸化物半導体層140Bを成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって図14と同様の酸化物半導体層140Bのパターンを形成する。
実施形態1における領域132のゲート絶縁層130(図11参照)、及び実施形態2における領域112A、114Aの下地層110A(図17及び図18参照)の状態を再現するための試験サンプルを作製し、飛行時間型二次イオン質量分析法(Time−of−Flight Secondary Ion Mass Spectrometry;ToF−SIMS)を用いた深さ方向の不純物評価を行った結果について説明する。
[塩素エッチング220の条件]
・エッチング方式:ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式
・プロセスガス:Cl2/BCl3=90/60sccm
・チャンバ圧力:20mTorr
・チャンバ温度:40℃
・バイアス電力:50W
・電流値:400mA
[フッ素エッチング230の条件]
・エッチング方式:平行平板方式
・プロセスガス:CF4/CHF3/Ar=60/20/300sccm
・チャンバ圧力:2Torr
・チャンバ温度:25℃
・RF電力:200W
・電極間のギャップ:10mm
実施形態1に係る半導体装置10(実施例)及びその比較例の半導体装置を作製し、光照射の有無によるトランジスタ特性を評価した結果について説明する。ここで、比較例の半導体装置は、半導体装置10の製造方法において塩素除去処理が省略された方法で作製した。
実施形態2に係る半導体装置10A(実施例)及びその比較例の半導体装置を作製し、光学顕微鏡による形状評価を行った結果について説明する。ここで、比較例の半導体装置は、半導体装置10Aの製造方法において塩素除去処理を省略した方法で作製した。
100:基板
110:下地層
112、114、132、142、145、147:領域
120:ゲート電極
130:ゲート絶縁層
140、240:酸化物半導体層
149:斑点
150:ドレイン電極
152:開口部
160、250:保護層
200:シリコン基板
210:絶縁層
220:塩素エッチング
230:フッ素エッチング
Claims (17)
- 絶縁層上に前記絶縁層の一部を露出する酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層から露出した前記絶縁層に対して塩素を含むガスを用いたプラズマ処理を行い、
前記露出した前記絶縁層の表層の塩素不純物を除去する塩素除去処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記塩素除去処理は、フッ素を含むガスを用いた第1エッチング処理であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記塩素除去処理は、前記第1エッチング処理によって前記露出した前記絶縁層をハーフエッチングすることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フッ素を含むガスは、CF4及びCHF3を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ処理は、塩素を含むガスを用いた第2エッチング処理であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁層上及び前記酸化物半導体層上に導電層を形成し、
前記第2エッチング処理によって前記導電層をエッチングして前記酸化物半導体層の一部と前記絶縁層の一部とを露出することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - ゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 表面に露出した絶縁層に対して塩素を含むガスを用いたプラズマ処理を行い、
前記露出した絶縁層の表層の塩素不純物を除去する塩素除去処理を行い、
前記露出した絶縁層上に酸化物半導体層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記塩素除去処理は、フッ素を含むガスを用いた第1エッチング処理であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記塩素除去処理は、前記第1エッチング処理によって前記露出した絶縁層をハーフエッチングすることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フッ素を含むガスは、CF4及びCHF3を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ処理は、塩素を含むガスを用いた第2エッチング処理であることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁層上に導電層を形成し、
前記第2エッチング処理によって前記導電層をエッチングして前記絶縁層の一部を露出することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - ゲート電極と、
前記ゲート電極上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記ゲート電極に対向して配置された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に配置され、前記酸化物半導体層に接続されたソース・ドレイン電極と、を有し、
前記酸化物半導体層及び前記ソース・ドレイン電極から露出した領域の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記酸化物半導体層下の前記ゲート絶縁層の膜厚及び前記ソース・ドレイン電極下の前記ゲート絶縁層の膜厚よりも薄膜であることを特徴とする半導体装置。 - 前記酸化物半導体層下の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記ソース・ドレイン電極下の前記ゲート絶縁層の膜厚と同じ膜厚であることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
- 下地層と、
前記下地層上に配置されたソース・ドレイン電極と、
前記ソース・ドレイン電極から露出した前記下地層上に配置され、前記ソース・ドレイン電極に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層に対向して配置されたゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体層下の前記下地層の膜厚は、前記ソース・ドレイン電極下の前記下地層の膜厚よりも薄膜であることを特徴とする半導体装置。
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