JP2017130703A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体材料を含む基板に設けられたチャネル形成領域と、不純物領域と、第
1のゲート絶縁層と、第1のゲート電極と、第1のソース電極および第1のドレイン電極
と、を有する第1のトランジスタと、半導体材料を含む基板上の酸化物半導体層と、第2
のソース電極および第2のドレイン電極と、第2のゲート絶縁層と、第2のゲート電極と
、を有する第2のトランジスタと、を有し、第2のソース電極および第2のドレイン電極
は、その側面が酸化された酸化領域を有し、第1のゲート電極、第1のソース電極、また
は第1のドレイン電極のいずれかは、第2のゲート電極、第2のソース電極、または第2
のドレイン電極のいずれかと電気的に接続されている半導体装置である。
【選択図】図1
Description
半導体特性を利用することで機能する素子および装置全般を指すものである。
られた材料であり、液晶表示装置などに必要とされる透明電極の材料として用いられてい
る。
、例えば、酸化タングステン、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよう
な金属酸化物をチャネル形成領域に用いた薄膜トランジスタが既に知られている(例えば
、特許文献1乃至特許文献4、非特許文献1等参照)。
モロガス相を有するInGaO3(ZnO)m(m:自然数)は、In、GaおよびZn
を有する多元系酸化物半導体として知られている(例えば、非特許文献2乃至非特許文献
4等参照)。
ンジスタのチャネル形成領域に適用可能であることが確認されている(例えば、特許文献
5、非特許文献5および非特許文献6等参照)。
いて構成されるのが一般的である。しかし、シリコンなどを材料として用いる半導体装置
であっても、その用途によっては、十分な特性を有しているとは言い難い。
にゼロといえる程度に小さいものではない。このため、半導体装置の動作状態にかかわら
ず僅かな電流が流れてしまい、記憶装置や液晶表示装置といった電荷保持型の半導体装置
を構成する場合には、十分な電荷保持期間を確保することが困難であった。また、オフ電
流によって半導体装置の消費電力が増大してしまうという問題もあった。
なものが求められる場合がある。
することを目的の一とする。
を積層して設けた構成とすることで、これらの利点を併せ持つ半導体装置が提供される。
特に、酸化物半導体を用いたトランジスタは、ソース電極またはドレイン電極の側面が酸
化されたことにより、S値やオンオフ比、信頼性などにおいてきわめて優れた特性を示す
ものである。具体的には、例えば、次のような構成とすることができる。
成領域を挟むように設けられた不純物領域と、チャネル形成領域上の第1のゲート絶縁層
と、第1のゲート絶縁層上の第1のゲート電極と、不純物領域と電気的に接続する第1の
ソース電極および第1のドレイン電極と、を有する第1のトランジスタと、半導体材料を
含む基板上の酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続する第2のソース電極お
よび第2のドレイン電極と、酸化物半導体層、第2のソース電極および第2のドレイン電
極を覆う第2のゲート絶縁層と、第2のゲート絶縁層上の第2のゲート電極と、を有する
第2のトランジスタと、を有し、第2のソース電極および第2のドレイン電極は、その側
面が酸化された酸化領域を有し、第1のゲート電極、第1のソース電極、または第1のド
レイン電極のいずれかは、第2のゲート電極、第2のソース電極、または第2のドレイン
電極のいずれかと電気的に接続されている半導体装置である。なお、上記の酸化領域は、
酸化物半導体層への酸素の供給と共に形成されるものである。
以上300GHz以下の高周波電力、および、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたプラズ
マ処理により形成されたものであることが望ましい。また、第2のソース電極および第2
のドレイン電極の上に、平面形状が第2のソース電極および第2のドレイン電極と略同一
の保護絶縁層を有することが望ましい。なお、「略同一」の表現は、厳密に同一であるこ
とを要しない趣旨で用いるものであり、同一と見なすことができる範囲が含まる。例えば
、一のエッチング処理によって形成される場合の差異は許容される。
が望ましい。また、第2のトランジスタのオフ電流は1×10−13A以下であることが
望ましい。
ることが望ましい。また、半導体材料はシリコンであることが望ましい。
ゲート電極を形成し、半導体材料を含む基板に不純物元素を添加して、チャネル形成領域
および該チャネル形成領域を挟む不純物領域を形成し、不純物領域と電気的に接続する第
1のソース電極および第1のドレイン電極を形成することで、第1のトランジスタを形成
し、第1のトランジスタ上に、酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層と電気的に接続
する第2のソース電極および第2のドレイン電極を形成し、第2のソース電極および第2
のドレイン電極の側面を酸化した後に、酸化物半導体層、第2のソース電極、および第2
のドレイン電極を覆う第2のゲート絶縁層を形成し、第2のゲート絶縁層上に、第2のゲ
ート電極を形成する、半導体装置の作製方法である。なお、第2のソース電極および第2
のドレイン電極の側面を酸化する際に、酸化物半導体層への酸素の供給が行われる。
z以上300GHz以下の高周波電力、および、酸素とアルゴンの混合ガスを用いたプラ
ズマ処理によって行われることが望ましい。また、第2のゲート電極、第2のソース電極
、または第2のドレイン電極のいずれかは、第1のゲート電極、第1のソース電極、また
は第1のドレイン電極のいずれかと電気的に接続するように形成することが望ましい。
のソース電極および第2のドレイン電極と略同一の保護絶縁層を形成することが望ましい
。
により、第2のトランジスタのオフ電流を1×10−13A以下とすることが望ましい。
を用いることが望ましい。また、半導体材料はシリコンであることが望ましい。
は「直下」であることに限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上の第1のゲー
ト電極」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを
除外しない。また、「上」「下」の用語は説明の便宜のために用いる表現に過ぎず、特に
言及する場合を除き、その上下を入れ替えたものも含む。
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることがで
きるものとする。
有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を
有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を
受けない。
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
いうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料からなる半導体層が設
けられた構成の基板をも含む概念として用いる。つまり、「SOI基板」が有する半導体
層は、シリコン半導体層に限定されない。
ス基板や石英基板、サファイア基板、金属基板などの非半導体基板をも含む。つまり、導
体基板や絶縁体基板上に半導体材料からなる層を有するものも、広く「SOI基板」に含
まれる。
留まらず、半導体材料を含む基板全般を示すものとする。つまり、本明細書等においては
「SOI基板」も広く「半導体基板」に含まれる。
用いたトランジスタの積層構造を有する半導体装置が提供される。
ランジスタとを積層することで、それぞれの特性の利点を生かした新たな半導体装置が実
現される。
グ特性が高いため、その特性を利用した優れた半導体装置が提供される。また、酸化物半
導体以外の材料を用いたトランジスタは、電界効果移動度などの点で酸化物半導体を用い
たトランジスタに比して利点を有しており、これを利用することで、その特性を生かした
半導体装置を提供することができる。つまり、本発明の一態様によって、酸化物半導体と
、酸化物半導体以外の材料の特性を併せ持った優れた半導体装置が提供される。
ランジスタとを一体に備えることで、これまでにない特徴を有する半導体装置を実現する
ことができる。
体を用いたトランジスタの特性をさらに向上させている。ここで、当該酸素の供給処理は
、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、ソース電極またはドレイン電極の側面が
酸化されるという形になって現れる。
膜化やカバレッジ不良などに起因して生じ得る、ゲート電極と、ソース電極またはドレイ
ン電極のショートを防止することが可能である。
半導体装置を実現することができる。
の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および
詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下
に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置の構成および作製方法につい
て、図1乃至図4を参照して説明する。
図1は、半導体装置の構成の一例を示す断面図である。図1(A)に示される半導体装置
は、下部に酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタ160を有し、上部に酸化物半
導体を用いたトランジスタ162を有するものである。また、トランジスタ160および
トランジスタ162は、いずれもn型トランジスタとして説明するが、p型トランジスタ
を採用しても良い。特に、トランジスタ160は、p型とすることが容易である。また、
図1(B)は、トランジスタ162と下部の電極(または配線)との接続関係が図1(A
)とは異なる場合の一例である。以下では、主として図1(A)の構成に関して説明する
。なお、図1(A)においては、下部に設けられるトランジスタ160の断面図をA1−
A2に示し、上部に設けられるトランジスタ162の断面図をB1−B2に示し、図1(
B)においては、下部に設けられるトランジスタ160の断面図をA1−A2に示し、上
部に設けられるトランジスタ162の断面図をC1−C2に示す。
6と、チャネル形成領域116を挟むように設けられた不純物領域114および高濃度不
純物領域120(これらをあわせて単に不純物領域とも呼ぶ)と、チャネル形成領域11
6上に設けられたゲート絶縁層108aと、ゲート絶縁層108a上に設けられたゲート
電極110aと、不純物領域114と電気的に接続するソース電極またはドレイン電極1
30a、および、ソース電極またはドレイン電極130bを有する(図1(A)参照)。
また、基板100の、平面で見てサイドウォール絶縁層118と重ならない領域には、高
濃度不純物領域120を有し、高濃度不純物領域120と接する金属化合物領域124を
有する。また、基板100上にはトランジスタ160を囲むように素子分離絶縁層106
が設けられており、トランジスタ160を覆うように、層間絶縁層126および層間絶縁
層128が設けられている。ソース電極またはドレイン電極130a、ソース電極または
ドレイン電極130bは、層間絶縁層126および層間絶縁層128に形成された開口を
通じて、金属化合物領域124と電気的に接続されている。つまり、ソース電極またはド
レイン電極130a、ソース電極またはドレイン電極130bは、金属化合物領域124
を介して高濃度不純物領域120および不純物領域114と電気的に接続されている。
導体層140上に設けられ、酸化物半導体層140と電気的に接続されているソース電極
またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bと、酸化物半導体
層140、ソース電極またはドレイン電極142a、およびソース電極またはドレイン電
極142bを覆うように設けられたゲート絶縁層146と、ゲート絶縁層146上の、酸
化物半導体層140と重畳する領域に設けられたゲート電極148と、を有する(図1(
A)参照)。
142bは、それぞれ、その側面が酸化された酸化領域143を有する。当該酸化領域1
43を有することにより、ゲート絶縁層の薄膜化やカバレッジ不良などに起因して生じ得
る、ゲート電極と、ソース電極またはドレイン電極のショートを防止することが可能であ
る。
ている。ここで、ゲート絶縁層146、層間絶縁層150、および層間絶縁層152には
、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bにま
で達する開口が設けられており、当該開口を通じて、電極154d、電極154eが、そ
れぞれ、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142
bに接して形成されている。また、電極154d、電極154eと同様に、ゲート絶縁層
146、層間絶縁層150、および層間絶縁層152に設けられた開口を通じて、電極1
36a、電極136b、電極136cに接する電極154a、電極154b、電極154
cが形成されている。
ことにより高純度化されたものであることが望ましい。具体的には、酸化物半導体層14
0の水素濃度は5×1019/cm3以下、望ましくは5×1018/cm3以下、より
望ましくは5×1017/cm3以下とする。なお、水素濃度が十分に低減され、酸素が
供給されることにより高純度化された酸化物半導体層140では、一般的なシリコンウェ
ハ(リンやボロンなどの不純物元素が微量に添加されたシリコンウェハ)におけるキャリ
ア濃度(1×1014/cm3程度)と比較して、十分に小さいキャリア濃度の値(例え
ば、1×1012/cm3未満、望ましくは、1×1011/cm3以下)をとる。この
ように、i型化または実質的にi型化された酸化物半導体を用いることで、極めて優れた
オフ電流特性のトランジスタ162を得ることができる。例えば、ドレイン電圧Vdが+
1Vまたは+10Vの場合であって、ゲート電圧Vgが−5Vから−20Vの範囲では、
オフ電流は1×10−13A以下である。このように、水素濃度が十分に低減されて高純
度化された酸化物半導体層140を適用し、トランジスタ162のオフ電流を低減するこ
とにより、新たな構成の半導体装置を実現することができる。なお、上述の酸化物半導体
層140中の水素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Io
n Mass Spectroscopy)で測定したものである。
い。例えば、非晶質構造、微結晶(マイクロクリスタル、ナノクリスタルなど)構造、多
結晶構造、非晶質中に微結晶や多結晶が含まれる構造、非晶質構造の表面に微結晶や多結
晶が形成される構造など、各種構造を適用することができる。
込まれるように、電極158a、電極158b、電極158c、電極158dが設けられ
ている。ここで、電極158aは電極154aと接しており、電極158bは電極154
bと接しており、電極158cは電極154cおよび電極154dと接しており、電極1
58dは電極154eと接している。
、電極136c、電極154c、電極158c、電極154dを介して、他の要素(酸化
物半導体以外の材料を用いたトランジスタなど)と電気的に接続されている(図1(A)
参照)。さらに、トランジスタ162のソース電極またはドレイン電極142bは、電極
154e、電極158dを介して、他の要素に電気的に接続されている。なお、接続に係
る電極(電極130c、電極136c、電極154c、電極158c、電極154d等)
の構成は、上記に限定されず、適宜追加、省略等が可能である。
(A)とは異なる接続関係を有する場合を示す。具体的には、ソース電極またはドレイン
電極142aは、電極130c、電極136c、電極154c、電極158c、電極15
4dを介して、電極110bと電気的に接続されている。ここで、電極110bは、ゲー
ト電極110aと同様にして形成されたものである。電極110bは、トランジスタの構
成要素であっても良いし、配線等の一部であっても良い。なお、接続に係る電極(電極1
30c、電極136c、電極154c、電極158c、電極154d等)の構成は、上記
に限定されず、適宜追加、省略等が可能である。
限定されない。例えば、図1(A)に示す構成と、図1(B)に示す構成とを併せて含ん
でいても良い。また、トランジスタ160のゲート電極110aと、トランジスタ162
のソース電極またはドレイン電極142aとが電気的に接続されていても良い。
次に、上記半導体装置の作製方法の一例について説明する。以下では、はじめにトランジ
スタ160の作製方法について図2を参照して説明し、その後、トランジスタ162の作
製方法について図3または図4を参照して説明する。なお、図2では、図1(A)におけ
るA1−A2に相当する断面のみを示す。また、図3または図4では、図1(A)におけ
るA1−A2およびB1−B2に相当する断面を示す。
まず、半導体材料を含む基板100を用意する(図2(A)参照)。半導体材料を含む基
板100としては、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板
、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、SOI基板などを適用することができ
る。ここでは、半導体材料を含む基板100として、単結晶シリコン基板を用いる場合の
一例について示すものとする。なお、一般に「SOI基板」は、絶縁表面上にシリコン半
導体層が設けられた構成の基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン
以外の材料からなる半導体層が設けられた構成の基板をも含む概念として用いる。つまり
、「SOI基板」が有する半導体層は、シリコン半導体層に限定されない。また、SOI
基板には、ガラス基板などの絶縁基板上に半導体層が設けられた構成のものが含まれるも
のとする。
る(図2(A)参照)。保護層102としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコン、
窒化酸化シリコンなどを材料とする絶縁層を用いることができる。なお、この工程の前後
において、トランジスタのしきい値電圧を制御するために、n型の導電性を付与する不純
物元素やp型の導電性を付与する不純物元素を基板100に添加してもよい。半導体がシ
リコンの場合、n型の導電性を付与する不純物としては、例えば、リンや砒素などを用い
ることができる。また、p型の導電性を付与する不純物としては、例えば、硼素、アルミ
ニウム、ガリウムなどを用いることができる。
ない領域(露出している領域)の基板100の一部を除去する。これにより分離された半
導体領域104が形成される(図2(B)参照)。当該エッチングには、ドライエッチン
グを用いるのが好適であるが、ウェットエッチングを用いても良い。エッチングガスやエ
ッチング液は、被エッチング材料に応じて適宜選択することができる。
の絶縁層を選択的に除去することで、素子分離絶縁層106を形成する(図2(B)参照
)。当該絶縁層は、酸化シリコンや窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを用いて成膜さ
れる。絶縁層の除去方法としては、CMPなどの研磨処理やエッチング処理などがあるが
、そのいずれを用いても良い。なお、半導体領域104の形成後、または、素子分離絶縁
層106の形成後には、上記保護層102を除去する。
る。
られる酸化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニ
ウム、酸化タンタル等を含む膜の単層構造または積層構造とすると良い。他に、高密度プ
ラズマ処理や熱酸化処理によって、半導体領域104の表面を酸化、窒化することにより
、上記絶縁層を成膜してもよい。高密度プラズマ処理は、例えば、He、Ar、Kr、X
eなどの希ガス、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などのガスを複数混合して用
いることができる。また、絶縁層の厚さは特に限定されないが、例えば、1nm以上10
0nm以下とすることができる。
を用いて成膜することができる。また、導電性を付与する不純物元素を含む多結晶シリコ
ンなどの半導体材料を用いて、導電材料を含む層を成膜しても良い。成膜方法も特に限定
されず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用
いることができる。なお、本実施の形態では、導電材料を含む層を、金属材料を用いて成
膜する場合の一例について示すものとする。
08a、ゲート電極110aを形成する(図2(C)参照)。
半導体領域104にリン(P)やヒ素(As)などを添加して、浅い接合深さの不純物領
域114を形成する(図2(C)参照)。なお、ここではn型トランジスタを形成するた
めにリンやヒ素を添加しているが、p型トランジスタを形成する場合には、硼素(B)や
アルミニウム(Al)などの不純物元素を添加すればよい。なお、不純物領域114の形
成により、半導体領域104のゲート絶縁層108a下部には、チャネル形成領域116
が形成される(図2(C)参照)。ここで、添加する不純物の濃度は適宜設定することが
できるが、半導体素子が高度に微細化される場合には、その濃度を高くすることが望まし
い。また、ここでは、絶縁層112を形成した後に不純物領域114を形成する工程を採
用しているが、不純物領域114を形成した後に絶縁層112を成膜する工程としても良
い。
層118は、絶縁層112を覆うように絶縁層を成膜した後に、当該絶縁層に異方性の高
いエッチング処理を適用することで、自己整合的に形成することができる。また、この際
に、絶縁層112を部分的にエッチングして、ゲート電極110aの上面と、不純物領域
114の上面を露出させると良い。
うに、絶縁層を成膜する。そして、不純物領域114と接する領域に、リン(P)やヒ素
(As)などを添加して、高濃度不純物領域120を形成する(図2(E)参照)。その
後、上記絶縁層を除去し、ゲート電極110a、サイドウォール絶縁層118、高濃度不
純物領域120等を覆うように金属層122を成膜する(図2(E)参照)。当該金属層
122は、真空蒸着法やスパッタリング法、スピンコート法などの各種成膜方法を用いて
成膜することができる。金属層122は、半導体領域104を構成する半導体材料と反応
して低抵抗な金属化合物となる金属材料を用いて成膜することが望ましい。このような金
属材料としては、例えば、チタン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト、白金
等がある。
濃度不純物領域120に接する金属化合物領域124が形成される(図2(F)参照)。
なお、ゲート電極110aとして多結晶シリコンなどを用いる場合には、ゲート電極11
0aの金属層122と接触する部分にも、金属化合物領域が形成されることになる。
る。もちろん、その他の熱処理方法を用いても良いが、金属化合物の形成に係る化学反応
の制御性を向上させるためには、ごく短時間の熱処理が実現できる方法を用いることが望
ましい。なお、上記の金属化合物領域は、金属材料と半導体材料との反応により形成され
るものであり、十分に導電性が高められた領域である。当該金属化合物領域を形成するこ
とで、電気抵抗を十分に低減し、素子特性を向上させることができる。なお、金属化合物
領域124を形成した後には、金属層122は除去する。
128を成膜する(図2(G)参照)。層間絶縁層126や層間絶縁層128は、酸化シ
リコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタル等の無機絶縁材料を含む材料を用いて成膜することができる。また、ポリイミド、
アクリル等の有機絶縁材料を用いて成膜することも可能である。なお、ここでは、層間絶
縁層126と層間絶縁層128の二層構造としているが、層間絶縁層の構成はこれに限定
されない。層間絶縁層128の成膜後には、その表面を、CMPやエッチング処理などに
よって平坦化しておくことが望ましい。
に、ソース電極またはドレイン電極130a、ソース電極またはドレイン電極130bを
形成する(図2(H)参照)。ソース電極またはドレイン電極130aやソース電極また
はドレイン電極130bは、例えば、開口を含む領域にPVD法やCVD法などを用いて
導電層を成膜した後、エッチング処理やCMPといった方法を用いて、上記導電層の一部
を除去することにより形成することができる。
またはドレイン電極130bを形成する際には、その表面が平坦になるように加工するこ
とが望ましい。例えば、開口を含む領域にチタン膜や窒化チタン膜を薄く成膜した後に、
開口に埋め込むようにタングステン膜を成膜する場合には、その後のCMPによって、不
要なタングステン、チタン、窒化チタンなどを除去すると共に、その表面の平坦性を向上
させることができる。このように、ソース電極またはドレイン電極130a、ソース電極
またはドレイン電極130bを含む表面を平坦化することにより、後の工程において、良
好な電極、配線、絶縁層、半導体層などを形成することが可能となる。
用いることができる材料について特に限定はなく、各種導電材料を用いることができる。
例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネ
オジム、スカンジウムなどの導電性材料を用いることができる。また、ここでは、金属化
合物領域124と接触するソース電極またはドレイン電極130aやソース電極またはド
レイン電極130bのみを示しているが、この工程において、図1における電極130c
などをあわせて形成することができる。
により窒化チタン膜を薄く成膜した後に、開口に埋め込むようにタングステン膜を成膜す
る方法を適用することができる。ここで、PVD法により成膜されるチタン膜は、金属化
合物領域の表面に形成されうる酸化膜を還元し、金属化合物領域との接触抵抗を低減させ
る機能を有する。また、その後に成膜される窒化チタン膜は、導電性材料の拡散を抑制す
るバリア機能を備える。また、チタンや窒化チタンなどによるバリア膜を成膜した後に、
メッキ法により銅膜を成膜してもよい。なお、いわゆるシングルダマシン法に限らず、デ
ュアルダマシン法を適用してもよい。
お、上記工程の後には、さらに電極や配線、絶縁層などを形成しても良い。配線の構造と
して、層間絶縁層および導電層の積層構造でなる多層配線構造を採用することにより、高
度に集積化した半導体装置を提供することができる。
次に、図3または図4を用いて、層間絶縁層128上にトランジスタ162を作製する工
程について説明する。なお、図3または図4は、層間絶縁層128上の各種電極や、トラ
ンジスタ162などの作製工程を示すものであるから、トランジスタ162の下部に存在
するトランジスタ160等については省略している。
レイン電極130b、および電極130c上に絶縁層134を成膜する。そして、絶縁層
134に対し、ソース電極またはドレイン電極130a、ソース電極またはドレイン電極
130b、および、電極130cにまで達する開口を形成する。そして、当該開口に埋め
込むように導電層を成膜する。その後、エッチング処理やCMPといった方法を用いて上
記導電層の一部を除去し、絶縁層134を露出させて、電極136a、電極136b、電
極136cを形成する(図3(A)参照)。
コン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タン
タル等の無機絶縁材料を含む材料を用いて成膜することができる。
当該マスクは、フォトマスクを用いた露光などの方法によって形成することが可能である
。エッチングとしてはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良いが
、微細加工の観点からは、ドライエッチングを用いることが好適である。
いることができる材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン
、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの導電性材料や、これらの合金、化合
物(例えば窒化物)などが挙げられる。
D法により窒化チタン膜を薄く成膜した後に、開口に埋め込むようにタングステン膜を成
膜する方法を適用することができる。ここで、PVD法により成膜されるチタン膜は、下
部電極(ここではソース電極またはドレイン電極130a、ソース電極またはドレイン電
極130b、電極130cなど)の表面に形成されうる酸化膜を還元し、下部電極との接
触抵抗を低減させる機能を有する。また、その後に成膜される窒化チタン膜は、導電性材
料の拡散を抑制するバリア機能を備える。また、チタンや窒化チタンなどによるバリア膜
を成膜した後に、メッキ法により銅膜を形成してもよい。なお、いわゆるシングルダマシ
ン法に限らず、デュアルダマシン法などを適用してもよい。
、表面が平坦になるように加工することが望ましい。このように、絶縁層134、電極1
36a、電極136b、電極136cの表面を平坦化することにより、後の工程において
、良好な電極、配線、絶縁層、半導体層などを形成することが可能となる。
138を成膜する。そして、絶縁層138上に酸化物半導体層を成膜し、マスクを用いた
エッチングなどの方法によって該酸化物半導体層を加工して、島状の酸化物半導体層14
0を形成する(図3(B)参照)。
成膜することができる。また、絶縁層138は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒
化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどを含むように成膜す
るのが好適である。なお、絶縁層138は、単層構造としても良いし、積層構造としても
良い。絶縁層138の厚さは特に限定されないが、例えば、10nm以上500nm以下
とすることができる。ここで、絶縁層138は必須の構成要素ではないから、絶縁層13
8を設けない構成とすることも可能である。
素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜きなどが生じ、トランジスタの特性が悪化する
おそれがある。よって、絶縁層138は、できるだけ水素や水を含まないように形成する
ことが望ましい。
絶縁層138を成膜することが望ましい。また、処理室内の残留水分を除去するためには
、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプなどの、吸着型の真空
ポンプを用いることが望ましい。ターボポンプにコールドトラップを加えたものを用いて
もよい。クライオポンプなどを用いて排気した処理室は、水素や水などが十分に除去され
ているため、絶縁層138に含まれる不純物の濃度を低減することができる。
しくは、ppb)で表現される値程度にまで低減された高純度ガスを用いることが望まし
い。
三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O、In−Sn−Zn−O、In−Al−Z
n−O、Sn−Ga−Zn−O、Al−Ga−Zn−O、Sn−Al−Zn−Oや、二元
系金属酸化物であるIn−Zn−O、Sn−Zn−O、Al−Zn−O、Zn−Mg−O
、Sn−Mg−O、In−Mg−Oや、In−O、Sn−O、Zn−Oなどを用いた酸化
物半導体層を適用することができる。また、上記酸化物半導体材料にSiO2を含ませて
も良い。
む薄膜を用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた
一または複数の金属元素を示す。例えば、Mとしては、Ga、GaおよびAl、Gaおよ
びMn、GaおよびCoなどを適用することができる。なお、InMO3(ZnO)m(
m>0)で表記される材料のうち、MとしてGaを含むものを、In−Ga−Zn−O酸
化物半導体と呼び、その薄膜をIn−Ga−Zn−O酸化物半導体膜(In−Ga−Zn
−O非晶質膜)などと呼ぶ場合がある。
ターゲットを用いて、非晶質の酸化物半導体層をスパッタリング法により成膜することと
する。なお、非晶質の酸化物半導体層中にシリコンを添加することで、その結晶化を抑制
することができるから、例えば、SiO2を2重量%以上10重量%以下含むターゲット
を用いて酸化物半導体層を成膜しても良い。
亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、In、Ga、
およびZnを含む酸化物半導体成膜用ターゲット(組成比として、In2O3:Ga2O
3:ZnO=1:1:1[mol比]、または、In:Ga:Zn=1:1:0.5[a
tom比])などを用いることもできる。また、In、Ga、およびZnを含む酸化物半
導体成膜用ターゲットとして、In:Ga:Zn=1:1:1[atom比]、またはI
n:Ga:Zn=1:1:2[atom比]の組成比を有するターゲットなどを用いても
良い。酸化物半導体成膜用ターゲットの充填率は90%以上100%以下、好ましくは9
5%以上(例えば99.9%)である。充填率の高い酸化物半導体成膜用ターゲットを用
いることにより、緻密な酸化物半導体層が成膜される。
たは、希ガス(代表的にはアルゴン)と酸素との混合雰囲気とするのが好適である。具体
的には、例えば、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物濃度が、単位ppm(望まし
くは、ppb)で表現される値程度にまで除去された高純度ガス雰囲気を用いるのが好適
である。
度を100℃以上600℃以下好ましくは200℃以上400℃以下に熱する。そして、
処理室内の残留水分を除去しつつ水素および水が除去されたスパッタガスを導入し、金属
酸化物をターゲットとして酸化物半導体層を成膜する。基板を熱しながら酸化物半導体層
を成膜することにより、酸化物半導体層に含まれる不純物濃度を低減することができる。
また、スパッタリングによる損傷が軽減される。処理室内の残留水分を除去するためには
、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ
、チタンサブリメーションポンプなどを用いることができる。また、ターボポンプにコー
ルドトラップを加えたものを用いてもよい。クライオポンプを用いて排気した処理室は、
水素や水などが除去されており、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減できる。
圧力が0.6Pa、直流(DC)電力が0.5kW、雰囲気が酸素(酸素流量比率100
%)雰囲気、といった条件を適用することができる。なお、パルス直流(DC)電源を用
いると、成膜時に発生する粉状物質(パーティクル、ゴミともいう)が軽減でき、膜厚分
布も均一となるため好ましい。酸化物半導体層の厚さは、2nm以上200nm以下、好
ましくは5nm以上30nm以下とする。ただし、適用する酸化物半導体材料や用途など
により、適切な厚さは異なるから、その厚さは、用いる材料や用途などに応じて選択すれ
ばよい。
てプラズマを発生させる逆スパッタを行い、絶縁層138の表面の付着物を除去するのが
好適である。ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタにおいては、スパッタターゲット
にイオンを衝突させるところを、逆に、処理表面にイオンを衝突させることによってその
表面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突させる方法としては、アルゴ
ン雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、基板付近にプラズマを生成する方法な
どがある。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などによる雰囲気を適用
してもよい。
いても良い。もちろん、その両方を組み合わせて用いることもできる。酸化物半導体層を
所望の形状にエッチングできるよう、材料に合わせてエッチング条件(エッチングガスや
エッチング液、エッチング時間、温度等)は適宜設定する。
ng)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結
合型プラズマ)エッチング法などを用いることができる。この場合にも、エッチング条件
(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極
温度等)は適宜設定する必要がある。
塩素系ガス、例えば塩素(Cl2)、塩化硼素(BCl3)、四塩化珪素(SiCl4)
、四塩化炭素(CCl4)など)、フッ素を含むガス(フッ素系ガス、例えば四弗化炭素
(CF4)、弗化硫黄(SF6)、弗化窒素(NF3)、トリフルオロメタン(CHF3
)など)、臭化水素(HBr)、酸素(O2)などがある。また、塩素を含むガス、フッ
素を含むガス、臭化水素、酸素に、ヘリウム(He)やアルゴン(Ar)などの希ガスを
添加したガス、などを用いても良い。
ぜた溶液、アンモニア過水(31重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5
:2:2)などがある。また、ITO07N(関東化学社製)などのエッチング液を用い
てもよい。
って酸化物半導体層中の水(水酸基を含む)や水素などを除去することができる。第1の
熱処理の温度は、300℃以上800℃以下、好ましくは400℃以上700℃以下とす
る。例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層140に対
して窒素雰囲気下450℃において1時間の熱処理を行う。この間、酸化物半導体層14
0は大気に触れさせず、水や水素の混入が行われないようにする。
によって、被処理物を加熱する装置であっても良い。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal
)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ
、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラン
プなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。
GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。気体としては、アルゴン
などの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が
用いられる。
気中に基板を投入し、数分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から基板を取り出すGRT
A処理を行ってもよい。GRTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。ま
た、短時間の熱処理であるため、基板の耐熱温度を超える温度条件であっても適用が可能
となる。例えば、ガラス基板など、比較的耐熱性が低い基板を含むSOI基板を用いる場
合、耐熱温度(歪み点)を超える温度では基板のシュリンクが問題となるが、短時間の熱
処理の場合にはこれは問題とならない。なお、処理中に、不活性ガスを、酸素を含むガス
に切り替えても良い。酸素を含む雰囲気において第1の熱処理を行うことで、酸素欠損に
起因する欠陥を低減することができるためである。
)を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ま
しい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの
純度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上(
すなわち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。
が結晶化し、微結晶または多結晶を形成する場合もある。例えば、結晶化率が90%以上
、または80%以上の微結晶の酸化物半導体層を形成する場合もある。また、第1の熱処
理の条件、または酸化物半導体層を構成する材料によっては、結晶成分を含まない非晶質
の酸化物半導体層を形成する場合もある。
上20nm以下(代表的には2nm以上4nm以下))が混在する酸化物半導体層となる
場合もある。このように、非晶質中に微結晶を混在させ、配列させることで、酸化物半導
体層の電気的特性を変化させることも可能である。
層を成膜する場合には、電気的異方性を有するIn2Ga2ZnO7の結晶粒が配向した
微結晶領域を形成することで、酸化物半導体層の電気的特性を変化させることができる。
上記微結晶領域は、例えば、In2Ga2ZnO7結晶のc軸が酸化物半導体層の表面に
垂直な方向をとるように配向した領域とするのが好適である。このように結晶粒を配向さ
せた領域を形成することで、酸化物半導体層の表面に平行な方向の導電性を向上させ、酸
化物半導体層の表面に垂直な方向の絶縁性を向上させることができる。また、このような
微結晶領域は、酸化物半導体層中への水や水素などの不純物の侵入を抑制する機能を有す
る。
の表面加熱によって形成することができる。また、Znの含有量がInまたはGaの含有
量より小さいスパッタターゲットを用いることで、より好適に成膜することが可能である
。
前の酸化物半導体層に行うこともできる。その場合には、第1の熱処理後に、加熱装置か
ら基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行うことになる。
水化処理、脱水素化処理は、酸化物半導体層の形成後で、酸化物半導体層140上にソー
ス電極またはドレイン電極を積層させた後、ソース電極またはドレイン電極上にゲート絶
縁層を形成した後、などのタイミングにおいて行うことが可能である。また、このような
脱水化処理、脱水素化処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
に絶縁層144を成膜する(図3(C)参照)。なお、絶縁層144は必須の構成要素で
はないが、後に形成されるソース電極またはドレイン電極の側面を選択的に酸化させるた
めには有効である。
CVD法を用いて成膜することができる。また、導電層142は、アルミニウム、クロム
、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンからから選ばれた元素や、上述した
元素を成分とする合金等を用いて成膜することができる。マンガン、マグネシウム、ジル
コニウム、ベリリウム、トリウムのいずれか一または複数を含む材料を用いてもよい。ま
た、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム
、スカンジウムから選ばれた元素を一または複数含有させた材料を用いてもよい。
物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)
、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する場合がある)
、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、または、これらの金属酸化物材
料にシリコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。
、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜が積層された
2層構造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された3層構造などが挙げられ
る。ここでは、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜の3層構造を適用することとする。
。酸化物導電層と導電層142は、連続して成膜すること(連続成膜)が可能である。こ
のような酸化物導電層を設けることで、ソース領域またはドレイン領域の低抵抗化を図る
ことができるため、トランジスタの高速動作が実現される。
絶縁層144は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム
、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどを含むように成膜するのが好適である。なお、絶縁
層144は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。絶縁層144の厚さは特
に限定されないが、例えば、10nm以上500nm以下とすることができる。
レイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142b、絶縁層144a、絶縁層
144bを形成する。そして、酸化物半導体層140に酸素を供給すべく酸化処理を行う
。当該酸化処理によって、ソース電極またはドレイン電極142a、および、ソース電極
またはドレイン電極142bの一部には酸化領域143が形成される(図3(D)参照)
。また、点線で示すように、酸化物半導体層140中には酸素が供給された領域が形成さ
れる。なお、上記酸素が供給された領域の範囲は、酸化物半導体層140を構成する材料
や、酸化処理の条件などによって様々に変化する。例えば、酸化物半導体層140の下部
界面にまで酸素を供給することも可能である。
を用いるのが好適である。特に、チャネル長(L)が25nm未満の露光を行う場合には
、数nm以上数10nm以下と極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultra
violet)を用いてマスク形成の露光を行うのが好適である。超紫外線による露光は
、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長(
L)を10nm以上1000nm以下とすることも可能である。このような方法でチャネ
ル長を小さくすることにより、動作速度を向上させることができる。また、上記酸化物半
導体を用いたトランジスタはオフ電流が僅かであるため、トランジスタの微細化による消
費電力の増大を抑制できる。
ぞれの材料およびエッチング条件を適宜調節する。なお、材料およびエッチング条件によ
っては、当該工程において、酸化物半導体層140の一部がエッチングされ、溝部(凹部
)を有する酸化物半導体層となることもある。
マスクである多階調マスクによってレジストマスクを形成し、これを用いてエッチング工
程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは、複数の厚みを有す
る形状(階段状)となり、アッシングによりさらに形状を変形させることができるため、
複数のエッチング工程に用いることができる。つまり、一枚の多階調マスクによって、少
なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる
。よって、露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減
できるため、工程の簡略化が図れる。
プラズマを用いた酸化処理(プラズマ酸化処理)とするのが好適である。マイクロ波によ
ってプラズマを励起することで、高密度プラズマが実現され、酸化物半導体層140への
ダメージを十分に低減することができるからである。
45GHz)、圧力を50Pa以上5000Pa以下(代表的には500Pa)、基板温
度を200℃以上400℃以下(代表的には300℃)とし、酸素とアルゴンとの混合ガ
スを用いて上記処理を行うことができる。
物半導体層140へのダメージを十分に低減しつつ、酸素欠損に起因する局在準位を減少
させることができる。つまり、酸化物半導体層140の特性を一層向上させることができ
る。
酸素を供給することができる方法であれば、マイクロ波を用いたプラズマ酸化処理に限定
する必要は無い。例えば、酸素を含む雰囲気における熱処理などの方法を用いることもで
きる。
行ってもよい。例えば、窒素やアルゴンなどのガスを用いたプラズマ処理を行うことがで
きる。
電極またはドレイン電極142bの一部(特に、その側面に相当する部分)には酸化領域
143が形成されることになる。この酸化領域143は、トランジスタ162が微細化さ
れている場合(例えば、チャネル長が1000nm未満である場合)には、特に有効であ
る。トランジスタの微細化に伴い、ゲート絶縁層に対してはその厚みを小さくすることが
要求されるが、酸化領域143を有することで、ゲート絶縁層の薄膜化やカバレッジ不良
などに起因して生じ得る、ゲート電極と、ソース電極またはドレイン電極のショートを防
止できるためである。なお、当該酸化領域143は、5nm以上(好ましくは10nm以
上)の厚みを有していれば、十分に効果的である。
bの上部の酸化を防止する役割を有する点で、絶縁層144aおよび絶縁層144bは重
要である。エッチングの際に用いたマスクを残存させたまま、上記プラズマ処理をするに
は大きな困難が伴うからである。
ース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142b、絶縁層
144a、絶縁層144bを一度に形成する場合を例示しているが、開示する発明の一態
様はこれに限定されない。
選択的にエッチングしてトランジスタのチャネル形成領域にまで達する開口を形成した後
に、当該領域に対して上記プラズマ処理を行って、酸化物半導体層140に酸素を供給し
、また、導電層142の露出した部分を酸化し、その後、再度のエッチングによって、ソ
ース電極またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142b、絶縁層
144a、絶縁層144bを完成させても良い。このような工程を採用する場合には、目
的とする部分にのみ酸化処理を適用することができるため、他の部分に対して、酸化処理
に起因する悪影響を与えずに済むというメリットがある。
46を成膜する(図3(E)参照)。ゲート絶縁層146は、CVD法やスパッタリング
法等を用いて成膜することができる。また、ゲート絶縁層146は、酸化珪素、窒化珪素
、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなど
を含むように成膜するのが好適である。なお、ゲート絶縁層146は、単層構造としても
良いし、積層構造としても良い。ゲート絶縁層146の厚さは特に限定されないが、例え
ば、10nm以上500nm以下とすることができる。
(高純度化された酸化物半導体)は、界面準位や界面電荷に対して極めて敏感であるため
、ゲート絶縁層146には、高い品質が要求されることになる。
密で絶縁耐圧の高い高品質なゲート絶縁層146を成膜できる点で好適である。高純度化
された酸化物半導体層と高品質なゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減
して界面特性を良好なものとすることができるからである。
ング法やプラズマCVD法など他の方法を適用することも可能である。また、成膜後の熱
処理によって、膜質や界面特性などが改質される絶縁層を適用しても良い。いずれにして
も、ゲート絶縁層146としての膜質が良好であると共に、酸化物半導体層との界面準位
密度を低減し、良好な界面を形成できるものを設ければよい。
に水素や水などを排除することで、ゲートバイアス・熱ストレス試験(BT試験:例えば
、85℃、2×106V/cm、12時間など)に対してしきい値電圧(Vth)が変動
しない、安定なトランジスタを得ることが可能である。
は、200℃以上400℃以下、望ましくは250℃以上350℃以下である。例えば、
窒素雰囲気下で250℃、1時間の熱処理を行えばよい。第2の熱処理を行うと、トラン
ジスタの電気的特性のばらつきを軽減することができる。なお、本実施の形態では、ゲー
ト絶縁層146の成膜後に第2の熱処理を行っているが、第2の熱処理のタイミングは、
第1の熱処理の後であれば特に限定されない。
を形成する(図4(A)参照)。ゲート電極148は、ゲート絶縁層146上に導電層を
成膜した後に、当該導電層を選択的にパターニングすることによって形成することができ
る。
VD法を用いて成膜することができる。また、導電層は、アルミニウム、クロム、銅、タ
ンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた元素や、上述した元素を成分と
する合金等を用いて成膜することができる。マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベ
リリウム、トリウムのいずれか一または複数を含む材料を用いてもよい。また、アルミニ
ウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウ
ムから選ばれた元素を一または複数含有させた材料を用いてもよい。
ては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化
インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する場合がある)、酸化
インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、または、これらの金属酸化物材料にシ
リコン若しくは酸化シリコンを含有させたものを用いることができる。
コンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜が積層された2層構
造、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜とが積層された3層構造などが挙げられる。こ
こでは、チタンを含む材料を用いて導電層を成膜し、ゲート電極148に加工する。
縁層152を成膜する(図4(B)参照)。層間絶縁層150および層間絶縁層152は
、PVD法やCVD法などを用いて成膜することができる。また、酸化シリコン、窒化酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル等の無機
絶縁材料を含む材料を用いて成膜することができる。なお、本実施の形態では、層間絶縁
層150と層間絶縁層152の積層構造としているが、開示する発明の一態様はこれに限
定されない。1層としても良いし、3層以上の積層構造としても良い。
表面が平坦になるように層間絶縁層152を成膜することで、層間絶縁層152上に、電
極や配線などを好適に形成することができるためである。
a、電極136b、電極136c、ソース電極またはドレイン電極142a、ソース電極
またはドレイン電極142bにまで達する開口を形成し、当該開口に埋め込むように導電
層を成膜する。そして、エッチングやCMPといった方法を用いて上記導電層の一部を除
去し、層間絶縁層152を露出させて、電極154a、電極154b、電極154c、電
極154d、電極154eを形成する(図4(C)参照)。
、フォトマスクを用いた露光などの方法によって形成することが可能である。エッチング
としてはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良いが、微細加工の
観点からは、ドライエッチングを用いることが好適である。
いることができる材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン
、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウムなどの導電性材料や、これらの合金、化合
物(例えば窒化物)などが挙げられる。
により窒化チタン膜を薄く成膜した後に、開口に埋め込むようにタングステン膜を成膜す
る方法を適用することができる。ここで、PVD法により成膜されるチタン膜は、下部電
極(ここでは、電極136a、電極136b、電極136c、ソース電極またはドレイン
電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bなど)の表面に形成されうる酸化
膜を還元し、下部電極との接触抵抗を低減させる機能を有する。また、その後に形成され
る窒化チタンは、導電性材料の拡散を抑制するバリア機能を備える。また、チタンや窒化
チタンなどによるバリア膜を成膜した後に、メッキ法により銅膜を成膜してもよい。なお
、いわゆるシングルダマシン法に限らず、デュアルダマシン法を適用してもよい。
極154b、電極154c、電極154d、電極154eの表面などが平坦になるように
加工することが望ましい。このように、表面を平坦化することで、後の工程において、良
好な電極、配線などを形成することが可能となる。
電極154c、電極154d、電極154eにまで達する開口を形成し、当該開口に埋め
込むように導電層を成膜した後、エッチングやCMPなどの方法を用いて導電層の一部を
除去し、絶縁層156を露出させて、電極158a、電極158b、電極158c、電極
158dを形成する(図4(D)参照)。当該工程は、電極154a等を形成する場合と
同様であるから、詳細は省略する。
度は5×1019/cm3以下となり、また、トランジスタ162のオフ電流は1×10
−13A以下となる。このように、水素濃度が十分に低減され、酸素が供給されることに
より高純度化された酸化物半導体層140を適用することで、優れた特性のトランジスタ
162を得ることができる。なお、水素濃度を低減した直後に、酸素の供給を行う場合に
は、酸化物半導体層に水素や水などが混入するおそれがないため、極めて良好な特性の酸
化物半導体層を実現することができるという点で好適である。もちろん、良好な特性の酸
化物半導体層を実現できるのであれば、水素濃度の低減処理と、酸素の供給処理は、連続
的に行われる必要はない。例えば、これらの処理の間に別の処理を含んでいても良い。ま
た、これらの処理を、同時に行っても良い。
40に酸素プラズマ処理を施している。このため、トランジスタ162の特性はさらに高
いものとなる。また、ソース電極またはドレイン電極の側面に相当する領域が酸化される
ことになるため、ゲート絶縁層の薄膜化に起因して生じるおそれのある、ゲート電極−ソ
ース電極(またはドレイン電極)間のショートを防止することができる。
半導体を用いたトランジスタ162を有するため、両者の特性を併せ持つ優れた半導体装
置を作製することができる。
位そのものを十分に減らすという思想を含まない。開示する発明の一態様では、局在準位
の原因になり得る水や水素を酸化物半導体中より除去することで、高純度化した酸化物半
導体を作製する。これは、局在準位そのものを十分に減らすという思想に立脚するもので
ある。そして、これによって極めて優れた工業製品の製造を可能とするものである。
ため、酸素欠乏により発生する金属の未結合手に対して酸素を供給し、酸素欠陥による局
在準位を減少させることにより、酸化物半導体をさらに高純度化(i型化)するのは好適
である。たとえば、チャネル形成領域に密接して酸素過剰の酸化膜を形成し、200℃以
上400℃以下、代表的には250℃程度の温度条件での熱処理を行うことで、当該酸化
膜から酸素を供給して、酸素欠陥による局在準位を減少させることが可能である。また、
第2の熱処理中に、不活性ガスを、酸素を含むガスに切り替えても良い。第2の熱処理に
続けて、酸素雰囲気、または水素や水を十分に除去した雰囲気における降温過程を経るこ
とで、酸化物半導体中に酸素を供給することも可能である。
2eV以下の浅い準位や、酸素欠損による深い準位、などに起因するものと考えられる。
これらの欠陥を無くすために、水素を徹底的に除去し、酸素を十分に供給するという技術
思想は正しいものであろう。
などの不純物を除去すると共に、酸化物半導体の構成元素である酸素を供給することでi
型化を実現する。この点が、シリコンなどのように不純物を添加してのi型化とは異なっ
ており、従来にない技術思想を含むものといえる。
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタの電導機構につき、図5乃至図8を用いて説
明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定しており、そのす
べてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあくまでも一考察に
過ぎず、発明の有効性に影響を与えるものではないことを付記する。
ト電極(GE1)上にゲート絶縁層(GI)を介して酸化物半導体層(OS)が設けられ
、その上にソース電極(S)およびドレイン電極(D)が設けられ、ソース電極(S)お
よびドレイン電極(D)を覆うように絶縁層が設けられている。
6中の黒丸(●)は電子を示し、白丸(○)は正孔を示し、それぞれは電荷(−q,+q
)を有している。ドレイン電極に正の電圧(VD>0)を印加した上で、破線はゲート電
極に電圧を印加しない場合(VG=0)、実線はゲート電極に正の電圧(VG>0)を印
加する場合を示す。ゲート電極に電圧を印加しない場合は高いポテンシャル障壁のために
電極から酸化物半導体側へキャリア(電子)が注入されず、電流を流さないオフ状態を示
す。一方、ゲートに正の電圧を印加するとポテンシャル障壁が低下し、電流を流すオン状
態を示す。
図7(A)は、ゲート電極(GE1)に正の電圧(VG>0)が与えられた状態であり、
ソース電極とドレイン電極との間にキャリア(電子)が流れるオン状態を示している。ま
た、図7(B)は、ゲート電極(GE1)に負の電圧(VG<0)が印加された状態であ
り、オフ状態(少数キャリアは流れない状態)である場合を示す。
示す。
従来の酸化物半導体はn型であり、そのフェルミ準位(EF)は、バンドギャップ中央に
位置する真性フェルミ準位(Ei)から離れて、伝導帯寄りに位置している。なお、酸化
物半導体において水素の一部はドナーとなりn型化する要因の一つであることが知られて
いる。
化物半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の元素(不純物元素)が極力含まれな
いように高純度化することにより真性(i型)とし、または真性とせんとしたものである
。すなわち、不純物元素を添加してi型化するのでなく、水素や水等の不純物を極力除去
することにより、高純度化されたi型(真性半導体)またはそれに近づけることを特徴と
している。これにより、フェルミ準位(EF)は真性フェルミ準位(Ei)と同程度とす
ることができる。
と言われている。ソース電極およびドレイン電極を構成するチタン(Ti)の仕事関数は
、酸化物半導体の電子親和力(χ)とほぼ等しい。この場合、金属−酸化物半導体界面に
おいて、電子に対してショットキー型の障壁は形成されない。
との界面付近(酸化物半導体のエネルギー的に安定な最低部)を移動する。
キャリアであるホールは実質的にゼロであるため、電流は限りなくゼロに近い値となる。
度化することにより、真性(i型)とし、または実質的に真性となるため、ゲート絶縁層
との界面特性が顕在化する。そのため、ゲート絶縁層には、酸化物半導体と良好な界面を
形成できるものが要求される。具体的には、例えば、VHF帯〜マイクロ波帯の電源周波
数で生成される高密度プラズマを用いたCVD法で作製される絶縁層や、スパッタリング
法で作製される絶縁層などを用いることが好ましい。
ることにより、例えば、トランジスタのチャネル幅(W)が1×104μm、チャネル長
(L)が3μmの場合には、10−13A以下のオフ電流、0.1V/dec.のサブス
レッショルドスイング値(S値)(ゲート絶縁層の厚さ:100nm)が実現され得る。
純度化することにより、トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
次に、酸化物半導体を用いたトランジスタのホットキャリア劣化耐性につき、図9乃至図
11を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定し
ており、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあく
までも一考察に過ぎないことを付記する。
とドレインアバランシェホットキャリア注入(DAHC注入)がある。なお、以下では簡
単のため、電子のみを考慮する。
になった電子が、ゲート絶縁層などに注入される現象をいう。電子へのエネルギーの授与
は、電子が低電界で加速される事で行われる。
ト絶縁層などに注入される現象を言う。DAHC注入とCHE注入との相違は、衝突イオ
ン化によるアバランシェ降伏を伴うか否かにある。なお、DAHC注入では、半導体のバ
ンドギャップ以上の運動エネルギーを持つ電子が必要となる。
エネルギーを示し、図10に、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体(IGZO)のバ
ンド構造から見積もった各種ホットキャリア注入に要するエネルギーを示す。また、図9
(A)および図10(A)はCHE注入を表し、図9(B)および図10(B)はDAH
C注入を表す。
ン中において衝突せずに加速されるキャリア(例えば電子)はごく僅かであるのに対して
、シリコンはバンドギャップが小さく、アバランシェ降伏が生じやすいことに起因してい
る。アバランシェ降伏によりゲート絶縁層の障壁を越えられる電子の数は増加し、CHE
注入の確率を容易に上回る。
の場合と大きく異ならず、やはりCHE注入の確率は低い。また、DAHC注入に必要な
エネルギーは、バンドギャップの広さからCHE注入に必要なエネルギーと同程度となる
。
はいずれも低く、シリコンと比較してホットキャリア劣化の耐性は高い。
注目される炭化シリコン(SiC)と同程度である。図11に、4H−SiCについての
各種ホットキャリア注入に必要なエネルギーを示す。また、図11(A)はCHE注入を
表し、図11(B)はDAHC注入を表す。CHE注入に関しては、In−Ga−Zn−
O系の酸化物半導体の方が若干そのしきいが高く、有利といえる。
への耐性やソース−ドレイン破壊への耐性が非常に高いということが分かる。また、炭化
シリコンと比較しても遜色のない耐圧が得られるといえる。
次に、酸化物半導体を用いたトランジスタにおける短チャネル効果に関し、図12及び図
13を用いて説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のため理想的な状況を仮定し
ており、そのすべてが現実の様子を反映しているとは限らない。また、以下の説明はあく
までも一考察に過ぎないことを付記する。
する電気特性の劣化をいう。短チャネル効果は、ドレインの効果がソースにまでおよぶこ
とに起因するものである。短チャネル効果の具体例としては、しきい値電圧の低下、S値
の増大、漏れ電流の増大などがある。
造に関して検証した。具体的には、キャリア濃度および酸化物半導体層の厚さを異ならせ
た4種類のモデルを用意して、チャネル長(L)としきい値電圧(Vth)の関係を確認
した。モデルとしては、ボトムゲート構造のトランジスタを採用し、酸化物半導体のキャ
リア濃度を1.7×10−8/cm3、または1.0×1015/cm3のいずれかとし
、酸化物半導体層の厚さを1μm、または30nmのいずれかとした。なお、酸化物半導
体としてIn−Ga−Zn−O系の酸化物半導体を、ゲート絶縁層として100nmの厚
さの酸化窒化珪素膜を採用した。酸化物半導体のバンドギャップを3.15eV、電子親
和力を4.3eV、比誘電率を15、電子移動度を10cm2/Vsと仮定した。酸化窒
化珪素膜の比誘電率を4.0と仮定した。計算にはシルバコ社製デバイスシミュレーショ
ンソフト「Atlas」を使用した。
m3の場合、図13は、キャリア濃度が1.0×1015/cm3の場合である。図12
および図13には、チャネル長(L)が10μmのトランジスタを基準とし、チャネル長
(L)を10μmから1μmまで変化させたときのしきい値電圧(Vth)の変化量(Δ
Vth)を示している。図12に示すとおり、酸化物半導体のキャリア濃度が1.7×1
0−8/cm3であり、酸化物半導体層の厚さが1μmの場合は、しきい値電圧の変化量
(ΔVth)はΔVth=−3.6Vであった。また、図12同図に示すとおり、酸化物
半導体のキャリア濃度が1.7×10−8/cm3であり、酸化物半導体層の厚さが30
nmの場合は、しきい値電圧の変化量(ΔVth)はΔVth=−0.2Vであった。ま
た、図13に示すとおり、酸化物半導体のキャリア濃度が1.0×1015/cm3であ
り、酸化物半導体層の厚さが1μmの場合は、しきい値電圧の変化量(ΔVth)はΔV
th=−3.6Vであった。また、図13同図に示すとおり、酸化物半導体のキャリア濃
度が1.0×1015/cm3であり、酸化物半導体層の厚さが30nmの場合は、しき
い値電圧の変化量(ΔVth)はΔVth=−0.2Vであった。当該結果は、酸化物半
導体を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体層の厚さを薄くすることで、短チャネ
ル効果を抑制できることを示すものといえる。例えば、チャネル長が1μm程度の場合、
キャリア濃度が十分に大きい酸化物半導体層であっても、その厚さを30nm程度とすれ
ば、短チャネル効果を十分に抑制できることが理解される。
開示する発明に係る技術思想は、酸化物半導体層におけるキャリア濃度を十分に小さくし
、できるだけ真性(i型)に近づけようとするものである。以下、キャリア濃度の求め方
、および、実際に測定したキャリア濃度に関し、図14および図15を参照して説明する
。
タを作製し、MOSキャパシタのCV測定の結果(CV特性)を評価することで求めるこ
とが可能である。
−V特性を取得し、当該C−V特性からゲート電圧Vgと(1/C)2との関係を表すグ
ラフを取得し、当該グラフにおいて弱反転領域での(1/C)2の微分値を求め、当該微
分値を式(1)に代入することによりキャリア濃度Ndの大きさが求められる。なお、式
(1)において、eは電気素量、ε0は真空の誘電率、εは酸化物半導体の比誘電率であ
る。
ラス基板上にチタン膜を300nmの厚さで形成し、チタン膜上に窒化チタン膜を100
nmの厚さで形成し、窒化チタン膜上に、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体を用い
た酸化物半導体層を2μmの厚さで形成し、酸化物半導体層上に銀膜を300nmの厚さ
で形成した試料(MOSキャパシタ)を用いた。なお、酸化物半導体層は、In、Ga、
およびZnを含む酸化物半導体成膜用ターゲット(In:Ga:Zn=1:1:0.5[
atom比])を用いたスパッタリング法により形成した。また、酸化物半導体層の成膜
雰囲気は、アルゴンと酸素の混合雰囲気(流量比は、Ar:O2=30(sccm):1
5(sccm))とした。
15の弱反転領域における(1/C)2の微分値から式(1)を用いて得られたキャリア
濃度は、6.0×1010/cm3であった。
1×1012/cm3未満、望ましくは、1×1011/cm3以下)を用いることで、
極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることが可能である。
宜組み合わせて用いることができる。
本実施の形態では、先の実施の形態に示した半導体装置の変形例について、図16を参照
して説明する。
装置は、下部に酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタ160を有し、上部に酸化
物半導体を用いたトランジスタ162を有するものである。なお、トランジスタ160の
構成は、先の実施の形態で示したトランジスタ160と同様である。また、図16(B)
は、トランジスタ162と下部の電極(または配線)との接続関係が図16(A)とは異
なる場合の一例である。以下では、主として図16(A)の構成に関して説明する。なお
、図16(A)においては、下部に設けられるトランジスタ160の断面図をA1−A2
に示し、上部に設けられるトランジスタ162の断面図をB1−B2に示し、図16(B
)においては、下部に設けられるトランジスタ160の断面図をA1−A2に示し、上部
に設けられるトランジスタ162の断面図をC1−C2に示す。
導体層140上に設けられ、酸化物半導体層140と電気的に接続されているソース電極
またはドレイン電極142a、ソース電極またはドレイン電極142bと、酸化物半導体
層140、ソース電極またはドレイン電極142a、およびソース電極またはドレイン電
極142bを覆うように設けられたゲート絶縁層146と、ゲート絶縁層146上の、酸
化物半導体層140と重畳する領域に設けられたゲート電極148と、を有する(図16
(A)参照)。
が、それぞれ酸化領域143を有するのは、先の実施の形態と同様である。当該酸化領域
143を有することにより、ゲート絶縁層の薄膜化やカバレッジ不良などに起因して生じ
得る、ゲート電極と、ソース電極またはドレイン電極のショートを防止することが可能で
ある。
ている。なお、本実施の形態では、ソース電極またはドレイン電極142aが、電極13
6cと直接的に接続されている。つまり、先の実施の形態のように、層間絶縁層中に埋め
込むように各種電極(配線)を介して他の要素との接続を行うのではなく、ソース電極ま
たはドレイン電極142aなどと同様にして形成される導電層を電極(配線)として利用
している。例えば、図16(A)では、ソース電極またはドレイン電極142aなど以外
に、電極142c、電極142dが設けられている。このような構成を採用することで、
絶縁層のパターニング工程や、埋め込み電極の形成工程などを省略することができる。こ
れにより、工程数を削減し、製造コストを抑制することができる。上記構成は、特に、微
細化の程度が大きくない場合に有効である。
ることが望ましい。酸化物半導体層140の詳細については、先の実施の形態を参酌すれ
ばよい。
0c、電極136cを介して、他の要素(酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタ
など)と電気的に接続されている(図16(A)参照)。なお、接続に係る電極(電極1
30c、電極136c等)の構成は、上記に限定されず、適宜追加、省略等が可能である
。
16(A)とは異なる接続関係を有する場合を示す。具体的には、ソース電極またはドレ
イン電極142aは、電極130c、電極136cを介して、電極110bと電気的に接
続されている。ここで、電極110bは、ゲート電極110aと同様にして形成されたも
のである。電極110bは、トランジスタの構成要素であっても良いし、配線等の一部で
あっても良い。なお、接続に係る電極(電極130c、電極136c等)の構成は、上記
に限定されず、適宜追加、省略等が可能である。
限定されない。例えば、図16(A)に示す構成と、図16(B)に示す構成とを併せて
含んでいても良い。また、トランジスタ160のゲート電極110aと、トランジスタ1
62のソース電極またはドレイン電極142aとが電気的に接続されていても良い。
本実施の形態では、先の実施の形態で得られる半導体装置を搭載した電子機器の例につい
て図17を用いて説明する。先の実施の形態で得られる半導体装置は、従来にない優れた
特性を有するものである。このため、当該半導体装置を用いて新たな構成の電子機器を提
供することが可能である。なお、先の実施の形態に係る半導体装置は、集積化されて回路
基板などに実装され、各電子機器の内部に搭載されることになる。
ータであり、本体301、筐体302、表示部303、キーボード304などによって構
成されている。開示する発明に係る半導体装置をパーソナルコンピュータに適用すること
で、優れた性能のパーソナルコンピュータを提供することができる。
、本体311には表示部313と、外部インターフェイス315と、操作ボタン314等
が設けられている。また、操作用の付属品としてスタイラス312がある。開示する発明
に係る半導体装置を携帯情報端末(PDA)に適用することで、優れた性能の携帯情報端
末(PDA)を提供することができる。
電子書籍320を示す。電子書籍320は、筐体321および筐体323の2つの筐体で
構成されている。筐体321および筐体323は、軸部337により一体とされており、
該軸部337を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、電子書籍
320は、紙の書籍のように用いることが可能である。
いる。表示部325および表示部327は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異
なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば
右側の表示部(図17(C)では表示部325)に文章を表示し、左側の表示部(図17
(C)では表示部327)に画像を表示することができる。
体321は、電源331、操作キー333、スピーカー335などを備えている。操作キ
ー333により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポ
インティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部
接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなど
の各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい
。さらに、電子書籍320は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも
可能である。
である。例えば、電子書籍以外にも、ポスター、電車などの乗り物の車内広告、クレジッ
トカード等の各種カードにおける表示などに適用することができる。開示する発明に係る
半導体装置を電子ペーパーに適用することで、優れた性能の電子ペーパーを提供すること
ができる。
話機は、筐体340および筐体341の二つの筐体で構成されている。筐体341は、表
示パネル342、スピーカー343、マイクロフォン344、ポインティングデバイス3
46、カメラ用レンズ347、外部接続端子348などを備えている。また、筐体340
は、当該携帯電話機の充電を行う太陽電池セル349、外部メモリスロット350などを
備えている。また、アンテナは筐体341内部に内蔵されている。
る複数の操作キー345を点線で示している。なお、当該携帯電話は、太陽電池セル34
9で出力される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路を実装している。ま
た、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置などを内蔵した構成とすること
もできる。
42と同一面上にカメラ用レンズ347を備えているため、テレビ電話が可能である。ス
ピーカー343およびマイクロフォン344は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再
生などが可能である。さらに、筐体340と筐体341はスライドし、図17(D)のよ
うに展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可
能である。
り、充電やデータ通信が可能になっている。また、外部メモリスロット350に記録媒体
を挿入し、より大量のデータの保存および移動に対応できる。また、上記機能に加えて、
赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。開示する発明に係る
半導体装置を携帯電話機に適用することで、優れた性能の携帯電話機を提供することがで
きる。
ジタルカメラは、本体361、表示部(A)367、接眼部363、操作スイッチ364
、表示部(B)365、バッテリー366などによって構成されている。開示する発明に
係る半導体装置をデジタルカメラに適用することで、優れた性能のデジタルカメラを提供
することができる。
ビジョン装置370では、筐体371に表示部373が組み込まれている。表示部373
により、映像を表示することが可能である。なお、ここでは、スタンド375により筐体
371を支持した構成を示している。
操作機380により行うことができる。リモコン操作機380が備える操作キー379に
より、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部373に表示される映像を操作
することができる。また、リモコン操作機380に、当該リモコン操作機380から出力
する情報を表示する表示部377を設ける構成としてもよい。
る。受信機により、一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して
有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信
者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うこ
とが可能である。開示する発明に係る半導体装置をテレビジョン装置に適用することで、
優れた性能のテレビジョン装置を提供することができる。
合わせて用いることができる。
される様子を確認した。以下、詳細に説明する。
ゴンとの混合ガスからプラズマを励起し、これを用いて導電層を処理した。また、処理時
間を1分(60秒)、3分(180秒)、10分(600秒)の3条件とすることで、処
理時間と酸化領域の厚みとの関係を調査した。
ルミニウム膜をそれぞれ用意した。また、基板温度をそれぞれ300℃、325℃として
上記プラズマ処理を行った。つまり、基板温度が300℃におけるチタン膜、基板温度が
325℃におけるチタン膜、基板温度が300℃におけるアルミニウム膜、基板温度が3
25℃におけるアルミニウム膜、の4条件に関して、処理時間と酸化領域の厚みとの関係
を調査した。
度が大きいことが分かる。また、チタンでは酸化速度の温度依存が大きいのに対して、ア
ルミニウムでは酸化速度の温度依存が小さい。さらに、アルミニウムでは、酸化領域の厚
さが、短時間で飽和する傾向にあるといえる。
制するために十分な厚み(5nm以上)の酸化領域を得ることが可能である。
マ処理による酸化処理を適用する場合と比較して、酸化物半導体層へのダメージを軽減し
つつ、酸素欠損に起因する局在準位を減少させることができる。つまり、酸化物半導体層
の特性を一層向上させることができる。
相当する部分)に酸化領域が形成されるため、ゲート電極と、ソース電極またはドレイン
電極のショートを防止できる。
の他の特性の向上に、極めて効果的であることが理解される。
102 保護層
104 半導体領域
106 素子分離絶縁層
108a ゲート絶縁層
110a ゲート電極
110b 電極
112 絶縁層
114 不純物領域
116 チャネル形成領域
118 サイドウォール絶縁層
120 高濃度不純物領域
122 金属層
124 金属化合物領域
126 層間絶縁層
128 層間絶縁層
130a ソース電極またはドレイン電極
130b ソース電極またはドレイン電極
130c 電極
134 絶縁層
136a 電極
136b 電極
136c 電極
138 絶縁層
140 酸化物半導体層
142 導電層
142a ソース電極またはドレイン電極
142b ソース電極またはドレイン電極
142c 電極
142d 電極
143 酸化領域
144 絶縁層
144a 絶縁層
144b 絶縁層
146 ゲート絶縁層
148 ゲート電極
150 層間絶縁層
152 層間絶縁層
154a 電極
154b 電極
154c 電極
154d 電極
154e 電極
156 絶縁層
158a 電極
158b 電極
158c 電極
158d 電極
160 トランジスタ
162 トランジスタ
301 本体
302 筐体
303 表示部
304 キーボード
311 本体
312 スタイラス
313 表示部
314 操作ボタン
315 外部インターフェイス
320 電子書籍
321 筐体
323 筐体
325 表示部
327 表示部
331 電源
333 操作キー
335 スピーカー
337 軸部
340 筐体
341 筐体
342 表示パネル
343 スピーカー
344 マイクロフォン
345 操作キー
346 ポインティングデバイス
347 カメラ用レンズ
348 外部接続端子
349 太陽電池セル
350 外部メモリスロット
361 本体
363 接眼部
364 操作スイッチ
365 表示部(B)
366 バッテリー
367 表示部(A)
370 テレビジョン装置
371 筐体
373 表示部
375 スタンド
377 表示部
379 操作キー
380 リモコン操作機
Claims (2)
- 第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ上の第1の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上及び前記導電層上の第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上の第2のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタは、シリコン領域と、前記シリコン領域と重なる領域を有する第1のゲート電極と、を有し、
前記第2のトランジスタは、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層と重なる領域を有する第2のゲート電極と、前記酸化物半導体層と接する領域を有するソース電極と、前記酸化物半導体層と接する領域を有するドレイン電極と、を有し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の各々は、側面に酸化領域を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、
前記第1の絶縁層を貫通して設けられた第1の電極と、
前記第1の絶縁層と前記第2の絶縁層との間に、開口を有する第3の絶縁層と、
前記開口に埋め込まれるように設けられた導電層と、
前記第2のトランジスタ上の第4の絶縁層と、
前記第4の絶縁層を貫通して設けられた第2の電極と、を有し、
前記第1の電極は、前記シリコン領域と電気的に接続され、
前記第2の電極は、前記第1の電極上に設けられ、且つ前記導電層を介して前記第1の電極と電気的に接続され、
前記導電層の上面と前記第2の絶縁層の上面とは、略同一面上にあることを特徴とする半導体装置。
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