KR101645785B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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아츠히토 무라이
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Abstract

본 발명에 의한 반도체 장치(100A)는, 제1 콘택트 영역(4a) 및 제2 콘택트 영역(4b)과, 제1 콘택트 영역(4a)과 제2 콘택트 영역(4b) 사이에 위치하는 채널 영역(4c)을 갖는 산화물 반도체층(4)과, 산화물 반도체층(4) 위에 제1 콘택트 영역(4a)과 접하도록 형성된 소스 전극(5)과, 산화물 반도체층(4) 위에 제2 콘택트 영역(4b)과 접하도록 형성된 드레인 전극(6)을 구비한다. 산화물 반도체층(4)의 모든 측면은 게이트 전극(2) 위에 있고, 소스 전극(5)의 폭은, 산화물 반도체층(4)의 폭보다 크고, 드레인 전극(6)의 폭은 산화물 반도체층(4)의 폭보다 크다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 산화물 반도체층을 구비하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.
최근, In(인듐), Zn(아연) 또는 Ga(갈륨) 등을 함유하는 산화물 반도체층을 갖는 TFT의 개발이 활발히 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 4). 산화물 반도체층을 갖는 TFT(이하, 산화물 반도체 TFT라고 한다)는, 높은 이동도 및 높은 온/오프비 특성을 갖는다.
특허문헌 4에는, In, Ga 및 Zn을 함유하는 아몰퍼스 산화물 반도체(a-IGZO)층에 단파장측의 가시광이 닿지 않도록, 차광막 등을 형성한 반도체 장치가 개시되어 있다. 차광막을 형성함으로써, 산화물 반도체 TFT의 특성이 변화하는 것을 방지하고 있다.
일본 특허 공개 제2010-98305호 공보 일본 특허 공개 제2009-224354호 공보 일본 특허 공개 제2007-150157호 공보 일본 특허 공개 제2007-115902호 공보
그러나, 특허문헌 4에 개시되어 있는 반도체 장치의 제조에는, 차광막을 형성하는 공정이 증가한다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 4에 개시되어 있는 구성에 있어서는, 차광막은 TFT의 백라이트측에만 형성되어 있으므로, 이 차광막으로는, 관찰자측으로부터 산화물 반도체 TFT에 입사하는 광을 차광할 수 없어, 단파장측의 가시광이 산화물 반도체 TFT에 닿을 수 있다. 또한, 관찰자측으로부터 산화물 반도체 TFT에 입사하는 광을 차광하기 위해서 차광막을 또한 형성하면, 제조 공정의 수가 더욱 증대한다.
본 발명은 상기 과제를 감안한 것이며, 그 목적은, 제조 공정의 수를 증대시키지 않고 제조가 가능하고, 또한, 광에 의해 TFT의 특성의 변화가 일어나기 어려운 반도체 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위에 형성된 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 위에 형성되고, 제1 콘택트 영역 및 제2 콘택트 영역과, 상기 제1 콘택트 영역과 상기 제2 콘택트 영역 사이에 위치하는 채널 영역을 갖는 섬 형상의 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제1 콘택트 영역과 접하도록 형성된 소스 전극과, 상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제2 콘택트 영역과 접하도록 형성된 드레인 전극을 구비하고, 상기 산화물 반도체층의 모든 측면은 상기 게이트 전극 위에 있고, 상기 기판에 수직이고, 또한, 상기 제1 콘택트 영역을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 상기 소스 전극의 폭은, 상기 산화물 반도체층의 폭보다 크고, 상기 기판에 수직이고, 또한, 상기 제2 콘택트 영역을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 상기 드레인 전극의 폭은, 상기 산화물 반도체층의 폭보다 크다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 소스 전극은, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 제1 콘택트 영역과 상기 제1 콘택트 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있고, 상기 드레인 전극은, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 제2 콘택트 영역과 상기 제2 콘택트 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 채널 영역의 상면 및 상기 채널 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 제외한 모든 상면 및 측면은, 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극에 의해 덮여 있다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 채널 영역의 상면 및 상기 채널 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면은, 산소를 포함하는 절연막에 의해 덮이고, 또한, 상기 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있고, 상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 부분은, 제1 오목부 또는 제1 절결부(切欠部)를 갖는다.
본 발명에 의한 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치는, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 위에 형성된 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 위에 형성되고, 제1 콘택트 영역 및 제2 콘택트 영역과, 상기 제1 콘택트 영역과 상기 제2 콘택트 영역 사이에 위치하는 채널 영역을 갖는 섬 형상의 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제1 콘택트 영역과 접하도록 형성된 소스 전극과, 상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제2 콘택트 영역과 접하도록 형성된 드레인 전극을 구비하고, 상기 산화물 반도체층의 모든 측면은 상기 게이트 전극 위에 있고, 상기 산화물 반도체층의 상기 채널 영역의 표면 및 측면 이외의 영역은, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있고, 상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 영역은, 산소를 포함하는 절연막에 의해 덮이고, 또한, 상기 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있고, 상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 부분은, 제1 오목부 또는 제1 절결부를 갖는다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 기판의 법선 방향에서 보아, 상기 채널 영역의 측면을 끼우는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 거리를 L이라 하면, 상기 제1 오목부 또는 상기 제1 절결부의 채널 길이 방향의 길이 및 채널 폭 방향의 길이는, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하이다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 산소를 포함하는 절연막은, SiO2로 형성되어 있다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 소스 전극은 오목부를 갖고, 상기 드레인 전극은 상기 오목부 내에 있다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 제1 콘택트 영역 및 상기 제2 콘택트 영역은 복수 있다.
어떤 실시 형태에 있어서, 상기 산화물 반도체층은, In, Ga 및 Zn을 포함한다.
본 발명에 의하면, 제조 공정의 수를 증대시키지 않고 제조가 가능하고, 또한, 광에 의해 TFT의 특성의 변화가 일어나기 어려운 반도체 장치가 제공된다.
도 1의 (a)는 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100A)의 모식적인 평면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 I-I' 선을 따른 반도체 장치(100A)의 모식적인 단면도이다.
도 2의 (a)는 특허문헌 4에 기재된 산화물 반도체 TFT의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 특성을 나타내는 그래프이며, 도 2의 (b)는 TFT(10A)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a)는 본 발명에 의한 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100B)의 모식적인 평면도이며, 도 3의 (b)는 반도체 장치(100B')의 모식적인 평면도이다.
도 4는 TFT(10B)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a)는 본 발명에 의한 또 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100C)의 모식적인 평면도이며, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 II-II' 선을 따른 반도체 장치(100C)의 모식적인 단면도이다.
도 6은 TFT(10C)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a)는 본 발명에 의한 또 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100D)의 모식적인 평면도이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 III-III' 선을 따른 반도체 장치(100D)의 모식적인 단면도이다.
도 8의 (a)는 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치가 갖는 게이트 단자(90A)의 모식적인 평면도이며, 도 8의 (b)는 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치가 갖는 소스 단자(90B)의 모식적인 평면도이며, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 A1-A1' 선을 따른 게이트 단자(90A)의 모식적인 단면도이며, 도 8의 (d)는 도 8의 (b)의 A2-A2' 선을 따른 소스 단자(90B)의 모식적인 단면도이다.
도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(TFT 기판)를 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 반도체 장치는, 예를 들어 액정 표시 장치에 사용되는 반도체 장치이다. 단, 본 발명은, 예시하는 실시 형태에 한정되지 않는다.
도 1의 (a)는, 본 발명에 의한 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100A)의 모식적인 평면도이다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 I-I' 선을 따른 반도체 장치(100A)의 모식적인 단면도이다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(100A)는, 제1 기판(예를 들어, 유리 기판)(1) 위에 형성된 TFT(10A)와, TFT(10A) 위에 형성된 보호층(7)을 갖는다. TFT(10A)는, 예를 들어 산화물 반도체 TFT이다. TFT(10A)는, 예를 들어 화소용 TFT이다. TFT(10A)는, 게이트 전극(2)과, 게이트 전극(2) 위에 형성된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3) 위에 형성된 섬 형상의 산화물 반도체층(4)과, 산화물 반도체층(4) 위에 형성된 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 갖는다. 산화물 반도체층(4)은, 제1 콘택트 영역(4a)과, 제2 콘택트 영역(4b)과, 제1 콘택트 영역(4a)과 제2 콘택트 영역(4b) 사이에 위치하는 채널 영역(4c)을 갖는다. 소스 전극(5)은, 제1 콘택트 영역(4a)과 접하도록 형성되고, 드레인 전극(6)은, 제2 콘택트 영역(4b)과 접하도록 형성되어 있다. 산화물 반도체층(4)의 모든 측면은, 게이트 전극(2) 위에 있다. 제1 기판(1)에 수직이고, 또한, 제1 콘택트 영역(4a)을 채널 폭 방향[도 1의 (a) 중의 I-I'선에 수직인 방향]으로 가로지르는 단면에 있어서, 소스 전극(5)의 폭(w2)은 산화물 반도체층(4)의 폭(w1)보다 크다. 마찬가지로, 제1 기판(1)에 수직이고, 또한, 제2 콘택트 영역(4b)을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 드레인 전극(6)의 폭(w4)은 산화물 반도체층(4)의 폭(w3)보다 크다. 또한, 소스 전극(5)은, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 제1 콘택트 영역(4a)과 제1 콘택트 영역(4a)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있다. 드레인 전극(6)은, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 제2 콘택트 영역(4b)과 제2 콘택트 영역(4b)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있다. 또한, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 채널 영역(4c)의 상면 및 채널 영역(4c)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 제외한 모든 상면 및 측면은, 소스 전극(5) 또는 드레인 전극(6)에 의해 덮여 있다. 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 채널 영역(4c)의 상면 및 채널 영역(4c)의 채널 폭 방향에 있는 측면은, 산소를 포함하는 절연막[예를 들어, 보호층(7)]에 의해 덮이고, 또한, 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있다.
이와 같이, 산화물 반도체층(4)의 모든 측면이, 게이트 전극(2) 위에 있으면, 특허문헌 4에 개시되어 있는 차광막을 형성하지 않고, 제1 기판(1)의 TFT(10A) 측과는 반대측으로부터 입사되는 광을 차광하여, 그 광이 산화물 반도체층(4)에 닿기 어렵게 할 수 있다. 또한, 채널 영역(4c)의 표면 및 측면 이외의 영역을 소스 전극(5) 또는 드레인 전극(6)으로 덮고 있으므로, 제1 기판(1)의 TFT(10A) 측으로부터 입사된 광이, 예를 들어 액정 패널 내에서 난반사해도, 산화물 반도체층(4)에 닿기 어려워진다. 또한, 반도체 장치(100A)는, 특허문헌 4에 개시되어 있는 반도체 장치와 같이 차광막을 형성할 필요가 없기 때문에, 제조 공정의 수를 증대시키지 않고 제조할 수 있다.
도 2의 (a)는, 특허문헌 4에 기재된 TFT와 동일한 구성을 갖는 산화물 반도체 TFT[이하, TFT(50)이라고 한다]의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 2의 (b)는, TFT(10A)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 그래프에 있어서, 곡선 C1은, 어두운 환경 하에서, 각각의 TFT를 구동시켰을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이며, 곡선 C2는, 밝은 환경 하(할로겐 광 조도:4klx)에 있어서, 각각의 TFT를 구동시켰을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, TFT(50)에서는, 밝은 환경 하에서 TFT를 구동시키면, 어두운 환경 하에서 TFT를 구동시킨 경우에 비하여, 오프 전류가 증대하여, 임계값 전압이 저전압측으로 시프트하고 있다. 한편, 도 2의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, TFT(10A)에서는, 밝은 환경 하에서 TFT를 구동시켜도, TFT(50)보다 오프 전류는 증대시키지 않고, 임계값 전압이 저전압측으로 그다지 시프트하지 않는다. 즉, TFT(10A)는, TFT(10A)의 산화물 반도체층(4)에 광이 조사되기 어려운 구조를 가지므로, TFT의 특성이 변화하기 어렵다.
이와 같이, 반도체 장치(100A)는, 산화물 반도체층(4)에 광이 닿기 어려운 구조를 갖고 있으므로, 광에 의해 오프 전류가 증대되는 것이 억제되고, 또한, 임계값 전압이 저전압측으로 시프트하는 것도 억제되어 있다. 또한, 반도체 장치(100A)에서는, 게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 사용해서 산화물 반도체층(4)을 차광하고 있으므로, 특허문헌 4에 개시되어 있는 반도체 장치와 같이 차광막을 별도로 설치할 필요가 없기 때문에, 제조 비용이 증대할 일도 없다.
게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)은, 예를 들어 상층을 Al(알루미늄)층으로 하고, 하층을 Ti(티타늄)층으로 하는 적층 구조를 갖는다. 상층은, Al층 대신 Cu(구리)층이어도 좋다. 이밖에, 게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)은, 예를 들어 Ti, Mo(몰리브덴), Ta(탄탈) 또는 Cr(크롬)층으로 형성되는 단층 구조를 가져도 좋다. 게이트 전극(2), 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)의 두께는, 예를 들어 100nm 이상 300nm 이하이다.
게이트 절연층(3) 및 보호층(7)은, 산소를 포함하는 절연막으로 형성되는 것이 바람직하다. 게이트 절연층(3) 및 보호층(7)이, 산소를 포함하는 절연막으로 형성되면, 산화물 반도체층(4)에 산소를 공급하고, 산화물 반도체층(4)의 산소 결손을 방지할 수 있다. 게이트 절연층(3) 및 보호층(7)은, 예를 들어 SiO2(이산화실리콘)로 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연층(3) 및 보호층(7)은, SiNx(질화 실리콘)로 형성되어도 좋다. 또한, 게이트 절연층(3) 및 보호층(7)은, SiON(산질화 실리콘)으로 형성되어도 좋다. 또한, 게이트 절연층(3) 및 보호층(7)은, SiO2, SiNx 또는 SiON을 함유하는 적층 구조를 가져도 좋다. 또한, 보호층(7) 위에 감광성 유기 절연막을 형성해도 좋다. 게이트 절연층(3)의 두께는, 예를 들어 300nm 이상 400nm 이하이다. 보호층(7)의 두께는, 예를 들어 200nm 이상 300nm 이하이다. 또한, 산화물 반도체층(4) 위에 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과 산화물 반도체층(4)을 전기적으로 접속시키는 콘택트 홀을 갖는 에치 스토퍼층을 형성해도 좋다. 이때, 에치 스토퍼층은, 예를 들어 SiO2로 형성된다.
산화물 반도체층(4)은, 예를 들어 In(인듐), Ga(갈륨) 및 Zn(아연)을 함유하는 아몰퍼스 산화물 반도체층(a-IGZO층)이다. 산화물 반도체층(4)은, 예를 들어 In 및 Zn을 갖고, Ga를 갖지 않는 아몰퍼스 산화물 반도체(a-IZO)층 또는, Zn을 갖고, In 및 Ga를 갖지 않는 아몰퍼스 산화물 반도체(a-ZnO)층이어도 좋다. 산화물 반도체층(4)의 두께는, 예를 들어 40nm 이상 60nm 이하이다.
이어서, 반도체 장치(100A)와 동일한 효과를 갖는 본 발명에 의한 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100B 및 100C)를 설명한다. 반도체 장치(100A)와 공통되는 구성 요소에는, 동일한 참조 부호를 붙여, 설명의 중복을 피한다.
도 3의 (a)는, 반도체 장치(100B)가 갖는 TFT(10B)의 모식적인 평면도이다. 도 3의 (b)는, 반도체 장치(100B)의 개변예의 반도체 장치(100B')가 갖는 TFT(10B')의 모식적인 평면도이다. 또한, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 있어서, I-I' 선을 따른 단면도는 도 1의 (b)에 나타낸 단면도와 같다.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, TFT(10B)의 산화물 반도체층(4)은, 제1 기판(1)(도시하지 않음)의 법선 방향에서 보았을 때, TFT(10A)의 산화물 반도체층(4) 중, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있지 않은 부분의 산화물 반도체층(4)의 채널 방향과 직교하는 방향[도 1의 (a) 중의 I-I'선과 수직인 방향]의 측면에 오목부(9a 및 9b)가 형성된 구조를 갖는다. TFT(10B)는, 예를 들어 화소용 TFT이다. 오목부(9a 및 9b)는, 어느 한쪽만 형성되어도 좋다. 또한, 반도체 장치(100B)의 제조 프로세스에 있어서 우연히(의도적이 아니고), 오목부(9a 및 9b)가 형성되는 경우도 있다.
또한, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 상술한 오목부(9a 및 9b)를 형성하는 대신, 절결부(切欠部, 9a' 및 9b')를 형성해도 좋다. 구체적으로는, TFT(10B')의 산화물 반도체층(4)은, 제1 기판(1)(도시하지 않음)의 법선 방향에서 보았을 때, TFT(10A)의 산화물 반도체층(4) 중, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있지 않은 부분의 산화물 반도체층(4)의 채널 방향과 직교하는 방향[도 1의 (a) 중의 I-I'선과 수직인 방향]의 측면에 절결부(9a' 및 9b')가 형성된 구조를 갖는다. 바꾸어 말하면, TFT(10B')의 산화물 반도체층(4)은, 제1 기판(1)(도시하지 않음)의 법선 방향에서 보았을 때, TFT(10A)의 산화물 반도체층(4) 중, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있지 않은 부분의 산화물 반도체층(4)의 채널 방향과 직교하는 방향(I-I'선과 수직인 방향)의 측면에 볼록부(9a″ 및 9b″)를 갖는다. 또한, 절결부(9a' 및 9b')는, 볼록부(9a″ 및 9b″)와 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6) 사이에 각각 형성된다. 절결부(9a' 및 9b')는, 어느 한쪽만 형성되어도 좋다. 또한, 도 3의 (b)에서는, 절결부(9a' 및 9b')는 각각 2개씩 형성되어 있으나, 절결부(9a')는 1개라도 좋고, 또한 절결부(9b')도 1개라도 좋다.
제1 기판(1)(도시하지 않음)의 법선 방향에서 보았을 때, 채널 영역(4c)의 측면을 끼우는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이의 거리를 L이라 하면, 오목부(9a 및 9b) 또는 절결부(9a' 및 9b')의 채널 길이 방향(도 3의 (a), 도 3의 (b) 중의 I-I'선과 평행한 방향)의 길이 X1, X1'과, 오목부(9a 및 9b) 또는 절결부(9a' 및 9b')의 채널 폭 방향[도 3의 (a), 도 3의 (b) 중의 I-I'선과 수직인 방향]의 길이 Y1, Y1'는, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하인 것이 바람직하다.
이렇게 오목부(9a 및 9b)를 형성하면, 제1 기판(1)(도시하지 않음)의 TFT(10B)측으로부터 입사하여, 산화물 반도체층(4)에 닿는 광의 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, TFT(10A)보다도 광에 의한 TFT 특성의 변화가 더욱 발생하기 어렵다. 또한, 상술한 오목부(9a 및 9b)의 길이 X1, Y1가, L/2보다도 커지면, TFT의 특성이 나빠질 우려가 있다.
도 4는, TFT(10B)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 4의 그래프에 있어서, 곡선 C1은, 어두운 환경 하에서, TFT(10B)를 구동했을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이며, 곡선 C2는, 밝은 환경 하(할로겐 광 조도:4klx)에 있어서, TFT(10B)을 구동시켰을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, TFT(10B)도 TFT(10A)와 마찬가지로, 밝은 환경 하에서 TFT를 구동시켜도, TFT(50)[도 2의 (a) 참조]에 비해, 오프 전류는 증가하지 않고, 임계값 전압도 저전압측에 그다지 시프트하지 않는다. 또한, 오목부(9a 및 9b)가 형성되어 있는 TFT(10B) 쪽이 TFT(10A)[도 2의 (b) 참조]보다도, 오프 전류의 증가는 적고, 또한 임계값 전압의 저전압측에의 시프트도 작다.
이어서, 본 발명에 의한 또 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100C)를 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 5의 (a)는, 반도체 장치(100C)의 모식적인 평면도이다. 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)의 II-II' 선을 따른 반도체 장치(100C)의 모식적인 단면도이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(100C)는, 제1 기판(예를 들어, 유리 기판)(1) 위에 형성된 TFT(10C)와, TFT(10C) 위에 형성된 보호층(7)을 갖는다. TFT(10C)는, 예를 들어 산화물 반도체 TFT이다. TFT(10C)는, 예를 들어 화소용 TFT이다. TFT(10C)는, 게이트 전극(2)과, 게이트 전극(2) 위에 형성된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3) 위에 형성된 섬 형상의 산화물 반도체층(4)과, 산화물 반도체층(4) 위에 형성된 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 갖는다. 산화물 반도체층(4)의 모든 측면은, 게이트 전극(2) 위에 있다. 산화물 반도체층(4)은, 제1 콘택트 영역(4a)과, 제2 콘택트 영역(4b)과, 제1 콘택트 영역(4a)과 제2 콘택트 영역(4b) 사이에 위치하는 채널 영역(4c)을 갖는다. 또한, 제1 기판(1)의 법선 방향에서 보았을 때, 소스 전극(5)은 오목부(5a)를 갖는다. 드레인 전극(6)의 일부는, 오목부(5a) 내에 있다. 소스 전극(5)의 오목부(5a)는, 제1 콘택트 영역(4a)과 접하도록 형성되어 있고, 드레인 전극(6)은, 제2 콘택트 영역(4b)과 접하도록 형성되어 있다. 소스 전극(5)이, 오목부(5a)를 가지면, 채널 폭을 크게 할 수 있다. 산화물 반도체층(4)의 채널 영역(4c)의 표면 및 측면 이외의 영역은, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있다. 이러한 구조를 가지면, 산화물 반도체층(4)의 광이 조사되는 영역의 면적을 작게 할 수 있다.
산화물 반도체층(4) 중, 소스 전극(5)의 오목부(5a) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있지 않은 영역의 산화물 반도체층(4)의 측면에, 오목부(9c 및 9d)가 형성되어 있다. 오목부(9c) 및 오목부(9d)는, 어느 한쪽만 형성되어도 좋다. 또한, 반도체 장치(100C)의 제조 프로세스에 있어서 우연히(의도적이 아니고) 오목부(9c 및 9d)가 형성되는 경우도 있다.
제1 기판(1)(도시하지 않음)의 법선 방향에서 보았을 때, 채널 영역(4c)의 측면을 끼우는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이의 거리를 L이라 하면, 오목부(9c 및 9d)의 채널 길이 방향(II-II' 선과 평행한 방향)의 길이 X2 와 오목부(9c 및 9d)의 채널 폭 방향(II-II' 선과 수직인 방향)의 길이 Y2는, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하이다.
이렇게 오목부(9c 및 9d)를 형성하면, 제1 기판(1)(도시하지 않음)의 TFT(10C)측으로부터 입사하여, 산화물 반도체층(4)에 광이 조사되는 영역을 작게 할 수 있다. 그 결과, 오목부(9c 및 9d)가 형성되어 있지 않은 산화물 반도체 TFT에 비하여, 광에 의한 TFT 특성의 변화가 더욱 발생하기 어려워진다. 또한, 상술한 오목부(9c 및 9d) 각각의 길이 X2, Y2가, L/2보다도 커지면, TFT의 특성이 나빠지는 경우가 있다.
도 6은, TFT(10C)의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선을 나타내는 그래프이며, 도 6의 그래프에 있어서, 곡선 C1은, 어두운 환경 하에서, TFT(10C)를 구동시켰을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이며, 곡선 C2는, 밝은 환경 하(할로겐 광 조도:4klx)에 있어서, TFT(10C)를 구동시켰을 때의 게이트 전압(Vg)-드레인 전류(Id) 곡선이다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, TFT(10C)도 TFT(10A)와 마찬가지로, 밝은 환경 하에서 TFT를 구동시켜도, TFT(50)에 비해 오프 전류는 증가하지 않고, 임계값 전압도 저전압측으로 그다지 시프트하지 않는다. 또한, 오목부(9c 및 9d)가 형성되어 있는 TFT(10C)도 TFT(10B)(도 4 참조)와 마찬가지로, 오프 전류의 증가는 적고, 또한 임계값 전압의 저전압측에의 시프트도 작다.
이어서, 본 발명에 의한 또 다른 실시 형태에 있어서의 반도체 장치(100D)를 도 7을 참조하면서 설명한다.
도 7의 (a)는, 반도체 장치(100D)의 모식적인 평면도이다. 도 7의 (b)는, 도 7의 (a)의 III-III' 선을 따른 반도체 장치(100D)의 모식적인 단면도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(100D)는, 제1 기판(1)(예를 들어, 유리 기판)과, 제1 기판 위에 형성된 TFT(10D)와, TFT(10D) 위에 형성된 보호층(7)을 갖는다. TFT(10D)는, 예를 들어 산화물 반도체 TFT이다. TFT(10D)는, 반도체 장치(100D)의 전기적 검사를 행할 때에 사용되는 검사 배선용의 TFT이다. 구체적으로는, 예를 들어 반도체 장치(100D)의 외주부에 검사용 배선을 배치하고, 높은 전압 및 높은 전류를 사용하여, 전기적 검사에 사용되는 전기 신호의 온/오프를 행하고, 반도체 장치(100D)의 전기적 검사를 행한다. TFT(10D)를 사용하여, 그 전기 신호의 온/오프의 전환을 행한다. 상술한 TFT(10A 내지 10C)는, 표시 영역에 형성되지만, 검사 배선용 TFT(10D)는, 예를 들어 표시 영역의 주변에 위치하는 주변 영역에 형성된다. TFT(10D)는, 게이트 전극(2)과, 게이트 전극(2) 위에 형성된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3) 위에 형성된 섬 형상의 산화물 반도체층(4)과, 산화물 반도체층(4) 위에 형성된 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)을 갖는다. 산화물 반도체층(4)은, 제1 콘택트 영역(4a)과, 제2 콘택트 영역(4b)과, 제1 콘택트 영역(4a)과 제2 콘택트 영역(4b) 사이에 위치하는 채널 영역(4c)을 갖는다. 제1 콘택트 영역(4a) 및 제2 콘택트 영역(4b)은 복수 있다. 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)은, 빗살 모양 구조를 갖는다. 소스 전극(5)은, 제1 콘택트 영역(4a)과 접하도록 형성되어 있고, 드레인 전극(6)은, 제2 콘택트 영역(4b)과 접하도록 형성되어 있다. 산화물 반도체층(4)의 모든 측면은, 게이트 전극(2) 위에 있다. 이와 같이, 산화물 반도체층(4)의 모든 측면이, 게이트 전극(2) 위에 있으면, 특허문헌 4에 개시되어 있는 차광막을 형성하지 않고, 제1 기판(1)의 TFT(10D)측과는 반대측으로부터 입사되는 광을 차광하여, 그 광이 산화물 반도체층(4)에 닿지 않도록 할 수 있다.
제1 기판(1)에 수직이고, 또한, 제1 콘택트 영역(4a)을 채널 폭 방향[도 7의 (a) 중의 III-III'선에 수직인 방향]으로 가로지르는 단면에 있어서, 소스 전극(5)의 폭(w6)은 산화물 반도체층(4)의 폭(w5)보다 크다. 마찬가지로, 제1 기판(1)에 수직이고, 또한, 제2 콘택트 영역(4b)을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 드레인 전극(6)의 폭(w7)은 산화물 반도체층(4)의 폭(w5)보다 크다. 또한, 소스 전극(5)은, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 제1 콘택트 영역(4a)과, 제1 콘택트 영역(4a)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있다. 드레인 전극(6)은, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 제2 콘택트 영역(4b)과 제2 콘택트 영역(4b)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있다. 또한, 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 채널 영역(4c)의 상면 및 채널 영역(4c)의 채널 폭 방향에 있는 측면을 제외한 모든 상면 및 측면은, 소스 전극(5) 또는 드레인 전극(6)에 의해 덮여 있다. 산화물 반도체층(4)의 표면 중, 채널 영역(4c)의 상면 및 채널 영역(4c)의 채널 폭 방향에 있는 측면은, 산소를 포함하는 절연막(예를 들어, 보호층(7))에 의해 덮이고, 또한, 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있다.
제1 기판(1)의 법선 방향에서 보았을 때, 산화물 반도체층(4) 중, 소스 전극(5) 및 드레인 전극(6)으로 덮여 있지 않은 부분의 산화물 반도체층(4)의 채널 방향과 직교하는 방향[도 7의 (a) 중의 III-III'선과 수직인 방향]의 측면에는, 오목부(9e 및 9f)가 형성되어 있다. 오목부(9e 및 9f)는, 어느 한쪽만 형성되어도 좋다. 또한, 반도체 장치(100D)의 제조 프로세스에 있어서 우연히(의도적이 아니고), 오목부(9e 및 9f)가 형성되는 경우도 있다.
제1 기판(1)의 법선 방향에서 보았을 때, 채널 영역(4c)의 측면을 끼우는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이의 거리를 L이라 하면, 오목부(9e 및 9f)의 채널 길이 방향(도 7의 (a) 중의 III-III'선과 평행한 방향)의 길이 X3 및 채널 폭 방향(도 7의 (a) 중의 III-III'선과 수직인 방향)의 길이 Y3은, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하이다.
이렇게 오목부(9e 및 9f)를 형성하면, 제1 기판(1)의 TFT(10D)측으로부터 입사하여, 산화물 반도체층(4)에 닿는 광의 면적을 작게 할 수 있다. 그 결과, 광에 의한 TFT 특성의 변화가 더욱 발생하기 어려워진다. 또한, 상술한 오목부(9e 및 9f) 각각의 길이 X3, Y3이, L/2보다도 커지면, TFT의 특성이 나빠질 우려가 있다.
이어서, 반도체 장치(100A 내지 100D)가 갖는 단자(90A 및 90B)에 대해서 도 8을 참조하면서 설명한다.
도 8의 (a)는, 단자(90A)의 모식적인 평면도이며, 도 8의 (b)는, 단자(90B)의 모식적인 평면도이다. 도 8의 (c)는, 단자(90A)의 모식적인 단면도이며, 도 8의 (d)는, 단자(90B)의 모식적인 단면도이다. 단자(90A 및 90B)는, 예를 들어 외부의 회로와 반도체 장치(100A 내지 100D)를 접속하는 단자이다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 단자(90A)는, 제1 기판(1) 위에 형성되어 있다. 단자(90A)는, 게이트 전극(2)과 같은 재료로 형성된 게이트 단자부(92)와, 게이트 단자부(92) 위에 형성된 게이트 절연층(3)과, 게이트 절연층(3) 위에 형성된 섬 형상의 산화물 반도체층(4)과, 산화물 반도체층(4) 위에 형성된 화소 전극부(98)를 갖는다. 산화물 반도체층(4)은 화소 전극부(98)와 접촉하고 있다. 화소 전극부(98)는, 게이트 절연층(3)에 형성된 콘택트 홀 내에서 게이트 단자부(92)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 8의 (b) 및 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 단자(90B)는, 제1 기판(1) 위에 형성되어 있다. 단자(90B)는, 소스 전극(5)과 같은 재료로 형성된 소스 단자부(95)와, 소스 단자부(95) 위에 형성된 화소 전극부(98)를 갖는다. 소스 단자부(95)는, 화소 전극부(98)에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극부(98)는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되어 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 제조 공정의 수를 증대시키지 않고 제조가 가능하고, 또한, 광에 의해 TFT의 특성의 변화가 일어나기 어려운 반도체 장치가 제공된다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 적용 범위는 매우 넓어, TFT를 구비한 반도체 장치, 혹은, 그러한 반도체 장치를 갖는 모든 분야의 전자 기기에 적용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치에 사용할 수 있다. 이러한 표시 장치는, 예를 들어 휴대 전화나 휴대 게임기의 표시 화면이나, 디지털 카메라의 모니터 등에 이용될 수 있다. 따라서, 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치가 내장된 전자 기기 전부에 본 발명을 적용할 수 있다.
1: 기판
2: 게이트 전극
3: 게이트 절연층
4: 산화물 반도체층
4a: 제1 콘택트 영역
4b: 제2 콘택트 영역
4c: 채널 영역
5: 소스 전극
6: 드레인 전극
7: 보호층
10A: TFT
100A: 반도체 장치
w1 내지 w4: 폭

Claims (10)

  1. 반도체 장치로서,
    기판과,
    상기 기판 위에 형성된 게이트 전극과,
    상기 게이트 전극 위에 형성된 게이트 절연층과,
    상기 게이트 절연층 위에 형성되고, 제1 콘택트 영역 및 제2 콘택트 영역과, 상기 제1 콘택트 영역과 상기 제2 콘택트 영역 사이에 위치하는 채널 영역을 갖는 섬 형상의 산화물 반도체층과,
    상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제1 콘택트 영역과 접하도록 형성된 소스 전극과,
    상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제2 콘택트 영역과 접하도록 형성된 드레인 전극을 구비하고,
    상기 산화물 반도체층의 모든 측면은 상기 게이트 전극 위에 있고,
    상기 기판에 수직이고, 또한, 상기 제1 콘택트 영역을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 상기 소스 전극의 폭은, 상기 산화물 반도체층의 폭보다 크고,
    상기 기판에 수직이고, 또한, 상기 제2 콘택트 영역을 채널 폭 방향으로 가로지르는 단면에 있어서, 상기 드레인 전극의 폭은, 상기 산화물 반도체층의 폭보다 크고
    상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 채널 영역의 상면 및 상기 채널 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면은, 산소를 포함하는 절연막에 의해 덮이고, 또한, 상기 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있으며,
    상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 부분은, 제1 오목부를 가지고,
    상기 기판의 법선 방향에서 보아, 상기 채널 영역의 측면을 끼우는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 거리를 L이라 하면, 상기 제1 오목부의 채널 길이 방향의 길이 및 채널 폭 방향의 길이는, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하인, 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 전극은, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 제1 콘택트 영역의 상면과 상기 제1 콘택트 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있고,
    상기 드레인 전극은, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 제2 콘택트 영역의 상면과 상기 제2 콘택트 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 덮고 있는, 반도체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물 반도체층의 표면 중, 상기 채널 영역의 상면 및 상기 채널 영역의 채널 폭 방향에 있는 측면을 제외한 모든 상면 및 측면은, 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극에 의해 덮여 있는, 반도체 장치.
  4. 반도체 장치로서,
    기판과,
    상기 기판 위에 형성된 게이트 전극과,
    상기 게이트 전극 위에 형성된 게이트 절연층과,
    상기 게이트 절연층 위에 형성되고, 제1 콘택트 영역 및 제2 콘택트 영역과, 상기 제1 콘택트 영역과 상기 제2 콘택트 영역 사이에 위치하는 채널 영역을 갖는 섬 형상의 산화물 반도체층과,
    상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제1 콘택트 영역과 접하도록 형성된 소스 전극과,
    상기 산화물 반도체층 위에, 상기 제2 콘택트 영역과 접하도록 형성된 드레인 전극을 구비하고,
    상기 산화물 반도체층의 모든 측면은 상기 게이트 전극 위에 있고,
    상기 산화물 반도체층의 상기 채널 영역의 상면 및 측면 이외의 영역은, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있고,
    상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 영역은, 산소를 포함하는 절연막에 의해 덮이고, 또한, 상기 산소를 포함하는 절연막과 접촉하고 있고,
    상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 산화물 반도체층 중, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극으로 덮여 있지 않은 부분은, 제1 오목부를 가지며,
    상기 기판의 법선 방향에서 보아, 상기 채널 영역의 측면을 끼우는 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 거리를 L이라 하면, 상기 제1 오목부의 채널 길이 방향의 길이 및 채널 폭 방향의 길이는, 각각 독립적으로, 0보다 크고 L/2 이하인, 반도체 장치.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산소를 포함하는 절연막은, SiO2로 형성되어 있는, 반도체 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때, 상기 소스 전극은 오목부를 갖고, 상기 드레인 전극은 상기 오목부 내에 있는, 반도체 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 콘택트 영역 및 상기 제2 콘택트 영역은 복수인, 반도체 장치.
  8. 제1항, 제2항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화물 반도체층은, In, Ga 및 Zn을 포함하는, 반도체 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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