半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在使用氧化物半导体材料的鳍型结构晶体管中抑制阈值电压向负方向漂移或S值增高等的电特性的不均匀。氧化物半导体膜隔着绝缘膜夹在多个栅电极之间。具体而言，覆盖第一栅电极的第一栅极绝缘膜；接触于该第一栅极绝缘膜并越过第一栅电极的氧化物半导体膜；至少覆盖该氧化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；以及接触于该第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极的第二栅电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。在本说明书中，半导体装置是指半导 体元件本身或者包括半导体元件的装置，作为这种半导体元件，例如可以举出薄膜晶体管。 因此，液晶显示装置及存储装置等也包括在半导体装置中。
技术介绍
作为活性层使用形成在具有绝缘表面的衬底上的半导体薄膜的晶体管被广泛地 应用于如集成电路（1C)及图像显示装置(显示装置）等的电子设备。 现有的薄膜晶体管主要具有在平面上层叠有半导体膜、绝缘膜以及电极等的所谓 的平面型结构，但是随着制造工序中的晶体管等的微型化得到进展，缩小沟道宽度，由此导 致导通态电流（on-state current)的下降。因此，近年来，对代替现有的平面型结构的新 结构的晶体管进行开发。例如，专利文献1公开了将多晶硅膜用于活性层(在专利文献1中 记载为半导体薄膜）的鳍（fin)型结构的晶体管。 [专利文献1]日本专利申请公开2009-206306号公报。
技术实现思路
如专利文献1那样，与包括平面型结构的晶体管相比，包括鳍型结构的活性层的 晶体管可以降低截止态电流（off-state current)(当晶体管处于截止状态时在源极和漏 极之间流过的电流)，从而对耗电量的降低很有效。然而，对半导体装置的低耗电量化的要 求今后进一步增高是明显的，因此要求进行进一步抑制晶体管的截止态电流的对策。 作为降低晶体管的截止态电流的方法之一，已提出了将氧化物半导体材料用于活 性层的晶体管。与使用硅类半导体材料的晶体管相比，将氧化物半导体材料用于活性层的 晶体管具有非常低的截止态电流，并可以将截止态电流降至通过一般方法测量不到的程 度。 另外，为了实现晶体管的工作的高速化、晶体管的低耗电量化、高集成化、低价格 化等，必须要实现晶体管的微型化。但是，在实现晶体管的微型化时，有产生阈值电压向负 方向漂移或S值(亚阈值）增高等的电特性的不均匀的担忧。 鉴于上述问题，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种使用氧化物半导体材料 的鳍型结构的晶体管(半导体装置)，该晶体管(半导体装置）可以抑制随着微型化而变得显 著的电特性的不均匀。本专利技术的一个方式的目的之另一是提供一种晶体管(半导体装置)的 制造方法。 在本专利技术的一个方式中，在鳍型结构晶体管中，氧化物半导体膜隔着绝缘膜夹在 多个栅电极之间。具体而言，本专利技术的一个方式包括：覆盖第一栅电极的第一栅极绝缘膜； 接触于该第一栅极绝缘膜并越过第一栅电极的氧化物半导体膜；至少覆盖该氧化物半导体 膜的第二栅极绝缘膜；以及接触于该第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极的第二栅 电极。 本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：第一栅电极；覆盖第一栅电极的第 一栅极绝缘膜；接触于第一栅极绝缘膜并越过第一栅电极的氧化物半导体膜；至少覆盖氧 化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；接触于第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极的第 二栅电极；以及夹着第二栅电极的电连接于氧化物半导体膜的源电极及漏电极。 本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括：第一栅电极；覆盖第一栅电极的 第一栅极绝缘膜；接触于第一栅极绝缘膜并越过第一栅电极的氧化物半导体膜；至少覆盖 氧化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；接触于第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极 的第二栅电极；第二栅极绝缘膜及第二栅电极上的层间膜；以及层间膜上的源电极及漏电 极。源电极及漏电极通过设置在第二栅极绝缘膜及层间膜中的开口电连接于氧化物半导体 膜。第二栅电极位于源电极与漏电极之间。 在上述结构中，优选的是，氧化物半导体膜包括沟道形成区及夹着该沟道形成区 的一对低电阻区，沟道形成区重叠于第二栅电极，并且，源电极及漏电极电连接于一对低电 阻区。 本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括：第一栅电极；覆盖第一栅电极的 第一栅极绝缘膜；接触于第一栅极绝缘膜并越过第一栅电极的氧化物半导体膜；接触于氧 化物半导体膜的一部分并越过第一栅电极的源电极及漏电极；至少覆盖氧化物半导体膜、 源电极及漏电极的第二栅极绝缘膜；以及接触于第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电 极的第二栅电极。 在上述结构中，第二栅电极也可以隔着第二栅极绝缘膜重叠于源电极及漏电极的 一部分。 在上述结构中，包括电容元件，该电容元件包括：下部电极膜；覆盖下部电极膜的 电极间绝缘膜；以及接触于电极间绝缘膜的一部分并以越过下部电极膜的方式设置的上部 电极膜。另外，优选的是，第一栅电极与下部电极膜的组成相同，第一栅极绝缘膜与电极间 绝缘膜的组成相同，并且，第二栅电极与上部电极膜的组成相同。 本专利技术的另一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：形成第一栅 电极；形成覆盖第一栅电极的第一栅极绝缘膜；以接触于第一栅极绝缘膜并越过第一栅电 极的方式形成氧化物半导体膜；形成至少覆盖氧化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；以接触 于第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极的方式形成第二栅电极；在第二栅极绝缘膜 及第二栅电极上形成层间膜；在第二栅极绝缘膜及层间膜中设置开口；以及在层间膜上形 成电连接于氧化物半导体膜的夹着第二栅电极的源电极及漏电极。第二栅电极位于源电极 与漏电极之间。 在上述制造方法中，优选的是，在形成第二栅电极之后，添加杂质，在氧化物半导 体膜中，以自对准的方式形成重叠于第二栅电极的沟道形成区，并且以自对准的方式形成 夹着沟道形成区的一对低电阻区。 本专利技术的另一个方式是一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：形成第一栅 电极；形成覆盖第一栅电极的第一栅极绝缘膜；以接触于第一栅极绝缘膜并越过第一栅电 极的方式形成氧化物半导体膜；以接触于氧化物半导体膜的一部分并越过第一栅电极的方 式形成源电极及漏电极；形成至少覆盖氧化物半导体膜、源电极及漏电极的第二栅极绝缘 膜；以及以接触于第二栅极绝缘膜的一部分并越过第一栅电极的方式形成第二栅电极。 在上述制造方法中，第二栅电极也可以隔着第二栅极绝缘膜重叠于源电极及漏电 极的一部分。 另外，示出在上述制造方法中包括电容元件的半导体装置的制造方法。具体而言， 在与第一栅电极相同的层中形成下部电极膜；形成覆盖下部电极膜的电极间绝缘膜；以及 以接触于电极间绝缘膜的一部分并越过下部电极膜的方式设置的上部电极膜，其中，通过 同一工序形成第一栅电极与下部电极膜，通过同一工序形成第一栅极绝缘膜和电极间绝缘 膜，并且，通过同一工序形成第二栅电极和上部电极膜。 通过采用上述结构，可以利用用作背栅电极的第一栅电极的电场控制不容易受用 作前栅电极的第二栅电极的电场的影响的区域，由此可以抑制阈值电压向负方向漂移或S 值增高等的电特性的不均匀。此外，可以利用背栅电极的电场提高晶体管的导通态电流。 另外，通过与该晶体管相同的工序，使用晶体管的栅电极及栅极绝缘膜形成电容 元件。因此，由于可以通过同一工序形成晶体管和电容元件，所以可以高效率地形成电容元 件。此外，由于电容元件的下部电极膜为鳍型结构，所以与下部电极膜平坦的情况相比可以 增大电容值。 【附图说明】 图1A至图1C是说明半导体装置的一个方式的俯视图及截面图； 图2A至图2D是说明半导体装置的制造方法的一个方式的图； 图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：在第一方向上延伸的第一栅电极；覆盖所述第一栅电极的顶面及侧面的第一栅极绝缘膜；氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜隔着所述第一栅电极的所述顶面与所述氧化物半导体膜之间及所述第一栅电极的所述侧面与所述氧化物半导体膜之间的所述第一栅极绝缘膜覆盖所述第一栅电极；覆盖所述氧化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；以及所述第二栅极绝缘膜上的第二栅电极，该第二栅电极在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 JP 2012-0964431. 一种半导体装置，包括： 在第一方向上延伸的第一栅电极； 覆盖所述第一栅电极的顶面及侧面的第一栅极绝缘膜； 氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜隔着所述第一栅电极的所述顶面与所述氧化物半 导体膜之间及所述第一栅电极的所述侧面与所述氧化物半导体膜之间的所述第一栅极绝 缘膜覆盖所述第一栅电极； 覆盖所述氧化物半导体膜的第二栅极绝缘膜；以及 所述第二栅极绝缘膜上的第二栅电极，该第二栅电极在垂直于所述第一方向的第二方 向上延伸。2. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括通过所述第二栅极绝缘膜中的开口电 连接于所述氧化物半导体膜的源电极及漏电极。3. 根据权利要求1所述的半导体装置， 其中，所述氧化物半导体膜包括沟道形成区及一对低电阻区， 并且，所述第二栅电极重叠于所述沟道形成区。4. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括所述第二栅极绝缘膜及所述第二栅电 极上的绝缘膜。5. 根据权利要求1所述的半导体装置，还包括电容元件，该电容元件包括： 包含与所述第一栅电极相同的材料的下部电极膜；以及 包含与所述第二栅电极相同的材料的上部电极膜。6. 根据权利要求5所述的半导体装置， 其中，所述电容元件在所述下部电极膜与所述上部电极膜之间包括绝缘膜， 并且，所述绝缘膜包含与所述第一栅极绝缘膜或所述第二栅极绝缘膜相同的材料。7. 根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述下部电极膜的高度大于所述下部电 极膜的宽度。8. -种半导体装置，包括： 在第一方向上延伸的第一栅电极； 覆盖所述第一栅电极的顶面及侧面的第一栅极绝缘膜； 氧化物半导体膜，该氧化物半导体膜隔着所述第一栅电极的所述顶面与所述氧化物半 导体膜之间及所述第一栅电极的所述侧面与所述氧化物半导体膜之间的所述第一栅极绝 缘膜覆盖所述第一栅电极； 覆盖所述氧化物半导体膜的一部分的源电极及漏电极； 覆盖所述氧化物半导体膜的一部分、所述源电极及所述漏电极的第二栅极绝缘膜；以 及 所述第二栅极绝缘膜上的第二栅电极，该第二栅电极在垂直于所述第一方向的第二方 向上延伸。9. 根据权利要求8所述的半导体装置，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：矶部敦生，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP