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的底栅型的晶体管中，提供如下结构，即：对栅电极层施加较高的栅电压的情况下，缓和在漏电极层的端部近旁（及源电极层的端部近旁）会发生的电场集中且抑制开关特性的劣化，而提高可靠性。将重叠于沟道形成区上的绝缘层的截面形状设定为锥形形状，且重叠于沟道形成区上的绝缘层的厚度为0.3μm以下，优选为5nm以上且0.1μm以下。将重叠于沟道形成区上的绝缘层的截面形状的下端部的锥形角θ设定为60°以下，优选设定为45°以下，更优选设定为30°以下。

Semiconductor device and manufacturing method thereof

In bottom-gate transistors using oxide semiconductors, the following configuration is provided: when a high gate voltage is applied to the gate electrode layer, the electric field concentration near the end of the drain layer (and near the end of the source layer) is eased and the deterioration of switching characteristics is suppressed, thereby improving reliability. The cross-section shape of the insulating layer overlapped on the channel forming region is set as a cone-shaped shape, and the thickness of the insulating layer overlapped on the channel forming region is less than 0.3 micron, preferably above 5 nm and below 0.1 micron. The taper angle theta of the lower end of the section shape of the insulating layer overlapped on the channel forming area is set below 60 degrees, preferably below 45 degrees, and preferably below 30 degrees.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法本申请是如下专利技术专利申请的分案申请：专利技术名称：半导体装置及其制造方法；申请日：2012年9月28日；申请号：201210368465.3。
本专利技术涉及一种使用氧化物半导体的半导体装置及其制造方法。另外，在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性起作用的所有类型的装置，如电光学装置、半导体电路及电子设备都是半导体装置。
技术介绍
近年来，已对半导体装置进行开发，将半导体装置用作LSI、CPU、存储器。CPU是包括从半导体圆片分开的半导体集成电路（至少包括晶体管及存储器）且形成有作为连接端子的电极的半导体元件的集合体。LSI、CPU、存储器等的半导体电路（IC芯片）安装在电路衬底例如印刷线路板上，并用作各种电子设备的部件之一。通过将氧化物半导体膜用于沟道形成区来制造晶体管等的技术引人注目。例如，可以举出作为氧化物半导体膜使用氧化锌（ZnO）的晶体管或者使用InGaO3（ZnO）m的晶体管。专利文献1及专利文献2公开了在具有透光性的衬底上形成上述使用氧化物半导体膜的晶体管并将该晶体管应用于图像显示装置的开关元件等的技术。[专利文献1]日本专利申请公开2007-123861号公报[专利文献2]日本专利申请公开2007-96055号公报。在氧化物半导体中形成沟道形成区的晶体管可以实现比使用非晶硅的晶体管更高的场效应迁移率。非晶硅的晶体管的场效应迁移率通常为0.5cm2/Vs左右，与此相比使用氧化物半导体的晶体管的场效应迁移率为10cm2/Vs至20cm2/Vs或更大的值。另外，氧化物半导体通过溅射法等可以形成活性层，不像使用多晶硅的晶体管那样，能够不利用激光装置而简单地制造。现在对使用上述氧化物半导体在玻璃衬底或塑料衬底上形成晶体管并将该晶体管应用于液晶显示装置、有机EL显示装置、电子纸等进行讨论。另一方面，现在正普及具有大面积的显示区域的显示装置。在家庭用电视中，显示画面的对角为40英寸至50英寸的电视也已开始广泛使用，将来普及更加快。因为如上所说明的那样，使用氧化物半导体的晶体管得到非晶硅的晶体管的10倍以上的场效应迁移率，所以在具有大面积的显示区域的显示装置中作为像素的开关元件也得到充分的性能。另外，用于显示装置的晶体管被求得具有更耐压性。本专利技术的目的之一在于将使用氧化物半导体的电特性良好且可靠性高的晶体管用作开关元件，并且提供可靠性高的显示装置及其制造方法。另外，本专利技术的目的之一在于提供如下结构及其制造方法，即：在使用氧化物半导体的底栅型的晶体管中，对栅电极层施加较高的栅电压的情况下，缓和在漏电极层的端部近旁（及源电极的端部近旁）会发生的电场集中且抑制开关特性的劣化，而提高可靠性。设为将氧化物半导体用于沟道形成区，且在沟道形成区上重叠地设置绝缘层（也称为沟道停止层）的结构的底栅型的晶体管。本专利技术的一个方式之一是探讨重叠于沟道形成区上的绝缘层的截面形状，具体而言研究端部的截面形状（锥形角度θ或厚度等），缓和在漏电极层的端部近旁（及源电极层的端部近旁）会发生的电场集中，而抑制开关特性的劣化。具体而言，将重叠于沟道形成区上的绝缘层的截面形状设定为梯形或三角形，即截面形状的下端部的锥形的角度θ为60°以下，优选为45°以下，更优选为30°以下。通过采用上述角度范围，在对栅电极层施加较高的栅电压的情况下，能够缓和在漏电极层的端部近旁（及源电极层的端部近旁）会发生的电场集中。另外，将重叠于沟道形成区上的绝缘层的厚度设定为0.3μm以下，优选为5nm以上且0.1μm以下。通过采用上述厚度范围，能够使电场强度的峰值小，或者由于电场集中分散而电场集中的部分成为多个，结果能够缓和在漏电极层的端部近旁会发生的电场集中。
技术实现思路
在本说明书中公开的本专利技术的一个方式是一种半导体装置，包括：在绝缘表面上的栅电极层；在栅电极层上的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上的包括沟道形成区的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜上接触的绝缘层；在绝缘层上具有端部的源电极层；以及在绝缘层上具有端部的漏电极层，其中，源电极层的端部及漏电极层的端部隔着绝缘层重叠于沟道形成区，并且绝缘层的端部为锥形形状，该绝缘层的厚度为0.3μm以下，优选为5nm以上且0.1μm以下。在本说明书中公开的本专利技术的另一个方式是一种半导体装置，包括：在绝缘表面上的栅电极层；在栅电极层上的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上的包括沟道形成区的氧化物半导体膜；与氧化物半导体膜上接触的绝缘层；在绝缘层上具有端部的源电极层；以及在绝缘层上具有端部的漏电极层，其中，源电极层的端部及漏电极层的端部隔着绝缘层重叠于沟道形成区，并且由绝缘层的端部的侧面和绝缘表面构成的角度为60°以下，优选为45°以下，更优选为30°以下，该绝缘层的厚度为0.3μm以下，优选为5nm以上且0.1μm以下。另外，在上述结构中，漏电极层的端部重叠于绝缘层的上表面。漏电极层也用作遮断来自外部的光对于氧化物半导体膜的照射的遮光膜。在将漏极电极层用作遮光膜的情况下，以源电极层的端部和漏电极层的端部之间的间隔距离在不短路的范围内的方式决定源电极层的端部的位置即可。另外，在绝缘层的端部的侧面和绝缘表面形成的角度较小的情况下，绝缘层的侧面的宽度（也称为锥形部分的宽度）为较宽，因此减少漏极电极层和栅电极层重叠的部分的寄生电容是优选的。在此情况下，漏电极层的端部重叠于绝缘层的端部的侧面。在绝缘层的端部上锥形角θ是绝缘层的截面形状中的下端部的侧面和衬底主平面形成的角度。另外，在设置有绝缘层的区域的氧化物半导体膜的表面为平面，并且与衬底主平面大致平行的情况下，锥形角θ是指截面形状中的下端部的侧面和氧化物半导体膜平面形成的角度。此外，重叠于沟道形成区上的绝缘层的端部的截面形状不局限于梯形或三角形。也可以采用重叠于沟道形成区上的绝缘层的侧面的至少一部分具有曲面的形状。例如，在绝缘层的端部的截面形状中，绝缘层的下端部也可以具有根据位于绝缘层的外侧的曲率圆的中心决定的一个曲面。此外，绝缘层的端部的截面形状也可以具有从绝缘层上表面向衬底扩大的截面形状。通过干蚀刻或湿蚀刻形成具有如上所述的多种截面形状的绝缘层。作为用于干蚀刻的蚀刻装置，可以使用如下装置：使用反应性离子蚀刻法（RIE法）的蚀刻装置、使用ECR（ElectronCyclotronResonance：电子回旋共振）或ICP（InductivelyCoupledPlasma：感应耦合等离子体）等高密度等离子体源的干蚀刻装置。此外，作为与ICP蚀刻装置相比可以在宽广的区域上获得均匀的放电的干蚀刻装置，存在ECCP（EnhancedCapacitivelyCoupledPlasma，即增强型电容耦合等离子体）模式的蚀刻装置，其中上部电极接地，并且下部电极连接到13.56MHz的高频电源，并且进一步连接到3.2MHz的低频电源。即使在例如使用尺寸超过3m的第十代衬底的衬底时仍可以采用该ECCP模式的蚀刻装置。此外，当重叠于沟道形成区上的绝缘层的截面形状采用梯形或三角形时，边使抗蚀剂掩模缩小边进行绝缘层的蚀刻，来形成截面形状为梯形或三角形状的绝缘层。注意，在本说明书中，截面形状是指沿垂直于衬底的主平面的面切断的截面形状。通过将绝缘层的截面形状设为最适形状，能够缓和漏电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：绝缘表面上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上包括沟道形成区的氧化物半导体层；接触于所述氧化物半导体层的绝缘层；与所述氧化物半导体层电连接的源电极，所述源电极包括在所述绝缘层上的端部；以及与所述氧化物半导体层电连接的漏电极，所述漏电极包括在所述绝缘层上的端部，其中所述栅电极、所述源电极及所述漏电极的每一个包括铜，其中所述源电极的所述端部及所述漏电极的所述端部与所述沟道形成区重叠，其中所述绝缘层、所述源电极及所述漏电极与所述氧化物半导体层的相同表面直接接触，其中所述绝缘层的端部的侧面和所述绝缘表面形成的角度为60°以下，并且，其中所述绝缘层的厚度为0.3μm以下。

【技术特征摘要】
2011.09.29 JP 2011-2155991.一种半导体装置，包括：绝缘表面上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上包括沟道形成区的氧化物半导体层；接触于所述氧化物半导体层的绝缘层；与所述氧化物半导体层电连接的源电极，所述源电极包括在所述绝缘层上的端部；以及与所述氧化物半导体层电连接的漏电极，所述漏电极包括在所述绝缘层上的端部，其中所述栅电极、所述源电极及所述漏电极的每一个包括铜，其中所述源电极的所述端部及所述漏电极的所述端部与所述沟道形成区重叠，其中所述绝缘层、所述源电极及所述漏电极与所述氧化物半导体层的相同表面直接接触，其中所述绝缘层的端部的侧面和所述绝缘表面形成的角度为60°以下，并且，其中所述绝缘层的厚度为0.3μm以下。2.一种半导体装置，包括：绝缘表面上的栅电极；所述栅电极上的栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上包括沟道形成区的氧化物半导体层；接触于所述氧化物半导体层的绝缘层；与所述氧化物半导体层电连接的源电极，所述源电极包括在所述绝缘层上的端部；以及与所述氧化物半导体层电连接的漏电极，所述漏电极包括在所述绝缘层上的端部，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，早川昌彦，筱原聪始，
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