(57)【要約】【課題】特性の向上を図ることができる半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１電極と、酸化物半導体膜と、絶縁膜と、第２電極と、第３電極と、を含む。前記酸化物半導体膜は、一方向に並ぶ第１領域、第２領域、第３領域、第４領域及び第５領域を有する。前記絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と前記第１電極との間に設けられる。前記第２電極は、前記第２領域の上に設けられ前記第２領域の上面全体を接触面として前記第２領域と接する。前記第３電極は、前記第４領域の上に設けられ前記第４領域の上面全体を接触面として前記第４領域と接する。前記第２領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低い。前記第４領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低い。【選択図】図１
2014170841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
一方向に並ぶ第１領域、第２領域、第３領域、第４領域及び第５領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と前記第１電極との間に設けられ絶縁膜と、
前記第２領域の上に設けられ前記第２領域の上面全体を接触面として前記第２領域と接する第２電極であって、前記第２領域と接し導電性を有する第１酸化金属部を含む第２電極と、
前記第４領域の上に設けられ前記第４領域の上面全体を接触面として前記第４領域と接する第３電極であって、前記第４領域と接し導電性を有する第２酸化金属部を含む第３電極と、
を備え、
前記第２領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度、前記第３領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低く、１重量パーセント以上１５重量パーセント以下であり、
前記第４領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度、前記第３領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低く、１重量パーセント以上１５重量パーセント以下であり、
前記第３領域の前記酸素濃度は、１５重量パーセント以上２５重量パーセント以下である半導体装置。
【請求項２】
第１電極と、
一方向に並ぶ第１領域、第２領域、第３領域、第４領域及び第５領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と前記第１電極との間に設けられた絶縁膜と、
前記第２領域の上に設けられ前記第２領域の上面全体を接触面として前記第２領域と接する第２電極と、
前記第４領域の上に設けられ前記第４領域の上面全体を接触面として前記第４領域と接する第３電極と、
を備え、
前記第２領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低く、
前記第４領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低い半導体装置。
【請求項３】
前記第２領域の前記酸素濃度は、１重量パーセント以上１５重量パーセント以下であり、
前記第３領域の前記酸素濃度は、１５重量パーセント以上２５重量パーセント以下であり、
前記第４領域の前記酸素濃度は、１重量パーセント以上１５重量パーセント以下である請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低く、
前記第４領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低い請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２電極は、前記第２領域と接し導電性を有する第１酸化金属部を含み、
前記第３電極は、前記第４領域と接し導電性を有する第２酸化金属部を含む請求項２〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
第１電極と、
前記第１電極に並置された配線と、
前記第１電極の上に設けられた酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と前記第１電極との間に設けられ第１の厚さを有する第１絶縁膜と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第２電極と、
前記酸化物半導体膜と電気的に接続された第３電極と、
前記配線の上に設けられ前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２絶縁膜と、
を備えた半導体装置。
【請求項７】
絶縁部の上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に、一方向に並ぶ第１領域、第２領域、第３領域、第４領域及び第５領域を有する酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記第２領域と接する第２電極及び前記第４領域と接する第３電極を形成する工程と、
を備え、
前記第２領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度、前記第３領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低く、
前記第４領域の酸素濃度は、前記第１領域の酸素濃度、前記第３領域の酸素濃度及び前記第５領域の酸素濃度のそれぞれよりも低い半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）は、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置などの画像表示装置に広く用いられている。近年では、活性層である半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏなどを用いた酸化物半導体を用いた半導体装置が開発されている。酸化物半導体は、低温でも容易に形成でき、移動度が１０ｃｍ２／Ｖｓ以上と高い。酸化物半導体を用いた半導体装置においては、さらなる特性の向上が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０１２６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、特性の向上を図ることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体装置は、第１電極と、酸化物半導体膜と、絶縁膜と、第２電極と、第３電極と、を含む。
前記酸化物半導体膜は、一方向に並ぶ第１領域、第２領域、第３領域、第４領域及び第５領域を有する。
前記絶縁膜は、前記酸化物半導体膜と前記第１電極との間に設けられる。
前記第２電極は、前記第２領域の上に設けられ前記第２領域の上面全体を接触面として前記第２領域と接する。
前記第３電極は、前記第４領域の上に設けられ前記第４領域の上面全体を接触面として前記第４領域と接する。
前記第２領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低い。
前記第４領域の酸素濃度は、前記第３領域の酸素濃度よりも低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、半導体装置の製造方法（その２）を例示する模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１（ａ）には第１の実施形態に係る半導体装置１１０の模式的断面図が表される。図１（ｂ）には第１の実施形態に係る半導体装置１１０の一部を拡大した模式的断面図が表される。
【０００９】
図１（ａ）に表したように、半導体装置１１０は、第１電極１１と、酸化物半導体膜２０と、第１絶縁膜３０と、第２電極１２と、第３電極１３と、を備える。半導体装置１１０は、例えばＴＦＴである。第１電極１１は、例えばＴＦＴのゲート電極である。第２電極１２は、例えばＴＦＴのソース電極である。第３電極１３は、例えばＴＦＴのドレイン電極である。酸化物半導体膜２０は、例えばＴＦＴのチャネルが形成される活性層である。第１絶縁膜３０は、例えばＴＦＴのゲート絶縁膜の一部である。
【００１０】
半導体装置１１０では、第２電極１２及び第３電極１３と、第１電極１１と、の間に酸化物半導体膜２０が設けられる。なお、第１電極１１、第２電極１２及び第３電極１３は、酸化物半導体膜２０の上に並置されていてもよい。
【００１１】
第１電極１１は、絶縁部５に設けられた溝５１の中に埋め込まれている。第１電極１１には、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。第１電極１１は、例えばダマシン法によって形成される。本実施形態では、Ｃｕを用いたダマシン法によって、絶縁部５の溝５１内に第１電極１１が埋め込まれる。第１電極１１は、例えば島状に設けられる。第１電極１１は、ライン状に設けられていてもよい。
【００１２】
酸化物半導体膜２０は、第１電極１１の上に設けられる。本実施形態において、第１電極１１と酸化物半導体膜２０とを結ぶ方向のＺ方向、Ｚ方向に直交する方向の１つのＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００１３】
酸化物半導体膜２０は、一方向に並ぶ第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３、第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５を有する。本実施形態では、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３、第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５は、この順にＸ方向に並ぶ。
【００１４】
酸化物半導体膜２０には、例えばインジウム（Ｉｎ）−ガリウム（Ｇａ）−亜鉛（Ｚｎ）−酸素（Ｏ）が設けられる。酸化物半導体膜２０には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ以外のＩｎやＺｎを含む酸化物、例えばＩｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜等を用いてもよい。酸化物半導体膜２０の厚さは、例えば５ナノメートル（ｎｍ）以上１００ｎｍ以下である。
【００１５】
第１絶縁膜３０は、第１電極１１と酸化物半導体膜２０との間に設けられる。例えば、第１絶縁膜３０は、第１電極１１の上に積層される。第１絶縁膜３０には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）が用いられる。第１絶縁膜３０には、ＳｉＮ以外の酸化シリコン（ＳｉＯ２）や酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、さらにＨｆＯ２やＨｆＳｉＯＮなどを用いてもよい。第１電極１１としてＣｕを用いる場合、第１絶縁膜３０としてＳｉＮを用いると、Ｃｕの酸化物半導体膜２０への拡散が効果的に抑制される。第１絶縁膜３０の厚さは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００１６】
酸化物半導体膜２０は、第２絶縁膜４０によって覆われる。第２絶縁膜４０は、酸化物半導体膜２０の第１絶縁膜３０と接する面以外の面を覆うように設けられる。第２絶縁膜４０は第１電極１１と並置された配線１５の上にも設けられる。第２絶縁膜４０は、酸化物半導体膜２０の外側から内側へ異物が侵入することを抑制する。異物とは、例えば水素を含む物質である。
【００１７】
第２絶縁膜４０は、例えばＳｉＮを含む。第２絶縁膜４０は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の群より選択された１つを含んでいてもよい。第２絶縁膜４０の材料は、第１絶縁膜３０の材料と同じでも、異なっていてもよい。
【００１８】
第２絶縁膜４０の上には保護膜６０が設けられる。保護膜６０には、例えばＳｉＯ２が用いられる。保護膜６０は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成される。保護膜６０の厚さは、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第２絶縁膜４０及び保護膜６０は、第１電極１１及び配線１５の上に設けられた層間絶縁膜として機能する。
【００１９】
第２電極１２は、酸化物半導体膜２０の第２領域Ｒ２の上に設けられる。第２電極１２は、第２領域Ｒ２の上面全体を接触面として第２領域Ｒ２と接する。第２電極１２は、保護膜６０及び第２絶縁膜４０に設けられたコンタクトホール６２ｈ内に設けられる。コンタクトホール６２ｈは、保護膜６０の表面から酸化物半導体膜２０まで達する。酸化物半導体膜２０の第２領域Ｒ２は、コンタクトホール６２ｈの底と酸化物半導体膜２０とがＺ方向に重なる領域である。
【００２０】
第２電極１２は、例えば第１バリア膜１２ａと、第１導電部１２ｂと、を有する。第１バリア膜１２ａは、コンタクトホール６２ｈの内壁及びコンタクトホール６２ｈの底に沿って形成される。第１バリア膜１２ａは、コンタクトホール６２ｈの底において酸化物半導体膜２０の第２領域Ｒ２と接する。第１導電部１２ｂは、第１バリア膜１２ａを介してコンタクトホール６２ｈ内に埋め込まれる。
【００２１】
第１バリア膜１２ａには、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）が用いられる。第１導電部１２ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６２ｈ内に形成される。第１バリア膜１２ａは、第１導電部１２ｂの材料（例えば、Ｃｕ）や、第１導電部１２ｂに含まれる物質（例えば、水素を含む物質）が酸化物半導体膜２０へ侵入することを抑制するバリア膜として機能する。なお、第２電極１２には、Ｃｕ以外のアルミニウム（Ａｌ）等を用いてもよい。
【００２２】
第３電極１３は、酸化物半導体膜２０の第４領域Ｒ４の上に設けられる。第３電極１３は、第４領域Ｒ４の上面全体を接触面として第４領域Ｒ４と接する。第３電極１３は、保護膜６０及び第２絶縁膜４０に設けられたコンタクトホール６３ｈ内に設けられる。コンタクトホール６３ｈは、保護膜６０の表面から酸化物半導体膜２０まで達する。酸化物半導体膜２０の第４領域Ｒ４は、コンタクトホール６３ｈの底と酸化物半導体膜２０とがＺ方向に重なる領域である。
【００２３】
第３電極１３は、例えば第２バリア膜１３ａと、第２導電部１３ｂと、を有する。第２バリア膜１３ａは、コンタクトホール６３ｈの内壁及びコンタクトホール６３ｈの底に沿って形成される。第２バリア膜１３ａは、コンタクトホール６３ｈの底において酸化物半導体膜２０の第４領域Ｒ４と接する。第２導電部１３ｂは、第２バリア膜１３ａを介してコンタクトホール６３ｈ内に埋め込まれる。
【００２４】
第２バリア膜１３ａには、例えばＴａＮが用いられる。第２導電部１３ｂには、例えばＣｕが用いられる。第２導電部１３ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６３ｈ内に形成される。第２バリア膜１３ａは、第２導電部１３ｂの材料（例えば、Ｃｕ）や、第２導電部１３ｂに含まれる物質（例えば、水素を含む物質）が酸化物半導体膜２０へ侵入することを抑制するバリア膜として機能する。なお、第３電極１３には、Ｃｕ以外のＡｌ等を用いてもよい。
【００２５】
配線１５は、絶縁部５に設けられた溝５５の中に埋め込まれている。配線１５には、例えばＣｕが用いられる。配線１５は、例えばダマシン法によって形成される。本実施形態では、Ｃｕを用いたダマシン法によって、絶縁部５の溝５５内に配線１５が埋め込まれる。配線１５は、例えば第１電極１１と導通する。
【００２６】
配線１５の上には、第２絶縁膜４０及び保護膜６０が設けられる。配線１５上の第１保護膜及び保護膜６０にはコンタクトホール６５ｈが設けられる。コンタクトホール６５ｈは、保護膜６０の表面から配線１５まで達する。
【００２７】
コンタクトホール６５ｈには配線１６が設けられる。配線１６は、配線１５のコンタクト配線である。配線１６は、例えば第３バリア膜１６ａと、第３導電部１６ｂと、を有する。第３バリア膜１６ａは、コンタクトホール６５ｈの内壁及びコンタクトホール６５ｈの底に沿って形成される。第３バリア膜１６ａは、コンタクトホール６５ｈの底において配線１５と接する。第３導電部１６ｂは、第３バリア膜１６ａを介してコンタクトホール６５ｈ内に埋め込まれる。
【００２８】
第３バリア膜１６ａには、例えばＴａＮが用いられる。第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６５ｈ内に形成される。なお、配線１６には、Ｃｕ以外のＡｌ等を用いてもよい。
【００２９】
ここで、配線１５の上に設けられる第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、第１絶縁膜３０の厚さｄ１よりも厚いことが望ましい。第１絶縁膜３０の厚さｄ１は、例えば３０ｎｍ程度である。第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、例えば５０ｎｍ程度である。半導体装置１１０の駆動力やトランスコンダクタンスを高めるため、第１絶縁膜３０の厚さｄ１は薄くすることが望ましい。一方、配線１６をダマシン法で形成する場合、第２絶縁膜４０の厚さｄ２はある程度厚い必要がある。つまり、第２絶縁膜４０の厚さｄ２が第１絶縁膜３０の厚さｄ１と同じくらい薄いと、配線１６をダマシン法で形成する際の溝の形成が困難になる。したがって、第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、第１絶縁膜３０の厚さｄ１よりも厚いことが望ましい。
【００３０】
先に説明したように、酸化物半導体膜２０は、一方向に並ぶ第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３、第４領域Ｒ４及び第５領域Ｒ５を有する。第２領域Ｒ２は、コンタクトホール６２ｈの底と酸化物半導体膜２０とがＺ方向に重なる領域である。第４領域Ｒ２は、コンタクトホール６３ｈの底と酸化物半導体膜２０とがＺ方向に重なる領域である。第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも外側の領域である。第５領域Ｒ５は、第４領域Ｒ４よりも外側の領域である。第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２と第４領域Ｒ４との間の領域である。第３領域Ｒ３は、ＴＦＴのチャネルが形成される領域である。
【００３１】
半導体装置１１０において、第２領域Ｒ２の酸素濃度は、第３領域Ｒ３の酸素濃度よりも低い。第２領域Ｒ２の酸素濃度は、第１領域Ｒ１の酸素濃度、第３領域Ｒ３の酸素濃度及び第５領域Ｒ５の酸素濃度のそれぞれよりも低くてもよい。
【００３２】
また、半導体装置１１０において、第４領域Ｒ４の酸素濃度は、第３領域Ｒ３の酸素濃度よりも低い。第４領域Ｒ４の酸素濃度は、第１領域Ｒ１の酸素濃度、第３領域Ｒ３の酸素濃度及び第５領域Ｒ５の酸素濃度のそれぞれよりも低くてもよい。ここで、各酸素濃度は、各領域それぞれの平均の酸素濃度である。
【００３３】
酸化物半導体膜２０の酸素濃度は、第２領域Ｒ２と第３領域Ｒ３との境界で顕著に変化する。また、酸化物半導体膜２０の酸素濃度は、第４領域Ｒ４と第３領域Ｒ３との境界で顕著に変化する。
【００３４】
第２領域Ｒ２の酸素濃度は、例えば、１重量パーセント（％）以上１５重量％以下である。第４領域Ｒ４の酸素濃度は、例えば、１重量％以上１５重量％以下である。第３領域Ｒ３の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。第１領域Ｒ１の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。第５領域Ｒ５の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。
【００３５】
半導体装置１１０では、酸化物半導体膜２０と第２電極１２とが接する領域（第２領域Ｒ２）の酸素濃度、及び酸化物半導体膜２０と第３電極１３とが接する領域（第４領域Ｒ４）の酸素濃度を、チャネルが形成される領域（第３領域Ｒ３）の酸素濃度よりも低くすることで、酸化物半導体膜２０と第２電極１２及び第３電極１３との電気的な接触抵抗が低減される。
【００３６】
半導体装置１１０では、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２及び第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度が低くなるよう設定される。このため、第２領域Ｒ２の周辺領域（第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度及び第４領域Ｒ４の周辺領域（第５領域Ｒ５及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度に与える影響が少ない。すなわち、半導体装置１１０では、酸化物半導体膜２０のうち、電極との接触抵抗を低くしたい領域だけ低い酸素濃度が設定される。したがって、チャネルが形成される第３領域Ｒ３の酸素濃度に与える影響が少ない。
【００３７】
また、半導体装置１１０では、チャネルが形成される領域（第３領域Ｒ３）の酸素濃度を、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度及び第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度よりも高くすることで、ＴＦＴの電流のＯＮ／ＯＦＦ比が向上する。
【００３８】
このように、半導体装置１１０では、第２電極１２及び第３電極１３と酸化物半導体膜２０との接触抵抗の低減と、電流のＯＮ／ＯＦＦ比の向上との両立が達成される。
【００３９】
次に、半導体装置１１０の製造方法（その１）を説明する。
図２（ａ）〜図４（ｂ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
先ず、図２（ａ）に表したように、絶縁部５に第１電極１１及び第１電極１１と導通する配線１５を形成する。絶縁部５は、例えば、図示しない基板の上に設けられる。第１電極１１及び配線１５は、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、絶縁部５の一部にエッチングを施し、溝５１及び５５を形成する。次に、溝５１及び５５を埋め込むように、例えばＣｕを絶縁部５の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、溝５１及び５５に埋め込まれたＣｕのみを残す。
【００４０】
次に、絶縁部５、第１電極１１及び配線１５の上に第１絶縁膜３０を形成する。第１絶縁膜３０には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる第１絶縁膜３０は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。第１絶縁膜３０の厚さは、例えば３０ｎｍ程度である。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に表したように、第１絶縁膜３０の上に酸化物材料膜２００を形成する。酸化物材料膜２００には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏが用いられる。酸化物材料膜２００は、例えばスパッタ法により成膜される。酸化物材料膜２００の厚さは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ここで形成される酸化物材料膜２００の酸素濃度は、例えば１重量％以上１５重量％以下である。
【００４２】
次に、図２（ｃ）に表したように、酸化物材料膜２００をパターニングする。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、酸化物材料膜２００の一部を除去する。このエッチングによって、配線１５上の酸化物材料膜２００が除去される。第１電極１１上の酸化物材料膜２００は残される。
【００４３】
次に、図３（ａ）に表したように、第１絶縁膜３０及び酸化物材料膜２００の上にレジスト膜８１を形成する。そして、フォトリソグラフィによってレジスト膜８１の一部に開口８１ｈを形成する。開口８１ｈは、Ｚ方向にみて酸化物材料膜２００の中央部分に設けられる。Ｚ方向にみて開口８１ｈと重なる酸化物材料膜２００の領域は、第３領域Ｒ３になる領域である。
【００４４】
次に、開口８１ｈを設けたレジスト膜８１をマスクとして酸素イオンを注入する。酸素イオンは開口８１ｈを介して酸化物材料膜２００の一部の領域に注入される。酸素イオンが注入された酸化物材料膜２００の一部の領域の酸素濃度は、他の領域の酸素濃度よりも高くなる。酸素イオンが注入された領域は第３領域Ｒ３になる。第３領域Ｒ３の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。一方、酸素イオンが注入されない領域の酸素濃度は、酸化物材料膜２００を形成した際の酸素濃度のまま維持される。すなわち、この酸素イオンの注入によって、酸化物半導体膜２０が形成される。酸素イオンを注入した後は、レジスト膜８１を除去する。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に表したように、第１絶縁膜３０及び酸化物半導体膜２０の上に絶縁材料膜４００を形成する。絶縁材料膜４００には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる絶縁材料膜４００は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。絶縁材料膜４００の厚さは、例えば２０ｎｍ程度である。これにより、配線１５の上に第２絶縁膜４０が形成される。第２絶縁膜４０の厚さは、第１絶縁膜３０の厚さｄ１に絶縁材料膜４００の厚さを加えた厚さｄ２になる。
【００４６】
次に、図３（ｃ）に表したように、第２絶縁膜４０の上に保護膜６０を形成する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、保護膜６０に複数のコンタクトホール（開口）６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈを形成する。さらに、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、複数の配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈを形成する。
【００４７】
コンタクトホール６０１ｈは、Ｚ方向にみて第３領域Ｒ３の隣りに設けられる。コンタクトホール６０２ｈは、Ｚ方向にみて第３領域Ｒ３のコンタクトホール６０１ｈとは反対側の隣りに設けられる。コンタクトホール６０３ｈは、配線１５の上の第２絶縁膜４０の途中まで設けられる。
【００４８】
次に、図４（ａ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈの内壁及び底に第１バリア膜１２ａを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈの内壁及び底に第２バリア膜１３ａを形成し、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈｈの内壁及び底に第３バリア膜１６ａを形成する。第１バリア膜１２ａ及び第２バリア膜１３ａは、それぞれ酸化物半導体膜２０と接する。第３バリア膜１６ａは、配線１５と接する。第１バリア膜１２ａ、第２バリア膜１３ａ及び第３バリア膜１６ａには、例えばＴａＮが用いられる。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈ内の第１バリア膜１２ａの上に第１導電部１２ｂを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈ内の第２バリア膜１３ａの上に第２導電部１３ｂを形成し、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６５ｈ内の第３バリア膜１６ａの上に第３導電部１６ｂを形成する。
【００５０】
第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈと、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈとを埋め込むように、例えばＣｕを保護膜６０の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈと、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈとに埋め込まれたＣｕのみを残す。
【００５１】
その後、例えばＳｉ−ＬＳＩがＴＦＴの下層にある場合、水素を用いたシンター処理を行う。以上の工程によって、半導体装置１１０が完成する。
【００５２】
このような製造方法によれば、酸素濃度の低い酸化物半導体膜２０を形成した後、酸化物材料膜２００の一部に酸素イオンを注入することで酸素濃度を高くした第３領域Ｒ３を形成する。これにより、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度及び第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度に与える影響を少なくしつつ、電流のＯＮ／ＯＦＦ比を向上した半導体装置１１０が製造される。
【００５３】
次に、半導体装置１１０の製造方法（その２）について説明する。
図５（ａ）〜（ｄ）は、半導体装置の製造方法（その２）を例示する模式的断面図である。
なお、半導体装置の製造方法（その２）において、図２（ａ）〜（ｃ）に表した工程は、半導体装置の製造方法（その１）と同様である。
【００５４】
次に、図５（ａ）に表したように、第１絶縁膜３０及び酸化物半導体膜２０の上に絶縁材料膜４００を形成する。絶縁材料膜４００には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる絶縁材料膜４００は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。絶縁材料膜４００の厚さは、例えば２０ｎｍ程度である。
【００５５】
次に、図５（ｂ）に表したように、酸化物材料膜２００の上の絶縁材料膜４００の一部に開口４０ｈを形成する。開口４０ｈは、Ｚ方向にみて酸化物材料膜２００の中央部分に設けられる。Ｚ方向にみて開口４０ｈと重なる酸化物材料膜２００の領域は、第３領域Ｒ３になる領域である。
【００５６】
次に、絶縁材料膜４００に開口４０ｈを形成した後、酸素雰囲気中で熱処理（酸素アニール）を行う。この熱処理によって、開口４０ｈから酸化物材料膜２００の一部の酸素濃度が高まる。酸素濃度が高くなった酸化物材料膜２００の一部の領域は第３領域Ｒ３になる。第３領域Ｒ３の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。一方、絶縁材料膜４００で覆われた酸化物材料膜２００の酸素濃度は、酸化物材料膜２００を形成した際の酸素濃度のまま維持される。この酸素アニールによって、酸化物半導体膜２０が形成される。
【００５７】
次に、図５（ｃ）に表したように、開口４０ｈを塞ぐように第２絶縁材料膜４１０を形成する。第２絶縁材料膜４１０の材料には、例えばＳｉＮが用いられる。第２絶縁材料膜４１０は、開口４０ｈを塞ぐように形成されるとともに、絶縁材料膜４００の上にも形成される。
【００５８】
次に、第２絶縁材料膜４１０及び絶縁材料膜４００をＣＭＰによって平坦化する。これにより、図５（ｄ）に表したように、所定の厚さｄ２を有する第２絶縁膜４０が形成される。この後の工程は、図３（ｃ）〜図４（ｂ）に表した半導体装置１１０の製造方法（その１）と同様である。これにより、半導体装置１１０が完成する。
【００５９】
このような半導体装置１１０の製造方法（その２）によれば、酸素イオン注入ではなく酸素アニールにより酸素を注入するため、先に説明した製造方法（その１）に比べて高濃度の酸素を短時間に導入できるというメリットがある。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図６（ａ）には第２の実施形態に係る半導体装置１２０の模式的断面図が表される。図６（ｂ）には第２の実施形態に係る半導体装置１２０の一部を拡大した模式的断面図が表される。
【００６１】
図６（ａ）に表したように、第２の実施形態に係る半導体装置１２０は、第１の実施形態に係る半導体装置１１０と同様に、第１電極１１と、酸化物半導体膜２０と、第１絶縁膜３０と、第２電極１２と、第３電極１３と、を備える。半導体装置１２０は、例えばＴＦＴである。
【００６２】
図６（ｂ）に表したように、半導体装置１２０において、第２電極１２は、第２領域Ｒ２と接し導電性を有する第１酸化金属部１２ｃを含む。半導体装置１２０において、第３電極１３は、第４領域Ｒ４と接し導電性を有する第２酸化金属部１３ｃを含む。半導体装置１２０において、配線１６は、配線１５と接し導電性を有する第３酸化金属部１６ｃを含む。
【００６３】
第１酸化金属部１２ｃは、酸化物半導体膜２０を形成する際の酸化物材料膜の一部（第２領域Ｒ２になる領域）に含まれる酸素と第１金属膜１２０ｃとが反応して酸化した金属である。第１酸化金属部１２ｃは、第１金属膜１２０ｃの少なくとも一部が酸化した部分である。
【００６４】
第１酸化金属部１２ｃは、第２電極１２と第２領域Ｒ２とが接触する部分の全体または一部に設けられる。第１金属膜１２０ｃとして、酸化しても導電性を有する例えばルテニウム（Ｒｕ）やチタン（Ｔｉ）を用いてもよい。これにより、第１導電部１２ｂと第２領域Ｒ２との間に第１酸化金属部１２ｃが設けられていても、第２電極１２と第２領域Ｒ２との間の接触抵抗は十分に低減される。
【００６５】
第２酸化金属部１３ｃは、酸化物半導体膜２０を形成する際の酸化物材料膜の一部（第４領域Ｒ４になる領域）に含まれる酸素と第２金属膜１３０ｃとが反応して酸化した金属である。第２酸化金属部１３ｃは、第２金属膜１３０ｃの少なくとも一部が酸化した部分である。
【００６６】
第２酸化金属部１３ｃは、第３電極１３と第４領域Ｒ４とが接触する部分の全体または一部に設けられる。第２金属膜１３０ｃとして、酸化しても導電性を有する例えばＲｕやＴｉを用いてもよい。これにより、第２導電部１３ｂと第４領域Ｒ４との間に第２酸化金属部１３ｃが設けられていても、第３電極１３と第４領域Ｒ４との間の接触抵抗は十分に低減される。
【００６７】
半導体装置１２０では、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度が、第１酸化金属部１２ｃによって低くなるように設定される。半導体装置１２０では、第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度が、第２酸化金属部１３ｃによって低くなるように設定される。このため、第２領域Ｒ２の周辺領域（第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度及び第４領域Ｒ４の周辺領域（第５領域Ｒ５及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度に与える影響が少ない。すなわち、半導体装置１２０では、酸化物半導体膜２０のうち、電極との接触抵抗を低くしたい領域だけ低い酸素濃度が設定される。したがって、チャネルが形成される第３領域Ｒ３の酸素濃度に与える影響が少ない。
【００６８】
また、半導体装置１２０では、半導体装置１１０と同様に、チャネルが形成される領域（第３領域Ｒ３）の酸素濃度を、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度及び第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度よりも高くすることで、ＴＦＴの電流のＯＮ／ＯＦＦ比が向上する。
【００６９】
このように、半導体装置１２０では、第２電極１２及び第３電極１３と酸化物半導体膜２０との接触抵抗の低減と、電流のＯＮ／ＯＦＦ比の向上との両立が達成される。
【００７０】
次に、半導体装置１２０の製造方法を説明する。
図７（ａ）〜図８（ｂ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
なお、半導体装置１２０の製造方法において、図２（ａ）〜（ｃ）に表した工程は、半導体装置１１０の製造方法（その１）と同様である。ただし、半導体装置１２０の製造方法では、酸化物材料膜２００の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。
【００７１】
次に、図７（ａ）に表したように、第１絶縁膜３０及び酸化物材料膜２００の上に絶縁材料膜４００を形成する。絶縁材料膜４００には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる絶縁材料膜４００は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。絶縁材料膜４００の厚さは、例えば２０ｎｍ程度である。これにより、配線１５の上に第２絶縁膜４０が形成される。第２絶縁膜４０の厚さは、第１絶縁膜３０の厚さｄ１に絶縁材料膜４００の厚さを加えた厚さｄ２になる。
【００７２】
次に、図７（ｂ）に表したように、第２絶縁膜４０の上に保護膜６０を形成する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、保護膜６０に複数のコンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈを形成する。さらに、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、複数の配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈを形成する。
【００７３】
コンタクトホール６０１ｈは、Ｚ方向にみて第３領域Ｒ３の隣りに設けられる。コンタクトホール６０２ｈは、Ｚ方向にみて第３領域Ｒ３のコンタクトホール６０１ｈとは反対側の隣りに設けられる。コンタクトホール６０３ｈは、配線１５の上の第２絶縁膜４０の途中まで設けられる。
【００７４】
次に、図７（ｃ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈの内壁及び底に第１金属膜１２０ｃを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈの内壁及び底に第２金属膜１３０ｃを形成する。また、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈの内壁及び底に第３金属膜１６０ｃを形成する。
【００７５】
第１金属膜１２０ｃ、第２金属膜１３０ｃ及び第３金属膜１６０ｃは、それぞれ還元性を有する金属を含む。第１金属膜１２０ｃの材料、第２金属膜１３０ｃの材料及び第３金属膜１６０ｃの材料には、酸化しても導電性を有する金属（例えば、ＲｕやＴｉ）が含まれる。
【００７６】
次に、図８（ａ）に表したように、第１金属膜１２０ｃ、第２金属膜１３０ｃ及び第３金属膜１６０ｃの熱処理を行う。この熱処理によって、第１金属膜１２０ｃの少なくとも一部が第１酸化金属部１２ｃになる。第１酸化金属部１２ｃが形成されることで第１金属膜１２０ｃと接する酸化物材料膜２００の一部の領域が還元され、酸素濃度が下がる。これにより、第２領域Ｒ２が形成される。第２領域Ｒ２の酸素濃度は、例えば１重量％以上１５重量％以下である。
【００７７】
また、この熱処理によって、第２金属膜１３０ｃの少なくとも一部が第２酸化金属部１３ｃになる。第２酸化金属部１３ｃが形成されることで第２金属膜１３０ｃと接する酸化物材料膜２００の一部の領域が還元され、酸素濃度が下がる。これにより、第４領域Ｒ４が形成される。第４領域Ｒ２の酸素濃度は、例えば１重量％以上１５重量％以下である。
【００７８】
一方、酸化物材料膜２００のうち第１金属膜１２０ｃ及び第２金属膜１３０ｃのいずれも接触していない領域の酸素濃度は、酸化物材料膜２００を形成した際の酸素濃度のまま維持される。この熱処理によって、酸化物半導体膜２０が形成される。なお、この熱処理は、後述する導電部堆積後に行ってもよい。
【００７９】
次に、図８（ｂ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈ内の第１金属膜１２０ｃ及び第１酸化金属部１２ｃの上に第１導電部１２ｂを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈ内の第２金属膜１３０ｃ及び第２酸化金属部１３ｃの上に第２導電部１３ｂを形成し、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈ内の第３金属膜１６０ｃ及び第３酸化金属部１６ｃの上に第３導電部１６ｂを形成する。
【００８０】
第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈと、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈとを埋め込むように、例えばＣｕを保護膜６０の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、コンタクトホール６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈに埋め込まれたＣｕのみを残す。
【００８１】
その後、例えばＳｉ−ＬＳＩがＴＦＴの下層にある場合、水素を用いたシンター処理を行う。以上の工程によって、半導体装置１２０が完成する。
【００８２】
このような製造方法によれば、酸素濃度の高い酸化物半導体膜２０を形成した後、酸化物材料膜２００の一部に還元性を有する金属膜を形成することで酸素濃度を低くした第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ４を形成する。これにより、第３領域Ｒ３の酸素濃度に与える影響を抑制しつつ、第２電極１２及び第３電極１３と酸化物半導体膜２０との接触抵抗を低減した半導体装置１２０が製造される。
【００８３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図９（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）には第３の実施形態に係る半導体装置１３０の模式的断面図が表される。図９（ｂ）には第３の実施形態に係る半導体装置１３０の一部を拡大した模式的断面図が表される。
【００８４】
図９（ａ）に表したように、第３の実施形態に係る半導体装置１３０は、第１の実施形態に係る半導体装置１１０と同様に、第１電極１１と、酸化物半導体膜２０と、第１絶縁膜３０と、第２電極１２と、第３電極１３と、を備える。半導体装置１３０は、例えばＴＦＴである。
【００８５】
図９（ｂ）に表したように、半導体装置１３０において、第２電極１２は、第２領域Ｒ２と接し導電性を有する第１酸化金属部１２ｃを含む。第１酸化金属部１２ｃは、複数の粒状金属酸化物を含む。第１酸化金属部１２ｃは、第１バリア膜１２ａと第２領域Ｒ２との間に設けられる。
【００８６】
第１酸化金属部１２ｃは、酸化物半導体膜２０を形成する際の酸化物材料膜の一部（第２領域Ｒ２になる領域）に含まれる酸素と粒状金属とが反応して酸化した粒状金属酸化物を含む。粒状金属酸化物は、第２電極１２と第２領域Ｒ２とが接触する部分に点在している。このため、第１バリア膜１２ａの一部は第２領域Ｒ２と接する。したがって、第１導電部１２ｂと第２領域Ｒ２との間に第１酸化金属部１２ｃが設けられていても、第２電極１２と第２領域Ｒ２との間の接触抵抗は十分に低減される。
【００８７】
半導体装置１３０において、第３電極１３は、第４領域Ｒ４と接し導電性を有する第２酸化金属部１３ｃを含む。第２酸化金属部１３ｃは、第２バリア膜１３ａと第４領域Ｒ４との間に設けられる。
【００８８】
第２酸化金属部１３ｃは、酸化物半導体膜２０を形成する際の酸化物材料膜の一部（第４領域Ｒ４になる領域）に含まれる酸素と粒状金属とが反応して酸化した粒状金属酸化物を含む。粒状金属酸化物は、第３電極１３と第４領域Ｒ４とが接触する部分に点在している。このため、第２バリア膜１３ａの一部は第４領域Ｒ４と接する。したがって、第２導電部１３ｂと第４領域Ｒ４との間に第２酸化金属部１３ｃが設けられていても、第３電極１３と第４領域Ｒ４との間の接触抵抗は十分に低減される。
【００８９】
第３酸化金属部１６ｃは、複数の粒状金属を含む。
【００９０】
上記粒状金属としては、例えばＴａ、Ａｌ及びＴｉの少なくとも１つが用いられる。粒状金属の直径は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下程度である。
【００９１】
半導体装置１３０では、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度が、第１酸化金属部１２ｃによって低くなるように設定される。半導体装置１３０では、第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度が、第２酸化金属部１３ｃによって低くなるように設定される。このため、第２領域Ｒ２の周辺領域（第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度及び第４領域Ｒ４の周辺領域（第５領域Ｒ５及び第３領域Ｒ３）の酸素濃度に与える影響が少ない。すなわち、半導体装置１３０では、酸化物半導体膜２０のうち、電極との接触抵抗を低くしたい領域だけ低い酸素濃度が設定される。したがって、チャネルが形成される第３領域Ｒ３の酸素濃度に与える影響が少ない。
【００９２】
また、半導体装置１３０では、半導体装置１１０及び１２０と同様に、チャネルが形成される領域（第３領域Ｒ３）の酸素濃度を、第２電極１２と接する第２領域Ｒ２の酸素濃度及び第３電極１３と接する第４領域Ｒ４の酸素濃度よりも高くすることで、ＴＦＴの電流のＯＮ／ＯＦＦ比が向上する。
【００９３】
次に、半導体装置１３０の製造方法を説明する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
なお、半導体装置１３０の製造方法において、図２（ａ）〜（ｃ）に表した工程は、半導体装置１１０の製造方法（その１）と同様であり、図７（ａ）及び（ｂ）に表した工程は、半導体装置１２０の製造方法と同様である。ただし、半導体装置１３０の製造方法では、酸化物材料膜２００の酸素濃度は、例えば、１５重量％以上２５重量％以下である。
【００９４】
次に、図１０（ａ）に表したように、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈの底に粒状金属１４０を形成する。粒状金属１４０は、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈの底の全面には形成されない。粒状金属１４０には、還元しやすいＴａ、Ａｌ及びＴｉの少なくとも１つが用いられる。
【００９５】
次に、図１０（ｂ）に表したように、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈの底に形成した粒状金属１４０により酸素の還元処理を行う。例えば、熱処理を加えて還元処理を行う。これにより、コンタクトホール６０１ｈの底に形成された粒状金属１４０が粒状金属酸化物（第１酸化金属部１２ｃ）になる。第１酸化金属部１２ｃが形成されることで第１金属膜１２０ｃと接する酸化物材料膜２００の一部の領域の酸素濃度が下がる。これにより、第２領域Ｒ２が形成される。第２領域Ｒ２の酸素濃度は、例えば１重量％以上１５重量％以下である。
【００９６】
また、この還元処理によって、コンタクトホール６０２ｈの底に形成された粒状金属１４０が粒状金属酸化物（第２酸化金属部１３ｃ）になる。第２酸化金属部１３ｃが形成されることで第２金属膜１３０ｃと接する酸化物材料膜２００の一部の領域の酸素濃度が下がる。これにより、第４領域Ｒ４が形成される。第４領域Ｒ２の酸素濃度は、例えば１重量％以上１５重量％以下である。
【００９７】
一方、酸化物材料膜２００の粒状金属１４０が接していない領域の酸素濃度は、酸化物材料膜２００を形成した際の酸素濃度のまま維持される。この還元処理によって、酸化物半導体膜２０が形成される。また、この還元処理は、後述する導電部堆積後に行ってもよい。
【００９８】
次に、図１０（ｃ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈの内壁及び底に第１バリア膜１２ａを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈの内壁及び底に第２バリア膜１３ａを形成する。また、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈの内壁及び底に第３バリア膜１６ａを形成する。
【００９９】
そして、コンタクトホール６２ｈ内の第１バリア膜１２ａ及び第１酸化金属部１２ｃの上に第１導電部１２ｂを形成し、コンタクトホール６３ｈ内の第２バリア膜１３ａ及び第２酸化金属部１３ｃの上に第２導電部１３ｂを形成し、コンタクトホール６５ｈ内の第３バリア膜１６ａの上に第３導電部１６ｂを形成する。
【０１００】
第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、コンタクトホール６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈを埋め込むように、例えばＣｕを保護膜６０の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、コンタクトホール６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈに埋め込まれたＣｕのみを残す。
【０１０１】
その後、例えばＳｉ−ＬＳＩがＴＦＴの下層にある場合、水素を用いたシンター処理を行う。以上の工程によって、半導体装置１３０が完成する。
【０１０２】
このような製造方法によれば、酸素濃度の高い酸化物半導体膜２０を形成した後、酸化物材料膜２００の一部に還元性を有する粒状金属を形成することで酸素濃度を低くした第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ４を形成する。この際、粒状金属の量や配置によって第２領域Ｒ２及び第４領域Ｒ４の形成範囲が制限される。これにより、第３領域Ｒ３の酸素濃度に与える影響を抑制しつつ、第２電極１２及び第３電極１３と酸化物半導体膜２０との接触抵抗を低減した半導体装置１２０が製造される。
【０１０３】
上記説明した半導体装置１１０、１２０及び１３０において、第２領域Ｒ２の酸素濃度及び第４領域Ｒ４の酸素濃度は、Ｚ方向に一様であっても分布を持っていてもよい。分布を持っている場合、第２領域Ｒ２においては第２電極１２側の酸素濃度が最も低く、第４領域Ｒ４においては第３電極１３側の酸素濃度が最も低くなるようにすればよい。
【０１０４】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図１１に表したように、第４の実施形態に係る半導体装置１４０は、第１電極１１と、酸化物半導体膜２０と、第１絶縁膜３０と、第２電極１２と、第３電極１３と、を備える。半導体装置１１０は、例えばＴＦＴである。第１電極１１は、例えばＴＦＴのゲート電極である。第２電極１２は、例えばＴＦＴのソース電極である。第３電極１３は、例えばＴＦＴのドレイン電極である。酸化物半導体膜２０は、例えばＴＦＴのチャネルが形成される活性層である。第１絶縁膜３０は、例えばＴＦＴのゲート絶縁膜の一部である。
【０１０５】
半導体装置１４０では、第２電極１２及び第３電極１３と、第１電極１１と、の間に酸化物半導体膜２０が設けられる。なお、第１電極１１、第２電極１２及び第３電極１３は、酸化物半導体膜２０の上に並置されていてもよい。
【０１０６】
第１電極１１は、絶縁部５に設けられた溝５１の中に埋め込まれている。第１電極１１には、例えばＣｕが用いられる。第１電極１１は、例えばダマシン法によって形成される。本実施形態では、Ｃｕを用いたダマシン法によって、絶縁部５の溝５１内に第１電極１１が埋め込まれる。第１電極１１は、例えば島状に設けられる。第１電極１１は、ライン状に設けられていてもよい。
【０１０７】
酸化物半導体膜２０は、第１電極１１の上に設けられる。酸化物半導体膜２０には、例えばインジウム（Ｉｎ）−ガリウム（Ｇａ）−亜鉛（Ｚｎ）−酸素（Ｏ）が設けられる。酸化物半導体膜２０には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ以外のＩｎやＺｎを含む酸化物、例えばＩｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜等を用いてもよい。酸化物半導体膜２０の厚さは、例えば５ナノメートル（ｎｍ）以上１００ｎｍ以下である。
【０１０８】
第１絶縁膜３０は、第１電極１１と酸化物半導体膜２０との間に設けられる。例えば、第１絶縁膜３０は、第１電極１１の上に積層される。第１絶縁膜３０には、例えばＳｉＮが用いられる。第１絶縁膜３０には、ＳｉＮ以外のＳｉＯ２やＳｉＯＮ、さらにＨｆＯ２やＨｆＳｉＯＮなどを用いてもよい。第１電極１１としてＣｕを用いる場合、第１絶縁膜３０としてＳｉＮを用いると、Ｃｕの酸化物半導体膜２０への拡散が効果的に抑制される。第１絶縁膜３０の厚さは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【０１０９】
酸化物半導体膜２０は、第２絶縁膜４０によって覆われる。第２絶縁膜４０は、酸化物半導体膜２０の第１絶縁膜３０と接する面以外の面を覆うように設けられる。第２絶縁膜４０は第１電極１１と並置された配線１５の上にも設けられる。第２絶縁膜４０は、酸化物半導体膜２０の外側から内側へ異物が侵入することを抑制する。異物とは、例えば水素を含む物質である。
【０１１０】
第２絶縁膜４０は、例えばＳｉＮを含む。第２絶縁膜４０は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２及びＴａ２Ｏ５の群より選択された１つを含んでいてもよい。第２絶縁膜４０の材料は、第１絶縁膜３０の材料と同じでも、異なっていてもよい。
【０１１１】
第２絶縁膜４０の上には保護膜６０が設けられる。保護膜６０には、例えばＳｉＯ２が用いられる。保護膜６０は、例えばＣＶＤによって形成される。保護膜６０の厚さは、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第２絶縁膜４０及び保護膜６０は、第１電極１１及び配線１５の上に設けられた層間絶縁膜として機能する。
【０１１２】
第２電極１２は、酸化物半導体膜２０の一部と接する。第２電極１２は、保護膜６０及び第２絶縁膜４０に設けられたコンタクトホール６２ｈ内に設けられる。コンタクトホール６２ｈは、保護膜６０の表面から酸化物半導体膜２０まで達する。
【０１１３】
第２電極１２は、例えば第１バリア膜１２ａと、第１導電部１２ｂと、を有する。第１バリア膜１２ａは、コンタクトホール６２ｈの内壁及びコンタクトホール６２ｈの底に沿って形成される。第１バリア膜１２ａは、コンタクトホール６２ｈの底において酸化物半導体膜２０の一部と接する。第１導電部１２ｂは、第１バリア膜１２ａを介してコンタクトホール６２ｈ内に埋め込まれる。
【０１１４】
第１バリア膜１２ａには、例えばＴａＮが用いられる。第１導電部１２ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６２ｈ内に形成される。第１バリア膜１２ａは、第１導電部１２ｂの材料（例えば、Ｃｕ）や、第１導電部１２ｂに含まれる物質（例えば、水素を含む物質）が酸化物半導体膜２０へ侵入することを抑制するバリア膜として機能する。なお、第２電極１２には、Ｃｕ以外のＡｌ等を用いてもよい。
【０１１５】
第３２電極１３は、酸化物半導体膜２０の他の一部と接する。第３電極１３は、保護膜６０及び第２絶縁膜４０に設けられたコンタクトホール６３ｈ内に設けられる。コンタクトホール６３ｈは、保護膜６０の表面から酸化物半導体膜２０まで達する。
【０１１６】
第３電極１３は、例えば第２バリア膜１３ａと、第２導電部１３ｂと、を有する。第２バリア膜１３ａは、コンタクトホール６３ｈの内壁及びコンタクトホール６３ｈの底に沿って形成される。第２バリア膜１３ａは、コンタクトホール６３ｈの底において酸化物半導体膜２０の他の一部と接する。第２導電部１３ｂは、第２バリア膜１３ａを介してコンタクトホール６３ｈ内に埋め込まれる。
【０１１７】
第２バリア膜１３ａには、例えばＴａＮが用いられる。第２導電部１３ｂには、例えばＣｕが用いられる。第２導電部１３ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６３ｈ内に形成される。第２バリア膜１３ａは、第２導電部１３ｂの材料（例えば、Ｃｕ）や、第２導電部１３ｂに含まれる物質（例えば、水素を含む物質）が酸化物半導体膜２０へ侵入することを抑制するバリア膜として機能する。なお、第３電極１３には、Ｃｕ以外のＡｌ等を用いてもよい。
【０１１８】
配線１５は、絶縁部５に設けられた溝５５の中に埋め込まれている。配線１５には、例えばＣｕが用いられる。配線１５は、例えばダマシン法によって形成される。本実施形態では、Ｃｕを用いたダマシン法によって、絶縁部５の溝５５内に配線１５が埋め込まれる。配線１５は、例えば第１電極１１と導通する。
【０１１９】
配線１５の上には、第２絶縁膜４０及び保護膜６０が設けられる。配線１５上の第１保護膜及び保護膜６０にはコンタクトホール６５ｈが設けられる。コンタクトホール６５ｈは、保護膜６０の表面から配線１５まで達する。
【０１２０】
コンタクトホール６５ｈには配線１６が設けられる。配線１６は、配線１５のコンタクト配線である。配線１６は、例えば第３バリア膜１６ａと、第３導電部１６ｂと、を有する。第３バリア膜１６ａは、コンタクトホール６５ｈの内壁及びコンタクトホール６５ｈの底に沿って形成される。第３バリア膜１６ａは、コンタクトホール６５ｈの底において配線１５と接する。第３導電部１６ｂは、第３バリア膜１６ａを介してコンタクトホール６５ｈ内に埋め込まれる。
【０１２１】
第３バリア膜１６ａには、例えばＴａＮが用いられる。第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によってコンタクトホール６５ｈ内に形成される。なお、配線１６には、Ｃｕ以外のＡｌ等を用いてもよい。
【０１２２】
配線１５の上に設けられる第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、第１絶縁膜３０の厚さｄ１よりも厚い。第１絶縁膜３０の厚さｄ１は、例えば３０ｎｍ程度である。第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、例えば５０ｎｍ程度である。半導体装置１４０の駆動力やトランスコンダクタンスを高めるため、第１絶縁膜３０の厚さｄ１は薄くすることが望ましい。一方、配線１６をダマシン法で形成する場合、第２絶縁膜４０の厚さｄ２はある程度厚い必要がある。つまり、第２絶縁膜４０の厚さｄ２が第１絶縁膜３０の厚さｄ１と同じくらい薄いと、配線１６をダマシン法で形成する際の溝の形成が困難になる。したがって、半導体装置１４０では、第２絶縁膜４０の厚さｄ２を、第１絶縁膜３０の厚さｄ１よりも厚くする。これにより、配線１６をダマシン法で形成する際、配線１６と配線１５との確実なコンタクトが得られる。
【０１２３】
次に、半導体装置１４０の製造方法を説明する。
図１２（ａ）〜図１３（ｃ）は、半導体装置の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
先ず、図１２（ａ）に表したように、絶縁部５に第１電極１１及び第１電極１１と導通する配線１５を形成する。絶縁部５は、例えば、図示しない基板の上に設けられる。第１電極１１及び配線１５は、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、絶縁部５の一部にエッチングを施し、溝５１及び５５を形成する。次に、溝５１及び５５を埋め込むように、例えばＣｕを絶縁部５の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、溝５１及び５５に埋め込まれたＣｕのみを残す。
【０１２４】
次に、絶縁部５、第１電極１１及び配線１５の上に第１絶縁膜３０を形成する。第１絶縁膜３０には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる第１絶縁膜３０は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。第１絶縁膜３０の厚さは、例えば３０ｎｍ程度である。
【０１２５】
次に、図１２（ｂ）に表したように、第１絶縁膜３０の上に酸化物半導体膜２０を形成する。酸化物半導体膜２０には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏが用いられる。酸化物半導体膜２０は、例えばスパッタ法により成膜される。酸化物半導体膜２０の厚さは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【０１２６】
次に、図１２（ｃ）に表したように、酸化物半導体膜２０をパターニングする。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、酸化物半導体膜２０の一部を除去する。このエッチングによって、配線１５上の酸化物半導体膜２０が除去される。第１電極１１上の酸化物半導体膜２０は残される。
【０１２７】
次に、図１２（ｄ）に表したように、第１絶縁膜３０及び酸化物半導体膜２０の上に絶縁材料膜４００を形成する。絶縁材料膜４００には、例えばＳｉＮが用いられる。ＳｉＮによる絶縁材料膜４００は、例えば低温ＣＶＤによって形成される。絶縁材料膜４００の厚さは、例えば２０ｎｍ程度である。これにより、配線１５の上に第２絶縁膜４０が形成される。第２絶縁膜４０の厚さは、第１絶縁膜３０の厚さｄ１に絶縁材料膜４００の厚さを加えた厚さｄ２になる。第２絶縁膜４０の厚さｄ２は、第１絶縁膜３０の厚さｄ１よりも厚い。本実施形態では、厚さｄ１は例えば３０ｎｍ、厚さｄ２は例えば５０ｎｍである。
【０１２８】
次に、図１３（ａ）に表したように、第２絶縁膜４０の上に保護膜６０を形成する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、保護膜６０に複数のコンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈを形成する。さらに、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、複数の配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈを形成する。
【０１２９】
次に、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈの内壁及び底に第１バリア膜１２ａを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈの内壁及び底に第２バリア膜１３ａを形成し、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈの内壁及び底に第３バリア膜１６ａを形成する。第１バリア膜１２ａ及び第２バリア膜１３ａは、それぞれ酸化物半導体膜２０と接する。第３バリア膜１６ａは、配線１５と接する。第１バリア膜１２ａ、第２バリア膜１３ａ及び第３バリア膜１６ａには、例えばＴａＮが用いられる。
【０１３０】
次に、図１３（ｃ）に表したように、配線溝６２ｈ及びコンタクトホール６０１ｈ内の第１バリア膜１２ａの上に第１導電部１２ｂを形成し、配線溝６３ｈ及びコンタクトホール６０２ｈ内の第２バリア膜１３ａの上に第２導電部１３ｂを形成し、配線溝６５ｈ及びコンタクトホール６０３ｈ内の第３バリア膜１６ａの上に第３導電部１６ｂを形成する。
【０１３１】
第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂには、例えばＣｕが用いられる。第１導電部１２ｂ、第２導電部１３ｂ及び第３導電部１６ｂは、例えばダマシン法によって形成される。すなわち、配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈと、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈとを埋め込むように、例えばＣｕを保護膜６０の上に形成する。その後、ＣｕをＣＰＭで削り、配線溝６２ｈ、６３ｈ及び６５ｈと、コンタクトホール６０１ｈ、６０２ｈ及び６０３ｈとに埋め込まれたＣｕのみを残す。
【０１３２】
その後、例えばＳｉ−ＬＳＩがＴＦＴの下層にある場合、水素を用いたシンター処理を行う。以上の工程によって、半導体装置１４０が完成する。
【０１３３】
このような製造方法によれば、第１絶縁膜３０の厚さｄ１を薄くして半導体装置１４０の駆動力やトランスコンダクタンスの向上が達成される。また、第２絶縁膜４０の厚さｄ２を厚くすることで、配線１６はダマシン法によって精度良く形成される。
【０１３４】
以上説明したように、実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、特性の向上を図ることができる。
【０１３５】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、半導体装置１１０、１２０、１３０及び１４０としてＴＦＴを例に説明したが、ＴＦＴ以外のトランジスタであってもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【０１３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３７】
５…絶縁部、１１…第１電極、１２…第２電極、１２ａ…第１バリア膜、１２ｂ…第１導電部、１２ｃ…第１酸化金属部、１３…第３電極、１３ａ…第２バリア膜、１３ｂ…第２導電部、１３ｃ…第２酸化金属部、１５…配線、１６…配線、１６ａ…第３バリア膜、１６ｂ…第３導電部、２０…酸化物半導体膜、３０…第１絶縁膜、４０…第２絶縁膜、６０…保護膜、６２ｈ，６３ｈ，６５ｈ…配線溝、８１…レジスト膜、１１０，１２０，１３０，１４０…半導体装置、１２０ｃ…第１金属膜、１３０ｃ…第２金属膜、１４０…粒状金属、１６０ｃ…第３金属膜、２００…酸化物材料膜、４００…絶縁材料膜、４１０…絶縁材料膜、６０１ｈ，６０２ｈ，６０３ｈ…コンタクトホール、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｒ４…第４領域、Ｒ５…第５領域、ｄ１…厚さ、ｄ２…厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014170841.tif 000011
【図１０】
2014170841.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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