(57)【要約】      （修正有）【課題】希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を有する半導体装置の製造において、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物のパターニング制御性のよいエッチングを提供する。【解決手段】ゲート絶縁膜１５と、半導体層１２と、を有する半導体装置の製造方法であって、ゲート絶縁膜を形成する第１の工程及び半導体層を形成する第２の工程を含む。第１の工程及び第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を形成する工程を含み、第１の工程及び第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含む。エッチングする工程において、酸化物の少なくとも一部がエッチングされる。【選択図】図６
2019021917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート絶縁膜と、半導体層と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、及び前記半導体層を形成する第２の工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ゲート絶縁膜と、半導体層と、層間絶縁膜と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、前記半導体層を形成する第２の工程、及び前記層間絶縁膜を形成する第３の工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素を含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記気体は、水素、硼素、炭素、窒素、酸素、硫黄、及びハロゲン元素から選択された１種以上の元素を含む分子を、少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１乃至２の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記気体は、ＨＦ、ＢＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０、ＣＨＦ３、ＣＯＦ２、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ２、ＸｅＦ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＣＦＸＣｌ４−ｘ、ＣＨｘＣｌ４−ｘ、ＣＨＦＣｌ２、ＣＯＣｌ２、ＮＯＣｌ、ＳｉＣｌ４、Ｓ２Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＰＣｌ３、ＨＢｒ、ＢＢｒ３、ＣＢｒ４、ＣＦｘＢｒ４−ｘ、ＣＣｌｘＢｒ４−ｘ、ＣＨＦＢｒ２、Ｓ２Ｂｒ２、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＨＩ、ＣＦ３Ｉ，ＣＨＸＩ４−ｘ、及びＩＢｒ（但し、ｘは４以下の整数）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記気体は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む希ガスであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素の含有量が、酸素を除く構成元素の含有量の中で最も多いことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化物は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素と、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットパネルディスプレイはアクティブマトリックス薄膜トランジスタ（ＡＭ−ＴＦＴ）をバックプレーンとする液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイが主流となっている。ＴＦＴに使用されるゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、又はＳｉＮのシリコン系材料に加えて、希土類元素を含む酸化物が使用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
希土類元素を含む酸化物が使用されたゲート絶縁膜のパターニング方法としては、ウェットエッチングが採用されてきたが、パターニング制御が十分ではなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を有する半導体装置の製造において、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物のパターニング制御性のよいエッチングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本半導体装置の製造方法は、
ゲート絶縁膜と、半導体層と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、及び前記半導体層を形成する第２の工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを要件とする。
【発明の効果】
【０００６】
開示の技術によれば、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を有する半導体装置の製造において、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物のパターニング制御性のよいエッチングを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。
【図３】第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。
【図７】第２の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。
【図８】第３の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。
【図９】第３の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。
【図１０】第３の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、
ゲート絶縁膜と、半導体層と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、及び前記半導体層を形成する第２の工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法の他の一態様は、
ゲート絶縁膜と、半導体層と、層間絶縁膜と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、前記半導体層を形成する第２の工程、及び前記層間絶縁膜を形成する第３の工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素を含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、反応性の気体によってエッチングする工程を行う際に、反応性の気体によって加工される膜、層が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物である場合のみならず、加工される膜、層の下地膜、下地層が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物である場合を含む。即ち、本発明の半導体装置の製造方法は、反応性の気体によってエッチングする工程を行う際に、反応性の気体によって加工される膜、層の下地膜、下地層である希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物が反応性の気体によってエッチングされることを含む。
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
［電界効果型トランジスタの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図１を参照するに、電界効果型トランジスタ１０は、基材１１と、半導体層１２と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１５と、ゲート電極１６とを有するトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型トランジスタ１０は、本発明に係る半導体装置の代表的な一例である。
【００１３】
電界効果型トランジスタ１０では、絶縁性の基材１１上に半導体層１２が形成され、半導体層１２上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４が形成されている。更に、半導体層１２、ソース電極１３、及びドレイン電極１４を覆うようにゲート絶縁膜１５が形成され、ゲート絶縁膜１５上にゲート電極１６が形成されている。以下、電界効果型トランジスタ１０の各構成要素について、詳しく説明する。
【００１４】
なお、本実施の形態では、便宜上、ゲート電極１６側を上側又は一方の側、基材１１側を下側又は他方の側とする。又、各部位のゲート電極１６側の面を上面又は一方の面、基材１１側の面を下面又は他方の面とする。但し、電界効果型トランジスタ１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。
【００１５】
＜基材＞
基材１１は、半導体層１２等を形成する基体となる絶縁性の部材である。基材１１の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材１１の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材、フィルム基材等が挙げられる。
【００１６】
ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、無アルカリガラス、シリカガラス等が挙げられる。又、プラスチック基材やフィルム基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が挙げられる。基材１１の厚さは、例えば、２００〜２０００μｍ程度とすることができる。
【００１７】
＜半導体層＞
半導体層１２は、例えば酸化物半導体からなり、基材１１上の所定領域に形成されている。半導体層１２を構成する酸化物半導体としては、例えば、ｎ型酸化物半導体を用いることができる。ｎ型酸化物半導体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３等が挙げられる。
【００１８】
又、ｎ型酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ系酸化物、Ｚｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｓｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物等、複数の金属を含む酸化物を用いることもできる。
【００１９】
半導体層１２は、半導体層１２を構成する元素、製造プロセス条件、製膜後の後処理等により、電子キャリア濃度を適切な範囲に制御することができる。半導体層１２の平均膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００２０】
＜ソース電極、ドレイン電極＞
ソース電極１３及びドレイン電極１４は、各々の一部分が半導体層１２の上面と接するように、基材１１上に形成されている。ソース電極１３及びドレイン電極１４は、ゲート電極１６へのゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すための電極である。なお、ソース電極１３及びドレイン電極１４と共に、ソース電極１３及びドレイン電極１４と接続される配線が同一層に形成されてもよい。
【００２１】
ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の金属、これらの合金、これら金属の混合物等が挙げられる。又、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化ニオブ等の導電性酸化物、これらの複合化合物、これらの混合物等を用いてもよい。又、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）等の有機導電体等を用いてもよい。ソース電極１３及びドレイン電極１４の平均膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜２μｍが好ましく、７０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００２２】
＜ゲート絶縁膜＞
ゲート絶縁膜１５は、半導体層１２とゲート電極１６との間に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を被覆して設けられている。ゲート絶縁膜１５は、ソース電極１３及びドレイン電極１４とゲート電極１６とを絶縁するための膜である。ゲート絶縁膜１５の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜、希土類元素を含む酸化物等が挙げられる。ゲート絶縁膜１５の平均膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、３０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００２３】
＜ゲート電極＞
ゲート電極１６は、ゲート絶縁膜１５上の所定領域に形成されている。ゲート電極１６は、ゲート電圧を印加するための電極である。ゲート電極１６の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料として例示した材料と同様の材料を用いることができる。ゲート電極１６の平均膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜２μｍが好ましく、７０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００２４】
［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図１に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図２及び図３は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。ここでは、一例として、半導体層１２に希土類元素を含む酸化物を用いる場合について説明する。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示す工程では、基材１１を準備し、基材１１上にスパッタ法等により希土類元素を含む酸化物からなる半導体膜１２０を形成する。例えば、基材１１上にＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３等からなる半導体膜１２０を形成する。次に、半導体膜１２０の半導体層１２となる領域を被覆するように、例えば感光性樹脂からなるレジスト層３００を形成する。なお、レジスト層３００のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３００に対して１００〜２００℃程度でのベーク（加熱）や紫外線照射等によるキュア（硬化）を行うことが好ましい。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示す工程では、レジスト層３００をエッチングマスクとして、レジスト層３００から露出する半導体膜１２０を反応性の気体によりエッチングする（ドライエッチング工程）。ドライエッチングにより、半導体層１２が形成される。ドライエッチングの後、レジスト層３００を除去する。レジスト層３００の除去工程は、特に制限されるものではないが、例えば、レジスト層３００の材料を溶解可能な溶液にレジスト層３００を浸漬することで除去することができる。
【００２７】
なお、ここでいう“気体”は、気体状態にある物質を指す。この物質は、イオン化した原子、分子、又は原子団、並びに、ラジカル状態の原子、分子、又は原子団を含む。又、反応性とは、エッチング対象と何らかの反応を生じさせるものであればよく、例えば、化学的反応に限らない。
【００２８】
ドライエッチングは、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）、高密度プラズマエッチ（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｅｔｃｈ、ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、マグネトロンＥＣＲ：Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ＲＩＥ）、ＣＣＰプラズマエッチング（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｔｃｈ）、アトミックレイヤーエッチング等の装置を用いて行うことができる。ドライエッチングの条件は、例えば、真空度：０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ、ＲＦパワー：１０Ｗ〜１０００Ｗ、基板温度：０〜１００℃とすることができる。
【００２９】
ドライエッチングを行う際には、例えば、図２（ａ）に示す構造体をチャンバー内に導入する。そして、チャンバー内にガスを導入し、導入されたガスをプラズマ化して、レジスト層３００から露出する半導体膜１２０をプラズマエッチングによりエッチングすることができる。
【００３０】
ドライエッチングに用いるガス（チャンバー内に導入するガス）は、水素、硼素、炭素、窒素、酸素、硫黄、及びハロゲン元素から選択された１種以上の元素を含む分子を、少なくとも１種以上含むことができる。ガス流量は、例えば、１０〜２０００ｓｃｃｍ程度とすることができる。
【００３１】
ドライエッチングに用いる具体的なガスとしては、ＨＦ、ＢＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０、ＣＨＦ３、ＣＯＦ２、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ２、ＸｅＦ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＣＦｘＣｌ４−ｘ、ＣＨＸＣｌ４−ｘ、ＣＨＦＣｌ２、ＣＯＣｌ２、ＮＯＣｌ、ＳｉＣｌ４、Ｓ２Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＰＣｌ３、ＨＢｒ、ＢＢｒ３、ＣＢｒ４、ＣＦｘＢｒ４−ｘ、ＣＣｌｘＢｒ４−ｘ、ＣＨＦＢｒ２、Ｓ２Ｂｒ２、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＨＩ、ＣＦ３Ｉ，ＣＨｘＩ４−ｘ、及びＩＢｒ（但し、ｘは４以下の整数）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むガスが挙げられる。
【００３２】
ドライエッチングの際にチャンバー内に、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む希ガスを導入しても構わない。
【００３３】
なお、ドライエッチングの終点は、プラズマ発光分析エンドポイントモニタを使用して、反応ガスの発光量を計測することにより判定することができる。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示す工程では、基材１１上に、所定形状のソース電極１３及びドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３及びドレイン電極１４の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、ディップコーティング法、スピンコート法、ダイコート法等による成膜後、フォトリソグラフィによってパターニングする方法が挙げられる。他の例としては、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法が挙げられる。ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。
【００３５】
次に、図３（ａ）に示す工程では、基材１１上に、半導体層１２、ソース電極１３、及びドレイン電極１４を被覆するゲート絶縁膜１５を形成する。ゲート絶縁膜１５の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、原子層蒸着（ＡＬＤ）法等の真空プロセスや、ディップコーティング、スピンコート、ダイコート等の溶液プロセスにより成膜工程が挙げられる。他の例としては、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスが挙げられる。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示す工程では、ゲート絶縁膜１５上に、所定形状のゲート電極１６を形成する。ゲート電極１６の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、ディップコーティング法、スピンコート法、ダイコート法等による成膜後、フォトリソグラフィによってパターニングする方法が挙げられる。他の例としては、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法が挙げられる。
【００３７】
以上の工程により、トップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０が完成する。
【００３８】
このように、第１の実施の形態では、半導体層１２に希土類元素を含む酸化物を用い、半導体層１２をドライエッチングによりパターニングしている。その結果、希土類元素を含む酸化物をウェットエッチングする場合と比べて、希土類元素を含む酸化物のパターニング制御性を向上できる。
【００３９】
なお、希土類元素を含む酸化物を有する半導体装置において、面内バラツキを低減することでパターニング制御性を向上させることができる。面内バラツキについては、実施例において詳述する。
【００４０】
＜第１の実施の形態の変形例＞
第１の実施の形態の変形例では、トップゲート／トップコンタクト型以外の電界効果型トランジスタの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００４１】
図４は、第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図４に示す各電界効果型トランジスタは、本発明に係る半導体装置の代表的な一例である。
【００４２】
図４（ａ）に示す電界効果型トランジスタ１０Ａは、トップゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタである。電界効果型トランジスタ１０Ａでは、絶縁性の基材１１上にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成され、ソース電極１３及びドレイン電極１４の一部を覆うように半導体層１２が形成されている。更に、ソース電極１３、ドレイン電極１４、及び半導体層１２を覆うようにゲート絶縁膜１５が形成され、ゲート絶縁膜１５上にゲート電極１６が形成されている。
【００４３】
図４（ｂ）に示す電界効果型トランジスタ１０Ｂは、ボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。電界効果型トランジスタ１０Ｂでは、絶縁性の基材１１上にゲート電極１６が形成され、ゲート電極１６を覆うようにゲート絶縁膜１５が形成されている。更に、ゲート絶縁膜１５上に半導体層１２が形成され、半導体層１２上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４が、半導体層１２のチャネル領域となる所定の間隔を隔てて形成されている。
【００４４】
図４（ｃ）に示す電界効果型トランジスタ１０Ｃは、ボトムゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタである。電界効果型トランジスタ１０Ｃでは、絶縁性の基材１１上にゲート電極１６が形成され、ゲート電極１６を覆うようにゲート絶縁膜１５が形成されている。更に、ゲート絶縁膜１５上にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成され、ソース電極１３及びドレイン電極１４の一部を覆うように半導体層１２が形成されている。ソース電極１３及びドレイン電極１４は、半導体層１２のチャネル領域となる所定の間隔を隔てて形成されている。
【００４５】
このように、本発明に係る電界効果型トランジスタの層構造は、特に制限はなく、図１や図４に示す構造を、目的に応じて適宜選択することができる。又、図１や図４に示す電界効果型トランジスタにおいて、更に層間絶縁膜を設け、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜を貫通する接続孔（コンタクトホール）を形成し、接続孔（コンタクトホール）を介して電極や半導体層と他の導電部との導通が取られる構造としてもよい。
【００４６】
なお、本明細書において、層間絶縁膜は、ソース電極と半導体層（ソース領域）との接続部（コンタクト）やドレイン電極と半導体層（ドレイン領域）との接続部（コンタクト）と接し、これらを大気中の水分、酸素、水素等から保護するパッシベーション膜を含む。又、半導体層に接して保護するチャネル保護膜も含む。又、基材と接して保護するバリア膜も含む。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造の異なる電界効果型トランジスタの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００４８】
［電界効果型トランジスタの構造］
図５は、第２の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図５を参照するに、電界効果型トランジスタ２０は、基材１１と、半導体層１２と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１５と、ゲート電極１６と、第１の層間絶縁膜２１と、第２の層間絶縁膜２２と、第３の層間絶縁膜２３とを有するトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型トランジスタ２０は、本発明に係る半導体装置の代表的な一例である。
【００４９】
電界効果型トランジスタ２０では、絶縁性の基材１１上に半導体層１２が形成され、半導体層１２を被覆するゲート絶縁膜１５が形成され、ゲート絶縁膜１５上にゲート電極１６が形成されている。そして、ゲート絶縁膜１５上に、ゲート電極１６を被覆する第１の層間絶縁膜２１が形成され、第１の層間絶縁膜２１上に第２の層間絶縁膜２２が積層されている。
【００５０】
そして、第２の層間絶縁膜２２上にソース電極１３が形成され、ソース電極１３は、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及びゲート絶縁膜１５を貫通する接続孔１３ｘ（コンタクトホール）内に延伸して半導体層１２のソース領域と接続されている。又、第２の層間絶縁膜２２上にドレイン電極１４が形成され、ドレイン電極１４は、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及びゲート絶縁膜１５を貫通する接続孔１４ｘ（コンタクトホール）内に延伸して半導体層１２のドレイン領域と接続されている。以下、電界効果型トランジスタ２０の各構成要素について、電界効果型トランジスタ１０と異なる部分を詳しく説明する。
【００５１】
＜ゲート絶縁膜、半導体層、及び層間絶縁膜の材料＞
半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の少なくとも何れかは、希土類元素及び第２族元素の少なくも何れかを含む酸化物である。希土類元素を含む酸化物とは、下記に示す希土類元素から選択された１種以上の元素を含む酸化物である。第２族元素を含む酸化物とは、下記に示す第２族元素から選択された１種以上の元素を含む酸化物である。第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の平均膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、３０ｎｍ〜３μｍが好ましく、１００ｎｍ〜１μｍがより好ましい。
【００５２】
希土類元素としては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（Ｌｎ）が挙げられる。
【００５３】
第２族元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）が挙げられる。
【００５４】
ランタノイドとしては、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。
【００５５】
前記酸化物は、希土類元素と第２族元素とを含むことが好ましい。前記酸化物は、更に、第４族元素であるＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、及びＨｆ（ハフニウム）から選択された１種以上の元素を含むことが好ましい。
【００５６】
前記酸化物が希土類元素と第２族元素を含む場合、希土類元素と第２族元素との組成比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、希土類元素の酸化物（Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３等）は３３．０  ｍｏｌ％〜９０．０ｍｏｌ％、第２族元素の酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等）は１０．０ｍｏｌ％〜６７．０ｍｏｌ％であることが好ましい。すなわち、希土類元素を含む酸化物において、第２族元素よりも、希土類元素が多いほうが好ましい。
【００５７】
又、前記酸化物が希土類元素、第２族元素及び第４族元素を含む場合、希土類元素の含有量（Ｓｃ、Ｙ、Ｌｎの含有量の合計）が第２族元素の含有量よりも多く、かつ第４族元素の含有量よりも多いことが好ましい。すなわち、前記酸化物の含有量が最も多いことが好ましい。
【００５８】
前記酸化物を、酸化物形成用塗布液を用いて形成する場合には、酸化物形成用塗布液は、希土類元素含有化合物及び第２族元素含有化合物の少なくとも何れかと、溶媒とを少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
【００５９】
ゲート絶縁膜１５に希土類元素を含む酸化物を用いた場合、半導体層１２、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜が挙げられる。又、半導体層１２の材料としては、例えば、非晶質シリコンや多結晶シリコン等のシリコン半導体が挙げられる。
【００６０】
第１の層間絶縁膜２１に希土類元素を含む酸化物を用いた場合、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、ゲート絶縁膜１５、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜が挙げられる。又、半導体層１２の材料としては、例えば、非晶質シリコンや多結晶シリコン等のシリコン半導体が挙げられる。
【００６１】
第２の層間絶縁膜２２に希土類元素を含む酸化物を用いた場合、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜が挙げられる。又、半導体層１２の材料としては、例えば、非晶質シリコンや多結晶シリコン等のシリコン半導体が挙げられる。
【００６２】
第３の層間絶縁膜２３に希土類元素を含む酸化物を用いた場合、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２の材料としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜が挙げられる。又、半導体層１２の材料としては、例えば、非晶質シリコンや多結晶シリコン等のシリコン半導体が挙げられる。
【００６３】
半導体層１２に希土類元素を含む酸化物を用いて酸化物半導体を形成する場合、例えば、ｎ型酸化物半導体とすることができる。ｎ型酸化物半導体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インジウム（Ｉｎ）、Ｚｎ、スズ（Ｓｎ）、及びＴｉの少なくとも何れかと、希土類元素とを含むことが好ましい。
【００６４】
半導体層１２に希土類元素を含む酸化物を用いた場合、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては特に限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。この場合、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等の無機酸化膜が挙げられる。
【００６５】
但し、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３の２つ以上が希土類元素を含む酸化物であってもよい。又、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３に希土類元素を含む酸化物を用いる場合、全てを同一材料とする必要はない。
【００６６】
［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図５に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図６及び図７は、第２の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。ここでは、一例として、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３に希土類元素を含む酸化物を用いる場合について説明する。
【００６７】
まず、図６（ａ）に示す工程では、基材１１を準備し、基材１１上にスパッタ法等によりＩＧＺＯ等からなる半導体膜を形成し、形成した半導体膜をエッチングによりパターニングすることにより、半導体層１２を形成する。そして、半導体層１２を覆うように基材１１上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなるゲート絶縁膜１５を形成する。そして、ゲート絶縁膜１５上に、スパッタ法等によりアルミニウム等からなる導電体膜を形成し、形成した導電体膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることによりゲート電極１６を形成する。但し、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、及びゲート電極１６の材料や形成方法は、第１の実施の形態で説明した通り、目的に応じて適宜選択することができる。
【００６８】
次に、ゲート絶縁膜１５上に、ゲート電極１６を被覆する第１の層間絶縁膜２１を形成し、第１の層間絶縁膜２１上に第２の層間絶縁膜２２を形成する。例えば、ゲート電極１６を覆うようにゲート絶縁膜１５上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなる第１の層間絶縁膜２１を形成する。そして、第１の層間絶縁膜２１上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなる第２の層間絶縁膜２２を形成する。
【００６９】
次に、図６（ｂ）に示す工程では、第２の層間絶縁膜２２上に、例えば感光性樹脂からなるレジスト層３１０を形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行って、接続孔１３ｘを形成したい領域を露出する開口部３１０ｘ、及び接続孔１４ｘを形成したい領域を露出する開口部３１０ｙを形成する。なお、レジスト層３１０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３１０に対して１００〜２００℃程度でのベーク（加熱）や紫外線照射等によるキュア（硬化）を行うことが好ましい。
【００７０】
次に、図６（ｃ）に示す工程では、レジスト層３１０をエッチングマスクとして、レジスト層３１０の開口部３１０ｘ及び３１０ｙ内に露出する第２の層間絶縁膜２２、第１の層間絶縁膜２１、及びゲート絶縁膜１５を反応性の気体によりエッチングする（ドライエッチング工程）。ドライエッチングにより、半導体層１２の表面を露出する接続孔１３ｘ及び１４ｘが形成される。ドライエッチングの詳細については、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００７１】
次に、図７（ａ）に示す工程では、レジスト層３１０を除去する。レジスト層３１０の除去工程は、特に制限されるものではないが、例えば、レジスト層３１０の材料を溶解可能な溶液にレジスト層３１０を浸漬することで除去することができる。
【００７２】
次に、図７（ｂ）に示す工程では、ソース電極１３及びドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３は、接続孔１３ｘを充填して接続孔１３ｘ上に形成され、半導体層１２と接続される。又、ドレイン電極１４は、接続孔１４ｘを充填して接続孔１４ｘ上に形成され、半導体層１２と接続される。ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料や形成方法は、前述のように、目的に応じて適宜選択することができる。
【００７３】
次に、図７（ｃ）に示す工程では、第２の層間絶縁膜２２上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を被覆する第３の層間絶縁膜２３を形成する。例えば、ソース電極１３及びドレイン電極１４を覆うように第２の層間絶縁膜２２上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなる第３の層間絶縁膜２３を形成する。
【００７４】
以上の工程により、トップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製できる。
【００７５】
このように、第２の実施の形態では、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、第２の層間絶縁膜２２、及び第３の層間絶縁膜２３に希土類元素を含む酸化物を用い、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２を貫通する接続孔１３ｘ及び１４ｘをドライエッチングにより形成している。その結果、希土類元素を含む酸化物をウェットエッチングする場合と比べて、希土類元素を含む酸化物のパターニング制御性を向上できる。
【００７６】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態とは構造の異なる電界効果型トランジスタの例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００７７】
［電界効果型トランジスタの構造］
図８は、第３の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図８を参照するに、電界効果型トランジスタ３０は、基材１１と、半導体層１２と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４と、ゲート絶縁膜１５と、ゲート電極１６と、第１の層間絶縁膜２１と、第２の層間絶縁膜２２と、配線電極３１と、配線電極３２と、配線電極３３とを有するボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型トランジスタ３０は、本発明に係る半導体装置の代表的な一例である。
【００７８】
電界効果型トランジスタ３０では、絶縁性の基材１１上にゲート電極１６が形成され、ゲート電極１６を被覆するゲート絶縁膜１５が形成され、ゲート絶縁膜１５上に半導体層１２が形成されている。そして、半導体層１２上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４が、半導体層１２のチャネル領域となる所定の間隔を隔てて形成されている。そして、ゲート絶縁膜１５上に、ソース電極１３、ドレイン電極１４、及び半導体層１２を被覆する第１の層間絶縁膜２１が形成されている。
【００７９】
そして、第１の層間絶縁膜２１上に配線電極３１が形成され、配線電極３１は、第１の層間絶縁膜２１を貫通する接続孔３１ｘ（コンタクトホール）内に延伸してソース電極１３と接続されている。又、第１の層間絶縁膜２１上に配線電極３２が形成され、配線電極３２は、第１の層間絶縁膜２１を貫通する接続孔３２ｘ（コンタクトホール）内に延伸してドレイン電極１４と接続されている。又、第１の層間絶縁膜２１上に配線電極３３が形成され、配線電極３３は、第１の層間絶縁膜２１及びゲート絶縁膜１５を貫通する接続孔３３ｘ（コンタクトホール）内に延伸してゲート電極１６と接続されている。配線電極３１、３２、及び３３の材料としては、例えば、第１の実施の形態においてソース電極１３及びドレイン電極１４の材料として例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【００８０】
そして、第１の層間絶縁膜２１上に、配線電極３１、配線電極３２、及び配線電極３３を被覆する第２の層間絶縁膜２２が積層されている。
【００８１】
［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図８に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図９及び図１０は、第３の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。ここでは、一例として、半導体層１２、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２に希土類元素を含む酸化物を用いる場合について説明する。
【００８２】
まず、図９（ａ）に示す工程では、基材１１を準備し、基材１１上にスパッタ法等によりアルミニウム等からなる導電体膜を形成し、形成した導電体膜をフォトリソグラフィによりパターニングすることによりゲート電極１６を形成する。そして、ゲート電極１６を覆うように基材１１上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなるゲート絶縁膜１５を形成する。そして、ゲート絶縁膜１５上にスパッタ法等により希土類元素を含む酸化物からなる半導体膜１２０を形成する。但し、ゲート絶縁膜１５、ゲート電極１６、半導体層１２の材料や形成方法は、前述のように、目的に応じて適宜選択することができる。
【００８３】
次に、半導体膜１２０の半導体層１２となる領域を被覆するように、例えば感光性樹脂からなるレジスト層３２０を形成する。なお、レジスト層３２０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３２０に対して１００〜２００℃程度でのベーク（加熱）や紫外線照射等によるキュア（硬化）を行うことが好ましい。
【００８４】
次に、図９（ｂ）に示す工程では、レジスト層３２０をエッチングマスクとして、レジスト層３２０から露出する半導体膜１２０を反応性の気体によりエッチングする（ドライエッチング工程）。ドライエッチングにより、半導体層１２が形成される。ドライエッチングの詳細については、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００８５】
ドライエッチングの後、レジスト層３２０を除去する。レジスト層３２０の除去工程は、特に制限されるものではないが、例えば、レジスト層３２０の材料を溶解可能な溶液にレジスト層３２０を浸漬することで除去することができる。
【００８６】
次に、図９（ｃ）に示す工程では、半導体層１２及びゲート絶縁膜１５上に、半導体層１２のチャネル領域となる所定の間隔を隔ててソース電極１３及びドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料や形成方法は、前述の通り、目的に応じて適宜選択することができる。
【００８７】
次に、図９（ｄ）に示す工程では、ゲート絶縁膜１５上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を被覆する第１の層間絶縁膜２１を形成する。例えば、ソース電極１３及びドレイン電極１４を覆うようにゲート絶縁膜１５上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなる第１の層間絶縁膜２１を形成する。次に、第１の層間絶縁膜２１上に、例えば感光性樹脂からなるレジスト層３３０を形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行って、接続孔３１ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｘ、接続孔３２ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｙ、及び接続孔３３ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｚを形成する。なお、レジスト層３３０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３３０に対して１００〜２００℃程度でのベーク（加熱）や紫外線照射等によるキュア（硬化）を行うことが好ましい。
【００８８】
次に、図１０（ａ）に示す工程では、レジスト層３３０をエッチングマスクとして、レジスト層３３０の開口部３３０ｘ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、開口部３３０ｙ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、並びに開口部３３０ｚ内に露出するゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１を反応性の気体によりエッチングする（ドライエッチング工程）。ドライエッチングにより、ソース電極１３の表面を露出する接続孔３１ｘ、ドレイン電極１４の表面を露出する接続孔３２ｘ、及びゲート電極１６の表面を露出する接続孔３３ｘが形成される。ドライエッチングの詳細については、第１の実施の形態で説明した通りである。
【００８９】
ドライエッチングの後、レジスト層３３０を除去する。レジスト層３３０の除去工程は、特に制限されるものではないが、例えば、レジスト層３３０の材料を溶解可能な溶液にレジスト層３３０を浸漬することで除去することができる。
【００９０】
次に、図１０（ｂ）に示す工程では、配線電極３１、３２、及び３３を形成する。配線電極３１は、接続孔３１ｘを充填して接続孔３１ｘ上に形成され、ソース電極１３と接続される。又、配線電極３２は、接続孔３２ｘを充填して接続孔３２ｘ上に形成され、ドレイン電極１４と接続される。又、配線電極３３は、接続孔３３ｘを充填して接続孔３３ｘ上に形成され、ゲート電極１６と接続される。配線電極３１、３２、及び３３の材料や形成方法は、第１の実施の形態で説明したソース電極１３及びドレイン電極１４の材料や形成方法に準じて適宜選択することができる。
【００９１】
次に、図１０（ｃ）に示す工程では、第１の層間絶縁膜２１上に、配線電極３１、３２、及び３３を被覆する第２の層間絶縁膜２２を形成する。例えば、配線電極３１、３２、及び３３を覆うように第１の層間絶縁膜２１上にスピンコート法等により酸化物形成用塗布液を塗布し、熱処理を行い希土類元素を含む酸化物からなる第２の層間絶縁膜２２を形成する。
【００９２】
以上の工程により、ボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製できる。
【００９３】
このように、第３の実施の形態では、希土類元素を含む酸化物をドライエッチングによりパターニングして半導体層１２を形成している。又、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２に希土類元素を含む酸化物を用い、ゲート絶縁膜１５を貫通する接続孔３１ｘ、及び３２ｘ、並びにゲート絶縁膜１５、及び第１の層間絶縁膜２１を貫通する接続孔３３ｘをドライエッチングにより形成している。その結果、希土類元素を含む酸化物をウェットエッチングする場合と比べて、希土類元素を含む酸化物のパターニング制御性を向上できる。
【００９４】
＜実施例１＞
実施例１では、図１に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。
【００９５】
まず、ＳｉＡｌＣａＢＯ（無アルカリガラス）からなる基材１１上に、酸化物半導体からなる半導体膜１２０を形成した。具体的には、Ｍｇ１．０Ｉｎ１．９９Ｗ０．０１Ｏ４を用いて、スパッタ法により、膜厚２０ｎｍの半導体膜１２０を形成した。なお、基材１１を構成する無アルカリガラスにおいて、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯの組成比は、酸化物モル比でそれぞれ５０％、１０％、１５％、２５％となっている。
【００９６】
次に、半導体膜１２０上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行い、半導体膜１２０上の半導体層１２として残したい領域を被覆するレジスト層３００を形成した。レジスト層３００のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３００に対して１５０℃程度でのベーク（加熱）及び紫外線照射によるキュア（硬化）を行った。
【００９７】
次に、半導体膜１２０を反応性の気体によってエッチング（異方性のドライエッチング）によりパターニングし、基材１１上に部分的に半導体層１２を形成した。
【００９８】
具体的には、レジスト層３００をエッチングマスクとして、レジスト層３００に被覆されていない領域の半導体膜１２０を異方性のドライエッチングにより除去し、半導体層１２を形成した。ドライエッチングは、日立製ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の装置を用いて行った。ドライエッチングの条件は、真空度：１Ｐａ、ＲＦパワー：３００ｍＡ、基板温度：６０℃とした。
【００９９】
又、ドライエッチングに使用するガスは、ＣＦ４、Ａｒのガスを選択して用いた。具体的には、半導体膜１２０と基材１１のエッチング選択比が１０となるようにガスの種類を選択し、ガス流量をＣＦ４：６０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍとした。エッチングが終了したかどうかは、プラズマ発光分析エンドポイントモニタという装置を用いて、ＳｉＦ４の反応ガスの発光量を計測することにより終点を判定する。
【０１００】
次に、レジスト層３００を除去後、半導体層１２上に、スパッタ法によりソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。具体的には、半導体層１２上を含む基材１１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。
【０１０１】
次に、基材１１上に、半導体層１２、ソース電極１３、及びドレイン電極１４を被覆するゲート絶縁膜１５として酸化物膜を成膜した。具体的には、溶剤にアルカリ土類金属であるＣａ（カルシウム）と希土類金属であるＬａ（ランタン）を加えた溶液を、半導体層１２、ソース電極１３、及びドレイン電極１４を被覆するように基材１１上にスピンコート法により塗布し、塗布された溶液を加熱して焼成し、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜１５を形成した。なお、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比は酸化物モル比で２０％・８０％となる。
【０１０２】
次に、ゲート絶縁膜１５上に、スパッタ法によりゲート電極１６を形成した。具体的には、ゲート絶縁膜１５上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ゲート電極１６を形成した。以上により、図１に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０が完成した。
【０１０３】
次に、完成したトランジスタについて、面内バラツキを測定した。
【０１０４】
ここで、面内バラツキは、直径１５０ｍｍの基材の中央に２５０μｍピッチで４００個×４００個の同じパターンで電界効果型トランジスタを形成し、略等間隔に１０×１０＝合計１００個の電界効果型トランジスタの電気特性を測定したときの、（（最大値−最小値）／平均値）×１００（単位％）、と定義する。
【０１０５】
本実施例のようにエッチング対象が半導体層の場合は、面内バラツキは移動度のバラツキである。
【０１０６】
得られた１００個の電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザＢ１５００Ａ）を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。具体的には、ソース／ドレイン電圧Ｖｄｓを１０Ｖとし、ゲート電圧をＶｇ＝−１５Ｖから＋１５Ｖに変化させてソース／ドレイン電流Ｉｄｓ及びゲート電流｜Ｉｇ｜を測定し、電流−電圧特性を評価した。そして、評価した電流−電圧特性の飽和領域において移動度を算出し、面内バラツキとして移動度のバラツキを算出した。その結果、面内バラツキは±１２％となった。
【０１０７】
＜実施例２＞
実施例２では、図４（ａ）に示すトップゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。
【０１０８】
実施例１とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、エッチャントのガスがＣｌ２：２０、Ａｒ：５０ｓｃｃｍである点、及びＩｎＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することによりエッチングの終点を判定する点が異なるのみである。
【０１０９】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±９％となった。
【０１１０】
＜実施例３＞
実施例３では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１１１】
まず、ＳｉＡｌＣａＢＯ（無アルカリガラス）からなる基材１１上に、スパッタ法によりゲート電極１６を形成した。具体的には、基材１１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ゲート電極１６を形成した。なお、基材１１を構成する無アルカリガラスにおいて、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯの組成比は、酸化物モル比でそれぞれ５０％、１０％、１５％、２５％となっている。
【０１１２】
次に、基材１１上に、ゲート電極１６を被覆するゲート絶縁膜１５として酸化物膜を成膜した。具体的には、溶剤にアルカリ土類金属であるＣａ（カルシウム）と希土類金属であるＬａ（ランタン）を加えた溶液を、ゲート電極１６を被覆するように基材１１上にスピンコート法により塗布し、塗布された溶液を加熱して焼成し、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜１５を形成した。なお、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比は酸化物モル比で２０％・８０％となる。
【０１１３】
次に、酸化物半導体からなる半導体膜１２０を形成した。具体的には、Ｍｇ１．０Ｉｎ１．９９Ｗ０．０１Ｏ４を用いて、スパッタ法により、膜厚２０ｎｍの半導体膜１２０を形成した。
【０１１４】
次に、半導体膜１２０上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行い、半導体膜１２０上の半導体層１２として残したい領域を被覆するレジスト層３００を形成した。レジスト層３００のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３００に対して１５０℃程度でのベーク（加熱）及び紫外線照射によるキュア（硬化）を行った。
【０１１５】
次に、半導体膜１２０を反応性の気体によってエッチング（異方性のドライエッチング）によりパターニングし、ゲート絶縁膜１５上に部分的に半導体層１２を形成した。
【０１１６】
具体的には、レジスト層３００をエッチングマスクとして、レジスト層３００に被覆されていない領域の半導体膜１２０を異方性のドライエッチングにより除去し、半導体層１２を形成した。ドライエッチングは、日立製ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の装置を用いて行った。ドライエッチングの条件は、真空度：１Ｐａ、ＲＦパワー：３００ｍＡ、基板温度：６０℃とした。
【０１１７】
又、ドライエッチングに使用するガスは、Ｃｌ２、Ａｒのガスを選択して用いた。具体的には、半導体膜１２０とゲート絶縁膜１５のエッチング選択比が１０となるようにガスの種類を選択し、ガス流量をＣｌ２：５０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍとした。エッチングが終了したかどうかは、プラズマ発光分析エンドポイントモニタという装置を用いて、ＩｎＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することにより終点を判定する。
【０１１８】
次に、レジスト層３００を除去後、半導体層１２上に、スパッタ法によりソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。具体的には、半導体層１２上を含む基材１１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。以上により、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂが完成した。
【０１１９】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１１％となった。
【０１２０】
＜実施例４＞
実施例４では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１２１】
実施例３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１２２】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１８％となった。
【０１２３】
＜実施例５＞
実施例５では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１２４】
実施例３とは、半導体層１２としてＩｎＧａＺｎＯを用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：４０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１２５】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１３％となった。
【０１２６】
＜実施例６＞
実施例６では、図１に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。
【０１２７】
実施例１とは、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣＦ４：３０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１２８】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０１２９】
＜実施例７＞
実施例７では、図４（ｃ）に示すボトムゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｃを作製した。
【０１３０】
実施例３とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：２５ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１３１】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±８％となった。
【０１３２】
＜実施例８＞
実施例８では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１３３】
実施例３とは、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：２５、Ａｒ：２５ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１３４】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１３％となった。
【０１３５】
＜実施例９＞
実施例９では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１３６】
実施例３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：２５、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１３７】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１３％となった。
【０１３８】
＜実施例１０＞
実施例１０では、図１に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。
【０１３９】
実施例１とは、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣＦ４：５０、Ａｒ：５０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１４０】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１１％となった。
【０１４１】
＜実施例１１＞
実施例１１では、図４（ａ）に示すトップゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。
【０１４２】
実施例１とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：５０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍである点、及びＴｉＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することによりエッチングの終点を判定する点が異なるのみである。
【０１４３】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０１４４】
＜実施例１２＞
実施例１２では、図４（ｂ）に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ｂを作製した。
【０１４５】
実施例３とは、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１４６】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１５％となった。
【０１４７】
＜比較例１＞
比較例１では、図４（ａ）に示すトップゲート／ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ１０Ａを作製した。
【０１４８】
実施例２とは、半導体層１２をウェットエッチングによりパターニングした点が異なるのみである。
【０１４９】
具体的には、レジスト層３００をエッチングマスクとして、レジスト層３００から露出する半導体膜１２０を、シュウ酸（ＩＴ００７）によりウェットエッチングし、半導体層１２を形成した。
【０１５０】
完成したトランジスタについて、実施例１と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±４５％となった。
【０１５１】
＜実施例１〜１２、比較例１のまとめ＞
上記の説明のように、実施例１〜１２では酸化物からなる半導体層をドライエッチングによりパターニングし、比較例１では酸化物からなる半導体層をウェットエッチングによりパターニングした。実施例１〜１２及び比較例１の条件及び結果を表１−１及び表１−２にまとめた。
【０１５２】
【表１−１】
2019021917.tif 000003
【０１５３】
【表１−２】
2019021917.tif 000004
【０１５４】
なお、表１−１において、タイプの欄に示す『ＴＴ』はトップゲート／トップコンタクト型、『ＴＢ』はトップゲート／ボトムコンタクト型、『ＢＴ』はボトムゲート／トップコンタクト型、『ＢＢ』はボトムゲート／ボトムコンタクト型を示す。後述の表２−１及び表３−１においても同様である。
【０１５５】
表１−１及び表１−２の実施例１〜１２の欄に示すように、酸化物からなる半導体層をドライエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは最大でも±１８％であった。これに対して、表１−１及び表１−２の比較例１の欄に示すように、酸化物からなる半導体層をウェットエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは±４５％であった。
【０１５６】
このように、半導体層として酸化物を用いた場合において、半導体層をドライエッチングすることにより、ウェットエッチングした場合に比べて面内バラツキを大幅に抑制でき、パターニング制御性を向上できることが確認できた。
【０１５７】
＜実施例１３＞
実施例１３では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０１５８】
まず、ＳｉＡｌＣａＢＯ（無アルカリガラス）からなる基材１１上に、酸化物半導体からなる半導体層１２を形成した。具体的には、Ｍｇ１．０Ｉｎ１．９９Ｗ０．０１Ｏ４を用いて、スパッタ法により、膜厚２０ｎｍの半導体層１２を形成した。なお、基材１１を構成する無アルカリガラスにおいて、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯの組成比は、酸化物モル比でそれぞれ５０％、１０％、１５％、２５％となっている。
【０１５９】
次に、基材１１上に、半導体層１２を被覆するゲート絶縁膜１５として酸化物膜を成膜した。具体的には、溶剤にアルカリ土類金属であるＣａ（カルシウム）と希土類金属であるＬａ（ランタン）を加えた溶液を、半導体層１２を被覆するように基材１１上にスピンコート法により塗布し、塗布された溶液を加熱して焼成し、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜１５を形成した。なお、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比は酸化物モル比で２０％・８０％となる。
【０１６０】
次に、ゲート絶縁膜１５上に、スパッタ法によりゲート電極１６を形成した。具体的には、ゲート絶縁膜１５上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ゲート電極１６を形成した。更に、ゲート電極１６上に第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜２２をこの順番で成膜した。第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜２２は、同一組成のシリコン酸化膜ＳｉＯ２で、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法にて、それぞれ膜厚３００ｎｍの層間絶縁膜とした。
【０１６１】
次に、第２の層間絶縁膜２２上に感光性樹脂からなるレジスト層３１０を形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行って、接続孔１３ｘを形成したい領域を露出する開口部３１０ｘ、及び接続孔１４ｘを形成したい領域を露出する開口部３１０ｙを形成した。レジスト層３１０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３１０に対して１５０℃程度でのベーク（加熱）及び紫外線照射によるキュア（硬化）を行った。
【０１６２】
次に、ゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２を異方性のドライエッチングによりパターニングし、酸化物膜である半導体層１２上に部分的に接続孔１３ｘ及び１４ｘを形成した。
【０１６３】
具体的には、レジスト層３１０をエッチングマスクとして、レジスト層３１０の開口部３１０ｘ及び３１０ｙ内に露出する第２の層間絶縁膜２２、第１の層間絶縁膜２１、及びゲート絶縁膜１５を異方性のドライエッチングにより除去し、接続孔１３ｘ及び１４ｘを形成した。ドライエッチングは、日立製ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の装置を用いて行った。ドライエッチングの条件は、真空度：１Ｐａ、ＲＦパワー：３００ｍＡ、基板温度：６０℃とした。
【０１６４】
又、ドライエッチングに使用するガスは、Ｃｌ２、Ａｒのガスを選択して用いた。具体的には、ゲート絶縁膜１５と半導体層１２のエッチング選択比が１０となるようにガスの種類を選択し、ガス流量をＣｌ２：６０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍとした。エッチングが終了したかどうかは、プラズマ発光分析エンドポイントモニタという装置を用いて、ＩｎＣ３の反応ガスの発光量を計測することにより終点を判定する。
【０１６５】
次に、レジスト層３１０を除去し、接続孔１３ｘ及び１４ｘ内から第２の層間絶縁膜２２上に延伸するソース電極１３及びドレイン電極１４をＣｕにより形成した。次に、第２の層間絶縁膜２２上に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を被覆する第３の層間絶縁膜２３をシリコン酸化膜ＳｉＯ２で形成することで、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタが完成した。
【０１６６】
次に、完成したトランジスタについて、面内バラツキを測定した。
【０１６７】
面内バラツキの定義については前述の通りであるが、本実施例のようにエッチング対象がゲート絶縁膜又は層間絶縁膜の場合は、面内バラツキは接続孔（コンタクトホール）の接触抵抗のバラツキである。
【０１６８】
直径１５０ｍｍの基材の中央に２５０μｍピッチで４００個×４００個の同じパターンで電界効果型トランジスタを形成し、略等間隔に１０×１０＝合計１００個の電界効果型トランジスタを形成した。但し、各々の電界効果型トランジスタについて、接続孔１３ｘと接続孔１４ｘとを同一面積とし、互いの距離を変えた。そして、各々の電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザＢ１５００Ａ）を用いて、ソース電極１３及びドレイン電極１４の一方をアースに接続して０ボルトとし、他方に−１Ｖから＋１Ｖまで電圧を変化させて印加し、ソース電極１３とドレイン電極１４との間に流れる電流を測定し、電流−電圧特性を評価した。
【０１６９】
抵抗値はソース電極１３とドレイン電極１４との距離Ｌに比例し、ソース電極１３とドレイン電極１４の幅Ｗに反比例する。従って、測定される抵抗は『Ｒ＝ＲｓＬ／Ｗ＋２Ｒｃ／Ｗ・・・式（１）』のように表される。
【０１７０】
ここで、Ｒ：抵抗（Ω）、Ｌ：電極間の距離（ｍｍ）、Ｗ：電極幅（ｍｍ）、Ｒｓ：シート抵抗（Ω／□）、Ｒｃ：接触抵抗（Ω・ｍｍ）とする。
【０１７１】
式（１）より、Ｘ軸を電極間距離、Ｙ軸を抵抗値としてグラフを描き、その傾きからシート抵抗Ｒｓを、Ｙ軸の切片から接触抵抗を求めた。そして、面内バラツキとして接触抵抗のバラツキを算出した。その結果、面内バラツキは±１２％となった。
【０１７２】
＜実施例１４＞
実施例１４では、図８に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製した。
【０１７３】
まず、ＳｉＡｌＣａＢＯ（無アルカリガラス）からなる基材１１上に、スパッタ法によりゲート電極１６を形成した。具体的には、基材１１上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ゲート電極１６を形成した。なお、基材１１を構成する無アルカリガラスにおいて、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＣａＯの組成比は、酸化物モル比でそれぞれ５０％、１０％、１５％、２５％となっている。
【０１７４】
次に、基材１１上に、ゲート電極１６を被覆するゲート絶縁膜１５として酸化物膜を成膜した。具体的には、溶剤にアルカリ土類金属であるＣａ（カルシウム）と希土類金属であるＬａ（ランタン）を加えた溶液を、ゲート電極１６を被覆するように基材１１上にスピンコート法により塗布し、塗布された溶液を加熱して焼成し、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁膜１５を形成した。なお、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比は酸化物モル比で２０％・８０％となる。
【０１７５】
ゲート絶縁膜１５上に、酸化物半導体からなる半導体膜１２０を形成した。具体的には、Ｍｇ１．０Ｉｎ１．９９Ｗ０．０１Ｏ４を用いて、スパッタ法により、膜厚２０ｎｍの半導体膜１２０を形成した。
【０１７６】
次に、半導体膜１２０上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行い、半導体膜１２０上の半導体層１２として残したい領域を被覆するレジスト層３２０を形成した。レジスト層３２０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３２０に対して１５０℃程度でのベーク（加熱）及び紫外線照射によるキュア（硬化）を行った。
【０１７７】
次に、半導体膜１２０を反応性の気体によってエッチング（異方性のドライエッチング）によりパターニングし、ゲート絶縁膜１５上に部分的に半導体層１２を形成した。
【０１７８】
具体的には、レジスト層３２０をエッチングマスクとして、レジスト層３２０に被覆されていない領域の半導体膜１２０を異方性のドライエッチングにより除去し、半導体層１２を形成した。ドライエッチングは、日立製ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の装置を用いて行った。ドライエッチングの条件は、真空度：１Ｐａ、ＲＦパワー：３００ｍＡ、基板温度：６０℃とした。
【０１７９】
次に、ゲート絶縁膜１５上に、スパッタ法によりソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。具体的には、ゲート絶縁膜１５上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを３０ｎｍ／１００ｎｍ／３０ｎｍの厚みで順次積層して成膜し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパターニングし、ソース電極１３及びドレイン電極１４を形成した。
【０１８０】
更に、ソース電極１３及びドレイン電極１４の上にシリコン酸化膜ＳｉＯ２を化学気相蒸着（ＣＶＤ）法にて３００ｎｍ成膜し第１の層間絶縁膜２１を形成した。
【０１８１】
次に、第１の層間絶縁膜２１上に感光性樹脂からなるレジスト層３３０を形成し、露光及び現像（フォトリソグラフィ工程）を行って、接続孔３１ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｘ、接続孔３２ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｙ、及び接続孔３３ｘを形成したい領域を露出する開口部３３０ｚを形成した。レジスト層３３０のエッチング時のダメージを低減するため、レジスト層３３０に対して１５０℃程度でのベーク（加熱）及び紫外線照射によるキュア（硬化）を行った。
【０１８２】
次に、ゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１を異方性のドライエッチングによりパターニングし、ソース電極１３上に部分的に接続孔３１ｘを、ドレイン電極１４上に部分的に接続孔３２ｘを、ゲート電極１６上に部分的に接続孔３３ｘを形成した。
【０１８３】
ソース電極１３、ドレイン電極１４、及びゲート電極１６は、同一組成であり、ゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１と十分選択比がとれるため、ソース電極１３及びドレイン電極１４上の第１の層間絶縁膜２１に形成される接続孔３１ｘ及び３２ｘ、並びにゲート電極１６上のゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１に形成される接続孔３３ｘを、下記ドライエッチ条件にて同時にエッチングした。
【０１８４】
具体的には、レジスト層３３０をエッチングマスクとして、レジスト層３３０の開口部３３０ｘ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、開口部３３０ｙ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、並びに開口部３３０ｚ内に露出するゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１を異方性のドライエッチングにより除去し、接続孔３１ｘ、３２ｘ、及び３３ｘを形成した。ドライエッチングは、日立製ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）の装置を用いて行った。ドライエッチングの条件は、真空度：１Ｐａ、ＲＦパワー：３００ｍＡ、基板温度：６０℃とした。
【０１８５】
又、ドライエッチングに使用するガスは、Ｃｌ２、Ａｒのガスを選択して用いた。具体的には、第１の層間絶縁膜２１とソース電極１３及びドレイン電極１４のエッチング選択比、並びにゲート絶縁膜１５とゲート電極１６のエッチング選択比が１０となるようにガスの種類を選択し、ガス流量をＣｌ２：５０、Ａｒ：５０ｓｃｃｍとした。エッチングが終了したかどうかは、プラズマ発光分析エンドポイントモニタという装置を用いて、ＴｉＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することにより終点を判定する。
【０１８６】
次に、レジスト層３３０を除去し、接続孔３１ｘ、３２ｘ、及び３３ｘ内から第１の層間絶縁膜２１上に延伸する配線電極３１、３２、及び３３をＣｕにより形成した。次に、第１の層間絶縁膜２１上に、配線電極３１、３２、及び３３を被覆する第２の層間絶縁膜２２をシリコン酸化膜ＳｉＯ２で形成することで、図８に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタが完成した。
【０１８７】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０１８８】
＜実施例１５＞
実施例１５では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０１８９】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：５０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１９０】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１１％となった。
【０１９１】
＜実施例１６＞
実施例１６では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０１９２】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１９３】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１８％となった。
【０１９４】
＜実施例１７＞
実施例１７では、図５の層構成をトップゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０１９５】
実施例１３とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、半導体層１２としてＩｎＧａＺｎＯを用いた点、エッチャントのガスがＣｌ２：４０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点、及びＴｉＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することによりエッチングの終点を判定する点が異なるのみである。
【０１９６】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１３％となった。
【０１９７】
＜実施例１８＞
実施例１８では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０１９８】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０１９９】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１８％となった。
【０２００】
＜実施例１９＞
実施例１９では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２０１】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１０％・８５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：２５ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２０２】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±２０％となった。
【０２０３】
＜実施例２０＞
実施例２０では、図８に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製した。
【０２０４】
実施例１４とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１０％・８５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：２５、Ａｒ：２５ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２０５】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１８％となった。
【０２０６】
＜実施例２１＞
実施例２１では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０２０７】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＭｇＯとＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：２５、Ａｒ：３０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２０８】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±２２％となった。
【０２０９】
＜実施例２２＞
実施例２２では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０２１０】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：４０、Ａｒ：６０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２１１】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１２％となった。
【０２１２】
＜実施例２３＞
実施例２３では、図８に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製した。
【０２１３】
実施例１４とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：５０、Ａｒ：５０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２１４】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０２１５】
＜実施例２４＞
実施例２４では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０２１６】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、半導体層１２としてＹ０．６Ｉｎ１．３９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：３０、Ａｒ：７０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２１７】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１２％となった。
【０２１８】
＜実施例２５＞
実施例２５では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２１９】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＺｒＯ２とＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・５％・９０％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：５０、Ｃｌ２：３０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２２０】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０２２１】
＜実施例２６＞
実施例２６では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２２２】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＺｒＯ２とＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：５０、Ｃｌ２：３０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２２３】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１２％となった。
【０２２４】
＜実施例２７＞
実施例２７では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２２５】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＺｒＯ２とＢａＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：５０、Ｃｌ２：３０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２２６】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１３％となった。
【０２２７】
＜実施例２８＞
実施例２８では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２２８】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：５０、Ｃｌ２：３０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２２９】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０２３０】
＜実施例２９＞
実施例２９では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２３１】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＴｉＯ２とＭｇＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：５０、Ｃｌ２：３０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２３２】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１４％となった。
【０２３３】
＜実施例３０＞
実施例３０では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２３４】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＺｒＯ２とＭｇＯとＹ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＢＣｌ３：８０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２３５】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１２％となった。
【０２３６】
＜実施例３１＞
実施例３１では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２３７】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＺｒＯ２とＭｇＯとＳｃ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・５％・７５％とした点、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｓｎ０．０１Ｏ３を用いた点、及びエッチャントのガスがＣｌ２：８０、Ａｒ：２０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２３８】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１５％となった。
【０２３９】
＜比較例２＞
比較例２では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０２４０】
実施例１４とは、半導体層１２としてＩｎ１．８９Ｌａ０．１Ｗ０．０１Ｏ３を用いた点、及びゲート絶縁膜１５及び第１の層間絶縁膜２１をウェットエッチングによりパターニングした点が異なるのみである。
【０２４１】
具体的には、レジスト層３３０をエッチングマスクとして、レジスト層３３０の開口部３３０ｘ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、開口部３３０ｙ内に露出する第１の層間絶縁膜２１、及び開口部３３０ｚ内に露出する第１の層間絶縁膜２１及びゲート絶縁膜１５を、塩酸０．１ｍｏｌ／Ｌによりウェットエッチングし、接続孔３１ｘ、３２ｘ、及び３３ｘを形成した。
【０２４２】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±５０％となった。
【０２４３】
＜実施例１３〜３１、比較例２のまとめ＞
上記の説明のように、実施例１３〜３１では酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングによりパターニングし、比較例２では酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をウェットエッチングによりパターニングした。実施例１３〜３１及び比較例２の条件及び結果を表２−１及び表２−２にまとめた。
【０２４４】
【表２−１】
2019021917.tif 000005
【０２４５】
【表２−２】
2019021917.tif 000006
【０２４６】
表２−１及び表２−２の実施例１３〜３１の欄に示すように、酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは最大でも±２２％であった。これに対して、表２−１及び表２−２の比較例２の欄に示すように、酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をウェットエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは±５０％であった。
【０２４７】
このように、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜として酸化物を用いた場合において、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングすることにより、ウェットエッチングした場合に比べて面内バラツキを大幅に抑制でき、パターニング制御性を向上できることが確認できた。
【０２４８】
＜実施例３２＞
実施例３２では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製した。
【０２４９】
実施例１３とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜の組成について、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３とＳｒＯとの組成比を酸化物モル比で７０％・１０％・１０％・１０％とした点、及びＴｉＣｌ３の反応ガスの発光量を計測することによりエッチングの終点を判定する点が異なるのみである。
【０２５０】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１２％となった。
【０２５１】
＜実施例３３＞
実施例３３では、図８に示すボトムゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ３０を作製した。
【０２５２】
実施例１４とは、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜の組成について、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、及びエッチャントのガスがＣＦ４：５０、Ａｒ：５０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２５３】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１０％となった。
【０２５４】
＜実施例３４＞
実施例３４では、図８の層構成をボトムゲート／ボトムコンタクト型に変更した電界効果型トランジスタを作製した。
【０２５５】
実施例１４とは、ソース電極１３及びドレイン電極１４の後に半導体層１２を成膜する点、ゲート絶縁膜１５の組成について、ＨｆＯ２とＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１５％・８０％とした点、第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜の組成について、ＭｇＯとＳｒＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で５％・１０％・８５％とした点、及びエッチャントのガスがＣＦ４：５０、Ａｒ：４０ｓｃｃｍである点が異なるのみである。
【０２５６】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±１１％となった。
【０２５７】
＜比較例３＞
比較例３では、図５に示すトップゲート／トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ２０を作製した。
【０２５８】
実施例３２とは、第１の層間絶縁膜２１及び第２の層間絶縁膜２２の組成について、ＣａＯとＬａ２Ｏ３との組成比を酸化物モル比で２０％・８０％とした点、及びゲート絶縁膜１５、第１の層間絶縁膜２１、及び第２の層間絶縁膜２２をウェットエッチングによりパターニングした点が異なるのみである。
【０２５９】
具体的には、レジスト層３１０をエッチングマスクとして、レジスト層３１０の開口部３１０ｘ及び３１０ｙ内に露出する第２の層間絶縁膜２２、第１の層間絶縁膜２１、及びゲート絶縁膜１５を、塩酸０．１ｍｏｌ／Ｌによりウェットエッチングし、接続孔１４ｘ及び１５ｘを形成した。
【０２６０】
完成したトランジスタについて、実施例１３と同様の方法により面内バラツキを測定した結果、±４７％となった。
【０２６１】
＜実施例３２〜３４、比較例３のまとめ＞
上記の説明のように、実施例３２〜３４では酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングによりパターニングし、比較例３では酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をウェットエッチングによりパターニングした。実施例３２〜３４及び比較例３の条件及び結果を表３−１及び表３−２にまとめた。
【０２６２】
【表３−１】
2019021917.tif 000007
【０２６３】
【表３−２】
2019021917.tif 000008
【０２６４】
表３−１及び表３−２の実施例３２〜３４の欄に示すように、酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは最大でも±１２％であった。これに対して、表３−１及び表３−２の比較例３の欄に示すように、酸化物からなるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をウェットエッチングによりパターニングした場合には、面内バラツキは±４７％であった。
【０２６５】
このように、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜として酸化物を用いた場合において、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜をドライエッチングすることにより、ウェットエッチングした場合に比べて面内バラツキを大幅に抑制でき、パターニング制御性を向上できることが確認できた。
【０２６６】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０２６７】
本発明の態様は、例えば、以下の通りである。
＜１＞  ゲート絶縁膜と、半導体層と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、及び前記半導体層を形成する第２の工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素及び第２族元素の少なくとも何れかを含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、及び前記第２の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
＜２＞  ゲート絶縁膜と、半導体層と、層間絶縁膜と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜を形成する第１の工程、前記半導体層を形成する第２の工程、及び前記層間絶縁膜を形成する第３の工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、希土類元素を含む酸化物を形成する工程を含み、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程のうち少なくとも何れかの工程が、反応性の気体によってエッチングする工程を含み、
前記エッチングする工程において、前記酸化物の少なくとも一部がエッチングされることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
＜３＞  前記気体は、水素、硼素、炭素、窒素、酸素、硫黄、及びハロゲン元素から選択された１種以上の元素を含む分子を、少なくとも１種を含むことを特徴とする前記＜１＞乃至＜２＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜４＞  前記気体は、ＨＦ、ＢＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０、ＣＨＦ３、ＣＯＦ２、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ２、ＸｅＦ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＣＦＸＣｌ４−ｘ、ＣＨｘＣｌ４−ｘ、ＣＨＦＣｌ２、ＣＯＣｌ２、ＮＯＣｌ、ＳｉＣｌ４、Ｓ２Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＰＣｌ３、ＨＢｒ、ＢＢｒ３、ＣＢｒ４、ＣＦｘＢｒ４−ｘ、ＣＣｌｘＢｒ４−ｘ、ＣＨＦＢｒ２、Ｓ２Ｂｒ２、ＢｒＦ３、ＢｒＦ５、ＨＩ、ＣＦ３Ｉ，ＣＨＸＩ４−ｘ、及びＩＢｒ（但し、ｘは４以下の整数）からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする前記＜４＞に記載の半導体装置の製造方法である。
＜５＞  前記気体は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む希ガスであることを特徴とする前記＜１＞乃至＜４＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜６＞  前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする前記＜１＞乃至＜５＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜７＞  前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素の含有量が、酸素を除く構成元素の含有量の中で最も多いことを特徴とする前記＜６＞に記載の半導体装置の製造方法である。
＜８＞  前記酸化物は、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする前記＜１＞乃至＜７＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜９＞  前記酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素を含むことを特徴とする前記＜１＞乃至＜８＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜１０＞  前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする前記＜１＞乃至＜５＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜１１＞  前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする前記＜１＞乃至＜５＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
＜１２＞  前記酸化物は、Ｓｃ、Ｙ、及びＬｎから選択された１種以上の元素と、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａから選択された１種以上の元素と、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された１種以上の元素と、からなることを特徴とする前記＜１＞乃至＜５＞の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
【符号の説明】
【０２６８】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、２０、３０  電界効果型トランジスタ
１１  基材
１２  半導体層
１３  ソース電極
１３ｘ、１４ｘ、３１ｘ、３２ｘ、３３ｘ  接続孔
１４  ドレイン電極
１５  ゲート絶縁膜
１６  ゲート電極
２１  第１の層間絶縁膜
２２  第２の層間絶縁膜
２３  第３の層間絶縁膜
３１、３２、３３  配線電極
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０２６９】
【非特許文献１】Ｈｉｇｈｌｙ  Ｒｅｌｉａｂｌｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  ＴＦＴ  ｗｉｔｈ  Ｄｏｐｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，  Ｈｉｇｈ−ｋ  Ｇａｔｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，  ａｎｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒｓ  Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｂｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｙｕｋｉｋｏ  Ｈｉｒａｎｏ，  他８名  ＩＤＷ／ＡＤ  ’１６（２０１６／１２／９）
【図１】
2019021917.tif 000009
【図２】
2019021917.tif 000010
【図３】
2019021917.tif 000011
【図４】
2019021917.tif 000012
【図５】
2019021917.tif 000013
【図６】
2019021917.tif 000014
【図７】
2019021917.tif 000015
【図８】
2019021917.tif 000016
【図９】
2019021917.tif 000017
【図１０】
2019021917.tif 000018