(57)【要約】【課題】酸化物半導体層の端面の位置でのゲート絶縁膜の切れを防止して信頼性を向上した薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】酸化物半導体層12は、チャネル領域12cと、チャネル領域12cを挟んで位置するソース領域12s及びドレイン領域12dとを備える。ゲート絶縁膜21は、酸化物半導体層12の上面17の少なくとも一部ないし上面17に連続する端面18，19を覆う。ゲート電極13は、酸化物半導体層12のチャネル領域12cに対して離間された位置に対向配置される。ソース電極14は、酸化物半導体層12のソース領域12sに対して電気的に接続される。ドレイン電極15は、酸化物半導体層12のドレイン領域12dに対して電気的に接続される。酸化物半導体層12は、上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように形成され、端面18，19が上側から下側へと拡開状に傾斜している。【選択図】図１
2016100522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル領域と、このチャネル領域を挟んで位置するソース領域及びドレイン領域とを備えた酸化物半導体層と、
この酸化物半導体層の上面の少なくとも一部ないしこの上面に連続する端面を覆う被覆層と、
前記酸化物半導体層の前記チャネル領域に対して離間された位置に対向配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域に対して電気的に接続されたソース電極と、
前記酸化物半導体層の前記ドレイン領域に対して電気的に接続されたドレイン電極とを具備し、
前記酸化物半導体層は、上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように形成され、前記端面が上側から下側へと拡開状に傾斜している
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
チャネル領域と、このチャネル領域を挟んで位置するソース領域及びドレイン領域とを備えた酸化物半導体層と、この酸化物半導体層を、端面を含んで覆う被覆層と、前記酸化物半導体層の前記チャネル領域に対して離間された位置に対向配置されたゲート電極と、前記酸化物半導体層の前記ソース領域に対して電気的に接続されたソース電極と、前記酸化物半導体層の前記ドレイン領域に対して電気的に接続されたドレイン電極とを具備した薄膜トランジスタの製造方法であって、
上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように酸化物半導体膜を形成し、
この酸化物半導体膜上に所定のマスクを形成してエッチングすることで前記端面が上側から下側へと拡開状に傾斜した前記酸化物半導体層を形成し、
この酸化物半導体層を、前記端面を含んで覆って前記被覆層を形成する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
酸素流量を変化させながら成膜することで前記酸化物半導体膜を上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように形成する
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、酸化物半導体層を備えた薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液晶表示装置、あるいは有機ＥＬ表示装置などの平面表示装置において、薄膜トランジスタが用いられている。このような平面表示装置では、近年、大画面化、高解像度化、高フレームレート化などの要求が高まってきており、薄膜トランジスタの半導体層として、高移動度を実現できる酸化物半導体層を用いたものがある。特に、例えばＩＧＺＯによる酸化物半導体層は、比較的低温で大面積に形成できるとともに、消費電流も小さく、上記のような要求を満たすものとして注目されている。
【０００３】
このような酸化物半導体層のパターニングの際には、一般的にウェットエッチングが用いられる。ウェットエッチングの場合、エッチングレートが大きいため、形成される酸化物半導体層の端面の形状の制御が容易でなく、略傾斜することなく垂直状の端面となることで、この酸化物半導体層を覆って形成される絶縁膜などの被覆層が、酸化物半導体層の端面の位置で切れてしまう、いわゆる段切れを生じることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、酸化物半導体層の端面の位置での被覆層の切れを防止して信頼性を向上した薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の薄膜トランジスタは、酸化物半導体層と、被覆層と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極とを有する。酸化物半導体層は、チャネル領域と、このチャネル領域を挟んで位置するソース領域及びドレイン領域とを備える。被覆層は、酸化物半導体層の上面の少なくとも一部ないしこの上面に連続する端面を覆う。ゲート電極は、酸化物半導体層のチャネル領域に対して離間された位置に対向配置される。ソース電極は、酸化物半導体層のソース領域に対して電気的に接続される。ドレイン電極は、酸化物半導体層のドレイン領域に対して電気的に接続される。そして、酸化物半導体層は、上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように形成され、端面が上側から下側へと拡開状に傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態の薄膜トランジスタを模式的に示す断面図である。
【図２】同上薄膜トランジスタの製造方法の一部を(a)から(d)の順に模式的に示す断面図である。
【図３】従来例の薄膜トランジスタの製造方法の一部を(a)から(d)の順に模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１において、11は薄膜トランジスタであり、この薄膜トランジスタ11は、例えば液晶表示装置(ＬＣＤ)、あるいは有機ＥＬ表示装置などの平面表示装置に用いられる、トップゲート型の薄膜トランジスタである。
【００１０】
そして、この薄膜トランジスタ11は、酸化物半導体層12と、ゲート電極13と、ソース電極14と、ドレイン電極15とを備え、絶縁性基板であるガラス基板16上に形成された絶縁性の図示しないアンダーコート層上に形成されている。
【００１１】
酸化物半導体層12は、例えばインジウム(Ｉｎ)、ガリウム(Ｇａ)、亜鉛(Ｚｎ)及び錫(Ｓｎ)の少なくともいずれかを含む酸化物により形成され、例えばＩＧＺＯなどである。この酸化物半導体層12は、中央部に相対的に抵抗値が高い高抵抗領域であるチャネル領域12cが所定幅で形成され、このチャネル領域12cを挟んで、チャネル領域12cよりも抵抗値が低い低抵抗領域であるソース領域12s及びドレイン領域12dが形成されている。さらに、この酸化物半導体層12は、上側から下側(ガラス基板16側)へと、酸素濃度が連続的、あるいは段階的に小さくなるように、酸素濃度勾配が設定されている。そして、この酸化物半導体層12は、平面状の上面17に連続する端面18，19、すなわちソース領域12sのチャネル領域12cと反対側の端部及びドレイン領域12dのチャネル領域12cと反対側の端部が、それぞれガラス基板16側に向けて拡開状に傾斜した傾斜面(テーパ面)となっている。したがって、この酸化物半導体層12は、上側から下側であるガラス基板16側に向けて拡大するテーパ状に形成されている。
【００１２】
ゲート電極(ゲートメタル)13は、例えば銅(Ｃｕ)、アルミニウム(Ａｌ)、チタン(Ｔｉ)、モリブデン(Ｍｏ)、タングステン(Ｗ)、タンタル(Ｔａ)及びクロム(Ｃｒ)のいずれか、あるいはこれらの少なくともいずれかを含む合金により形成されている。このゲート電極13は、酸化物半導体層12上に形成された被覆層としてのゲート絶縁膜21上にて、酸化物半導体層12のチャネル領域12cに対向する位置、すなわちこのチャネル領域12cの直上の位置に形成され、このゲート絶縁膜21により、酸化物半導体層12(チャネル領域12c)に対して絶縁されている。
【００１３】
ゲート絶縁膜21は、シリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜などであり、酸化物半導体層12の上面17ないし端面18，19、すなわち上面17から端面18，19に亘って連続的に覆って形成されている。したがって、このゲート絶縁膜21は、酸化物半導体層12の端面18，19上に対応する位置に段差部が形成されている。
【００１４】
ソース電極14及びドレイン電極15は、例えば銅(Ｃｕ)、アルミニウム(Ａｌ)、チタン(Ｔｉ)、モリブデン(Ｍｏ)、タングステン(Ｗ)、タンタル(Ｔａ)及びクロム(Ｃｒ)のいずれか、あるいはこれらの少なくともいずれかを含む合金により形成されている。これらソース電極14及びドレイン電極15は、ゲート電極13を覆ってゲート絶縁膜21上に形成された層間絶縁膜22上に形成されてゲート電極13に対して絶縁されているとともに、ゲート絶縁膜21及び層間絶縁膜22に亘って形成されたコンタクトホール24，25を介して酸化物半導体層12のソース領域12s及びドレイン領域12dと電気的に接続されている。したがって、これらソース電極14及びドレイン電極15は、ゲート電極13を挟む位置に配置されている。なお、層間絶縁膜22は、例えばシリコン酸化膜(ＳｉＯ)である。
【００１５】
次に、上記第一実施形態の薄膜トランジスタ11の製造方法を説明する。
【００１６】
まず、ガラス基板16上に、酸化物半導体層12となる酸化物半導体膜27を例えばスパッタリングにより成膜する(図２(a))。このとき、酸素流量を連続的、あるいは段階的に増加させながら成膜することで、ガラス基板16側である下側から上側へと酸素濃度が連続的、あるいは段階的に増加した状態に酸化物半導体膜27が成長していく。したがって、この酸化物半導体膜27には、上側から下側へと、連続的、あるいは段階的に酸素濃度が小さくなる酸素濃度勾配が設定される。
【００１７】
成膜した酸化物半導体膜27は、例えばウェットエッチングなどのエッチングによりパターニングする。すなわち、酸化物半導体膜27の酸化物半導体層12として残したい箇所の上に所定のマスクＭを形成し、エッチングを行う(図２(b))。酸化物半導体膜27は、上記のように、上側から下側へと酸素濃度勾配が設定されているため、上側から下側へとエッチングレートに差が生じ、酸素濃度が相対的に高い上側のエッチングレートが相対的に高く、酸素濃度が相対的に低い下側のエッチングレートが相対的に低くなる。したがって、酸化物半導体膜27は、上側から下側へと拡開状に傾斜した端面18，19を有するテーパ形状に形成される。この後、マスクＭを除去するとともに、所定の還元処理を行うことで、両側の領域の抵抗値を中央部よりも低くしてソース領域12s及びドレイン領域12dを形成するとともに、これらソース領域12sとドレイン領域12dとの間の相対的に抵抗値が高い領域がチャネル領域12cとなる酸化物半導体層12が形成される(図２(c))。
【００１８】
さらに、酸化物半導体層12を覆ってガラス基板16上にゲート絶縁膜21を成膜及びパターニングし(図２(d))、このゲート絶縁膜21上に、ゲート電極13を例えばスパッタリングなどにより成膜及びパターニングする。なお、ゲート絶縁膜21をゲート電極13の下部のみに形成する場合には、ゲート絶縁膜21及びゲート電極13をまとめてパターニングすることもできる。
【００１９】
そして、ゲート電極13を覆ってゲート絶縁膜21上に層間絶縁膜22を成膜及びパターニングするとともに、ゲート絶縁膜21及び層間絶縁膜22にて酸化物半導体層12のソース領域12s及びドレイン領域12dの位置にコンタクトホール24，25をエッチングなどにより形成し、これらコンタクトホール24，25を覆って所定のメタル層をスパッタリングなどにより成膜及びエッチングなどによりパターニングすることで、ソース領域12s及びドレイン領域12dと電気的に接続するソース電極14及びドレイン電極15をそれぞれ島状などに形成する。
【００２０】
以上説明した一実施形態によれば、上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように形成した酸化物半導体膜27上に所定のマスクＭを形成してエッチングすることで、酸素濃度の違いによるエッチングレート差を利用して端面18，19が上側から下側へと拡開状に傾斜した酸化物半導体層12を形成するので、この酸化物半導体層12の上面17ないし端面18，19を覆うゲート絶縁膜21が、酸化物半導体層12の上面17を覆う部分と端面18，19から下層のガラス基板16を覆う部分との段差部において、切れが生じることがない。
【００２１】
すなわち、比較例として図３(a)から図３(d)に示す従来例では、上側から下側に亘って略一定の酸素濃度を有する酸化物半導体膜27aであるため、特にウェットエッチングなどの高エッチングレートの場合、膜厚が薄い酸化物半導体膜27a(酸化物半導体層12a)においては端面18a，19aの形状制御が容易でなく、端面18a，19aが垂直状に形成され、その上層のゲート絶縁膜21aにおいて、酸化物半導体層12aの上面17aを覆う部分と、端面18a，19aから下層のガラス基板16を覆う部分とで切れ(段切れ)が生じるのに対して、本実施形態では、このような切れが生じることがない。
【００２２】
この結果、ゲート絶縁膜21の切れに起因する絶縁性の低下や、ゲート絶縁膜21の上層に形成される層間絶縁膜22にす(鬆)が生じることなどを防止でき、層間絶縁膜22の絶縁性の低下などを防止でき、信頼性を向上できる。
【００２３】
また、酸化物半導体膜27は、酸素流量を変化させながら成膜することで、上側から下側へと酸素濃度が小さくなるように容易に形成できる。
【００２４】
なお、上記一実施形態において、薄膜トランジスタ11は、酸化物半導体層12よりも下方にゲート電極13が位置するボトムゲート型のものであっても同様に形成できる。
【００２５】
また、酸化物半導体層12の上面17ないし端面18，19を覆う被覆層は、ゲート絶縁膜21に限定されるものではなく、任意の上層とすることができる。
【００２６】
さらに、被覆層は、酸化物半導体層12の上面17の少なくとも一部ないし端面18，19を覆うものであれば、上面17全体を覆っていなくてもよい。
【００２７】
そして、酸化物半導体膜27は、例えばドーピングにより酸素濃度を上側から下側へと連続的、あるいは段階的に小さくするように形成してもよい。
【００２８】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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】
【００２９】
11    薄膜トランジスタ
12    酸化物半導体層
12c   チャネル領域
12d   ドレイン領域
12s   ソース領域
13    ゲート電極
14    ソース電極
15    ドレイン電極
17    上面
18，19    端面
21    被覆層としてのゲート絶縁膜
27    酸化物半導体膜
Ｍ    マスク
【図１】
2016100522.tif 000003
【図２】
2016100522.tif 000004
【図３】
2016100522.tif 000005