JP6448311B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図1を用いて、本発明の実施形態1に係る半導体装置10の概要について説明する。実施形態1の半導体装置10は、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)や、表示部に有機EL素子や量子ドット等の自発光素子(Organic Light-Emitting Diode:OLED)を利用した自発光表示装置や、電子ペーパー等の反射型表示装置の各画素や駆動回路に用いられる半導体装置について説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る半導体装置の概要を示す断面図である。図1に示すように、半導体装置10は、基板100と、基板100上に配置された下地層110と、下地層110上に配置された下部電極120と、下部電極120上に配置され、第1側壁131を有する第1絶縁層130と、第1絶縁層130の上方に配置された第1補助電極190と、第1補助電極190上及び第1側壁131に配置され、下方に配置された下部電極120に接続された酸化物半導体140と、を有する。ここで、第1補助電極190は第1絶縁層130の上方において、第1絶縁層130と酸化物半導体140との間に挟持されているということもできる。
図1に示す半導体装置10を用いて、その動作について説明する。半導体装置10は酸化物半導体140をチャネルとするトランジスタである。ゲート電極160に電気的に接続された上部電極180cにはゲート電圧が印加され、下部電極120に電気的に接続された上部電極180aにドレイン電圧が印加され、酸化物半導体140に電気的に接続された上部電極180bにソース電圧が印加される。ただし、ソース電圧とドレイン電圧とが逆に印加されてもよい。ここで、上部電極180bに印加されたソース電圧は、酸化物半導体140を介して第1補助電極190に供給される。
図2乃至図7を用いて、本発明の実施形態1に係る半導体装置10の製造方法について、平面図及び断面図を参照しながら説明する。図2A及び図2B(図2)は、本発明の実施形態1に係る半導体装置の製造方法において、下部電極を形成する工程を示す平面図及び断面図である。図2Bに示すように、基板100上に下地層110及び下部電極120を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって図2Aに示す下部電極120のパターンを形成する。ここで、下部電極120のエッチングは、下部電極120のエッチングレートと下地層110のエッチングレートとの選択比が大きい条件で処理することが好ましい。
図8乃至図10を用いて、本発明の実施形態1の変形例について説明する。実施形態1の変形例に係る半導体装置11は、実施形態1で説明した半導体装置10と類似している。以下の説明において、半導体装置10と同じ構造及び機能を有する要素には同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。
図11を用いて、本発明の実施形態2に係る半導体装置20の概要について説明する。実施形態2の半導体装置20は、実施形態1と同様に表示装置や駆動回路に用いられる半導体装置である。また、実施形態2の半導体装置20は、チャネルとして酸化物半導体を用いた構造を例示するが、この構造に限定されず、チャネルとしてシリコンなどの半導体やGa−As等の化合物半導体、ペンタセン又はテトラシアノキノジメタン(TCNQ)等の有機半導体を用いることもできる。ここで、実施形態2では半導体装置としてトランジスタを例示するが、これは本発明に係る半導体装置をトランジスタに限定するものではない。
図11は、本発明の実施形態2に係る半導体装置の概要を示す断面図である。図11に示すように、半導体装置20は、基板100と、基板100上に配置された下地層110と、下地層110上に配置された下部電極120及び第1側壁131を有する第1絶縁層130と、第1絶縁層130の上方に配置された第1補助電極190と、第1補助電極190上、第1側壁131、下地層110上、及び下部電極120上に配置され、領域121において下方に配置された下部電極120に接続された酸化物半導体140と、を有する。ここで、酸化物半導体140は、第1絶縁層130と下部電極120との間において下地層110に接して配置されている。
図12乃至図17を用いて、本発明の実施形態2に係る半導体装置20の製造方法について、平面図及び断面図を参照しながら説明する。図11に示す半導体装置20の製造方法は図1に示す半導体装置10の製造方法と類似しているため、詳細な説明は省略する。図12A及び図12B(図12)は、本発明の実施形態2に係る半導体装置の製造方法において、下部電極を形成する工程を示す平面図及び断面図である。まず、図12Bに示すように、基板100上に下地層110及び下部電極120を成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって図12Aに示す下部電極120のパターンを形成する。ここで、後の工程で、下地層110上に配置される酸化物半導体140の比抵抗を小さくする場合には、下地層110として水素を含有したSiNx等の無機絶縁膜材料を使用してもよい。
図18を用いて、本発明の実施形態2の変形例について説明する。実施形態2の変形例に係る半導体装置は、実施形態2で説明した半導体装置20と類似している。以下の説明において、半導体装置20と同じ構造及び機能を有する要素には同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。
図19A及び図19B(図19)を用いて、本発明の実施形態3に係る半導体装置30の概要について説明する。実施形態3の半導体装置30は、実施形態1と同様に表示装置や駆動回路に用いられる半導体装置である。また、実施形態3の半導体装置30は、チャネルとして酸化物半導体を用いた構造を例示するが、この構造に限定されず、チャネルとしてシリコンなどの半導体やGa−As、ペンタセン又はテトラシアノキノジメタン(TCNQ)等の有機半導体等の化合物半導体を用いることもできる。ここで、実施形態3では半導体装置としてトランジスタを例示するが、これは本発明に係る半導体装置をトランジスタに限定するものではない。
図19Aは、本発明の実施形態3に係る半導体装置の概要を示す平面図である。また、図19Bは、本発明の実施形態3に係る半導体装置の概要を示す断面図である。図19に示す半導体装置30は図7に示す半導体装置10と断面構造は同じであるが、レイアウトが異なる。具体的には、平面視において、酸化物半導体140が第1絶縁層130を覆うように配置され(図20参照)、ゲート電極160が環状の第1側壁131を覆うよう(図21参照)に上部電極180bの周囲に環状に配置されている点において半導体装置10と相違する。つまり、図19Aに示すように、半導体装置30のチャネル領域143は環状に形成され、酸化物半導体140のパターン端部がチャネル領域に含まれない構成となっている。チャネル領域143が環状に形成されていることから、当該構成を「サラウンド型」という。
図20乃至図22を用いて、本発明の実施形態3に係る半導体装置30の製造方法について、平面図及び断面図を参照しながら説明する。図19に示す半導体装置30の製造方法は図1に示す半導体装置10の製造方法と類似しているため、詳細な説明は省略する。半導体装置30の製造方法において、第1絶縁層130及び第1補助電極190のパターンを形成する工程までは半導体装置10の製造方法(図2及び図3)と同じなので、説明は省略する。
図23乃至図32を用いて、本発明の実施形態3の変形例に係る半導体装置の概要について説明する。実施形態3の変形例に係る半導体装置の断面構造は図7に示す半導体装置10と同じであるが、レイアウトが異なる。以下にそれぞれの変形例のレイアウトについて詳細に説明する。
図23A及び図23B(図23)は、本発明の実施形態3の変形例1に係る半導体装置の概要を示す平面図及び断面図である。図23に示すように、実施形態3の変形例1の半導体装置31は、図19に示すサラウンド型の半導体装置30が並列に連結されている。つまり、環状のチャネル領域143を有する半導体装置30が隣接して配置されており、各々の半導体装置30の下部電極120、ゲート電極160、及び上部電極180はそれぞれ一体で形成されている。したがって、複数の半導体装置30には、同時に同じソース・ドレイン電圧、同じゲート電圧が印加される。
図23に示す半導体装置31の構造をより明確にするために、図24乃至図27を用いて、その製造方法について平面図及び断面図を参照しながら説明する。図23に示す半導体装置31に含まれる各々の半導体装置30は図19に示す半導体装置30と同じなので、詳細な説明は省略する。
図28A及び図28B(図28)は、本発明の実施形態3の変形例2に係る半導体装置の概要を示す平面図及び断面図である。図28に示すように、実施形態3の変形例2の半導体装置32は、環状のチャネル領域が多重となるように図19に示すサラウンド型の半導体装置30が並列に接続されている。つまり、内側の環状の第1チャネル領域144を有する半導体装置30aを囲むように、外側の環状の第2チャネル領域145を有する半導体装置30bが形成されている。
図28に示す半導体装置32の構造をより明確にするために、図29乃至図32を用いて、その製造方法について平面図及び断面図を参照しながら説明する。図28に示す半導体装置32に含まれる半導体装置30a、30bの断面構造は図19に示す半導体装置30の断面構造と同じなので、詳細な説明は省略する。
100:基板
110:下地層
120:下部電極
121:領域
130、133:第1絶縁層
131、135:第1側壁
132:ドレイン領域
134:第2絶縁層
136:第2側壁
140:酸化物半導体
141、143、144、145:チャネル領域
150:ゲート絶縁層
160:ゲート電極
170:層間膜
171、173、174:開口部
180:上部電極
190、193:第1補助電極
192:ソース領域
194:第2補助電極
Claims (18)
- 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層及び前記第1電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第1電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1絶縁層と前記第1電極との間において前記下地層に接して配置されることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁上に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層及び前記第1電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第1電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1絶縁層と前記第1電極との間において前記下地層に接して配置されることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1絶縁層の上方において、前記第1絶縁層と前記酸化物半導体との間に挟持された第3電極をさらに有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第2電極は、前記第3電極とは反対側で前記酸化物半導体に接続されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第2電極は、前記第3電極に電気的に接続されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第2電極は、前記第1絶縁層の上方において、前記酸化物半導体に接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第1電極は、前記第1側壁の一部に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層及び前記第1電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第1電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記第1電極は、前記第1側壁の一部に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁上に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層及び前記第1電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第1電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記第1電極は、前記第1側壁の一部に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層の周囲に設けられた、環状の第2絶縁層と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記第1電極の周囲に環状に配置され、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層の前記第1側壁に対向する第2側壁を有し、
前記ゲート電極は、前記第1側壁及び前記第2側壁に対して設けられることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1側壁上に配置された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の一方に接続された第1電極と、
前記酸化物半導体の上方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1絶縁層の周囲に設けられた、環状の第2絶縁層と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記第1電極の周囲に環状に配置され、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層の前記第1側壁に対向する第2側壁を有し、
前記ゲート電極は、前記第1側壁及び前記第2側壁に対して設けられることを特徴とする半導体装置。 - 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層及び前記第2電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第2電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1絶縁層と前記第2電極との間において前記下地層に接して配置されることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層及び前記第2電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第2電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記酸化物半導体は、前記第1絶縁層と前記第2電極との間において前記下地層に接して配置されることを特徴とする半導体装置。 - 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層及び前記第2電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第2電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記第2電極は、前記第1側壁の一部に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層及び前記第2電極の下方において、前記第1絶縁層及び前記第2電極に接して配置される下地層と、
を有し、
前記第2電極は、前記第1側壁の一部に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の前記第1側壁とは反対側に配置されたゲート絶縁層と、
前記第1側壁に配置された前記酸化物半導体に前記ゲート絶縁層を介して対向するゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層の周囲に設けられた、環状の第2絶縁層と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記第2電極の周囲に環状に配置されており、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層の前記第1側壁に対向する第2側壁を有し、
前記ゲート電極は、前記第1側壁及び前記第2側壁に対して設けられることを特徴とする半導体装置。 - 傾斜面が上方を向くテーパ形状の第1側壁を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の上方に配置された第1電極と、
前記第1側壁及び前記第1電極上に配置され、一方が前記第1電極に接続された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記酸化物半導体の下方に配置され、前記酸化物半導体の他方に接続された第2電極と、
前記第1電極の上方に配置され、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記第1絶縁層の周囲に設けられた、環状の第2絶縁層と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記第2電極の周囲に環状に配置されており、
前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層の前記第1側壁に対向する第2側壁を有し、
前記ゲート電極は、前記第1側壁及び前記第2側壁に対して設けられることを特徴とする半導体装置。 - 複数の前記半導体装置が隣接して配置され、
前記複数の前記半導体装置の前記第2電極、前記第3電極、及び前記ゲート電極はそれぞれが一体で形成されていることを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置。
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