JP7210179B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は半導体装置に関し、特に、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する表示装置等の半導体装置に関する。
液晶表示装置では画素電極および薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等を有する画素がマトリクス状に形成されたTFT基板と、TFT基板に対向して対向基板が配置され、TFT基板と対向基板の間に液晶が挟持されている構成となっている。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。
酸化物半導体を用いたTFTはリーク電流が小さいので、画素領域におけるスイッチングTFTとして好適である。
画素領域におけるスイッチングTFTは、リーク電流が小さいことが必要である。一方、画素領域におけるスイッチングTFTは、ON電流は大きいことが要求されている。すなわち、酸化物半導体を用いたTFTにおいて、チャネル領域では十分に大きな抵抗を維持し、ソース領域、ドレイン領域では抵抗が十分に小さい必要がある。
特開2017-107913号公報(特許文献1)には、「絶縁基板上に、酸素を含む島状の第1の絶縁層を形成し、第1の絶縁層に酸素イオンを注入し、絶縁基板及び第1の絶縁層上に酸化物半導体層を形成し、熱処理により第1の絶縁層から半導体層の第1の絶縁層上の領域に酸素を供給し、チャネル領域を形成する」という薄膜トランジスタの製造方法が提案されている。
特開2017-107913号公報
本発明者らは、酸化物半導体を用いたTFTの製造において、酸化物半導体上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜と積層してアルミニウム酸化膜を形成し、アルミニウム酸化膜の成膜時に、ゲート絶縁膜の全面に酸素を供給することで、酸化物半導体のチャネル領域に酸素を供給する方法を検討した。しかしながら、この方法では、チャネル領に隣接する酸化物半導体のソース領域およびドレイン領域にも、酸素が供給され、低抵抗化することが難しいことがわかった。
本発明は、酸化物半導体のチャネル領域に酸素を供給する手段(アルミニウム酸化膜)が酸化物半導体のドレイン領域およびソース領域に影響を与え、ドレイン領域、ソース領域の抵抗が大きくなって、ON電流が小さくなる現象を対策するものである。
本発明の目的は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにおいて、酸化物半導体のチャネル領域を高抵抗化させるとともに、酸化物半導体のソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
本実施形態の一態様によれば、
酸化物半導体を有する薄膜トランジスタを備え、前記酸化物半導体は、チャネル領域と、ドレイン領域と、ソース領域と、を有し、前記チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたアルミニウム酸化膜と、前記アルミニウム酸化膜の上に設けられたゲート電極と、を有し、前記アルミニウム酸化膜は、平面視において、前記ドレイン領域および前記ソース領域のいずれに対しても覆わない領域を有する半導体装置が提供される。
また、本実施形態の他の一態様によれば、
基板と、前記基板の上に設けられ、多結晶シリコンで構成された第1薄膜トランジスタと、前記基板の上に設けられ、酸化物半導体で構成された第2薄膜トランジスタと、を含み、前記酸化物半導体は、チャネル領域と、ドレイン領域と、ソース領域と、を有し、前記チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたアルミニウム酸化膜と、前記アルミニウム酸化膜の上に設けられたゲート電極と、を含む、半導体装置が提供される。
また、本実施形態のさらに他の一態様によれば、
チャネル領域とドレイン領域とソース領域とを有する酸化物半導体の半導体層で構成された薄膜トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、基板の上に、前記半導体層を形成する工程と、前記半導体層を覆う様に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上に、前記半導体層の前記チャネル領域の上方に開口部を有するブロック層を形成する工程と、前記ブロック層の上、および、前記開口部から露出する前記ゲート絶縁膜の上に、アルミニウム酸化膜を形成するとともに、前記開口部から前記半導体層の前記チャネル領域へ酸素を供給する工程と、を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
実施形態に係る表示装置DSPの外観を示す平面図である。 図1のA-A線に沿う断面図である。 画素PXの基本構成及び表示装置DSPの等価回路を示す図である。 実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 第1ゲート電極を形成した状態を示す断面図である。 第1絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。 第2半導体層を形成した状態を示す断面図である。 保護用の金属層を形成した状態を示す断面図である。 ブロック層を形成した状態を示す断面図である。 ブロック層をパターニングした状態を示す断面図である。 アルミニウム酸化膜を形成した状態を示す断面図である。 第2ゲート電極を形成した状態を示す断面図である。 第2ゲート電極をパターニングした状態を示す図であり、図13(A)は断面図であり、図13(B)は平面図である。 第4絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。 コンタクトホールを形成した状態を示す断面図である。 ソースドレイン電極配線を形成した状態を示す断面図である。 変形例の半導体装置に係り、ブロック層を形成した状態を示す断面図である。 ブロック層をパターニングした状態を示す断面図である。 アルミニウム酸化膜を形成した状態を示す断面図である。 ゲート電極を形成した状態を示す断面図である。 ゲート電極をパターニングした状態を示す断面図である。 第2絶縁膜を形成した状態を示す断面図である。 ソースドレイン電極配線を形成した状態を示す断面図である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
本実施形態においては、表示装置の一例として、液晶表示装置を開示する。この液晶表示装置は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、テレビ受像装置、車載装置、ゲーム機器等の種々の装置に用いることができる。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、図面を説明する際の「上」、「下」などの表現は、着目する構造体と他の構造体との相対的な位置関係を表現している。具体的には、側面から見た場合において、第1基板(アレイ基板)から第2基板(対向基板)に向かう方向を「上」と定義し、その逆の方向を「下」と定義する。
また、「内側」及び「外側」とは、2つの部位における、表示領域を基準とした相対的な位置関係を示す。すなわち、「内側」とは、一方の部位に対し相対的に表示領域に近い側を指し、「外側」とは、一方の部位に対し相対的に表示領域から遠い側を指す。ただし、ここで言う「内側」及び「外側」の定義は、液晶表示装置を折り曲げていない状態におけるものとする。
「表示装置」とは、表示パネルを用いて映像を表示する表示装置全般を指す。「表示パネル」とは、電気光学層を用いて映像を表示する構造体を指す。例えば、表示パネルという用語は、電気光学層を含む表示セルを指す場合もあるし、表示セルに対して他の光学部材(例えば、偏光部材、バックライト、タッチパネル等)を装着した構造体を指す場合もある。ここで、「電気光学層」には、技術的な矛盾を生じない限り、液晶層、エレクトロクロミック(EC)層などが含まれ得る。したがって、後述する実施形態について、表示パネルとして、液晶層を含む液晶パネルを例示して説明するが、上述した他の電気光学層を含む表示パネルへの適用を排除するものではない。
(表示装置の全体構成例)
図1は、本発明が適用される表示装置の平面図である。図2は、図1のA-A線に沿う断面図である。
図1および図2において、表示装置DSPは、表示パネルPNLと、フレキシブルプリント回路基板1と、ICチップ2と、回路基板3と、を備えている。表示パネルPNLは、液晶表示パネルであり、第1基板(TFT基板、アレイ基板ともいう)SUB1と、第2基板(対向基板ともいう)SUB2と、液晶層LCと、シールSEと、を備えている。
表示パネルPNLは、画像を表示する表示部(表示領域)DAと、表示部DAの外周を囲む額縁状の非表示部(非表示領域)NDAと、を備えている。第2基板SUB2は、第1基板SUB1に対向している。第1基板SUB1は、第2基板SUB2よりも第2方向Yに延出した実装部MAを有している。シールSEは、非表示部NDAに位置し、第1基板SUB1と第2基板SUB2とを接着するとともに、液晶層LCを封止している。
図2を参照し、第1基板SUBの下には下偏光板200が貼り付けられ、第2基板SUB2の上側には上偏光板201が貼り付けられている。第1基板SUB1、第2基板SUB2、下偏光板200、上偏光板201、液晶層LCの組み合わせを表示パネルPNLと呼ぶ。表示パネルPNLは自身では発光しないので、背面にバックライト202が配置されている。
実装部MAには、複数の外部端子が形成されている。実装部MAの複数の外部端子には、フレキシブル配線基板1が接続される。フレキシブル配線基板1には、映像信号等を供給するドライバIC2が搭載されている。フレキシブル配線基板1には、ドライバIC2や表示装置DSPに外部から信号や電力を供給するための回路基板3が接続されている。なお、ICチップ2は、実装部MAに実装されてもよい。ICチップ2は、画像を表示する表示モードにおいて画像表示に必要な信号を出力するディスプレイドライバDDを内蔵している。
図1に示すように、表示領域DAには、複数の画素PXがマトリクス状に形成され、各画素PXはスイッチング素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を有している。非表示領域NDAには、走査線、映像信号線等を制御および駆動するための、駆動回路が形成されている。駆動回路は、薄膜トランジスタ(TFT)を有している。
画素PXのスイッチング素子として用いられるTFTは、リーク電流が小さいことが必要である。酸化物半導体によるTFTは、リーク電流を小さくすることが出来る。以後、酸化物半導体をOS(Oxide Semiconductor)と呼ぶ。OSには、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)、ZnON(Zinc Oxide Nitride)、IGO(Indium Gallium Oxide)等がある。以後、酸化物半導体をOSで代表させて説明する。OSはキャリアの移動度が小さいので、表示装置DSP内に内蔵する駆動回路を、OSを用いたTFTで形成することは難しい場合がある。以後、OSは、OSを用いたTFTの意味でも使用する。
一方、LTPS(Low Temperature Poly-Si)は移動度が高いので、駆動回路を構成するTFTとして適している。液晶表示装置では、多結晶シリコンまたは多結晶質シリコン(Poly-Si)にLTPSを用いることが多いので、以下Poly-SiをLTPSともいう。LTPSで形成したTFTは移動度が大きいので、駆動回路はLTPSを用いた薄膜トランジスタ(TFT)で形成することが出来る。以後、LTPSは、LTPSを用いたTFTの意味でも使用する。
つまり、画素PXに使用される薄膜トランジスタ(TFT)は、リーク電流が小さいことが必要なので、酸化物半導体(OS)を使用し、駆動回路に使用される薄膜トランジスタ(TFT)は移動度が大きい必要があるので、LTPSを使用することが合理的である。
ただし、適用製品によっては非晶質シリコン(a-Si)やOSの移動度でも設計可能な場合があるので、本発明の構成は駆動回路にa-SiやOSを用いた場合にも有効である。
本実施形態の表示パネルPNLは、第1基板SUB1の背面側からの光を選択的に透過させることで画像を表示する透過表示機能を備えた透過型、第2基板SUB2の前面側からの光を選択的に反射させることで画像を表示する反射表示機能を備えた反射型、あるいは、透過表示機能及び反射表示機能を備えた半透過型のいずれであってもよい。
また、表示パネルPNLの詳細な構成について、ここでは説明を省略するが、表示パネルPNLは、また、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード、さらには、上記の横電界、縦電界、及び、傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードに対応したいずれの構成を備えていてもよい。ここでの基板主面とは、第1方向X及び第2方向Yで規定されるX-Y平面と平行な面である。
(表示装置の回路構成例)
図3は、画素PXの基本構成及び表示装置DSPの等価回路を示す図である。複数の画素PX第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に配置されている。複数本の走査線G(G1、G2・・・)は、走査線駆動回路GDに接続されている。複数本の信号線S(S1、S2・・・)は、信号線駆動回路SDに接続されている。複数本の共通電極CE(CE1、CE2・・・)は、コモン電圧(Vcom)の電圧供給部CDに接続され、複数の画素PXに亘って配置されている。1つの画素PXは、1本の走査線と、1本の信号線と、1本の共通電極CEと、に接続されている。なお、走査線G及び信号線Sは、必ずしも直線的に延出していなくてもよく、それらの一部が屈曲していてもよい。例えば、信号線Sは、その一部が屈曲していたとしても、第2方向Yに延出しているものとする。走査線駆動回路GD、信号線駆動回路SD、および、電圧供給部CDは、薄膜トランジスタ(TFT)によって構成される。
各画素PXは、スイッチング素子SW、画素電極PE、共通電極CE、液晶層LC等を備えている。スイッチング素子SWは、例えば薄膜トランジスタ(TFT)によって構成され、走査線G及び信号線Sと電気的に接続されている。走査線Gは、第1方向Xに並んだ画素PXの各々におけるスイッチング素子SWと接続されている。信号線Sは、第2方向Yに並んだ画素PXの各々におけるスイッチング素子SWと接続されている。画素電極PEは、スイッチング素子SWと電気的に接続されている。画素電極PEの各々は、共通電極CEと対向し、画素電極PEと共通電極CEとの間に生じる電界によって液晶層LCを駆動している。保持容量CSは、例えば、共通電極CEと同電位の電極、及び、画素電極PEと同電位の電極の間に形成される。
(薄膜トランジスタの構成例)
図4は、実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図4に示す半導体装置10は、複数の薄膜トランジスタTFT1、TFT2を備えた第1基板である。図4において、左側の薄膜トランジスタ(第1薄膜トランジスタ)TFT1はLTPSを用いた薄膜トランジスタ(LTPSTFTともいう)であり、右側の薄膜トランジスタ(第2薄膜トランジスタ)TFT2は酸化物半導体(OS)を用いた薄膜トランジスタ(OSTFTともいう)である。半導体装置10は、表示パネルに内蔵される半導体装置である。
半導体装置10は、基板100、下地膜101、第1半導体層102、第1ゲート絶縁膜104、第1ゲート電極105、遮光層106、第1絶縁膜107、第2絶縁膜108、第2半導体層109、第2ゲート絶縁膜112、アルミニウム酸化膜(AlO膜)113、第2ゲート電極116、第3絶縁膜117、第4絶縁膜118等を備えている。なお、AlO膜113は、一例であり、これに限定されるわけではない。AlO膜は、酸素を多く含んだ酸化物半導体膜へ変更することも可能である。AlO膜113は、後述されるように、第2半導体層109のチャネル領域1091へ酸素を供給するために利用される膜である。つまり、膜113は、酸化物半導体のチャネル領域に酸素を供給することが可能な手段(膜または層)であればよいので、AlO膜や酸素を多く含んだ酸化物半導体膜(OS)を利用することができる。以下では、AlO膜を代表例として説明する。
図4において、ガラスあるいは樹脂で形成された基板100の上に下地膜101が形成されている。下地膜101は、ガラス等からの不純物をブロックするもので、通常は、CVDによるシリコン酸化物SiOあるいはシリコン窒化物SiN等で形成されている。なお、本明細書におけるAB(例:SiO)等の表記はそれぞれA及びBを構成元素とする化合物であることを示すものであって、A,Bがそれぞれ等しい組成比であることを意味するのではない。
下地膜101の上には、LTPSTFTのための第1半導体層102が形成されている。第1半導体層102は、LTPSで形成されている。第1半導体層102を覆って第1ゲート絶縁膜104が形成されている。第1半導体層102は、たとえば、非晶質シリコン(a-Si)を形成した後、脱水素のためのアニールを行い、その後エキシマレーザを照射してa-Siを多結晶質シリコン(Poly-Si)に変換し、その後、Poly-Siをパターニングして形成することが可能である。第1ゲート絶縁膜104はTEOS(Tetraethyl orthosilicate)を原料とするSiOによって形成することが出来る。
第1ゲート絶縁膜104の上に第1ゲート電極105、および遮光層106が形成される。第1ゲート電極105および遮光層106は、Ti-Al合金-Ti等の積層膜あるいは、MoW合金等で形成される。遮光層106は、OSTFTのチャネル領域1091へバックライト202からの光が照射されないように遮光するためのものである。
第1ゲート電極105、遮光層106および第1ゲート絶縁膜104を覆って第1絶縁膜107が形成される。第1絶縁膜107はCVDによるSiNで形成される。第1絶縁膜107の上には、第2絶縁膜108が形成される。第2絶縁膜108はCVDによるSiOで形成される。
第2絶縁膜108の上には、OSTFTのための第2半導体層109が形成されている。第2半導体層109は、OSで形成されている。第2半導体層109は、チャネル領域1091、ドレイン領域1092およびソース領域1093を含む。チャネル領域1091は、ドレイン領域1092とソース領域1093との間に設けられる。したがって、薄膜トランジスタTFT2は、薄膜トランジスタTFT1よりも、基板100から見た場合に、上方に位置する。
第2半導体層109の一端の端部および他端の端部には、保護用の金属層111が設けられる。すなわち、金属層111は、チャネル領域1091に接していないドレイン領域1092の端部、および、チャネル領域1091に接していないソース領域1093の端部に接続される。金属層111は、たとえば、チタン(Ti)で形成される。
第2絶縁膜108、第2半導体層109および金属層111を覆って第2ゲート絶縁膜112が形成される。第2ゲート絶縁膜112は、SiH4(シラン)とN2O(亜酸化窒素)を用いたCVDによるSiOによって形成することが出来る。
チャネル領域1091の上に対応する第2ゲート絶縁膜112の上には、アルミニウム酸化膜(以後AlOで代表させる)113が形成されている。AlO膜113の下部の左側および右側には、ブロック層114が形成されている。AlO膜113の上には、第2ゲート電極116が形成される。したがって、AlO膜113は、第2ゲート電極116の下側に選択的に設けられている。また、AlO膜113および第2ゲート電極116は、半導体装置10の全体を平面視で見た場合、アイランド状に設けられている。第2ゲート電極116は、例えば、Ti-Al合金-Ti等の積層膜あるいは、MoW合金等で形成される。AlO膜113は、第2ゲート電極116の下側に対応する部分に設けられており、チャネル領域1091の上側に部分にも形成されている。AlO膜113は、第2半導体層109のチャネル領域1091に酸素を供給する役割を有する。ブロック層114との間に位置するAlO膜113から、チャネル領域1091に酸素が供給される。ブロック層114は、ドレイン領域1092およびソース領域1093への酸素の侵入を防止するために利用される。ブロック層114は、酸素濃度の少ないOS、または、SiNにより形成することができる。先に述べたように、AlO膜113は、酸素を多く含む酸化物半導体膜を利用することも可能である。
第2ゲート絶縁膜112、第2ゲート電極116、AlO膜113および絶縁膜114を覆って、第3絶縁膜117が形成される。第3絶縁膜117はSiNで形成される。第3絶縁膜117の上には、第4絶縁膜118が形成される。第4絶縁膜118はSiOで形成される。
その後、LTPSTFTにゲート電極配線1191およびソースドレイン電極配線1192を形成すためのコンタクトホール120、及び、OSTFTにゲート電極配線1211およびソースドレイン電極配線1212を形成するためのコンタクトホール122を形成する。コンタクトホール120、122は、例えば、CF系(例えばCF4)、あるいは、CHF系(例えばCHF3)のガスを用いたドライエッチングで形成される。LTPSTFT側では、5層の絶縁膜および6層の絶縁膜にコンタクトホール120を形成し、OSTFT側では2層の絶縁膜および3層の絶縁膜にコンタクトホール122を形成する。その後、コンタクトホール120、122をHF系の洗浄液によって洗浄し、洗浄後、ゲート電極配線1191、ソースドレイン電極配線1192、ゲート電極配線1211およびソースドレイン電極配線1212を形成する。なお、本明細書では、ソースドレイン電極配線(1192、1212)は、ソース電極配線とドレイン電極配線とを合わせて、ソースドレイン電極配線(1192、1212)としている。ゲート電極配線1191,1211、およびソースドレイン電極配線1192、1212は、例えば、Ti、Al合金、Ti等の積層膜で形成することができる。
図4に示すように、LTPSTFT側では、5層の絶縁膜(118、117、112、108、107)および6層の絶縁膜(118、117、112、108、107,104)に対してコンタクトホール120を形成するのに対し、OSTFT側では、2層の絶縁膜(118、117)および3層の絶縁膜(118、117、112)に対してコンタクトホール122を形成する。したがって、コンタクトホールを形成するためのエッチング条件は、LTPSTFT側に合わせる必要がある。つまり、OSTFT側はより長くエッチングガスおよび洗浄液に晒されるが、保護用の金属層111を設けることで、第2半導体層109の消失を防止し、OSTFTを安定して形成することが出来る。
このように、第2半導体層109のチャネル領域1091にはAlO膜113から十分な酸素が供給され、高抵抗化される。一方、第2半導体層109のドレイン領域1092及びソース領域1093は、ブロック層114によってAlO膜113から酸素の供給が抑制されるので、低抵抗化されている。したがって、良好なトランジスタ特性を有するOSTFTを実現できる。また、良好なトランジスタ特性を有するOSTFTを用いた表示装置などの半導体装置を実現できる。
また、AlO膜113の両側、すなわち、チャネル領域1091の両端側の上に対応する部分に、ブロック層114を残すことにより、チャネル領域1091の両端側が高抵抗化されるので、OSTFTの電流が流れづらくなり、良好なスイッチング特性のOSTFTを実現できる。
(薄膜トランジスタの製造方法)
図5から図16を用いて、図4で説明された半導体装置10を実現する各製造工程を説明する。
図5は、絶縁性の基板100上に下地膜101を形成して、その上に第1半導体層102を形成し、これを覆って第1ゲート絶縁膜104を形成し、その上に第1ゲート電極105および遮光層106を形成した状態を示す断面図である。第1ゲート電極105を形成した後、第1ゲート電極105をマスクにして、第1半導体層102に、B(ボロン)あるいはP(リン)をイオンインプランテーションでドープする。これにより、第1半導体層102に対し第1ゲート電極105で覆われた以外の部分に、P型あるいはN型の導電性を付与し、半導体層102にドレイン領域およびソース領域を形成する。
図6は、第1ゲート電極105、遮光層106および第1ゲート絶縁膜104を覆って、第1絶縁膜107を形成した状態を示す断面図である。第1絶縁膜107は、CVDによるSiNで形成される。
図7は、第1絶縁膜107の上に、第2絶縁膜108を形成し、第2絶縁膜108の上に第2半導体層109を選択的に形成した状態を示す断面図である。第2絶縁膜108は、CVDによるSiOで形成される。第2半導体層109は、OSで形成されている。
図8は、第2半導体層109の両端に保護用の金属層111を選択的に形成した状態を示す断面図である。金属層111は、たとえば、Tiで形成される。金属層111は、図4で説明されたように、コンタクトホール(120,122)形成時のエッチングガスおよび洗浄液による第2半導体層109の消失を防止するための保護膜である。
図9は、第2絶縁膜108、第2半導体層109および金属層111を覆って第2ゲート絶縁膜112を形成し、第2ゲート絶縁膜112の上にブロック層114を形成した状態を示す断面図である。第2ゲート絶縁膜112は、SiH4(シラン)とN2O(亜酸化窒素)を用いたCVDによるSiOによって形成することが出来る。ブロック層114は、酸素濃度の少ないOS、または、SiNにより形成することができる。ブロック層114の膜厚は、たとえば、10nm~30nm程度である。
図10は、ブロック層114を選択的にパターニングした状態を示す断面図である。ブロック層114は、断面視および平面視において、第2半導体層109のチャネル領域(1091)の上側を覆う様な開口部を有するように、選択的にパターニングされている。
図11は、ブロック層114およびブロック層114の開口部から露出する第2ゲート絶縁膜112の上に、AlO膜113を形成した状態を示す断面図である。AlO膜113は、反応性スパッタリングによって形成するので、大量の酸素を含んでいる。この酸素は第2半導体層109のチャネル領域1091の絶縁抵抗を安定化している。つまり、AlO膜113の成膜時の酸素O2は、ブロック層114によってブロックされるが、ブロック層114の設けられていない第2半導体層109のチャネル領域1091には、多くの酸素が導入されるので、チャネル領域1091は過酸素化され、高抵抗化される。一方、第2半導体層109のドレイン領域1092およびソース領域1093は、ブロック層114によって酸素の供給が制限されるので、過酸素化されず、低抵抗を保持しやすい状態とされる。
先に述べたように、AlO膜113は、酸素を多く含む酸化物半導体膜を利用することも可能である。また、本明細書では、チャネル領域1091、ドレイン領域1092およびソース領域1093は、説明を簡単化する目的で、チャネル領域、ドレイン領域およびソース領域の各領域が形成される予定の領域を示す場合にも、チャネル領域1091、ドレイン領域1092およびソース領域1093として示して説明する。
図12は、AlO膜113の上に、第2ゲート電極116を形成した状態を示す断面図である。第2ゲート電極116は、例えば、Ti-Al合金-Ti等の積層膜あるいは、MoW合金等で形成される。
図13(A)は、ブロック層114、AlO膜113および第2ゲート電極116を選択的にパターニングした状態を示す断面図である。図13(B)は、図13(A)に示す状態を上方から見た場合の平面図である。図13(A)に示すように、ブロック層114、AlO膜113および第2ゲート電極116は、第2半導体層109のチャネル領域(1091)の上側を覆う様に選択的にパターニングされる。AlO膜113は、第2ゲート電極116の下側に選択的に設けられている。したがって、半導体装置10を全体的に平面視で見た場合、AlO膜113および第2ゲート電極116は、アイランド状に設けられていることになる。
次に、第2ゲート電極116をマスクとして、イオンインプランテーションを行い、ゲート電極116で覆われた部分以外の第2半導体層109に導電性を付与する。図13(B)に示すように、AlO膜113およびブロック層114がドレイン領域1092およびソース領域1093を覆わない領域では、イオンインプランテーションが効果的に行われる。イオンインプランテーションのイオンには、B(ボロン)、P(リン)、Ar(アルゴン)等が使用される。イオンインプランテーションによって、第2半導体層109に導電性のドレイン領域1092とソース領域1093が形成される。その後、水素雰囲気化で、活性化処理が行われ、ドレイン領域1092およびソース領域1093が低抵抗化される。したがって、特性の安定した、酸化物半導体(OS)を用いた薄膜トランジスタを実現することが出来る。
図14は、第2ゲート絶縁膜112、および、選択的にパターニングされたブロック層114、AlO膜113および第2ゲート電極116を覆って第3絶縁膜117を形成し、第3絶縁膜117の上に第4絶縁膜118を形成した状態を示す断面図である。第3絶縁膜117はCVDによるSiNで形成される。第4絶縁膜118はCVDによるSiOで形成される。
図15は、コンタクトホール120、122を形成した状態を示す断面図である。コンタクトホール120、122は、例えば、CF系(例えばCF4)、あるいは、CHF系(例えばCHF3)のガスを用いたドライエッチングで形成される。コンタクトホール120、122は、同時に形成することができる。LTPSTFT側では、半導体層102のドレイン領域およびソース領域の上が露出するように、6層の絶縁膜(118、117、112、108、107、104)にコンタクトホール120を形成する。OSTFT側では、金属層111が露出するように、3層の絶縁膜(118、117、112)にコンタクトホール122を形成する。その後、コンタクトホール120、122をHF系の洗浄液によって洗浄する。
図16は、コンタクトホール120、122に、ソースドレイン電極配線1192、1212を形成した状態を示す断面図である。コンタクトホール120、122の洗浄後、コンタクトホール120、122に、ソースドレイン電極配線1192、1212を形成する。すなわち、LTPSTFT側では、コンタクトホール120に、ソースドレイン電極配線1192が形成される。OSTFT側では、コンタクトホール122に、ソースドレイン電極配線1212が形成される。
なお、図15および図16には、図4に示されるゲート電極配線1191、1211が示されないが、図4において説明されたように、ゲート電極配線1191、1211を形成してもよい。この場合、LTPSTFT側では、第1ゲート電極105が露出するように、5層の絶縁膜(118、117、112、108、107)にコンタクトホール120を形成し、コンタクトホール120にゲート電極配線1191を形成する。また、OSTFT側では、第2ゲート電極116が露出するように、2層の絶縁膜(118、117)にコンタクトホール122を形成し、コンタクトホール122にゲート電極配線1212を形成する。これにより、図4に示す半導体装置10の断面図と同様な構成を形成することができる。
(変形例)
上記実施態様では、LTPSTFTとOSTFTとを有する表示装置等の半導体装置10について説明した。以下の変形例では、OSTFTのみを有する表示装置等の半導体装置10aについて説明する。この場合、図4に示されるOSTFTの構成において、ドレイン領域1092およびソース領域1093に接続された保護用の金属層111が削除可能である。したがって、金属層111の成膜およびパターニング工程、および、コンタクトホールの洗浄工程が削除できるので、製造工程を短縮化することができる。
図17~図23は、変形例に係る半導体装置10aの製造工程を示す断面図である。図23に示すように、半導体装置10aは、酸化物半導体(OS)を用いた薄膜トランジスタTFT2(OSTFT)を備えた第1基板である。半導体装置10aは、表示パネルに内蔵される半導体装置である。以下、図17~図23を用いて、変形例に係る半導体装置10aの製造工程を説明する。
図17は、絶縁性の基板100の上に下地膜101が形成され、下地膜101の上に、半導体層109aを形成し、下地膜101および半導体層109aを覆ってゲート絶縁膜301を形成し、ゲート絶縁膜301の上にブロック層302を形成した状態を示す断面図である。基板100は、ガラスあるいは樹脂で形成されている。下地膜101は、CVDによるシリコン酸化物SiOあるいはシリコン窒化物SiN等で形成されている。半導体層109aは、OSで形成されている。ゲート絶縁膜301は、SiH4(シラン)とN2O(亜酸化窒素)を用いたCVDによるSiOによって形成することが出来る。ブロック層302は、酸素濃度の少ない酸化物半導体(OS)、または、SiNにより形成することができる。ブロック層302の膜厚は、たとえば、10nm~30nm程度である。
図18は、ブロック層302を選択的にパターニングした状態を示す断面図である。ブロック層302は、断面視および平面視において、半導体層109aのチャネル領域(1091)の上側を覆う様な開口部を有するように、選択的にパターニングされている。
図19は、ブロック層302およびブロック層302の開口部から露出するゲート絶縁膜301の上に、AlO膜303を形成した状態を示す断面図である。実施態様で説明されたと同様に、AlO膜303は、反応性スパッタリングによって形成するので、大量の酸素を含んでいる。この酸素は半導体層109aのチャネル領域1091の絶縁抵抗を安定化している。つまり、AlO膜303の成膜時の酸素O2は、ブロック層302によってブロックされるが、ブロック層302の設けられていない半導体層109aのチャネル領域1091には、多くの酸素が供給されるので、チャネル領域1091は過酸素化され、高抵抗化される。一方、半導体層109aのドレイン領域1092およびソース領域1093は、ブロック層302によって酸素の供給が制限されるので、過酸素化されず、低抵抗を保持しやすい状態とされる。先に説明したように、AlO膜303は、酸素を多く含む酸化物半導体膜へ変更することも可能である。つまり、膜303は、半導体層109aのチャネル領域に酸素を供給することが可能な手段(膜または層)であればよいので、AlO膜や酸素を多く含んだ酸化物半導体膜を利用することができる。ここでは、AlO膜を代表例として説明する。
図20は、AlO膜303の上に、ゲート電極304を形成した状態を示す断面図である。ゲート電極304は、例えば、Ti-Al合金-Ti等の積層膜あるいは、MoW合金等で形成される。
図21は、ブロック層302、AlO膜303およびゲート電極304を選択的にパターニングした状態を示す断面図である。ブロック層302、AlO膜303およびゲート電極304は、半導体層109aのチャネル領域(1091)の上側を覆う様に選択的にパターニングされる。AlO膜303は、ゲート電極304の下側に設けられている。AlO膜303およびゲート電極304は、半導体装置10aの全体を平面視で見た場合、アイランド状に形成されている。図21において、ゲート電極304をマスクとして、イオンインプランテーションを行い、ゲート電極304で覆われた部分以外の半導体層109aに導電性を付与する。イオンインプランテーションのイオンには、B(ボロン)、P(リン)、Ar(アルゴン)等が使用される。イオンインプランテーションによって、半導体層109aに導電性のドレイン領域1092とソース領域1093が形成される。その後、水素雰囲気化で、活性化処理が行われ、ドレイン領域1092およびソース領域1093が低抵抗化される。したがって、特性の安定した、酸化物半導体(OS)を用いた薄膜トランジスタを実現することが出来る。
図22は、ゲート絶縁膜301、および、選択的にパターニングされたブロック層302、AlO膜303およびゲート電極304を覆って第1絶縁膜305を形成し、第1絶縁膜305の上に第2絶縁膜306を形成した状態を示す断面図である。第1絶縁膜305はCVDによるSiNで形成される。第2絶縁膜306はCVDによるSiOで形成される。
図23は、コンタクトホール307にソースドレイン電極配線308を形成した状態を示す断面図である。コンタクトホール307は、例えば、CF系(例えばCF4)、あるいは、CHF系(例えばCHF3)のガスを用いたドライエッチングで形成される。コンタクトホール307は、ドレイン領域1092とソース領域1093が露出するように、3層の絶縁膜(306、305、301)に形成する。そして、コンタクトホール307に、ソースドレイン電極配線308を形成する。以上により、酸化物半導体(OS)を用いた薄膜トランジスタTFT2(OSTFT)を備えた変形例に係る半導体装置10aが形成される。
以上のように、OSTFTを構成することにより、製造工程の短縮化を行うことができる。
また、実施態様で説明されたと同様に、半導体層109aのチャネル領域1091にはAlO膜303から十分な酸素が供給されて、高抵抗化されている。一方、半導体層109aのドレイン領域1092及びソース領域1093の上には、図18および図19に示すように、ブロック層302が形成されるので、AlO膜303からの酸素が阻止され、ドレイン領域1092及びソース領域1093は低抵抗化される。したがって、良好なトランジスタ特性を有するOSTFTを実現できる。また、良好なトランジスタ特性を有するOSTFTを用いた表示装置などの半導体装置10aを実現できる。
また、AlO膜303の両側、すなわち、チャネル領域1091の両端側の上に対応する部分に、ブロック層302を残すことにより、チャネル領域1091の両端側が高抵抗化されるので、OSTFTの電流が流れづらくなり、良好なスイッチング特性のOSTFTを実現できる。
本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
DSP:表示装置、 PNL:表示パネル、 DA:表示領域、 NDA:非表示領域、 SUB1:第1基板(アレイ基板)、 SUB2:第2基板(対向基板)、 SE:シール、 LC:液晶層、 MA:実装部、 PX:画素、 TFT1:薄膜トランジスタ(LTPSTFT)、 TFT2:薄膜トランジスタ(OSTFT)、 1:フレキシブルプリント回路基板、 2:ICチップ、 3:回路基板、 10:半導体装置、 100:基板、 101:下地膜、 102:第1半導体層、 104:第1ゲート絶縁膜、 105:第1ゲート電極、 106:遮光層、 107:第1絶縁膜、 108:第2絶縁膜、 109:第2半導体層、 111:金属層、 112:第2ゲート絶縁膜、 113:AlO膜、 114:ブロック層、 116:第2ゲート電極、 117:第3絶縁膜、 118:第4絶縁膜

Claims (12)

  1. 酸化物半導体を有する薄膜トランジスタを備え、
    前記酸化物半導体は、チャネル領域と、ドレイン領域と、ソース領域と、を有し、
    前記チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜の上に設けられたアルミニウム酸化膜と、
    前記アルミニウム酸化膜の上に設けられたゲート電極と、を有し、
    前記アルミニウム酸化膜は、平面視において、前記ドレイン領域および前記ソース領域のいずれに対しても覆わない領域を有し、
    前記チャネル領域は、前記ドレイン領域または前記ソース領域と比較して、酸素を多く含み、
    前記チャネル領域の前記酸素は、前記アルミニウム酸化膜の成膜時に、前記チャネル領域に導入され、
    前記アルミニウム酸化膜の両端に設けられたブロック層を有し、
    前記ブロック層は、前記チャネル領域の上に位置する、半導体装置。
  2. 請求項において、
    前記酸化物半導体は、IGZOである、半導体装置。
  3. 請求項1において、
    前記半導体装置は、画素を含む表示領域を有する表示パネルに内蔵される半導体装置であり、
    前記薄膜トランジスタは、前記画素に設けられたスイッチング素子を構成する、半導体装置。
  4. 基板と、
    前記基板の上に設けられ、多結晶シリコンを有する第1薄膜トランジスタと、
    前記基板の上に設けられ、酸化物半導体を有する第2薄膜トランジスタと、を含み、
    前記酸化物半導体は、チャネル領域と、ドレイン領域と、ソース領域と、を有し、
    前記チャネル領域の上に設けられたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜の上に設けられたアルミニウム酸化膜と、
    前記アルミニウム酸化膜の上に設けられたゲート電極と、を含み、
    前記アルミニウム酸化膜の両端に設けられたブロック層を有し、
    前記ブロック層は、前記チャネル領域の上に位置する、半導体装置。
  5. 請求項において、
    前記チャネル領域は、前記ドレイン領域または前記ソース領域と比較して、酸素を多く含み、
    前記チャネル領域の前記酸素は、前記アルミニウム酸化膜の成膜時に、前記チャネル領域に導入される、半導体装置。
  6. 請求項において、
    前記酸化物半導体は、IGZOである、半導体装置。
  7. 請求項において、
    前記第2薄膜トランジスタは、前記第1薄膜トランジスタよりも、上方に位置する、半導体装置。
  8. 請求項において、
    前記チャネル領域は、前記ドレイン領域と前記ソース領域との間に位置し、
    前記チャネル領域に接していない前記ドレイン領域の端部、および、前記チャネル領域に接し前記ソース領域の端部に接続された金属層を有する、半導体装置。
  9. 請求項において、
    前記半導体装置は、画素を含む表示領域と前記表示領域の外周に位置する非表示領域とを有する表示パネルに内蔵される半導体装置であり、
    前記第1薄膜トランジスタは、前記非表示領域に設けられ、前記画素を制御する駆動回路を構成し、
    前記第2薄膜トランジスタは、前記画素に設けられたスイッチング素子を構成する、半導体装置。
  10. チャネル領域とドレイン領域とソース領域とを有する酸化物半導体の半導体層を有する薄膜トランジスタを含む半導体装置の製造方法であって、
    基板の上に、前記半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層を覆う様に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記ゲート絶縁膜の上に、前記半導体層の前記チャネル領域の上方に開口部を有するブロック層を形成する工程と、
    前記ブロック層の上、および、前記開口部から露出する前記ゲート絶縁膜の上に、アルミニウム酸化膜を形成するとともに、前記開口部から前記半導体層の前記チャネル領域へ酸素を供給する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10において、さらに、
    前記アルミニウム酸化膜の上に、ゲート電極を形成する工程と、
    前記半導体層の前記チャネル領域の上側を覆う様に、前記ゲート電極、前記アルミニウム酸化膜および前記ブロック層を選択的にパターニングする工程と、含み、
    前記パターニングする工程は、前記アルミニウム酸化膜の両側に、前記ブロック層が残るようにパターニングする、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項11において、さらに、
    選択的にパターニングされた前記ゲート電極をマスクとしてイオンインプランテーションを行い、前記半導体層の前記ドレイン領域および前記ソース領域に導電性を付与する工程と、
    選択的にパターニングされた前記ゲート電極、前記アルミニウム酸化膜および前記ブロック層を覆う様に、絶縁膜を形成する工程と、
    前記ドレイン領域と前記ソース領域が露出するように、前記絶縁膜および前記ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
    前記コンタクトホールに配線を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210086343A (ko) * 2019-12-31 2021-07-08 엘지디스플레이 주식회사 기판 홀을 포함하는 디스플레이 장치
CN111916492B (zh) 2020-08-31 2021-12-24 武汉华星光电技术有限公司 Tft器件及其制备方法、阵列基板
CN114725205A (zh) * 2022-06-07 2022-07-08 惠科股份有限公司 阵列基板及显示面板

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017028288A (ja) 2015-07-24 2017-02-02 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置
JP2017076788A (ja) 2015-10-12 2017-04-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106558593B (zh) * 2015-09-18 2019-12-17 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 阵列基板、显示面板、显示装置及阵列基板的制备方法
US20170162715A1 (en) 2015-12-07 2017-06-08 Japan Display Inc. Thin film transistor and method of manufacturing the same
JP2017107913A (ja) 2015-12-07 2017-06-15 株式会社ジャパンディスプレイ 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法
JP6692645B2 (ja) * 2016-01-15 2020-05-13 株式会社ジャパンディスプレイ 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017028288A (ja) 2015-07-24 2017-02-02 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置
JP2017076788A (ja) 2015-10-12 2017-04-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP2017076787A (ja) 2015-10-12 2017-04-20 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP2018074076A (ja) 2016-11-02 2018-05-10 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

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