JP6747247B2 - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、金属酸化物よりなる半導体膜をチャネル層として用いた電界効果トランジスタを有する半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device, and particularly to a technique effectively applied to a semiconductor device having a field effect transistor using a semiconductor film made of a metal oxide as a channel layer.
電界効果トランジスタの一種である薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)は、エレクトロニクス技術において重要な役割を担うデバイスであり、液晶ディスプレイの画素スイッチなどに用いられている。現在、薄膜トランジスタのチャネル層材料としては、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)が広く使われているが、近年、これらシリコン材料の代替材料として、金属酸化物よりなる半導体膜をチャネル層として用いた薄膜トランジスタが注目を集めている。 A thin film transistor (TFT), which is a type of field effect transistor, is a device that plays an important role in electronics technology, and is used for a pixel switch of a liquid crystal display. Currently, amorphous silicon is widely used as a channel layer material of a thin film transistor, but in recent years, a thin film transistor using a semiconductor film made of a metal oxide as a channel layer has been used as an alternative material of these silicon materials. Is attracting attention.
例えば、特開2006−165532号公報(特許文献1)には、In、Ga、及びZnを含む酸化物を用いた半導体デバイスが開示されている。 For example, JP 2006-165532 A (Patent Document 1) discloses a semiconductor device using an oxide containing In, Ga, and Zn.
また、特開2008−243928号公報(特許文献2)には、インジウム、錫、亜鉛及び酸素を含有する非晶質酸化物を用いた薄膜トランジスタが開示されている。また、特開2012−033699号公報(特許文献3)には、酸化亜鉛および酸化錫を主材料とする酸化物焼結体からなる酸化物半導体ターゲットを用いて、薄膜トランジスタを製造する技術が開示されている。 In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243928 (Patent Document 2) discloses a thin film transistor using an amorphous oxide containing indium, tin, zinc and oxygen. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-033699 (Patent Document 3) discloses a technique of manufacturing a thin film transistor by using an oxide semiconductor target made of an oxide sintered body containing zinc oxide and tin oxide as main materials. ing.
また、特許第5503667号公報(特許文献4)には、インジウム酸化物を主成分とする第1の半導体層と、第1の半導体層上にインジウムを含まない亜鉛および錫酸化物を主成分とする第2の半導体層とを有する酸化物半導体TFTが開示されている。 Further, in Japanese Patent No. 5503667 (Patent Document 4), a first semiconductor layer containing indium oxide as a main component, and zinc and tin oxide containing no indium on the first semiconductor layer as a main component are included. An oxide semiconductor TFT having a second semiconductor layer is disclosed.
本発明者は、薄膜トランジスタやこのトランジスタに用いて好適な金属酸化物材料の研究・開発に従事している。 The present inventor is engaged in research and development of thin film transistors and metal oxide materials suitable for use in the transistors.
しかしながら、薄膜トランジスタに用いられる金属酸化物材料について、開発材料を単に従来の構造や製造工程に適用しても、却って、特性の劣化を招くことがある。詳細は、後述する。 However, regarding the metal oxide material used for the thin film transistor, even if the developed material is simply applied to the conventional structure or manufacturing process, the characteristics may be deteriorated. Details will be described later.
このため、開発材料の特性向上に加え、その適用箇所や製造工程などを複合的に検討し、最適な構造や製法を見出すことが望まれる。 For this reason, in addition to improving the characteristics of the developed material, it is desired to find out the optimum structure and manufacturing method by conducting a composite examination of the application site and manufacturing process.
本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 The following is a brief description of the outline of the typical invention disclosed in the present application.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して形成された第1半導体膜と、第1半導体膜上に形成された第2半導体膜と、第2半導体膜上に形成されたソース、ドレイン電極と、を有する。そして、第1半導体膜の端部は、第2半導体膜の端部より、後退している。 Among the inventions disclosed in the present application, a semiconductor device shown in a typical embodiment includes a gate electrode formed on a substrate, and a first semiconductor film formed on the gate electrode via a gate insulating film. , A second semiconductor film formed on the first semiconductor film, and source and drain electrodes formed on the second semiconductor film. The edge of the first semiconductor film is receded from the edge of the second semiconductor film.
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、第1半導体膜と第2半導体膜の積層膜をエッチングする工程を有する。そして、このエッチング工程は、積層膜を第1エッチング液でエッチングする工程と、この工程の後、積層膜の側壁から第1半導体膜を第2エッチング液でエッチングする工程を有する。 Among the inventions disclosed in the present application, a method for manufacturing a semiconductor device shown in a representative embodiment has a step of etching a laminated film of a first semiconductor film and a second semiconductor film. Then, this etching step includes a step of etching the laminated film with the first etching liquid, and a step of etching the first semiconductor film from the sidewall of the laminated film with the second etching liquid after this step.
本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、その特性を向上させることができる。 Among the inventions disclosed in the present application, the characteristics can be improved according to the semiconductor device shown in the following representative embodiments.
本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。 Among the inventions disclosed in the present application, according to the method of manufacturing a semiconductor device shown in the following representative embodiments, it is possible to manufacture a semiconductor device having excellent characteristics.
以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。また、以下の実施の形態において、「第1」、「第2」、「第3」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも数または順序を限定するものではない。 In the following embodiments, when referring to the number of elements, etc. (including the number, numerical value, amount, range, etc.), unless explicitly stated and in principle limited to a specific number, etc., The number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the notation such as “first”, “second”, “third”, etc. is given to identify the constituent elements, and does not necessarily limit the number or order. Absent.
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、必ずしも実デバイスと対応するものではなく、説明をわかりやすくするため、位置、大きさ、範囲などを適宜変更して示す場合がある。 Further, the position, size, range, etc. of each configuration shown in the drawings and the like do not necessarily correspond to the actual device, and in order to make the description easy to understand, the position, size, range, etc. are appropriately changed and shown. There is.
(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[構造説明]
図1および図2は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図2は、図1の部分拡大図である。図1に示す半導体装置は、薄膜トランジスタである。そして、この薄膜トランジスタは、いわゆる、ボトムゲート/トップコンタクト構造のトランジスタである。
[Structure description]
1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. The semiconductor device shown in FIG. 1 is a thin film transistor. The thin film transistor is a so-called bottom gate/top contact structure transistor.
このボトムゲート構造とは、チャネルを形成する半導体膜(チャネル層、ここでは、第1金属酸化物半導体膜MO1および第2金属酸化物半導体膜MO2の積層膜MO)よりも下層にゲート電極GEが配置されている構造をいう。また、トップコンタクトとは、上記半導体膜(ここでは、上記積層膜MO)よりも上層にソース、ドレイン電極SDが配置されている構造をいう。 The bottom gate structure means that the gate electrode GE is provided in a layer below a semiconductor film (channel layer, here, a stacked film MO of the first metal oxide semiconductor film MO1 and the second metal oxide semiconductor film MO2) forming a channel. Refers to the structure that is arranged. Further, the top contact means a structure in which the source and drain electrodes SD are arranged in a layer above the semiconductor film (here, the laminated film MO).
即ち、図1に示すように、本実施の形態の薄膜トランジスタは、基板SUBの主表面に配置される。具体的には、本実施の形態の薄膜トランジスタは、基板SUB上に配置されたゲート電極GEと、ゲート電極GE上にゲート絶縁膜GIを介して配置された半導体膜である上記積層膜MOと、この積層膜MO上に配置されたソース、ドレイン電極SDとを有する。 That is, as shown in FIG. 1, the thin film transistor of the present embodiment is arranged on the main surface of the substrate SUB. Specifically, the thin film transistor of the present embodiment includes a gate electrode GE arranged on the substrate SUB, and the laminated film MO which is a semiconductor film arranged on the gate electrode GE via a gate insulating film GI, The source and drain electrodes SD are arranged on the laminated film MO.
このソース、ドレイン電極SDは、ゲート電極GEと積層膜MOとの重なり領域上において、所定の間隔を置いて配置されている。この所定の間隔の部分がチャネル領域となる。 The source/drain electrodes SD are arranged at a predetermined interval on the overlapping region of the gate electrode GE and the laminated film MO. The portion of this predetermined interval becomes the channel region.
ここで、上記積層膜MOは、第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2とを有する。第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1は、少なくともIn元素およびO元素を主成分として含有する金属酸化物である。第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2は、少なくともZn元素およびO元素を主成分として含有し、In元素を主成分としては含まない金属酸化物である。ここで、本願での主成分とは、不純物として含有されるものではなく、10原子%以上の含有率の元素をいう。例えば、第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1のキャリア密度は、1×1018cm−3以上1×1021cm−3以下であり、第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2のキャリア密度は、1×1015cm−3以上1×1017cm−3以下である。 Here, the laminated film MO has a first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 and a second metal oxide semiconductor film (second semiconductor film) MO2 arranged thereabove. The first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 is a metal oxide containing at least In element and O element as main components. The second metal oxide semiconductor film (second semiconductor film) MO2 is a metal oxide containing at least Zn element and O element as main components and not containing In element as main components. Here, the main component in the present application means an element having a content rate of 10 atomic% or more, not contained as an impurity. For example, the carrier density of the first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 is 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 21 cm −3 or less, and the second metal oxide semiconductor film (second (Semiconductor film) MO2 has a carrier density of 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 17 cm −3 or less.
第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1は、例えば、ITO膜である。ITO膜の膜厚は、例えば、5nm程度である。ITO(indium tin oxide、In−Sn−O、酸化インジウム錫、インジウム錫複合酸化物)膜は、錫、インジウムおよび酸素から構成される金属酸化物である。したがって、ITO膜は、錫、インジウムおよび酸素を主成分として含有する。 The first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 is, for example, an ITO film. The film thickness of the ITO film is, for example, about 5 nm. The ITO (indium tin oxide, In-Sn-O, indium tin oxide, indium tin composite oxide) film is a metal oxide composed of tin, indium, and oxygen. Therefore, the ITO film contains tin, indium, and oxygen as main components.
また、第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2は、例えば、ZTO膜である。ZTO膜の膜厚は、例えば、50nm程度である。ZTO(zinc−tin oxide、酸化亜鉛錫、亜鉛錫複合酸化物)膜は、錫、亜鉛および酸素を主成分として含有する金属酸化物である。このZTO膜は、希少金属を主成分として含まず、コスト面で有利な材料である。ZTO膜のキャリア密度は、2×1016cm−3程度であり、ITO膜のキャリア密度は、2×1019cm−3程度である。 The second metal oxide semiconductor film (second semiconductor film) MO2 is, for example, a ZTO film. The film thickness of the ZTO film is, for example, about 50 nm. The ZTO (zinc-tin oxide, zinc tin oxide, zinc tin composite oxide) film is a metal oxide containing tin, zinc and oxygen as main components. This ZTO film does not contain a rare metal as a main component and is a material advantageous in terms of cost. The ZTO film has a carrier density of about 2×10 16 cm −3 , and the ITO film has a carrier density of about 2×10 19 cm −3 .
このような積層構造の金属酸化物(MO)チャネル層を用いることにより、単層の酸化物半導体層、例えば、単層IGZOなどをチャネル層として用いる場合よりも、オン特性(キャリア移動度やオン電流)を向上させることができ、動作(駆動)の高速化などを図ることができる。また、オフ時のリーク電流の低さは、単層IGZOなどの酸化物半導体の特性を維持しており、省電力化を図ることもできる。 By using the metal oxide (MO) channel layer having such a stacked structure, on-state characteristics (carrier mobility and on-state) can be obtained as compared with the case where a single-layer oxide semiconductor layer such as a single-layer IGZO is used as a channel layer. Current) can be improved, and the operation (driving) can be speeded up. In addition, the low leakage current at the time of off maintains the characteristics of oxide semiconductors such as single-layer IGZO, and power saving can be achieved.
ここで例として示したITO層とZTO層からなる積層構造チャネルは、上記の通り高いオン特性を有することにより、画素サイズの微細化に伴い、薄膜トランジスタが微細化されても、良好なオン電流を確保することができる。言い換えれば、微細化しても十分なトランジスタ特性を維持することができ、4K、8Kなどの超高精細ディスプレイに適用した場合、高い開口率を達成できるため、結果として超高精細ディスプレイの高輝度・高コントラスト化、ダイナミックレンジ拡大などを図ることができる。 Since the laminated structure channel including the ITO layer and the ZTO layer shown as an example here has high on-characteristics as described above, even if the thin film transistor is miniaturized as the pixel size is miniaturized, a good on-current can be obtained. Can be secured. In other words, sufficient transistor characteristics can be maintained even when miniaturized, and when applied to ultra-high-definition displays such as 4K and 8K, a high aperture ratio can be achieved, resulting in high brightness of ultra-high-definition displays. Higher contrast and wider dynamic range can be achieved.
また、上記の積層構造では、上層に電極加工に対する耐性の高いZTO膜を用いることで、低コストなバックチャネルエッチプロセスを適用することが可能である。更に、ZTOはパッシベーション膜の形成工程によるプロセスダメージにも耐性を有するため、単層IGZOなどの一般的な酸化物半導体プロセスに比較して製造コストの低減を実現することができる。 Further, in the above-mentioned laminated structure, it is possible to apply a low-cost back channel etching process by using the ZTO film having high resistance to electrode processing as the upper layer. Furthermore, since ZTO has resistance to process damage due to the passivation film formation process, it is possible to realize a reduction in manufacturing cost as compared with a general oxide semiconductor process such as single-layer IGZO.
そして、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部は、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部より後退している。別の言い方をすれば、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の形成領域は、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の形成領域より一回り小さい。下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部と、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部との間の距離を“L1”とする(図2参照)。 Then, the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is set back from the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film MO2. In other words, the formation region of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is slightly smaller than the formation region of the upper second metal oxide semiconductor film MO2. The distance between the end of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the end of the upper second metal oxide semiconductor film MO2 is set to "L1" (see FIG. 2).
このため、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1と、ソース、ドレイン電極SDとの間には、隙間(空隙SP)が生じている。別の言い方をすれば、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部近傍には、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1が形成されていない“アンダーカット部”が配置されている。 Therefore, a gap (gap SP) is formed between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrode SD. In other words, an “undercut portion” in which the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is not formed is arranged near the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film MO2.
このように、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部を後退させることにより、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2を確保することができ、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、トランジスタ特性、特に、オフ特性を向上させることができる。詳細は、後述する。 In this way, by retracting the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1, it is possible to secure the distance L2 between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrodes SD, A short circuit between the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1 can be prevented. As a result, transistor characteristics, particularly off characteristics, can be improved. Details will be described later.
[製法説明]
次いで、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、本実施の形態の半導体装置の構造をより明確にする。
[Description of manufacturing method]
Next, the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment will be described and the structure of the semiconductor device of the present embodiment will be clarified.
図3〜図10は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 3 to 10 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
まず、図3に示すように、基板SUB上に、ゲート電極GEを形成する。基板SUBとしては、例えば、ガラス、石英、サファイアなどからなる基板を用いることができる。また、プラスチックフィルム等よりなる基板、いわゆるフレキシブル基板を用いてもよい。 First, as shown in FIG. 3, the gate electrode GE is formed on the substrate SUB. As the substrate SUB, for example, a substrate made of glass, quartz, sapphire, or the like can be used. Also, a substrate made of a plastic film or the like, a so-called flexible substrate may be used.
次いで、基板SUB上に、ゲート電極材料(導電性材料)として、例えば、DCマグネトロンスパッタ法などを用い、モリブデン(Mo)膜を、100nm程度の膜厚で、堆積する。ゲート電極材料としては、モリブデン(Mo)の他、クロム(Cr)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、プラチナ(Pt)、タンタル(Ta)、亜鉛(Zn)などの金属材料を用いることができる。これらを単体で用いてもよいし、また、これらのうち、数種の金属を合金として用いてもよい。また、窒化チタン(TiN)などの導電性を有する金属窒化物を用いてもよい。また、不純物を含有し、キャリア(電子、ホール)の多い半導体を用いてもよい。また、上記金属化合物(金属酸化物、金属窒化物)や半導体と、金属(合金を含む)との積層体を用いてもよい。ゲート電極材料の成膜には、スパッタリング法の他、蒸着法やCVD(化学気相成長、Chemical Vapor Deposition)法などを用いることができる。 Then, on the substrate SUB, as a gate electrode material (conductive material), for example, a molybdenum (Mo) film is deposited with a film thickness of about 100 nm by using a DC magnetron sputtering method or the like. As the gate electrode material, in addition to molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), silver (Ag), gold ( A metal material such as Au), platinum (Pt), tantalum (Ta), or zinc (Zn) can be used. These may be used alone, or some of these metals may be used as an alloy. Alternatively, a conductive metal nitride such as titanium nitride (TiN) may be used. Alternatively, a semiconductor containing impurities and having many carriers (electrons, holes) may be used. Alternatively, a stacked body of the above metal compound (metal oxide, metal nitride) or semiconductor and a metal (including an alloy) may be used. In addition to the sputtering method, a vapor deposition method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or the like can be used for forming the gate electrode material.
次いで、ゲート電極材料(Mo膜)上に、フォトレジスト膜(図示せず)を形成し、露光・現像処理により、ゲート電極GEの形成領域にのみ、フォトレジスト膜を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜をマスクとして、ゲート電極材料(Mo膜)を反応性イオンエッチング(RIE(Reactive Ion Etching))などによりエッチングすることにより、ゲート電極GEを形成する。反応性イオンエッチングのようなドライエッチングを行ってもよく、また、ウェットエッチングを行ってもよい。このゲート電極GEの形状(上面から見た平面形状)は、例えば、紙面と交差する方向に長辺を有する略矩形状である。 Next, a photoresist film (not shown) is formed on the gate electrode material (Mo film), and the photoresist film is left only in the formation region of the gate electrode GE by exposure/development processing. Next, by using this photoresist film as a mask, the gate electrode material (Mo film) is etched by reactive ion etching (RIE (Reactive Ion Etching)) or the like to form the gate electrode GE. Dry etching such as reactive ion etching may be performed, or wet etching may be performed. The shape of the gate electrode GE (planar shape when viewed from the upper surface) is, for example, a substantially rectangular shape having long sides in the direction intersecting the plane of the drawing.
次いで、図4に示すように、ゲート電極GE上に、ゲート絶縁膜GIを形成する。ゲート絶縁膜GIとして、例えば、酸化シリコン膜(SiOx)を、PE−CVD法などにより、100nm程度堆積する。酸化シリコン膜の他、酸化アルミニウム膜などの他の酸化膜を用いてもよい。また、酸化膜以外に、窒化シリコン膜や窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、パリレンなどの有機絶縁膜を用いてもよい。また、成膜方法としては、上記CVD法の他、スパッタリング法や塗布法などを用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 4, a gate insulating film GI is formed on the gate electrode GE. As the gate insulating film GI, for example, a silicon oxide film (SiOx) is deposited to a thickness of about 100 nm by the PE-CVD method or the like. Other than the silicon oxide film, another oxide film such as an aluminum oxide film may be used. In addition to the oxide film, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film or an aluminum nitride film can be used. Alternatively, an organic insulating film such as parylene may be used. In addition to the above CVD method, a sputtering method, a coating method, or the like may be used as the film forming method.
次いで、図5に示すように、ゲート絶縁膜GI上に、半導体膜(MO)を形成する。具体的には、ゲート絶縁膜GI上に、第1金属酸化物半導体膜MO1を形成し、さらに、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を形成する。この第1金属酸化物半導体膜MO1は、薄膜トランジスタの主たるチャネル領域を構成する膜であり、半導体の性質を有する。ここでは、第1金属酸化物半導体膜MO1として、ITO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて5nm程度の膜厚で堆積する。例えば、錫組成10at%、インジウム組成90at%のターゲット材を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約30%)、DCパワー50Wにて、ITO膜を成膜することができる。第1金属酸化物半導体膜MO1としては、上記ITO膜の他、IZO膜やIGZO膜を用いてもよい。これらの膜の適用例については、実施の形態2において詳細に説明する。 Next, as shown in FIG. 5, a semiconductor film (MO) is formed on the gate insulating film GI. Specifically, the first metal oxide semiconductor film MO1 is formed on the gate insulating film GI, and the second metal oxide semiconductor film MO2 is further formed on the first metal oxide semiconductor film MO1. The first metal oxide semiconductor film MO1 is a film forming a main channel region of a thin film transistor and has a semiconductor property. Here, as the first metal oxide semiconductor film MO1, an ITO film is deposited with a film thickness of about 5 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having a tin composition of 10 at% and an indium composition of 90 at%, film forming conditions, room temperature, film forming pressure of 0.5 Pa, sputtering gas Ar/O 2 mixed gas (oxygen addition ratio of about 30%), DC power of 50 W At, an ITO film can be formed. As the first metal oxide semiconductor film MO1, an IZO film or an IGZO film may be used in addition to the ITO film. An application example of these films will be described in detail in Embodiment 2.
次いで、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を連続成膜する。この第2金属酸化物半導体膜MO2も、半導体の性質を有する膜である。ここでは、第2金属酸化物半導体膜MO2として、ZTO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて50nm程度の膜厚で堆積する。例えば、錫組成30at%、亜鉛組成70at%のターゲット材(Al 500ppm添加)を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約10%)にて、ZTO膜を成膜することができる。また、成膜方法としては、上記スパッタリング法の他、CVD法、PLD法、塗布法、印刷法などを用いることができるが、スパッタリング法によれば、大型基板への均一性の高い成膜が可能である。さらに、化学蒸着法などと比較し、比較的低温での成膜が可能であるため、耐熱性の低い材料(例えば、樹脂基板材料など)を選択することができるという利点がある。 Then, the second metal oxide semiconductor film MO2 is continuously formed on the first metal oxide semiconductor film MO1. This second metal oxide semiconductor film MO2 is also a film having semiconductor properties. Here, as the second metal oxide semiconductor film MO2, a ZTO film is deposited with a film thickness of about 50 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having a tin composition of 30 at% and a zinc composition of 70 at% (adding 500 ppm of Al), film forming conditions, room temperature, film forming pressure of 0.5 Pa, sputtering gas Ar/O 2 mixed gas (oxygen addition ratio of about 10% ), the ZTO film can be formed. In addition to the above-mentioned sputtering method, a CVD method, a PLD method, a coating method, a printing method, or the like can be used as a film forming method. It is possible. Further, compared with the chemical vapor deposition method or the like, there is an advantage that a material having low heat resistance (for example, a resin substrate material) can be selected because the film can be formed at a relatively low temperature.
このようにして、第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2との積層膜MOを形成することができる。 In this way, a laminated film MO of the first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 arranged thereover can be formed.
次いで、積層膜MO上に、フォトレジスト膜PR1を形成し、露光・現像処理により、ゲート電極GEの形成領域より一回り大きい略矩形状の領域にのみ、フォトレジスト膜PR1を残存させる。次いで、このフォトレジスト膜PR1をマスクとして、積層膜MOをウェットエッチング(第1エッチング)することにより、上記形状の積層膜MOを形成する。エッチング液としては、シュウ酸系エッチング液を用いることができる。エッチング時間は、3〜4分程度である。シュウ酸系エッチング液は、ITO膜のエッチングにおいて、一般的に用いられるエッチング液である。また、シュウ酸系エッチング液は、ZTO膜をエッチングし得る。 Next, a photoresist film PR1 is formed on the stacked film MO, and the photoresist film PR1 is left only in a substantially rectangular region which is slightly larger than the region where the gate electrode GE is formed by exposure/development processing. Next, by using the photoresist film PR1 as a mask, the laminated film MO is wet-etched (first etching) to form the laminated film MO having the above-described shape. An oxalic acid-based etching liquid can be used as the etching liquid. The etching time is about 3 to 4 minutes. The oxalic acid-based etching solution is an etching solution generally used in etching the ITO film. Further, the oxalic acid-based etching solution can etch the ZTO film.
ここで、フォトレジスト膜PR1をマスクとしたエッチング(いわゆる、パターニング工程)において、被エッチング膜の側面はテーパ形状となりやすい。これは、被エッチング膜の上部は、よりエッチング剤に晒され易く、下部よりエッチングが進みやすいためである。さらに、シュウ酸系エッチング液によるエッチングレート(nm/min)について、ITO膜は120であるのに対し、ZTO膜は215であり、ZTO膜よりもITO膜のエッチングレートが小さい。このため、下層のITO膜がエッチングされ難く、テーパ角がより小さくなる。ここで言う、テーパ角とは、基板表面とITO膜の側面とのなす角である。 Here, in etching (so-called patterning process) using the photoresist film PR1 as a mask, the side surface of the film to be etched tends to have a tapered shape. This is because the upper part of the film to be etched is more likely to be exposed to the etching agent and the etching is more likely to proceed than the lower part. Further, regarding the etching rate (nm/min) by the oxalic acid-based etching solution, the ITO film is 120, while the ZTO film is 215, and the etching rate of the ITO film is smaller than that of the ZTO film. Therefore, the lower ITO film is less likely to be etched, and the taper angle becomes smaller. The taper angle mentioned here is an angle formed between the substrate surface and the side surface of the ITO film.
このように、積層膜MOの端部において、エッチング端面はテーパ形状となる。別の言い方をすれば、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2の端部より外側に第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1の端部が、はみ出した状態となる(図6)。 In this way, the etching end surface is tapered at the end of the stacked film MO. In other words, the end portion of the first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 protrudes outside the end portion of the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 (FIG. 6). ).
次いで、フォトレジスト膜PR1を除去する。次いで、図7に示すように、下層の第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1をウエットエッチング(第2エッチング)する。これにより、上層の第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2の端部下にアンダーカットが形成される。エッチング液としては、希硝酸(約0.7%)を用いることができる。エッチング時間は、2分程度である。希硝酸(約0.7%)のエッチングレートについて、ITO膜は5.0であるのに対し、ZTO膜は0.2であり、ITO膜よりもZTO膜のエッチングレートが小さいため、ITO膜のみが選択的にエッチングされる。このため、ZTO膜の端部から約10〜15nm程度のアンダーカット(サイドエッチング)が形成される。別の言い方をすれば、ZTO膜の端部から約10〜15nm程度、ITO膜が後退する。これにより、ZTO膜の端部下には、空隙(スペース)SPが形成される。なお、上記アンダーカットの程度については、デバイス設計上、成膜技術などのプロセス上、適正な数値が存在し、適宜調整可能である。 Then, the photoresist film PR1 is removed. Next, as shown in FIG. 7, the lower first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 is wet-etched (second etching). As a result, an undercut is formed under the edge of the upper second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. Dilute nitric acid (about 0.7%) can be used as the etching liquid. The etching time is about 2 minutes. Regarding the etching rate of dilute nitric acid (about 0.7%), the ITO film is 5.0, while the ZTO film is 0.2, and the etching rate of the ZTO film is smaller than that of the ITO film. Only are selectively etched. Therefore, an undercut (side etching) of about 10 to 15 nm is formed from the end of the ZTO film. In other words, the ITO film recedes from the end of the ZTO film by about 10 to 15 nm. As a result, a space SP is formed below the end of the ZTO film. The degree of the undercut has an appropriate numerical value in terms of device design, process such as film forming technology, and can be appropriately adjusted.
次いで、図8に示すように、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2上に、導電性膜として金属膜MFを形成する。この金属膜MFは、ソース、ドレイン電極SDとなる。第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2上に、金属膜MFとして、例えば、Mo膜を、DCマグネトロンスパッタ法などを用い、100nm程度の膜厚で、堆積する。金属膜MFとしては、モリブデン(Mo)の他、クロム(Cr)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)などの金属の単層膜を用いることができる。また、上記複数の金属のうち、2種以上の金属を含有する合金膜を用いることができる。また、上記金属よりなる膜および合金膜のうち、2種以上の膜の積層膜を用いることができる。例えば、Mo膜/Al膜/Mo膜の積層膜を用いてもよい。金属膜MFの成膜には、スパッタリング法の他、蒸着法やCVD法などを用いることができる。ここでは、異方性(指向性)が高い成膜方法を用い、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2の端部下には、空隙(スペース)SPが、埋まらないようにすることが好ましい。例えば、スパッタリング法や蒸着法によれば、ZTO膜の端部下の空隙(スペース)SPが埋まりにくく、金属膜MFの成膜方法として好ましい。 Next, as shown in FIG. 8, a metal film MF is formed as a conductive film on the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. The metal film MF becomes the source/drain electrodes SD. On the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2, as the metal film MF, for example, a Mo film is deposited with a film thickness of about 100 nm by using a DC magnetron sputtering method or the like. As the metal film MF, in addition to molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), tantalum (Ta), silver ( A single layer film of a metal such as Ag) or zinc (Zn) can be used. In addition, an alloy film containing two or more kinds of metals among the plurality of metals can be used. In addition, a laminated film of two or more kinds of films among the films made of the above metals and the alloy films can be used. For example, a laminated film of Mo film/Al film/Mo film may be used. For forming the metal film MF, a vapor deposition method, a CVD method, or the like can be used in addition to the sputtering method. Here, it is possible to use a film forming method having high anisotropy (directivity) so that the voids (spaces) SP are not filled below the end portion of the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. preferable. For example, according to the sputtering method or the vapor deposition method, the void (space) SP below the end portion of the ZTO film is hard to fill, which is preferable as a method for forming the metal film MF.
上記金属膜MFの形成により、積層膜MOの側面(側壁)が、金属膜MFで覆われる。この際、ZTO膜の端部下には、空隙(スペース)SPが残存する。 By forming the metal film MF, the side surface (side wall) of the stacked film MO is covered with the metal film MF. At this time, a space SP remains below the end of the ZTO film.
次いで、金属膜MF上に、フォトレジスト膜PR2を形成し、露光・現像処理により、ゲート電極GEの上方のフォトレジスト膜PR2を除去する。次いで、このフォトレジスト膜PR2をマスクとして、金属膜MFをウェットエッチングすることにより、ソース、ドレイン電極SDを形成する(図9)。エッチング液としては、PAN系エッチング液などを用いることができる。ここで、金属膜MFのエッチングの際、積層膜MOの上層が、金属膜MFのエッチング液(ここでは、PAN系エッチング液)への耐性の高い第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2であるため、積層膜MOへのエッチングダメージを低減することができる。このため、チャネルとなる積層膜MOの特性が良好となり、トランジスタ特性を向上させることができる。このような金属膜MFのエッチング工程を、BCE(Back−Channel−Etch、バックチャネルエッチ)プロセスという。 Next, a photoresist film PR2 is formed on the metal film MF, and the photoresist film PR2 above the gate electrode GE is removed by exposure/development processing. Next, by using the photoresist film PR2 as a mask, the metal film MF is wet-etched to form the source/drain electrodes SD (FIG. 9). A PAN-based etching solution or the like can be used as the etching solution. Here, when the metal film MF is etched, the upper layer of the laminated film MO is the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 having a high resistance to the etching solution (here, PAN-based etching solution) for the metal film MF. Therefore, etching damage to the laminated film MO can be reduced. Therefore, the characteristics of the laminated film MO serving as the channel are improved, and the transistor characteristics can be improved. Such an etching process of the metal film MF is called a BCE (Back-Channel-Etch, back channel etch) process.
次いで、図10に示すように、積層膜MOおよびソース、ドレイン電極SD上に、保護膜PROを形成する。保護膜としては、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜(SiNx/SiOx)を用いることができる。例えば、積層膜MOおよびソース、ドレイン電極SD上に、酸化シリコン膜をPE−CVD法などにより形成し、さらに、酸化シリコン膜上に、窒化シリコン膜をPE−CVD法などにより形成する。 Next, as shown in FIG. 10, a protective film PRO is formed on the stacked film MO and the source/drain electrodes SD. As the protective film, for example, a laminated film (SiNx/SiOx) of a silicon oxide film and a silicon nitride film can be used. For example, a silicon oxide film is formed on the laminated film MO and the source/drain electrodes SD by the PE-CVD method or the like, and a silicon nitride film is formed on the silicon oxide film by the PE-CVD method or the like.
以上の工程により本実施の形態の薄膜トランジスタが略完成する。 Through the above steps, the thin film transistor of this embodiment is almost completed.
このように、本実施の形態によれば、第1および第2金属酸化物半導体膜(MO1、MO2)の積層膜MOを、チャネル層として用い、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1を、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2から後退させたので、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、特性の良好な薄膜トランジスタを得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the laminated film MO of the first and second metal oxide semiconductor films (MO1 and MO2) is used as the channel layer, and the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is formed. Since the second metal oxide semiconductor film MO2 in the upper layer is made to recede, a short circuit between the source/drain electrodes SD and the first metal oxide semiconductor film MO1 in the lower layer can be prevented. Thereby, a thin film transistor having favorable characteristics can be obtained.
これに対し、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1を、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2から後退させずに、ソース、ドレイン電極SDを形成した比較例の場合には、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とが短絡し、トランジスタ特性を有さない。 On the other hand, in the case of the comparative example in which the source/drain electrodes SD are formed without receding the lower first metal oxide semiconductor film MO1 from the upper second metal oxide semiconductor film MO2, the source/drain The electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1 are short-circuited and have no transistor characteristics.
図11は、本実施の形態の比較例の半導体装置(薄膜トランジスタ)の構成を示す断面図である。比較例の半導体装置は、図6を参照しながら説明した、ZTO膜の端部より外側に、ITO膜の端部が、はみ出した状態の積層膜MO上に、ソース、ドレイン電極SDを形成したものである。図12は、比較例の半導体装置の構成を示す図である。(A)は、断面SEM写真であり、(B)は、(A)の写真を模式的に示したものである。図12に示すように、積層膜(ZTO、ITO)MOをフォトレジスト膜PRをマスクとしてエッチングした場合、積層膜MOの端面は、テーパ形状となっている(破線で囲んだ領域参照)。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device (thin film transistor) of the comparative example of the present embodiment. In the semiconductor device of the comparative example, the source/drain electrodes SD are formed on the laminated film MO in which the end portion of the ITO film protrudes outside the end portion of the ZTO film described with reference to FIG. It is a thing. FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device of a comparative example. (A) is a cross-sectional SEM photograph, and (B) is a schematic representation of the photograph of (A). As shown in FIG. 12, when the laminated film (ZTO, ITO) MO is etched using the photoresist film PR as a mask, the end surface of the laminated film MO has a tapered shape (see the area surrounded by a broken line).
このような場合、図11に示すように、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とが接触してしまうため、これらの間で短絡が生じる。このような、短絡が生じた薄膜トランジスタにおいては、もはや、トランジスタ動作をし得ない。図13は、比較例の半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。図13において、横軸は、ゲート電圧(Vg、[V])、縦軸は、ドレイン電流[A]であり、3本のグラフは、ドレイン電圧(Vd、[V])が、0.1V、1V、10Vのものである。図13からも明らかなように、ドレイン電流の立ち上がりが確認できず、トランジスタ動作をし得ないことが分かる。 In such a case, as shown in FIG. 11, the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1 come into contact with each other, so that a short circuit occurs therebetween. Such a short-circuited thin film transistor can no longer operate as a transistor. FIG. 13 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device of the comparative example. In FIG. 13, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg, [V]), the vertical axis represents the drain current [A], and the three graphs show that the drain voltage (Vd, [V]) is 0.1V. 1V, 10V. As is clear from FIG. 13, the rise of the drain current cannot be confirmed, and it can be seen that the transistor cannot operate.
図14は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す図である。(A)は、断面SEM写真であり、(B)は、(A)の写真を模式的に示したものである。図14に示すように、積層膜(ZTO、ITO)MOをフォトレジスト膜PRをマスクとしてエッチングし、さらに、上記第2エッチングを行うことにより、積層膜(ZTO、ITO)MOの端面において、下層のITOが後退することが分かる。このように、下層のITOを後退させ、空隙SPを設けた場合、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とが接触しないため、良好なトランジスタ動作を確認することができる。図15は、本実施の形態の半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。即ち、積層膜MOとして、ZTO/ITOを用いた場合の電流−電圧特性を示す。図15からも明らかなように、ドレイン電流の立ち上がりが確認でき、トランジスタ動作をし得ることが分かる。図15において、横軸は、ゲート電圧(Vg、[V])、縦軸は、ドレイン電流[A]であり、上から3本のグラフは、ドレイン電圧(Vd、[V])が、0.1V、1V、10Vのものである。また、一番下のグラフは、キャリアの移動度(cm2/Vs)を示すものである。このグラフから明らかなように、移動度39.5cm2/Vsの良好なトランジスタ特性を確認することができた。 FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment. (A) is a cross-sectional SEM photograph, and (B) is a schematic representation of the photograph of (A). As shown in FIG. 14, the laminated film (ZTO, ITO) MO is etched using the photoresist film PR as a mask, and further the second etching is performed, whereby the lower layer is formed on the end surface of the laminated film (ZTO, ITO) MO. It can be seen that the ITO of #1 recedes. In this manner, when the lower layer ITO is made to recede and the space SP is provided, the source/drain electrodes SD and the lower layer first metal oxide semiconductor film MO1 do not come into contact with each other, so that good transistor operation can be confirmed. .. FIG. 15 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device of this embodiment. That is, the current-voltage characteristics when ZTO/ITO is used as the laminated film MO are shown. As is clear from FIG. 15, the rise of the drain current can be confirmed, and it can be seen that the transistor can operate. In FIG. 15, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg, [V]), the vertical axis represents the drain current [A], and the three graphs from the top show that the drain voltage (Vd, [V]) is 0. 1V, 1V, 10V. Further, the bottom graph shows carrier mobility (cm 2 /Vs). As is clear from this graph, good transistor characteristics with a mobility of 39.5 cm 2 /Vs could be confirmed.
上記本願のチャネル端部の構造とすることにより、良好なオン特性を有する積層チャネル構造TFTを実用的に製造、利用することが可能となり、8Kなど超高精細ディスプレイの高輝度、高コントラスト化、高ダイナミックレンジ化を実現することができる。 By adopting the structure of the channel end portion of the present application, it becomes possible to practically manufacture and use a laminated channel structure TFT having good on-characteristics, and achieve high brightness and high contrast of an ultra-high-definition display such as 8K, A high dynamic range can be realized.
また、本実施の形態で説明した製造工程によれば、積層膜MOの下層の第1金属酸化物半導体膜MO1を、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2をマスクとして後退させた。即ち、マスクを増やすことなく、工程数の最小限の増加で、特性の良好な薄膜トランジスタを製造することができる。即ち、低コストプロセスを実現できる。また、製造工程の煩雑化を回避し、製造歩留まりを向上させることができる。 Further, according to the manufacturing process described in the present embodiment, the first metal oxide semiconductor film MO1 as the lower layer of the stacked film MO is made to recede using the second metal oxide semiconductor film MO2 as the upper layer as a mask. That is, it is possible to manufacture a thin film transistor having excellent characteristics with a minimum increase in the number of steps without increasing the number of masks. That is, a low cost process can be realized. Further, it is possible to avoid complication of the manufacturing process and improve the manufacturing yield.
また、本実施の形態で説明した製造工程によれば、レーザアニールを用いた低温ポリシリコンプロセスと異なり、大画面ディスプレイにも適用可能である。レーザアニール工程は、大面積の処理に適さないが、本実施の形態で説明した製造工程によれば、基板の大面積化にも容易に対応することができる。つまり、レーザアニールを用いた低温ポリシリコンより低コストでディスプレイを製造することができる。 Further, according to the manufacturing process described in the present embodiment, unlike the low temperature polysilicon process using laser annealing, it can be applied to a large screen display. The laser annealing process is not suitable for processing a large area, but the manufacturing process described in this embodiment can easily deal with increasing the area of a substrate. That is, a display can be manufactured at a lower cost than low temperature polysilicon using laser annealing.
なお、本実施の形態においては、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部と、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部との間の距離L1を、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2と、同程度として示してあるが(図2)、L1>L2となってもよい。図16は、本実施の形態の半導体装置の他の構成を示す断面図である。 In the present embodiment, the distance L1 between the end of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the end of the upper second metal oxide semiconductor film MO2 is defined as Although the distance L2 between the oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrodes SD is shown to be approximately the same (FIG. 2), L1>L2 may be satisfied. FIG. 16 is a cross-sectional view showing another structure of the semiconductor device of this embodiment.
図16においては、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2が、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部と、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部との間の距離L1より小さくなっている(L1>L2)。例えば、ソース、ドレイン電極SDとなる金属膜の成膜時(図8参照)において、金属膜が上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部下に少し潜り込んだ場合であっても、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2が確保されていれば、これらの間の短絡を防止することができる。 In FIG. 16, the distance L2 between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrodes SD is equal to the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the upper second metal oxide semiconductor. It is smaller than the distance L1 between the edge of the film MO2 (L1>L2). For example, even when the metal film is a little under the edge of the upper second metal oxide semiconductor film MO2 at the time of forming the metal film to be the source/drain electrodes SD (see FIG. 8), If the distance L2 between the first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrode SD is secured, a short circuit between them can be prevented.
(エッチング液について)
上記製造工程においては、第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1と、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2との積層膜MOをエッチングするための第1エッチング液として、シュウ酸系エッチング液を用い、下層の第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1をエッチングするための第2エッチング液として、希硝酸(約0.7%)を用いたが、他のエッチング液を用いてもよい。
(About etching liquid)
In the above manufacturing process, oxalic acid is used as the first etching liquid for etching the laminated film MO of the first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. A dilute nitric acid (about 0.7%) was used as a second etching solution for etching the lower first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 using a system-based etching solution. You may use.
第1エッチング液は、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2および金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1をエッチングし得るエッチング液である。それぞれのエッチングレートは、例えば、第2エッチング液の場合と比較して近い方が好ましい。特に、シュウ酸系エッチング液は、汎用性が高く、第1エッチング液として用いて好適である。シュウ酸系エッチング液は、少なくともシュウ酸を含有するエッチング液である。 The first etching solution is an etching solution capable of etching the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 and the metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1. The respective etching rates are preferably close to each other, for example, as compared with the case of the second etching liquid. In particular, the oxalic acid-based etching solution has high versatility and is suitable for use as the first etching solution. The oxalic acid-based etching solution is an etching solution containing at least oxalic acid.
第2エッチング液は、第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1のエッチングレートR1が、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2のエッチングレートR2より大きい(R1>R2)。下層の第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1の方がエッチングされ易いエッチング液である。このような第2エッチング液としては、希硝酸の他、硫酸、塩酸、フッ酸などを用いることができる。硫酸の濃度は、例えば、1.0%程度で、塩酸の濃度は、例えば、0.4%程度で、フッ酸の濃度は、例えば、0.03%程度のものを用いることができる。ここでの濃度は、重量%である。また、上記濃度は、一例であり、処理時間を含め、適宜調整可能である。この他、PAN系のエッチング液、リン酸−硝酸系のエッチング液を用いてもよい。PAN系のエッチング液は、リン酸、硝酸および酢酸を含有する。リン酸−硝酸系のエッチング液は、リン酸および硝酸を含有する。 In the second etching liquid, the etching rate R1 of the first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 is higher than the etching rate R2 of the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 (R1>R2). The lower first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 is an etching solution that is more easily etched. As such a second etching solution, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid or the like can be used in addition to dilute nitric acid. The concentration of sulfuric acid may be about 1.0%, the concentration of hydrochloric acid may be about 0.4%, and the concentration of hydrofluoric acid may be about 0.03%. The concentration here is% by weight. Moreover, the above-mentioned concentration is an example, and can be appropriately adjusted including the treatment time. In addition, a PAN-based etching solution or a phosphoric acid-nitric acid-based etching solution may be used. The PAN-based etching solution contains phosphoric acid, nitric acid and acetic acid. The phosphoric acid-nitric acid-based etching solution contains phosphoric acid and nitric acid.
表1は、金属酸化物半導体膜と、エッチング液のエッチングレートとの関係を示す表である。例えば、上記エッチング液を用いた場合のZTO膜、ITO膜の常温(25℃)でのエッチングレートが示されている。なお、表1中、カッコ内の数値は、40℃でのエッチングレートである。また、この表1においては、ITO膜の他、IZO膜やIGZO膜についてのエッチングレートも示してある。 Table 1 is a table showing the relationship between the metal oxide semiconductor film and the etching rate of the etching solution. For example, the etching rates of the ZTO film and the ITO film at room temperature (25° C.) when the above etching solution is used are shown. In Table 1, the value in parentheses is the etching rate at 40°C. Further, Table 1 also shows the etching rates for the IZO film and the IGZO film in addition to the ITO film.
本実施の形態においては、高キャリア密度の第1金属酸化物半導体膜として、ITO膜を用いたが、IZO膜やIGZO膜を用いてもよい。これらの膜の適用例については、実施の形態2において説明する。 In this embodiment, the ITO film is used as the first metal oxide semiconductor film having a high carrier density, but an IZO film or an IGZO film may be used. An application example of these films will be described in Embodiment 2.
(実施の形態2)
本実施の形態においては、第1金属酸化物半導体膜MO1としてIZO膜を用いた場合(第1例)と、IGZO膜を用いた場合(第2例)とについて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a case where an IZO film is used as the first metal oxide semiconductor film MO1 (first example) and a case where an IGZO film is used (second example) will be described.
(第1例)
上記実施の形態1においては、第1金属酸化物半導体膜MO1としてITO膜を用いたが、IZO膜を用いてもよい。なお、第1金属酸化物半導体膜MO1の具体的な膜種以外は、実施の形態1の場合と同様である。即ち、図1等を参照しながら説明した構成と同様であり、図3〜図10を参照しながら説明した製造工程と同様の工程で形成することができる。
(First example)
Although the ITO film is used as the first metal oxide semiconductor film MO1 in the first embodiment, an IZO film may be used. The first metal oxide semiconductor film MO1 is the same as the first embodiment except for the specific film type. That is, the structure is the same as that described with reference to FIG. 1 and the like, and it can be formed by the same process as the manufacturing process described with reference to FIGS.
本第1例の半導体装置は、実施の形態1の場合と同様に、ボトムゲート/トップコンタクト構造の薄膜トランジスタである(図1、図2参照)。 The semiconductor device of the first example is a thin film transistor having a bottom gate/top contact structure, as in the case of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2).
この本第1例の半導体装置においても、上記積層膜MOは、第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2とを有する。第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1は、IZO膜である。IZO膜の膜厚は、例えば、4nm程度である。IZO(In−Zn−O、酸化インジウム亜鉛、インジウム亜鉛複合酸化物)膜は、亜鉛、インジウムおよび酸素を主成分として含有する金属酸化物である。別の言い方をすれば、酸化亜鉛(ZnO)と酸化インジウム(InO2)を含有する金属酸化物である。 Also in the semiconductor device of the present first example, the laminated film MO includes the first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (second semiconductor) arranged thereabove. Membrane) MO2. The first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 is an IZO film. The film thickness of the IZO film is, for example, about 4 nm. The IZO (In-Zn-O, indium zinc oxide, indium zinc composite oxide) film is a metal oxide containing zinc, indium, and oxygen as main components. In other words, it is a metal oxide containing zinc oxide (ZnO) and indium oxide (InO 2 ).
そして、第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2は、ZTO膜である。ZTO膜の膜厚は、例えば、50nm程度である。ZTO(zinc−tin oxide、酸化亜鉛錫)膜は、錫、亜鉛および酸素を主成分として含有する金属酸化物である。別の言い方をすれば、酸化錫と酸化亜鉛を含有する金属酸化物である。 The second metal oxide semiconductor film (second semiconductor film) MO2 is a ZTO film. The film thickness of the ZTO film is, for example, about 50 nm. A ZTO (zinc-tin oxide, zinc tin oxide) film is a metal oxide containing tin, zinc and oxygen as main components. In other words, it is a metal oxide containing tin oxide and zinc oxide.
ZTO膜のキャリア密度は、1.2×1016cm−3程度であり、IZO膜のキャリア密度は、1×1019cm−3程度である。このように、IZO膜を用いることで、キャリア密度の向上により、実施の形態1の場合と同様に、上記オン特性の向上、動作の高速化、オフリークの低減などの効果を奏することができる。さらに、微細化しても十分なトランジスタ特性を維持することができ、超高精細ディスプレイの高輝度・高コントラスト化を図ることができる。 The carrier density of the ZTO film is about 1.2×10 16 cm −3 , and the carrier density of the IZO film is about 1×10 19 cm −3 . As described above, by using the IZO film, the carrier density is improved, and as in the case of the first embodiment, it is possible to achieve the effects of improving the on-characteristics, speeding up the operation, and reducing the off-leakage. Furthermore, sufficient transistor characteristics can be maintained even with miniaturization, and high brightness and high contrast of an ultra-high-definition display can be achieved.
そして、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部は、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部より後退している(図1、図2参照)。このため、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1と、ソース、ドレイン電極SDとの間には、隙間(空隙SP)が生じている。 Then, the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is set back from the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film MO2 (see FIGS. 1 and 2). Therefore, a gap (gap SP) is formed between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrode SD.
このように、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部を後退させることにより、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2を確保することができ、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、トランジスタ特性を向上させることができる。 In this way, by retracting the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1, it is possible to secure the distance L2 between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrodes SD, A short circuit between the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1 can be prevented. This can improve the transistor characteristics.
第1例の半導体装置の製造工程は、実施の形態1の場合と同様である(図3〜図10)。即ち、基板SUB上に、ゲート電極GEを形成し、その上に、ゲート絶縁膜GIを形成する。そして、ゲート絶縁膜GI上に、第1金属酸化物半導体膜MO1を形成し、さらに、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を形成する。ここでは、第1金属酸化物半導体膜MO1として、IZO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて4nm程度の膜厚で堆積する。例えば、亜鉛組成10at%、インジウム組成90at%のターゲット材を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約50%)、DCパワー50Wにて、IZO膜を成膜することができる。 The manufacturing process of the semiconductor device of the first example is similar to that of the first embodiment (FIGS. 3 to 10). That is, the gate electrode GE is formed on the substrate SUB, and the gate insulating film GI is formed thereon. Then, the first metal oxide semiconductor film MO1 is formed over the gate insulating film GI, and further, the second metal oxide semiconductor film MO2 is formed over the first metal oxide semiconductor film MO1. Here, as the first metal oxide semiconductor film MO1, an IZO film is deposited with a film thickness of about 4 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having a zinc composition of 10 at% and an indium composition of 90 at%, film forming conditions, room temperature, film forming pressure of 0.5 Pa, sputtering gas Ar/O 2 mixed gas (oxygen addition ratio of about 50%), DC power of 50 W Then, the IZO film can be formed.
次いで、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を連続成膜する。第2金属酸化物半導体膜MO2として、ZTO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて50nm程度の膜厚で堆積する。例えば、錫組成30at%、亜鉛組成70at%のターゲット材(Al 500ppm添加)を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約10%)にて、ZTO膜を成膜することができる。 Then, the second metal oxide semiconductor film MO2 is continuously formed on the first metal oxide semiconductor film MO1. As the second metal oxide semiconductor film MO2, a ZTO film is deposited with a film thickness of about 50 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having a tin composition of 30 at% and a zinc composition of 70 at% (adding 500 ppm of Al), film forming conditions, room temperature, film forming pressure of 0.5 Pa, sputtering gas Ar/O 2 mixed gas (oxygen addition ratio of about 10% ), the ZTO film can be formed.
このようにして、第1金属酸化物半導体膜(IZO膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2との積層膜MOを形成することができる。 In this way, the laminated film MO of the first metal oxide semiconductor film (IZO film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 arranged thereabove can be formed.
次いで、積層膜MOを第1エッチングすることにより、上記形状の積層膜MOを形成する。エッチング液としては、シュウ酸系エッチング液を用いることができる。エッチング時間は、3〜4分程度である。シュウ酸系エッチング液は、ITO膜などの金属酸化物のエッチングにおいて、一般的に用いられるエッチング液である。シュウ酸系エッチング液は、ZTO膜をエッチングし得るが、エッチングレート(nm/min)は、IZO膜は290であるのに対し、ZTO膜は215であり、エッチングレートは同程度である。よって、この時点では、積層膜MOの端部において、エッチング端面は、テーパ形状となり得る(図6参照)。但し、エッチングレートが同程度であることから、テーパ角は、実施の形態1(図6)の場合より大きくなる。 Next, the laminated film MO is first etched to form the laminated film MO having the above-described shape. An oxalic acid-based etching liquid can be used as the etching liquid. The etching time is about 3 to 4 minutes. The oxalic acid-based etching solution is an etching solution that is generally used in etching a metal oxide such as an ITO film. The oxalic acid-based etching solution can etch the ZTO film, but the etching rate (nm/min) of the IZO film is 290, whereas that of the ZTO film is 215, and the etching rate is about the same. Therefore, at this time, the etching end surface can be tapered at the end of the stacked film MO (see FIG. 6 ). However, since the etching rates are about the same, the taper angle is larger than that in the first embodiment (FIG. 6).
次いで、下層の第1金属酸化物半導体膜(ITO膜)MO1を第2エッチングすることにより、上層の第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2の端部下にアンダーカットを形成する。エッチング液としては、希硫酸(約0.1%)を用いることができる。エッチング時間は、2〜3分程度である。希硫酸(約0.1%)のエッチングレートは、IZO膜は43であるのに対し、ZTO膜は0.8であり、IZO膜よりもZTO膜のエッチングレートが小さいため、IZO膜のみが選択的にエッチングされる。このため、ZTO膜の端部から約10〜20nm程度のアンダーカット(サイドエッチング)が形成される。別の言い方をすれば、ZTO膜の端部から約10〜20nm程度のIZO膜が後退する。これにより、ZTO膜の端部下には、空隙(スペース、SP)が形成される(図7参照)。 Then, the lower first metal oxide semiconductor film (ITO film) MO1 is secondly etched to form an undercut below the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. Dilute sulfuric acid (about 0.1%) can be used as the etching liquid. The etching time is about 2 to 3 minutes. The etching rate of dilute sulfuric acid (about 0.1%) is 43 for the IZO film, whereas it is 0.8 for the ZTO film, and the etching rate of the ZTO film is smaller than that of the IZO film. It is selectively etched. Therefore, an undercut (side etching) of about 10 to 20 nm is formed from the end of the ZTO film. In other words, the IZO film of about 10 to 20 nm recedes from the end of the ZTO film. As a result, a void (space, SP) is formed below the end of the ZTO film (see FIG. 7).
ここでは、エッチング液として希硫酸(約0.1%)を用いたが、リン酸−硫酸系エッチング液を用いてもよい。リン酸−硫酸系エッチング液は、MoやCuのエッチング液として一般的に用いられるものである。リン酸−硫酸系エッチング液を用いる場合、エッチング時間は、20秒程度でよい。このリン酸−硫酸系エッチング液に対して、ZTO膜は、十分な耐性があり、エッチングされ難い。このため、IZO膜が、ZTO膜の端部から後退する。 Although dilute sulfuric acid (about 0.1%) is used as the etching solution here, a phosphoric acid-sulfuric acid-based etching solution may be used. The phosphoric acid-sulfuric acid-based etching solution is generally used as an etching solution for Mo and Cu. When a phosphoric acid-sulfuric acid-based etching solution is used, the etching time may be about 20 seconds. The ZTO film has sufficient resistance to this phosphoric acid-sulfuric acid-based etching solution and is difficult to be etched. Therefore, the IZO film recedes from the end of the ZTO film.
次いで、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2上に、導電性膜として金属膜(MF)を形成し、ウェットエッチングすることにより、ソース、ドレイン電極SDを形成する。次いで、積層膜MOおよびソース、ドレイン電極SD上に、保護膜PROを形成する。以上の工程により本第1例の薄膜トランジスタが略完成する。 Then, a metal film (MF) is formed as a conductive film on the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2, and wet etching is performed to form the source/drain electrodes SD. Next, the protective film PRO is formed on the stacked film MO and the source/drain electrodes SD. Through the above steps, the thin film transistor of the first example is almost completed.
このように、本第1例においても、第1および第2金属酸化物半導体膜(MO1、MO2)の積層膜MOを、チャネル層として用い、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1を、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2から後退させたので、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、良好なトランジスタ特性を得ることができる。図17は、本実施の形態の第1例の半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。即ち、積層膜MOとして、ZTO/IZOを用いた場合の電流−電圧特性を示す。図17において、横軸は、ゲート電圧(Vg、[V])、縦軸は、ドレイン電流[A]であり、上から3本のグラフは、ドレイン電圧(Vd、[V])が、0.1V、1V、10Vのものである。また、一番下のグラフは、キャリアの移動度(cm2/Vs)を示すものである。図17からも明らかなように、ドレイン電流の立ち上がりが確認でき、トランジスタ動作をし得ることが分かる。また、一番下のグラフから明らかなように、移動度30.7cm2/Vsの良好なトランジスタ特性を確認することができた。 As described above, also in the first example, the laminated film MO of the first and second metal oxide semiconductor films (MO1, MO2) is used as the channel layer, and the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is used as the upper layer. Since the second metal oxide semiconductor film MO2 is retracted, it is possible to prevent a short circuit between the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1. As a result, good transistor characteristics can be obtained. FIG. 17 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device of the first example of the present embodiment. That is, the current-voltage characteristics when ZTO/IZO is used as the laminated film MO are shown. In FIG. 17, the horizontal axis is the gate voltage (Vg, [V]), the vertical axis is the drain current [A], and the three graphs from the top show that the drain voltage (Vd, [V]) is 0. 1V, 1V, 10V. Further, the bottom graph shows carrier mobility (cm 2 /Vs). As is clear from FIG. 17, the rise of the drain current can be confirmed, and it can be seen that the transistor can operate. Also, as is clear from the bottom graph, good transistor characteristics with a mobility of 30.7 cm 2 /Vs could be confirmed.
なお、本第1例においても、第1エッチング液として、シュウ酸系エッチング液を用いることができ、第2エッチング液として、希硫酸やリン酸−硝酸系のエッチング液の他、硝酸、塩酸、フッ酸、PAN系のエッチング液などを用いることができる(表1参照)。 Also in the present first example, an oxalic acid-based etching liquid can be used as the first etching liquid, and dilute sulfuric acid or phosphoric acid-nitric acid-based etching liquids as well as nitric acid, hydrochloric acid, Hydrofluoric acid, a PAN-based etching solution or the like can be used (see Table 1).
(第2例)
上記実施の形態1においては、第1金属酸化物半導体膜MO1としてITO膜を用いたが、IGZO膜を用いてもよい。なお、第1金属酸化物半導体膜MO1の具体的な膜種以外は、実施の形態1の場合と同様である。即ち、図1等を参照しながら説明した構成と同様であり、図3〜図10を参照しながら説明した製造工程と同様の工程で形成することができる。
(Second example)
Although the ITO film is used as the first metal oxide semiconductor film MO1 in the first embodiment, an IGZO film may be used. The first metal oxide semiconductor film MO1 is the same as the first embodiment except for the specific film type. That is, the structure is the same as that described with reference to FIG. 1 and the like, and it can be formed by the same process as the manufacturing process described with reference to FIGS.
本第2例の半導体装置は、実施の形態1の場合と同様に、ボトムゲート/トップコンタクト構造の薄膜トランジスタである(図1、図2参照)。 The semiconductor device of the second example is a bottom-gate/top-contact thin film transistor as in the case of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2).
この本第2例の半導体装置においても、上記積層膜MOは、第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2とを有する。第1金属酸化物半導体膜(第1半導体膜)MO1は、IGZO膜である。IGZO膜の膜厚は、例えば、25nm程度である。IGZO(In−Ga−Zn−O、酸化インジウムガリウム亜鉛、インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)膜は、亜鉛、インジウム、ガリウムおよび酸素を含有する金属酸化物である。 Also in the semiconductor device of the present second example, the laminated film MO includes the first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (second semiconductor) arranged thereabove. Membrane) MO2. The first metal oxide semiconductor film (first semiconductor film) MO1 is an IGZO film. The film thickness of the IGZO film is, for example, about 25 nm. The IGZO (In-Ga-Zn-O, indium gallium zinc oxide, indium gallium zinc composite oxide) film is a metal oxide containing zinc, indium, gallium, and oxygen.
そして、第2金属酸化物半導体膜(第2半導体膜)MO2は、ZTO膜である。ZTO膜の膜厚は、例えば、5nm程度である。ZTO(zinc−tin oxide、酸化亜鉛錫)膜は、錫、亜鉛および酸素を含有する金属酸化物である。別の言い方をすれば、酸化錫と酸化亜鉛を含有する金属酸化物である。例えば、Zn2SnO4と示されることがあるが、組成比は、変化する場合がある。 The second metal oxide semiconductor film (second semiconductor film) MO2 is a ZTO film. The film thickness of the ZTO film is, for example, about 5 nm. The ZTO (zinc-tin oxide, zinc tin oxide) film is a metal oxide containing tin, zinc and oxygen. In other words, it is a metal oxide containing tin oxide and zinc oxide. For example, it may be represented as Zn 2 SnO 4 , but the composition ratio may change.
ZTO膜のキャリア密度は、7×1016cm−3程度であり、IGZO膜のキャリア密度は、5×1018cm−3程度である。このように、IGZO膜を用いることで、キャリア密度の向上により、実施の形態1の場合と同様に、上記オン特性の向上、動作の高速化、オフリークの低減などの効果を奏することができる。さらに、微細化しても十分なトランジスタ特性を維持することができ、ディスプレイの高輝度・高コントラスト化を図ることができる。 The carrier density of the ZTO film is about 7×10 16 cm −3 , and the carrier density of the IGZO film is about 5×10 18 cm −3 . As described above, by using the IGZO film, the carrier density is improved, and as in the case of the first embodiment, it is possible to achieve the effects of improving the ON characteristics, speeding up the operation, and reducing the off leak. Furthermore, sufficient transistor characteristics can be maintained even with miniaturization, and high brightness and high contrast of the display can be achieved.
そして、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部は、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2の端部より後退している(図1、図2参照)。このため、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1と、ソース、ドレイン電極SDとの間には、隙間(空隙SP)が生じている。 Then, the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is set back from the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film MO2 (see FIGS. 1 and 2). Therefore, a gap (gap SP) is formed between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrode SD.
このように、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1の端部を後退させることにより、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1とソース、ドレイン電極SDとの距離L2を確保することができ、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、トランジスタ特性を向上させることができる。 In this way, by retracting the end portion of the lower first metal oxide semiconductor film MO1, it is possible to secure the distance L2 between the lower first metal oxide semiconductor film MO1 and the source/drain electrodes SD, A short circuit between the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1 can be prevented. This can improve the transistor characteristics.
第2例の半導体装置の製造工程は、実施の形態1の場合と同様である(図3〜図10)。即ち、基板SUB上に、ゲート電極GEを形成し、その上に、ゲート絶縁膜GIを形成する。そして、ゲート絶縁膜GI上に、第1金属酸化物半導体膜MO1を形成し、さらに、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を形成する。ここでは、第1金属酸化物半導体膜MO1として、IGZO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて5nm程度の膜厚で堆積する。例えば、In:Ga:Zn組成が4:1:1、2:2:1、または1:1:1のターゲット材を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約10%)、DCパワー50Wにて、IGZO膜を成膜することができる。 The manufacturing process of the semiconductor device of the second example is similar to that of the first embodiment (FIGS. 3 to 10). That is, the gate electrode GE is formed on the substrate SUB, and the gate insulating film GI is formed thereon. Then, the first metal oxide semiconductor film MO1 is formed over the gate insulating film GI, and further, the second metal oxide semiconductor film MO2 is formed over the first metal oxide semiconductor film MO1. Here, as the first metal oxide semiconductor film MO1, an IGZO film is deposited with a film thickness of about 5 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having an In:Ga:Zn composition of 4:1:1, 2:2:1, or 1:1:1, film forming conditions, room temperature, film forming pressure 0.5 Pa, sputtering gas Ar/ The IGZO film can be formed with an O 2 mixed gas (oxygen addition ratio of about 10%) and a DC power of 50W.
次いで、第1金属酸化物半導体膜MO1上に、第2金属酸化物半導体膜MO2を連続成膜する。第2金属酸化物半導体膜MO2として、ZTO膜を、例えば、DCマグネトロンスパッタ法を用いて25nm程度の膜厚で堆積する。例えば、錫組成30at%、亜鉛組成70at%のターゲット材(Al:300ppm添加、Si:100ppm添加)を用い、成膜条件、常温、成膜圧力0.5Pa、スパッタガスAr/O2混合ガス(酸素添加割合約10%)にて、ZTO膜を成膜することができる。 Then, the second metal oxide semiconductor film MO2 is continuously formed on the first metal oxide semiconductor film MO1. As the second metal oxide semiconductor film MO2, a ZTO film is deposited with a film thickness of about 25 nm by using, for example, a DC magnetron sputtering method. For example, using a target material having a tin composition of 30 at% and a zinc composition of 70 at% (Al: 300 ppm added, Si: 100 ppm added), film forming conditions, room temperature, film forming pressure 0.5 Pa, sputtering gas Ar/O 2 mixed gas ( The ZTO film can be formed at an oxygen addition ratio of about 10%).
このようにして、第1金属酸化物半導体膜(IGZO膜)MO1と、その上部に配置された第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2との積層膜MOを形成することができる。 In this way, a laminated film MO of the first metal oxide semiconductor film (IGZO film) MO1 and the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2 arranged thereabove can be formed.
次いで、積層膜MOを第1エッチングすることにより、上記形状の積層膜MOを形成する。エッチング液としては、シュウ酸系エッチング液を用いることができる。エッチング時間は、3〜4分程度である。シュウ酸系エッチング液は、ITO膜などの金属酸化物のエッチングにおいて、一般的に用いられるエッチング液である。シュウ酸系エッチング液は、ZTO膜をエッチングし得るが、エッチングレート(nm/min)は、IGZO膜は220〜290であるのに対し、ZTO膜は215であり、エッチングレートは同程度である。よって、この時点では、積層膜MOの端部において、エッチング端面は、テーパ形状となり得る(図6参照)。但し、エッチングレートが同程度であることから、テーパ角は、実施の形態(図6)の場合より大きくなる。 Next, the laminated film MO is first etched to form the laminated film MO having the above-described shape. An oxalic acid-based etching liquid can be used as the etching liquid. The etching time is about 3 to 4 minutes. The oxalic acid-based etching solution is an etching solution that is generally used in etching a metal oxide such as an ITO film. The oxalic acid-based etching solution can etch the ZTO film, but the etching rate (nm/min) of the IGZO film is 220 to 290, whereas that of the ZTO film is 215, and the etching rate is similar. .. Therefore, at this time, the etching end surface can be tapered at the end of the stacked film MO (see FIG. 6 ). However, since the etching rates are the same, the taper angle becomes larger than that in the embodiment (FIG. 6).
次いで、下層の第1金属酸化物半導体膜(IGZO膜)MO1を第2エッチングすることにより、上層の第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2の端部下にアンダーカットを形成する。エッチング液としては、希硫酸(約0.1%)を用いることができる。希硫酸(約0.1%)のエッチングレートは、IGZO膜は43〜52であるのに対し、ZTO膜は0.8であり、IGZO膜よりもZTO膜のエッチングレートが小さいため、IGZO膜のみが選択的にエッチングされる。このため、ZTO膜の端部の下にアンダーカット(サイドエッチング)が形成され、ZTO膜の端部下には、空隙(スペース、SP)が形成される(図7参照)。 Then, the lower first metal oxide semiconductor film (IGZO film) MO1 is secondly etched to form an undercut below the end portion of the upper second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2. Dilute sulfuric acid (about 0.1%) can be used as the etching liquid. The etching rate of dilute sulfuric acid (about 0.1%) is 43 to 52 for the IGZO film, while it is 0.8 for the ZTO film, and the etching rate of the ZTO film is smaller than that of the IGZO film. Only are selectively etched. Therefore, an undercut (side etching) is formed below the end of the ZTO film, and a void (space, SP) is formed below the end of the ZTO film (see FIG. 7).
次いで、第2金属酸化物半導体膜(ZTO膜)MO2上に、導電性膜として金属膜MFを形成し、ウェットエッチングすることにより、ソース、ドレイン電極SDを形成する。次いで、積層膜MOおよびソース、ドレイン電極SD上に、保護膜PROを形成する。以上の工程により本第2例の形態の薄膜トランジスタが略完成する。 Next, the metal film MF is formed as a conductive film on the second metal oxide semiconductor film (ZTO film) MO2, and the source/drain electrodes SD are formed by wet etching. Next, the protective film PRO is formed on the stacked film MO and the source/drain electrodes SD. Through the above steps, the thin film transistor of the second embodiment is substantially completed.
このように、本第2例においても、第1および第2金属酸化物半導体膜(MO1、MO2)の積層膜MOを、チャネル層として用い、下層の第1金属酸化物半導体膜MO1を、上層の第2金属酸化物半導体膜MO2から後退させたので、ソース、ドレイン電極SDと下層の第1金属酸化物半導体膜MO1との短絡を防止することができる。これにより、良好なトランジスタ特性を得ることができる。図18は、本実施の形態の第2例の半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。即ち、積層膜MOとして、ZTO/IGZOを用いた場合の電流−電圧特性を示す。(a)は、In:Ga:Zn組成が4:1:1の半導体装置の電流−電圧特性を示し、(b)は、In:Ga:Zn組成が2:2:1の半導体装置の電流−電圧特性を示し、(c)は、In:Ga:Zn組成が1:1:1の半導体装置の電流−電圧特性を示す。図18において、横軸は、ゲート電圧(Vg、[V])、縦軸は、ドレイン電流[A]であり、上から3本のグラフは、ドレイン電圧(Vd、[V])が、0.1V、1V、10Vのものである。また、一番下のグラフは、キャリアの移動度(cm2/Vs)を示すものである。図18の(a)〜(c)のグラフからも明らかなように、いずれの組成のIGZOを用いた場合においても、ドレイン電流の立ち上がりが確認でき、トランジスタ動作をし得ることが分かる。また、図18の(a)〜(c)の各グラフの一番下のグラフから明らかなように、いずれの組成のIGZOを用いた場合においても、移動度の良好なトランジスタ特性を確認することができた。具体的には、(a)に示す、In:Ga:Zn組成が4:1:1の半導体装置の移動度は、20cm2/Vsである。また、(b)に示す、In:Ga:Zn組成が2:2:1の半導体装置の移動度は、17.8cm2/Vsであり、(c)に示す、In:Ga:Zn組成が1:1:1の半導体装置の移動度は、12.5cm2/Vsである。IGZOを用いた場合、その移動度は、In組成に比例し、上記の場合In組成が4(In:Ga:Zn組成が4:1:1)のものが最も大きな移動度を示した。 Thus, also in the second example, the laminated film MO of the first and second metal oxide semiconductor films (MO1, MO2) is used as the channel layer, and the lower first metal oxide semiconductor film MO1 is used as the upper layer. Since the second metal oxide semiconductor film MO2 is retracted, it is possible to prevent a short circuit between the source/drain electrode SD and the underlying first metal oxide semiconductor film MO1. As a result, good transistor characteristics can be obtained. FIG. 18 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device of the second example of the present embodiment. That is, the current-voltage characteristics when ZTO/IGZO is used as the laminated film MO are shown. (A) shows the current-voltage characteristics of a semiconductor device having an In:Ga:Zn composition of 4:1:1, and (b) shows the current of a semiconductor device having an In:Ga:Zn composition of 2:2:1. -Voltage characteristics are shown, and (c) shows current-voltage characteristics of a semiconductor device having an In:Ga:Zn composition of 1:1:1. 18, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg, [V]), the vertical axis represents the drain current [A], and the three graphs from the top show that the drain voltage (Vd, [V]) is 0. 1V, 1V, 10V. Further, the bottom graph shows carrier mobility (cm 2 /Vs). As is apparent from the graphs of (a) to (c) of FIG. 18, it can be seen that the rise of the drain current can be confirmed and the transistor can operate even when IGZO having any composition is used. In addition, as is clear from the bottom graphs of the graphs (a) to (c) of FIG. 18, it is necessary to confirm the transistor characteristics with good mobility in any of the compositions using IGZO. I was able to. Specifically, the mobility of the semiconductor device having an In:Ga:Zn composition of 4:1:1 shown in (a) is 20 cm 2 /Vs. The mobility of the semiconductor device having an In:Ga:Zn composition of 2:2:1 shown in (b) is 17.8 cm 2 /Vs, and the In:Ga:Zn composition shown in (c) is The mobility of a 1:1:1 semiconductor device is 12.5 cm 2 /Vs. When IGZO was used, its mobility was proportional to the In composition, and in the above case, the In composition of 4 (In:Ga:Zn composition of 4:1:1) showed the highest mobility.
IGZO膜は、PAN系エッチング液などに対し、耐性が不十分であり、エッチングされ易い。このため、半導体膜(MO)として、IGZO膜を単層で用いた場合には、ソース、ドレイン電極SDの形成時のエッチングに耐えられない。このため、低コストなBCEプロセスを採用することができない。しかしながら、本第2例のように、積層膜MOとして、ZTO/IGZOを用いた場合、PAN系エッチング液などに対する耐性が大きなZTO膜がエッチングストッパーとなるため、半導体膜(MO)として、IGZO膜を採用することが可能となる。 The IGZO film has insufficient resistance to a PAN-based etching solution and is easily etched. Therefore, when the IGZO film is used as the semiconductor film (MO) in a single layer, it cannot withstand the etching when forming the source/drain electrodes SD. Therefore, it is impossible to adopt a low-cost BCE process. However, when ZTO/IGZO is used as the laminated film MO as in the second example, since the ZTO film having a large resistance to the PAN-based etching solution serves as an etching stopper, the IGZO film is used as the semiconductor film (MO). Can be adopted.
なお、本第2例においても、第1エッチング液として、シュウ酸系エッチング液を用いることができ、第2エッチング液として、希硫酸の他、硝酸、塩酸、フッ酸などを用いることができる(表1参照)。この他、PAN系のエッチング液、リン酸−硝酸系のエッチング液を用いてもよい。 Also in the second example, an oxalic acid-based etching solution can be used as the first etching solution, and nitric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, etc. can be used as the second etching solution in addition to dilute sulfuric acid ( See Table 1). In addition, a PAN-based etching solution or a phosphoric acid-nitric acid-based etching solution may be used.
(実施の形態3)
上記実施の形態1、2で説明した薄膜トランジスタの適用例に制限はないが、例えば、ディスプレイ(液晶表示装置、半導体装置)などの電気光学装置に用いられるアクティブマトリクス基板(アレイ基板)に適用することができる。
(Embodiment 3)
Although there is no limitation on application examples of the thin film transistor described in Embodiment Modes 1 and 2, application to an active matrix substrate (array substrate) used for an electro-optical device such as a display (a liquid crystal display device or a semiconductor device) is not limited. You can
図19は、アクティブマトリクス基板の構成を示す回路図である。また、図20は、アクティブマトリクス基板の構成を示す平面図である。 FIG. 19 is a circuit diagram showing the configuration of the active matrix substrate. 20 is a plan view showing the structure of the active matrix substrate.
図19に示すように、アレイ基板は、表示部(表示領域)内にY方向に配置された複数のデータ線DL(ソース線)と、X方向に配置された複数のゲート線GLとを有する。また、各画素は、データ線DLとゲート線GLとの交点に、マトリクス状に複数配置される。この画素は、画素電極PEおよび薄膜トランジスタTを有している。例えば、データ線DLは、データ線駆動回路DDCにより駆動され、また、ゲート線GLは、ゲート線駆動回路GDCにより駆動される。 As shown in FIG. 19, the array substrate has a plurality of data lines DL (source lines) arranged in the Y direction and a plurality of gate lines GL arranged in the X direction in the display section (display region). .. A plurality of pixels are arranged in a matrix at the intersections of the data lines DL and the gate lines GL. This pixel has a pixel electrode PE and a thin film transistor T. For example, the data line DL is driven by the data line drive circuit DDC, and the gate line GL is driven by the gate line drive circuit GDC.
図20に示すように、例えば、薄膜トランジスタTのゲート電極GEは、X方向に延在するゲート線GLと接続される。ここでは、ゲート電極GEとゲート線GLが一体となっている。このゲート電極GEの上層には、ゲート絶縁膜を介して半導体膜(MO)が配置され、この半導体膜(MO)の両側にソース、ドレイン電極SDが配置されている。ソース、ドレイン電極SDのうち、例えば、ソース電極(図20中の左側)は、Y方向に延在するデータ線DLと接続され、ドレイン電極(図20中の右側)は、画素電極PEと接続されている。 As shown in FIG. 20, for example, the gate electrode GE of the thin film transistor T is connected to the gate line GL extending in the X direction. Here, the gate electrode GE and the gate line GL are integrated. A semiconductor film (MO) is arranged above the gate electrode GE via a gate insulating film, and source and drain electrodes SD are arranged on both sides of the semiconductor film (MO). Of the source and drain electrodes SD, for example, the source electrode (left side in FIG. 20) is connected to the data line DL extending in the Y direction, and the drain electrode (right side in FIG. 20) is connected to the pixel electrode PE. Has been done.
このようなアレイ基板と対向電極が形成された対向基板との間に液晶を封止することにより、ディスプレイが形成される。 A display is formed by sealing the liquid crystal between the array substrate and the counter substrate on which the counter electrode is formed.
ディスプレイにおいては、ゲート線GLに走査信号が供給されると、薄膜トランジスタTがオンし、このオンされた薄膜トランジスタTを通して、図中Y方向に延在するデータ線DLからの映像信号が画素電極PEに供給される。よって、ゲート線GLとデータ線DLによって選択された画素部が表示状態となる。 In the display, when the scanning signal is supplied to the gate line GL, the thin film transistor T is turned on, and the video signal from the data line DL extending in the Y direction in the drawing is supplied to the pixel electrode PE through the turned on thin film transistor T. Supplied. Therefore, the pixel portion selected by the gate line GL and the data line DL enters the display state.
このように、ディスプレイの薄膜トランジスタとして、実施の形態1、2で説明した薄膜トランジスタを用いることで、ディスプレイの特性を向上させることができる。具体的には、前述したとおり、4K、8Kと呼ばれる高精細なディスプレイに適用し、画素サイズの微細化に伴い、薄膜トランジスタが微細化されても、単位面積当たりの電流値を確保することができる。言い換えれば、微細化しても十分なトランジスタ特性を維持することができ、超高精細ディスプレイの高輝度・高コントラスト化を図ることができる。 As described above, by using the thin film transistor described in Embodiment Modes 1 and 2 as the thin film transistor of the display, the characteristics of the display can be improved. Specifically, as described above, it can be applied to high-definition displays called 4K and 8K, and a current value per unit area can be secured even if the thin film transistor is miniaturized with the miniaturization of the pixel size. .. In other words, sufficient transistor characteristics can be maintained even with miniaturization, and high brightness and high contrast of an ultra-high-definition display can be achieved.
なお、上記においては、画素を構成する薄膜トランジスタTに上記実施の形態1、2の薄膜トランジスタを適用したが、前述のデータ線駆動回路DDCやゲート線駆動回路GDC中の論理回路として、上記実施の形態1、2の薄膜トランジスタを用いてもよい。 In the above description, the thin film transistor of the above-described first and second embodiments is applied to the thin film transistor T that constitutes a pixel. One or two thin film transistors may be used.
また、有機EL(エレクトロルミネッセンス)のバックプレーン用の薄膜トランジスタとして、上記実施の形態1、2の薄膜トランジスタを用いてもよい。有機ELは、大電流駆動が必要であり、上記実施の形態1、2の薄膜トランジスタを用いて好適である。 Further, the thin film transistor of Embodiment Modes 1 and 2 may be used as a thin film transistor for an organic EL (electroluminescence) backplane. The organic EL requires a large current drive, and is suitable for using the thin film transistor according to the first or second embodiment.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、上記実施の形態中で示した、各膜の膜厚、成膜方法、加工(エッチング)方法等については、当然ながら製造するデバイスに求められる特性に応じ、種々変更が可能である。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることが可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 For example, the film thickness of each film, the film forming method, the processing (etching) method, and the like shown in the above embodiment can be variously changed according to the characteristics required for the device to be manufactured. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment without departing from the spirit of the invention, and to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is possible. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.
DDC データ線駆動回路
DL データ線
GDC ゲート線駆動回路
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GL ゲート線
L1 距離
L2 距離
MF 金属膜
MO 積層膜
MO1 第1金属酸化物半導体膜
MO2 第2金属酸化物半導体膜
PE 画素電極
PR1 フォトレジスト膜
PR2 フォトレジスト膜
PRO 保護膜
SD ソース、ドレイン電極
SP 空隙
SUB 基板
T 薄膜トランジスタ
DDC data line driving circuit DL data line GDC gate line driving circuit GE gate electrode GI gate insulating film GL gate line L1 distance L2 distance MF metal film MO laminated film MO1 first metal oxide semiconductor film MO2 second metal oxide semiconductor film PE Pixel electrode PR1 Photoresist film PR2 Photoresist film PRO Protective film SD Source/drain electrode SP Void SUB Substrate T Thin film transistor
Claims (7)
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して形成された第1金属酸化物を含有する半導体からなる第1半導体膜と、
前記第1半導体膜上に形成された第2金属酸化物を含有する半導体からなる第2半導体膜と、
前記第2半導体膜上に形成されたソース、ドレイン電極と、
を有し、
前記第1金属酸化物は、少なくともITO(インジウム錫複合酸化物)、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)およびIGZO(インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)のいずれかを含有し、
前記第2金属酸化物は、少なくともZTO(亜鉛錫複合酸化物)を含有し、In元素を含まず、
前記第1半導体膜の端部は、前記第2半導体膜の端部より、後退しており、
前記第2半導体膜下において、前記第1半導体膜の端部と前記第2半導体膜の端部との間に、空隙を有し、
前記第1半導体膜の端部と前記第2半導体膜の端部との間の距離L1と、前記第1半導体膜と前記ソース、ドレイン電極との距離L2がL1>L2であり、
キャリアの移動度が30.7cm 2 /Vs以上である、半導体装置。 A gate electrode formed on the substrate,
A first semiconductor film made of a semiconductor containing a first metal oxide formed on the gate electrode via a gate insulating film;
A second semiconductor film made of a semiconductor containing a second metal oxide formed on the first semiconductor film;
Source and drain electrodes formed on the second semiconductor film,
Have
The first metal oxide contains at least one of ITO (indium tin composite oxide), IZO (indium zinc composite oxide) and IGZO (indium gallium zinc composite oxide) ,
The second metal oxide contains at least ZTO (zinc tin composite oxide) , does not contain In element,
The edge of the first semiconductor film is receded from the edge of the second semiconductor film,
Under the second semiconductor film, there is a gap between the end of the first semiconductor film and the end of the second semiconductor film,
The distance L1 between the end of said the end portion of the first semiconductor layer a second semiconductor layer, said first semiconductor film and the source, the distance L2 between the drain electrode is L1> Ri L2 Der,
A semiconductor device in which the mobility of carriers is 30.7 cm 2 /Vs or higher .
前記第1半導体膜のキャリア密度は、1×1018cm−3以上1×1021cm−3以下であり、前記第2半導体膜のキャリア密度は、1×1015cm−3以上1×1017cm−3以下である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The carrier density of the first semiconductor film is 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 21 cm −3 or less, and the carrier density of the second semiconductor film is 1×10 15 cm −3 or more 1×10. A semiconductor device having a density of 17 cm −3 or less.
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して形成された第1金属酸化物を含有する半導体からなる第1半導体膜と、
前記第1半導体膜上に形成された第2金属酸化物を含有する半導体からなる第2半導体膜と、
前記第2半導体膜上に形成され、前記第2半導体膜の側壁を覆うソース、ドレイン電極と、
を有し、
前記第1金属酸化物は、少なくともITO(インジウム錫複合酸化物)、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)およびIGZO(インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)のいずれかを含有し、
前記第2金属酸化物は、少なくともZTO(亜鉛錫複合酸化物)を含有し、In元素を含まず、
前記第1半導体膜の端部と、前記ソース、ドレイン電極との間が離間しており、
前記第2半導体膜下において、前記第1半導体膜の端部と、前記ソース、ドレイン電極との間に、空隙を有し、
前記第1半導体膜の端部と前記第2半導体膜の端部との間の距離L1と、前記第1半導体膜と前記ソース、ドレイン電極との距離L2がL1>L2であり、
キャリアの移動度が30.7cm 2 /Vs以上である、半導体装置。 A gate electrode formed on the substrate,
A first semiconductor film made of a semiconductor containing a first metal oxide formed on the gate electrode via a gate insulating film;
A second semiconductor film made of a semiconductor containing a second metal oxide formed on the first semiconductor film;
Source and drain electrodes formed on the second semiconductor film and covering sidewalls of the second semiconductor film;
Have
The first metal oxide contains at least one of ITO (indium tin composite oxide), IZO (indium zinc composite oxide) and IGZO (indium gallium zinc composite oxide) ,
The second metal oxide contains at least ZTO (zinc tin composite oxide) , does not contain In element,
The end portion of the first semiconductor film is separated from the source and drain electrodes,
Under the second semiconductor film, there is a gap between the end of the first semiconductor film and the source and drain electrodes,
The distance L1 between the end of said the end portion of the first semiconductor layer a second semiconductor layer, said first semiconductor film and the source, the distance L2 between the drain electrode is L1> Ri L2 Der,
A semiconductor device in which the mobility of carriers is 30.7 cm 2 /Vs or higher .
前記第1半導体膜のキャリア密度は、1×1018cm−3以上1×1021cm−3以下であり、前記第2半導体膜のキャリア密度は、1×1015cm−3以上1×1017cm−3以下である、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 ,
The carrier density of the first semiconductor film is 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 21 cm −3 or less, and the carrier density of the second semiconductor film is 1×10 15 cm −3 or more 1×10. A semiconductor device having a density of 17 cm −3 or less.
(b)前記ゲート電極上に、ゲート絶縁膜を介して、第1金属酸化物を含有する半導体からなる第1半導体膜を形成する工程、
(c)前記第1半導体膜上に、第2金属酸化物を含有する半導体からなる第2半導体膜を形成する工程、
(d)前記第1半導体膜および前記第2半導体膜の積層膜をエッチングする工程であって、
(d1)前記積層膜を第1エッチング液でエッチングする工程、
(d2)前記(d1)工程の後、前記第1半導体膜の端部が、前記第2半導体膜の端部より、後退するように、前記積層膜の側壁から第1半導体膜を第2エッチング液でエッチングする工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第2半導体膜上に、導電性膜を形成し、パターニングすることによりソース、ドレイン電極を形成し、前記第2半導体膜下であって、前記第1半導体膜の端部と、前記ソース、ドレイン電極との間に、空隙を形成する工程、
を有し、
前記第1金属酸化物は、少なくともITO(インジウム錫複合酸化物)、IZO(インジウム亜鉛複合酸化物)およびIGZO(インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)のいずれかを含有し、
前記第2金属酸化物は、少なくともZTO(亜鉛錫複合酸化物)を含有し、In元素を含まず、
前記第1半導体膜の端部と前記第2半導体膜の端部との間の距離L1と、前記第1半導体膜と前記ソース、ドレイン電極との距離L2がL1>L2であり、
キャリアの移動度が30.7cm 2 /Vs以上である、半導体装置の製造方法。 (A) a step of forming a gate electrode on the substrate,
(B) a step of forming a first semiconductor film made of a semiconductor containing a first metal oxide on the gate electrode via a gate insulating film,
(C) forming a second semiconductor film made of a semiconductor containing a second metal oxide on the first semiconductor film;
(D) a step of etching a laminated film of the first semiconductor film and the second semiconductor film,
(D1) a step of etching the laminated film with a first etching liquid,
(D2) After the step (d1), the first semiconductor film is second-etched from the side wall of the stacked film so that the end of the first semiconductor film recedes from the end of the second semiconductor film. Liquid etching process,
(E) After the step (d), a source film and a drain electrode are formed by forming a conductive film on the second semiconductor film and patterning the conductive film. Under the second semiconductor film, 1 a step of forming a gap between the end portion of the semiconductor film and the source and drain electrodes,
Have
The first metal oxide contains at least one of ITO (indium tin composite oxide), IZO (indium zinc composite oxide) and IGZO (indium gallium zinc composite oxide) ,
The second metal oxide contains at least ZTO (zinc tin composite oxide) , does not contain In element,
The distance L1 between the end of said the end portion of the first semiconductor layer a second semiconductor layer, said first semiconductor film and the source, the distance L2 between the drain electrode is L1> Ri L2 Der,
A method for manufacturing a semiconductor device , wherein the mobility of carriers is 30.7 cm 2 /Vs or more .
前記第1エッチング液は、シュウ酸を含有する液である、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first etching liquid is a liquid containing oxalic acid.
前記第2エッチング液は、硝酸、硫酸、塩酸およびフッ酸から選択される酸を含有する液である、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second etching liquid is a liquid containing an acid selected from nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid and hydrofluoric acid.
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