JP5579848B2 - Semiconductor device, liquid crystal display device having semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、微小な半導体デバイスに使用される配線膜の技術分野に係り、特に、酸化物半導体に接触する電極層の技術分野に関する。 The present invention relates to the technical field of a wiring film used for a minute semiconductor device, and more particularly to the technical field of an electrode layer in contact with an oxide semiconductor.
FPD(フラットパネルディスプレイ)や薄膜太陽電池等、近年製造される電気製品は広い基板上にトランジスタを一様に配置する必要があり、そのため、大面積基板に均一な特性の半導体層を形成できる(水素化)アモルファスシリコン等が用いられている。 Recently manufactured electrical products such as FPD (Flat Panel Display) and thin film solar cells require transistors to be uniformly arranged on a wide substrate, and therefore, a semiconductor layer with uniform characteristics can be formed on a large area substrate ( Hydrogenated) amorphous silicon or the like is used.
アモルファスシリコンは低温で形成することができ、他の材料に悪影響を与えないが、移動度が低いという欠点があり、最近は、低温で大面積基板に形成することができ、移動度が高い酸化物半導体が注目されている。 Amorphous silicon can be formed at low temperatures and does not adversely affect other materials, but has the disadvantage of low mobility. Recently, it can be formed on large area substrates at low temperatures and has high mobility. Physical semiconductors are attracting attention.
酸化物半導体でトランジスタを構成する際には、金属薄膜の電極が酸化物半導体と接触するので、酸化物半導体中の酸素が電極の金属と結合し、酸化物半導体中の酸素が電極に引き抜かれることになってしまう。従って酸化物半導体中の酸素が不足し、物性が変わって移動度が低下するという問題がある。
特に、トランジスタ表面に保護膜を形成する際には、酸化物半導体と電極とが高温に加熱されるため、電極による酸素の引き抜きの程度が大きくなる。When a transistor is formed using an oxide semiconductor, since the electrode of the metal thin film is in contact with the oxide semiconductor, oxygen in the oxide semiconductor is combined with the metal of the electrode, and oxygen in the oxide semiconductor is extracted to the electrode. It will be. Therefore, there is a problem that oxygen in the oxide semiconductor is insufficient, the physical properties are changed, and mobility is lowered.
In particular, when a protective film is formed over the transistor surface, the oxide semiconductor and the electrode are heated to a high temperature, so that the degree of oxygen extraction by the electrode is increased.
このような酸素の引き抜きは、酸化物半導体と銅の電極、酸化物半導体とアルミニウムの電極との組み合わせで発生している。酸素の引き抜きは、酸化物半導体と電極との接着強度を向上させるために、酸化物半導体と電極の間にチタン薄膜から成る密着層を設けた場合にも発生している。 Such oxygen extraction is generated by a combination of an oxide semiconductor and a copper electrode, and an oxide semiconductor and an aluminum electrode. Oxygen extraction occurs even when an adhesion layer made of a titanium thin film is provided between the oxide semiconductor and the electrode in order to improve the adhesive strength between the oxide semiconductor and the electrode.
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、電極層が剥離せず、酸化物半導体中の酸素原子は電極中に引き抜かれない電極層を提供することにある。 The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electrode layer in which the electrode layer does not peel and oxygen atoms in the oxide semiconductor are not extracted into the electrode. There is.
上記課題を解決するために、本発明は、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層と接触する電極層とを有する半導体装置であって、前記電極層は、銅薄膜と、前記銅薄膜と前記酸化物半導体層の間に配置され、前記銅薄膜より多く酸素を含有する酸素含有銅薄膜と、を有し、前記酸素含有銅薄膜は、スパッタガスと、前記スパッタガスの圧力に対して3%〜20%の圧力の酸素ガスとを含有するスパッタ雰囲気中で、銅を主成分としたターゲットをスパッタして形成され、前記酸化物半導体層上には、酸化物絶縁薄膜から成るストッパー層が設けられ、前記ストッパー層上には前記電極層が配置され、エッチングにより、前記ストッパー層は除去されずに残り、前記ストッパー層上の前記電極層はエッチング除去され、残った前記電極層から互いに分離され前記酸化物半導体層に接触したソース電極層とドレイン電極層とが形成され、前記銅薄膜は、前記酸素含有銅薄膜より低抵抗である半導体装置である。
本発明は、半導体装置であって、前記ターゲットは、添加金属が銅原子に対して12原子%以下の範囲で含有された半導体装置である。
本発明は、半導体装置であって、前記電極層は、互いに分離されたソース電極層とドレイン電極層を有し、前記ソース電極層と前記ドレイン電極層は、前記酸化物半導体層のソース領域とドレイン領域とにそれぞれ接触し、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域には、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極層が配置されたトランジスタである半導体装置である。
本発明は、上記半導体装置と、画素電極と、前記画素電極上に配置された液晶と、前記液晶上に位置する上部電極とを有し、前記画素電極は前記電極層に電気的に接続された液晶表示装置である。
本発明は、酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層と接触する電極層とを有する半導体装置であって、前記電極層は、前記酸化物半導体層に接触する酸素拡散防止薄膜と、前記酸素拡散防止薄膜よりも低抵抗である高導電性薄膜とから成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記酸素拡散防止薄膜は、添加金属が銅原子数に対して12原子%以下の範囲で含有されたターゲットを、スパッタガスと、前記スパッタガスに対して3%〜20%の圧力の酸素ガスとを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングして形成し、前記酸素拡散防止薄膜上に、前記酸素拡散防止薄膜よりも低抵抗であり、前記酸素拡散防止薄膜に接触した高導電性薄膜を形成する半導体装置の製造方法において、前記酸化物半導体層の表面に酸化物絶縁薄膜を形成し、前記酸化物絶縁薄膜を部分的に除去して前記酸化物絶縁薄膜から成るストッパー層を形成し、前記酸化物絶縁薄膜が除去された部分に、ソース領域の少なくとも一部と、ドレイン領域の少なくとも一部とを露出させて、前記ソース領域の露出部分と前記ドレイン領域の露出部分に接触する前記電極層を形成する半導体装置の製造方法である。
本発明は、半導体装置の製造方法であって、前記高導電性薄膜は、前記酸素拡散防止薄膜を形成した前記ターゲットをスパッタして形成する半導体装置の製造方法である。
本発明は、半導体装置の製造方法であって、前記酸化物半導体層の前記ソース領域と前記ドレイン領域の間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を配置しておき、前記酸化物半導体層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とを露出させた状態で、前記電極層の前記酸素拡散防止薄膜を、前記ソース領域と前記ドレイン領域に接触させて形成する半導体装置の製造方法である。
In order to solve the above problems, the present invention provides a semiconductor device having an oxide semiconductor layer and an electrode layer in contact with the oxide semiconductor layer, wherein the electrode layer includes a copper thin film, the copper thin film, An oxygen-containing copper thin film disposed between the oxide semiconductor layers and containing more oxygen than the copper thin film, wherein the oxygen-containing copper thin film has a sputtering gas and a pressure of 3 for the sputtering gas pressure. Sputtering is performed using a target mainly composed of copper in a sputtering atmosphere containing oxygen gas at a pressure of 20% to 20%. A stopper layer made of an oxide insulating thin film is formed on the oxide semiconductor layer. The electrode layer is provided on the stopper layer, and the stopper layer remains without being removed by etching, and the electrode layer on the stopper layer is removed by etching, from the remaining electrode layer. A source electrode layer and the drain electrode layer is separated into had been in contact with the oxide semiconductor layer is formed, the copper thin film is a semiconductor device which is a low-resistance than the oxygen-containing copper film.
This invention is a semiconductor device, Comprising: The said target is a semiconductor device with which the addition metal contained in the range of 12 atomic% or less with respect to the copper atom.
The present invention is a semiconductor device, wherein the electrode layer includes a source electrode layer and a drain electrode layer separated from each other, and the source electrode layer and the drain electrode layer are formed from a source region of the oxide semiconductor layer. The semiconductor device is a transistor that is in contact with a drain region, and in which a gate electrode layer is disposed in a channel region between the source region and the drain region with a gate insulating film interposed therebetween.
The present invention includes the above semiconductor device, a pixel electrode, a liquid crystal disposed on the pixel electrode, and an upper electrode positioned on the liquid crystal, and the pixel electrode is electrically connected to the electrode layer. A liquid crystal display device.
The present invention is a semiconductor device having an oxide semiconductor layer and an electrode layer in contact with the oxide semiconductor layer, wherein the electrode layer includes an oxygen diffusion prevention thin film in contact with the oxide semiconductor layer, and the oxygen layer A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device comprising a highly conductive thin film having a lower resistance than a diffusion preventing thin film, wherein the oxygen diffusion preventing thin film has an additive metal of 12 atomic% or less with respect to the number of copper atoms The target contained in the range of is formed by sputtering in a sputtering atmosphere containing a sputtering gas and an oxygen gas having a pressure of 3% to 20% with respect to the sputtering gas, and is formed on the oxygen diffusion prevention thin film. a lower resistance than the oxygen diffusion preventing film, in the method of manufacturing a semiconductor device for forming a highly conductive thin film in contact with the oxygen diffusion preventing film, acid on the surface of the oxide semiconductor layer Forming a material insulating thin film, partially removing the oxide insulating thin film to form a stopper layer made of the oxide insulating thin film, and at least part of the source region in the portion from which the oxide insulating thin film has been removed And at least a part of the drain region, and the electrode layer that contacts the exposed part of the source region and the exposed part of the drain region is formed .
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the highly conductive thin film is formed by sputtering the target on which the oxygen diffusion prevention thin film is formed .
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a gate insulating film is formed on a channel region between the source region and the drain region of the oxide semiconductor layer, and a gate electrode layer is formed on the gate insulating film. The oxygen diffusion prevention thin film of the electrode layer is formed in contact with the source region and the drain region in a state where the source region and the drain region of the oxide semiconductor layer are exposed. A method for manufacturing a semiconductor device.
本発明の酸素拡散防止薄膜により、電極層と酸化物半導体との間の界面付近における酸素の濃度勾配が緩和されるので、酸化物半導体から電極層への拡散移動が防止され、酸化物半導体の組成の変化が抑制される。
銅を主成分とする薄膜(以下、銅薄膜)で、電極層中の高導電率の薄膜(高導電性薄膜)を構成する場合は、銅薄膜はドライエッチングが難しいことから、一般的にウェットエッチング法が用いられており、本発明の酸素拡散防止薄膜は、銅を主成分とし、高導電率の薄膜と同じエッチング液でエッチングできるため、一回のエッチング工程で電極をパターニング形成することができる。The oxygen diffusion prevention thin film of the present invention relaxes the oxygen concentration gradient in the vicinity of the interface between the electrode layer and the oxide semiconductor, so that diffusion transfer from the oxide semiconductor to the electrode layer is prevented, and the oxide semiconductor Changes in composition are suppressed.
When a thin film composed mainly of copper (hereinafter referred to as a copper thin film) is used to form a thin film with high conductivity in the electrode layer (high conductive thin film), the copper thin film is generally wet because it is difficult to dry-etch. The etching method is used, and the oxygen diffusion prevention thin film of the present invention is mainly composed of copper and can be etched with the same etching solution as the high conductivity thin film. Therefore, the electrode can be patterned by a single etching process. it can.
層間絶縁膜やゲート絶縁膜に形成された接続孔の内周面に電極層が接触する場合でも、本発明の電極層中の高導電性薄膜は、酸素拡散防止薄膜を介して層間絶縁膜やゲート絶縁膜に接触しているので、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜から電極薄膜への酸素原子の拡散は生じない。
銅薄膜と酸素拡散防止薄膜は同じエッチング液でエッチングすることができる。Even when the electrode layer is in contact with the inner peripheral surface of the connection hole formed in the interlayer insulating film or the gate insulating film, the highly conductive thin film in the electrode layer of the present invention has an interlayer insulating film or Since it is in contact with the gate insulating film, diffusion of oxygen atoms from the gate insulating film or the interlayer insulating film to the electrode thin film does not occur.
The copper thin film and the oxygen diffusion preventing thin film can be etched with the same etching solution.
IGZO薄膜(InGaZnOx薄膜)は、移動度が高いという優れた電気特性を持ち、また、可視光を透過させる光学特性を有し、透明膜を形成できる。
また、アモルファスの場合は、IGZO薄膜は、室温から150℃という低温で成膜することができ、プラスチックスの基板上に形成できることから、フレキシブルデバイスの材料にも適している。
本発明の実施例では、酸化物半導体としてアモルファスIGZO薄膜を採用し、電極材料には、銅を主成分としている。
図5は、本発明の実施例の液晶表示装置であり、本発明の第一例のトランジスタ11の断面図が、液晶表示部と共に示されている。
このトランジスタ11を説明すると、該トランジスタ11では、ガラス基板31の表面に細長のゲート電極層32が配置されており、ゲート電極層32上には、少なくとも幅方向に亘り、ゲート電極層32を覆うように、ゲート絶縁膜33が配置されている。The IGZO thin film (InGaZnO x thin film) has excellent electrical characteristics such as high mobility, and has optical characteristics that allow visible light to pass therethrough, so that a transparent film can be formed.
In the case of amorphous, the IGZO thin film can be formed at a low temperature of room temperature to 150 ° C., and can be formed on a plastic substrate, so that it is also suitable as a material for flexible devices.
In the embodiment of the present invention, an amorphous IGZO thin film is employed as the oxide semiconductor, and the electrode material is mainly composed of copper.
FIG. 5 shows a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view of the
The
ゲート絶縁膜33上には、酸化物半導体層34が配置され酸化物半導体層34上に、幅方向の両端に互いに分離して、ソース電極層51とドレイン電極層52とが形成されている。
ソース電極層51とドレイン電極層52の間には凹部55が設けられ、この凹部55によってソース電極層51とドレイン電極層52とは分離された状態で、ソース電極層51とドレイン電極層52とは、それぞれ酸化物半導体層34に接続されている。
ソース電極層51とドレイン電極層52は、本発明の電極層である。
ソース電極層51とドレイン電極層52は、酸化物半導体層34上に形成された酸素拡散防止薄膜37と、酸素拡散防止薄膜37と接する高導電性薄膜38を有している。高導電性薄膜38は酸化物半導体層34と接しないことが好ましい。酸素拡散防止薄膜37は、酸素含有銅薄膜であり、高導電性薄膜38は、銅薄膜である。酸素含有銅薄膜は、銅を主成分とし酸素を含有する膜である。銅薄膜は、銅を主成分とし、酸素含有銅薄膜より酸素含有量が低く、抵抗が低い膜である。An
A
The
The
符号36は、ストッパー層である。
ソース電極層51とドレイン電極層52は、後述する銅が主成分の二層構造の積層型電極層40(図3(a))によって構成されており、凹部55は、その積層型電極層40の部分的エッチングによって形成されている。この凹部55が形成される部分の積層型電極層40の下方位置には、ストッパー層36が配置され、積層型電極層40がエッチング除去されても、エッチング液はストッパー層36に接触しても、ストッパー層36よりも下方に位置する酸化物半導体層34には接触しないようにされている。
ソース電極層51上と、ドレイン電極層52上と、その間の凹部55上には、水分等の侵入防止のため、保護膜41が形成されており、凹部55の部分では、酸化物半導体層34上のストッパー層36には、保護膜41が接触している。
The
A
液晶表示領域14には画素電極82が配置されており、画素電極82上には液晶83が配置されている。液晶83上には上部電極81が位置しており、画素電極82と上部電極81との間に電圧が印加されると液晶83の配向が変化し、液晶83を通る光の偏光性が変わる。
光の偏向性が変わると、光の偏光性と偏光フィルタの偏向性との間の関係がかわるから、偏光フィルタを透光していた光が遮蔽され、又は、偏光フィルタに遮蔽されていた光が透光する。
このように、光の偏光性が変わると透光状態と遮光状態との間を切換えることができ、光の偏光性を変化させることで、光の透光状態と遮光状態とを制御することができる。
画素電極82はソース電極層51やドレイン電極層52と電気的に接続されており、トランジスタ11がON・OFFすることで、画素電極82への電圧印加の開始・終了が行われる。A
When the light polarization changes, the relationship between the light polarization and the polarization filter polarization changes, so the light that has been transmitted through the polarization filter is blocked, or the light that is blocked by the polarization filter. Is translucent.
In this way, when the light polarization property changes, the light transmission state and the light shielding state can be switched, and the light light transmission state and the light shielding state can be controlled by changing the light polarization property. it can.
The
ここでは画素電極82は、ドレイン電極層52に接続された配線層42の一部から成っている。配線層42は透明導電層であり、例えば、ITOで構成されている。配線層42は、ゲート電極層32を構成する薄膜と同じ薄膜から成る配線層84に接続されている。
Here, the
このトランジスタ11の製造工程を説明する。
このトランジスタ11は、先ず、ガラス基板31上に、スパッタ法や蒸着法等の真空薄膜形成方法によって第一の導電性薄膜を形成し、第一の導電性薄膜をパターニングして図1(a)に示すように、ゲート電極層32を形成する。第一の導電性薄膜には、ガラスとの密着性が高い金属薄膜等を用いることができる。A manufacturing process of the
In the
第一の導電性薄膜のパターニングによってゲート電極層32が形成されると、ゲート電極層32が位置する部分以外はガラス基板表面が露出する。
図1(b)に示すように、ガラス基板31とゲート電極層32の表面に、SiO2、SiNx等のゲート絶縁膜33を形成する。このゲート絶縁膜33は、必要な平面形状にパターニングする。When the
As shown in FIG. 1B, a
次に、ゲート絶縁膜33上に酸化物半導体の薄膜を形成し、パターニングして、図1(c)に示すように、パターニングされた酸化物半導体の薄膜から成る酸化物半導体層34を形成する。
次いで、図2(a)に示すように、酸化物半導体層34の表面と、酸化物半導体層34の間に露出するゲート絶縁膜33の表面に亘って酸化物絶縁薄膜35を形成し、図2(b)に示すように、その酸化物絶縁薄膜35をパターニングして、酸化物絶縁薄膜から成るストッパー層36を形成する。Next, an oxide semiconductor thin film is formed on the
Next, as shown in FIG. 2A, an oxide insulating
そして図2(b)の状態の処理対象物80では、ストッパー層36の表面と、酸化物半導体層34のソース領域の部分の表面と、ドレイン領域の部分の表面とが露出しており、ストッパー層36は他の部分の表面を覆っている。
上述したように、後の工程で、積層型電極層40を除去して凹部55を形成する部分の積層型電極層40の下方位置には、ストッパ層36が配置されている。
この処理対象物80をスパッタ装置の内部の真空雰囲気中に搬入し、スパッタ装置の真空雰囲気中にスパッタリングガス(Arガス)と酸素ガスとを導入する。
スパッタ装置の内部を、酸素が含有されたスパッタリング雰囲気にし、スパッタ装置内に配置され、銅を主成分(88at%以上)として含有する銅ターゲット(銅原子を100原子%としたとき、銅とは異なる金属である金属添加物を12原子%以下の範囲で含有するターゲットであり、金属添加物を含有しない純銅のターゲットを含む)を、スパッタ装置の内部に、スパッタリングガスと酸素ガスを導入しながらスパッタし、ストッパー層36の表面と、酸化物半導体層34のソース領域71及びドレイン領域72の露出部分の表面とに接触する酸素拡散防止薄膜37を形成する。スパッタリングガスは、アルゴンガス等の希ガスである。
この酸素拡散防止薄膜37の銅と金属添加物との比率はターゲット中の銅と金属添加物の比率と同じ値であるが、銅と金属添加物(金属添加物が0原子%の場合を含む)のターゲットが酸素ガスを含む雰囲気中でスパッタされるため、酸素が銅と結合して酸化銅が生成され、酸素拡散防止薄膜37中には酸化銅が含有される。酸素拡散防止薄膜37は、高導電性薄膜38よりも含有する酸素の濃度は高い。
次に、酸素ガスの導入を停止し、スパッタリングガスを導入しながら酸素拡散防止薄膜37を形成したときの銅ターゲットをスパッタリングし、図3(a)に示すように、酸素拡散防止薄膜37の表面に、銅原子を88原子%以上含有する高導電性薄膜38を形成し、酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38とから成る積層型電極層40を形成する。
スパッタリングによる高導電性薄膜38の形成の際には、酸素ガスはスパッタリング雰囲気中に導入されておらず、高導電性薄膜38中には酸化銅は発生しないので高導電性薄膜38の導電率は高い。
酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38の、銅に対する金属添加物の割合は、それらを形成したターゲットの割合と同じ、もしくは高導電性薄膜のみ純銅を用いてもよい。2B, the surface of the
As described above, the
This
The inside of the sputtering apparatus is made into a sputtering atmosphere containing oxygen, and is placed in the sputtering apparatus and contains a copper target containing copper as a main component (88 at% or more). A target containing a metal additive that is a different metal in a range of 12 atomic% or less, including a pure copper target that does not contain a metal additive), while introducing a sputtering gas and an oxygen gas into the inside of the sputtering apparatus Sputtering is performed to form an oxygen diffusion prevention
The ratio of copper to metal additive in this oxygen diffusion prevention
Next, the introduction of the oxygen gas is stopped, and the copper target when the oxygen diffusion prevention
When forming the highly conductive
The ratio of the metal additive to the copper in the oxygen diffusion prevention
このように、本発明では、高導電性薄膜38と酸化物半導体層34の間には、酸素拡散防止薄膜37が配置されており、高導電性薄膜38は酸化物半導体層34とは接触しない。積層型電極層40と酸化物半導体層34との間の酸素の濃度差は、高導電性薄膜38が酸化物半導体層34と接触する場合よりも、酸素拡散防止薄膜37が酸化物半導体層34と接触する場合の方が小さくなっており、酸化物半導体層34から積層型電極層40への酸素の拡散が防止される。
Thus, in the present invention, the oxygen diffusion prevention
また、酸素拡散防止薄膜37は、酸素を含有することから、酸素拡散防止薄膜37の酸化物に対する密着性は高く、積層型電極層40は酸化物半導体層34や、他の酸化物の薄膜から剥離しない。また、酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38の両方とも、銅が88原子%以上含有されており、酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38とは同じ金属を主成分として含有しているので、互いの薄膜の間の密着性も高い。従って、高導電性薄膜38が酸素拡散防止薄膜37から剥離することもない。
酸素拡散防止薄膜37は、ストッパー層36や、酸化物半導体層34の表面にも形成されており、高導電性薄膜38は酸素拡散防止薄膜37の表面に形成されている。従って、積層型電極層40は、ストッパー層36や酸化物半導体層34から剥離することはない。Further, since the oxygen diffusion preventing
The oxygen diffusion prevention
また、酸素拡散防止薄膜37は、銅原子に対するバリア機能を有しており、酸素拡散防止薄膜37から酸化物半導体層34内に銅原子は拡散せず、また、高導電性薄膜38と酸化物半導体層34の間には酸素拡散防止薄膜37が位置しているから、高導電性薄膜38中の銅原子は拡散を酸素拡散防止薄膜37で阻止され、酸化物半導体層34中への銅原子拡散が防止されている。
酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38とが形成された後、高導電性薄膜38表面にレジスト膜を形成し、レジスト膜をパターニングし、高導電性薄膜38表面の、ソース領域71の上の位置と、ドレイン領域72の上の位置とに、レジスト膜を配置する。図3(b)の符号39は、そのレジスト膜を示している。The oxygen diffusion prevention
After the oxygen diffusion prevention
この状態で、銅等の金属を溶解させるエッチング液に浸漬すると、レジスト膜39の間に露出した高導電性薄膜38と、高導電性薄膜38の露出部分直下に位置する酸素拡散防止薄膜37とがエッチング液によってエッチングされる。
その結果、積層型電極層40は、レジスト膜39で覆われたソース領域71上の部分とドレイン領域72上の部分だけが残り、図3(c)に示すように、ソース領域71上で残った酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38とによってソース電極層51が形成され、ドレイン領域72上で残った酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38とによってドレイン電極層52が形成される。
ソース電極層51とドレイン電極層52は互いに離間されており、ゲート電極層32の一端上にソース電極層51の一部が位置し、他端上にドレイン電極層52の一部が位置している。ソース電極層51の縁部分と、ドレイン電極層52の縁部分は、ストッパー層36上に乗っている。In this state, when immersed in an etching solution that dissolves a metal such as copper, the highly conductive
As a result, the stacked
The
酸化物半導体層34の、ソース領域71とドレイン領域72の間がチャネル領域73であり、ゲート電極層32は、ゲート絶縁膜33を挟んでチャネル領域73と対向する位置にある。この状態では、酸化物半導体層34と、ゲート絶縁膜33と、ゲート・ソース・ドレイン電極層32、51、52とでトランジスタ11が構成されている。
Between the
次いで、図4(a)に示すようにレジスト膜39を除去し、図4(b)に示すようにSiNxやSiO2等の絶縁膜から成る保護膜41を形成し、図5に示すように保護膜41にヴィアホールやコンタクトホール等の接続孔43を形成し、接続孔43底面に露出するソース電極層51やドレイン電極層52等と他の素子の電極層との間をパターニングした配線層42で接続し、ゲート・ソース・ドレイン電極層32、51、52に電圧を印加できるようになると、トランジスタ11は動作することができるようになる。符号83は液晶であり、符号81は上部電極であり、後工程で配置される。
以上は、酸化物半導体層34を浸食するエッチング液を用いて高導電性薄膜38と酸素拡散防止薄膜37とをエッチングしたため、ストッパー層36によってエッチング液を酸化物半導体層34に接触させないようにしていたが、酸化物半導体層34を浸食しないエッチング液を用いる場合は、酸化物半導体層34はエッチング液に接触できるのでストッパー層36は不要である。Next, as shown in FIG. 4A, the resist
As described above, since the highly conductive
その例を説明すると、図6(c)は、液晶表示装置の一部であり、ストッパー層36を有さないトランジスタ12が示されている。液晶表示領域は省略されている。
ストッパー層36を有さないトランジスタ12の形成工程を説明すると、図6(a)を参照し、同図は、ゲート絶縁膜33上に、パターニングされた酸化物半導体層34を形成する。
次いで、酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38をこの順序で形成して積層させ、積層型電極層40を構成し、酸化物半導体層34のソース領域71上の積層型電極層40の高導電性薄膜38表面とドレイン領域72上の積層型電極層40の高導電性薄膜38表面とにレジスト膜39を配置した状態で、酸化物半導体層34を浸食しないエッチング液に浸漬し、高導電性薄膜38と酸素拡散防止薄膜37のうちのレジスト膜39で覆われていない部分をエッチング除去する。(図6(b))
このとき、酸化物半導体層34とエッチング液が接触するが、酸化物半導体層34は浸食されない。
For example, FIG. 6C shows the
A process of forming the
Next, the oxygen diffusion prevention
At this time, the
レジスト膜39除去後、図6(c)に示すように、保護膜41に接続孔43を形成して配線をソース電極層51やドレイン電極層52に接続すると、ストッパー層36を有さないトランジスタ12が動作できる状態になる。
このトランジスタ12では、ガラス基板31側から、ゲート電極層32、ゲート絶縁膜33、酸化物半導体層34、ソース・ドレイン電極層51、52がこの順序で位置しており、ボトムゲート型のトランジスタであるが、本発明は、図7に示すようなトップゲート型のトランジスタ13であってもよい。After removing the resist
In the
このトランジスタ13は、ガラス基板31上に、部分的に酸化物半導体層34が形成されており、酸化物半導体層34と、酸化物半導体層34間に露出するガラス基板31上にゲート絶縁膜33が形成されている。
In this
ゲート絶縁膜33のうちのチャネル領域73上の部分には、ゲート電極層32が配置されており、ゲート絶縁膜33上には、ゲート電極層32を覆うように、酸化物から成る薄膜である層間絶縁層61が配置されている。
ゲート絶縁膜33と層間絶縁層61のソース領域71上の部分とドレイン領域72上の部分とには、接続孔43が形成されている。層間絶縁層61上には、接続孔43の底部にソース領域71表面とドレイン領域72表面とが露出された状態で、酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38がこの順序で積層形成され、二層構造の積層型電極層が構成されている。
A
A
この積層型電極層はパターニングされており、酸素拡散防止薄膜37がソース領域71表面と接触したソース電極層51と、ドレイン領域72表面と接触し、ソース電極層51とは分離されたドレイン電極層52とが形成され、トランジスタ13が構成されている。
なお、ソース電極層51とドレイン電極層52と、その間に露出された層間絶縁層61上には保護膜41が形成されている。
The stacked electrode layer is patterned, and the
A
このトランジスタ13でも、高導電性薄膜38は層間絶縁層61等の酸化物から成る絶縁膜や、酸化物半導体層34には直接接触しておらず、酸素拡散防止薄膜37を介して接触するようになっており、酸素拡散防止薄膜37の高い密着力によって高導電性薄膜38は剥離せず、また、酸素拡散防止薄膜37のバリア特性によって、高導電性薄膜38中や酸素拡散防止薄膜37中の銅原子は、絶縁膜や酸化物半導体層34内に拡散しないようになっている。
Also in this
以下の実施例や比較例では、酸化物半導体にはInGaZnOを用いた。酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38は、スパッタリング法により形成した。スパッタリングガスにはアルゴンガスを用い、酸化ガスには、酸素を用いた。
本発明の実施例として、表1〜表3中の、番号1〜13で示した組成の酸素拡散防止薄膜37と高導電性薄膜38から成る積層型電極層40を形成し、積層型電極層40と酸化物半導体層34の密着性と、酸化物半導体層34の酸素引き抜き発生(還元発生)の有無を検査した。
密着性は、積層型電極層40の表面に所定個数の接着テープを貼付した後、各接着テープを引き剥がし、接着テープに積層型電極層40が付着したか否かで判断した。
還元発生の有無は、積層型電極層40と酸化物半導体層34を二次イオン分析(SIMS)し、積層型電極層40表面から酸化物半導体層34の内部までの酸素濃度を測定し、深さ方向の酸素含有量の変化と酸化銅の含有量の変化から還元性の有無を判断した。
表1〜3の「膜構成」の欄には、「/」の左側に高導電性薄膜38の構成材料が示され、右側に、酸素拡散防止薄膜37の構成材料が示されている。
表1〜3の1〜13に記載された「膜構成」から分かるように、高導電性薄膜38は純銅の薄膜で構成されており、高導電性薄膜38を形成したターゲットもCu100原子%である。
酸素拡散防止薄膜37の構成材料は、酸素を含まない場合と含む場合の両方が示されており、銅と金属添加物、又は銅と金属添加物と酸素である。
「合金添加量 at%」の欄には、酸素拡散防止薄膜37の、銅を100原子%としたときの金属添加物の含有割合(原子%)が示されており、酸素拡散防止薄膜37を形成したターゲットの銅と金属添加物の割合もこの値である。
「酸素添加量 %」の欄には、スパッタリングの際の、スパッタリングガス圧力に対する酸素ガスの圧力が示されている。酸素添加量がA%のとき、「スパッタガス(アルゴンガス)圧力:酸素ガス圧力=100:A」である。
「IGZO膜との密着性」の欄は、密着性の検査結果であり、「as depo.」は、積層型電極層40の形成後、加熱する前の測定による検査結果であり、「400℃ aneal」は、保護膜41の形成条件を模擬し、保護膜41を形成せずに、酸化物半導体層34と積層型電極層40とが形成された測定対象物を、保護膜41の形成温度(ここでは400℃)に加熱した後の測定による検査結果である。
引き剥がした接着テープに積層型電極層40が付着したことにより、密着性が悪いと判断すべきものを×、接着テープに積層型電極層40が付着しなかったことにより、密着性が高いと判断すべきものを○にして記載した。
「IGZO膜の還元発生有無」については、保護膜41の形成温度(ここでは400℃)に加熱した後の測定であり、還元が発生したと判断すべきものを×、還元の発生は無かったと判断すべきものを○にして記載してある。In the following examples and comparative examples, InGaZnO was used for the oxide semiconductor. The oxygen diffusion prevention
As an example of the present invention, a
Adhesion was judged by applying a predetermined number of adhesive tapes on the surface of the
The presence or absence of reduction is determined by performing secondary ion analysis (SIMS) on the stacked
In the column of “film configuration” in Tables 1 to 3, the constituent material of the highly conductive
As can be seen from the “film configuration” described in 1 to 13 of Tables 1 to 3, the highly conductive
The constituent materials of the oxygen diffusion prevention
In the column of “Alloy addition amount at%”, the content ratio (atomic%) of the metal additive when the copper content is 100 atomic% in the oxygen diffusion preventing
In the column of “oxygen addition amount%”, the pressure of the oxygen gas with respect to the sputtering gas pressure at the time of sputtering is shown. When the amount of oxygen added is A%, “sputtering gas (argon gas) pressure: oxygen gas pressure = 100: A”.
The column of “Adhesion with IGZO film” is an inspection result of the adhesion, and “as depo.” Is an inspection result by measurement after formation of the stacked
What was to be judged as having poor adhesion due to adhesion of the
“Presence / absence of reduction of IGZO film” is a measurement after heating to the formation temperature of protective film 41 (here, 400 ° C.). What should be done is marked with a circle.
表1〜3に示されているように、金属添加物が、Mg(番号2)の積層型電極層40は、「IGZO膜との密着性」と「IGZO膜の還元発生有無」が全部○に成るのは、「合金添加量 at%」が1以上、且つ、「酸素添加量 %」が3以上の場合であり、Al(番号3)の積層型電極層40については、それぞれ5以上、3以上であり、各表1〜3から、各金属添加物の「合金添加量 at%」と「酸素添加量 %」の必要な値の最低値が読み取れる。
純銅の場合でも、「酸素添加量 %」の値が5(圧力%)以上であれば、密着性が高く、還元反応は発生しなくなるから、金属添加物の有無に拘わらず、酸素添加量5圧力%が酸素添加量の最小値になる。
番号2、5の場合、金属添加物を最低1原子%含有させれば、酸素含有量は最低3圧力%でよい。
また、金属添加物の最大の含有量は、MgとAlを含有番号4の膜構成のときであり、Mgは2原子%、Alは10原子%の合計量12%が最大値となる。この金属添加物の含有量の最大値であるときは、銅の含有量は、最小値の88原子%となる。
番号4の膜構成を除外したときには、金属添加物の含有量の最大値は、番号2、3の膜構成の5原子%となり、その場合には、銅の含有率の最小値は95原子%となる。
As shown in Tables 1 to 3, the
Even in the case of pure copper, if the value of “oxygen addition%” is 5 ( pressure %) or more, the adhesion is high and the reduction reaction does not occur. Pressure % is the minimum value of oxygen addition.
In the case of Nos. 2 and 5, if the metal additive is contained at least 1 atomic%, the oxygen content may be at least 3 pressure %.
Further, the maximum content of the metal additive is in the case of a film configuration containing Mg and Al, and the total value of 12% of Mg is 2 atomic% and Al is 10 atomic%. When it is the maximum value of the content of the metal additive, the copper content is the minimum value of 88 atomic%.
When the film configuration of No. 4 is excluded, the maximum value of the metal additive content is 5 atomic% of the film configurations of No. 2 and 3, and in this case, the minimum value of the copper content is 95 atomic% It becomes.
なお、各番号1〜13の種類の金属添加物において、「酸素添加量 %」は、20以上であっても「IGZO膜との密着性」と「IGZO膜の還元発生有無」の検査結果は○(良)になると予想されるが、抵抗値が大きくなって好ましくないので、最大値は20にすることが考えられる。 In addition, in the types of metal additives numbered 1 to 13, even when the “oxygen addition%” is 20 or more, the test results of “adhesion with the IGZO film” and “reduction occurrence of the IGZO film” are Although it is expected to be good (good), the resistance value increases, which is not preferable, so the maximum value may be 20.
上記酸化物半導体はInGaZnOであったが、本発明はそれに限定されるものではなく、ZnOやSnO2等の酸化物半導体も含まれる。The oxide semiconductor is InGaZnO, but the present invention is not limited to this, and includes oxide semiconductors such as ZnO and SnO 2 .
また、本発明の酸素拡散防止薄膜は、スパッタ法によって形成する形成方法に限定されず、蒸着法等の他の成膜方法によって形成されたものも含まれる。 Moreover, the oxygen diffusion prevention thin film of the present invention is not limited to the formation method formed by the sputtering method, and includes those formed by other film formation methods such as an evaporation method.
また、酸素拡散防止薄膜37が接触する酸化物から成る絶縁膜(一例として上記ストッパー層36)はSiO2膜であったが、本発明はそれに限定されるものではなく、酸化物から成る絶縁膜には、酸化物を含有する薄膜も含まれる。本発明の絶縁膜には例えばSiON膜、SiOC膜、SiOF膜、Al2O3膜、Ta2O5膜、HfO2膜、ZrO2膜が含まれる。In addition, although the insulating film made of an oxide with which the oxygen diffusion prevention
11、12、13……トランジスタ
31……ガラス基板
32……ゲート電極層
33……ゲート絶縁膜
34……酸化物半導体層
36……ストッパー層
37……酸素拡散防止薄膜
38……高導電性薄膜
43……接続孔
51……ソース電極層
52……ドレイン電極層
61……層間絶縁層
71……ソース領域
72……ドレイン領域
73……チャネル領域
81……上部電極
82……画素電極
83……液晶
11, 12, 13 ...
Claims (7)
前記酸化物半導体層と接触する電極層とを有する半導体装置であって、
前記電極層は、銅薄膜と、前記銅薄膜と前記酸化物半導体層の間に配置され、前記銅薄膜より多く酸素を含有する酸素含有銅薄膜と、を有し、
前記酸素含有銅薄膜は、スパッタガスと、前記スパッタガスの圧力に対して3%〜20%の圧力の酸素ガスとを含有するスパッタ雰囲気中で、銅を主成分としたターゲットをスパッタして形成され、
前記酸化物半導体層上には、酸化物絶縁薄膜から成るストッパー層が設けられ、前記ストッパー層上には前記電極層が配置され、エッチングにより、前記ストッパー層は除去されずに残り、前記ストッパー層上の前記電極層はエッチング除去され、残った前記電極層から互いに分離され前記酸化物半導体層に接触したソース電極層とドレイン電極層とが形成され、
前記銅薄膜は、前記酸素含有銅薄膜より低抵抗である半導体装置。 An oxide semiconductor layer;
A semiconductor device having an electrode layer in contact with the oxide semiconductor layer,
The electrode layer has a copper thin film, an oxygen-containing copper thin film that is disposed between the copper thin film and the oxide semiconductor layer and contains more oxygen than the copper thin film,
The oxygen-containing copper thin film is formed by sputtering a target mainly composed of copper in a sputtering atmosphere containing a sputtering gas and an oxygen gas having a pressure of 3% to 20% with respect to the pressure of the sputtering gas. And
A stopper layer made of an oxide insulating thin film is provided on the oxide semiconductor layer, the electrode layer is disposed on the stopper layer, and the stopper layer remains without being removed by etching. The upper electrode layer is etched away to form a source electrode layer and a drain electrode layer that are separated from the remaining electrode layer and are in contact with the oxide semiconductor layer,
The said copper thin film is a semiconductor device whose resistance is lower than the said oxygen containing copper thin film.
前記ソース電極層と前記ドレイン電極層は、前記酸化物半導体層のソース領域とドレイン領域とにそれぞれ接触し、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域には、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極層が配置されたトランジスタである請求項1又は請求項2のいずれか1項記載の半導体装置。 The electrode layer has a source electrode layer and a drain electrode layer separated from each other,
The source electrode layer and the drain electrode layer are in contact with the source region and the drain region of the oxide semiconductor layer, respectively.
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate electrode layer is disposed in a channel region between the source region and the drain region with a gate insulating film interposed therebetween. .
前記画素電極は前記電極層に電気的に接続された液晶表示装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, a pixel electrode, a liquid crystal disposed on the pixel electrode, and an upper electrode positioned on the liquid crystal,
The pixel electrode is a liquid crystal display device electrically connected to the electrode layer.
前記酸化物半導体層と接触する電極層とを有する半導体装置であって、
前記電極層は、前記酸化物半導体層に接触する酸素拡散防止薄膜と、前記酸素拡散防止薄膜よりも低抵抗である高導電性薄膜とから成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記酸素拡散防止薄膜は、添加金属が銅原子数に対して12原子%以下の範囲で含有されたターゲットを、スパッタガスと、前記スパッタガスに対して3%〜20%の圧力の酸素ガスとを含有するスパッタリング雰囲気中でスパッタリングして形成し、
前記酸素拡散防止薄膜上に、前記酸素拡散防止薄膜よりも低抵抗であり、前記酸素拡散防止薄膜に接触した高導電性薄膜を形成する半導体装置の製造方法において、
前記酸化物半導体層の表面に酸化物絶縁薄膜を形成し、前記酸化物絶縁薄膜を部分的に除去して前記酸化物絶縁薄膜から成るストッパー層を形成し、前記酸化物絶縁薄膜が除去された部分に、ソース領域の少なくとも一部と、ドレイン領域の少なくとも一部とを露出させて、前記ソース領域の露出部分と前記ドレイン領域の露出部分に接触する前記電極層を形成する半導体装置の製造方法。 An oxide semiconductor layer;
A semiconductor device having an electrode layer in contact with the oxide semiconductor layer,
The electrode layer is a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device comprising an oxygen diffusion prevention thin film in contact with the oxide semiconductor layer and a highly conductive thin film having a lower resistance than the oxygen diffusion prevention thin film. ,
The oxygen diffusion prevention thin film includes a target containing an additive metal in a range of 12 atomic% or less with respect to the number of copper atoms, a sputtering gas, and an oxygen gas having a pressure of 3% to 20% with respect to the sputtering gas. Formed by sputtering in a sputtering atmosphere containing
In the method of manufacturing a semiconductor device, on the oxygen diffusion prevention thin film, a low-resistance than the oxygen diffusion prevention thin film and forming a highly conductive thin film in contact with the oxygen diffusion prevention thin film ,
An oxide insulating thin film was formed on the surface of the oxide semiconductor layer, the oxide insulating thin film was partially removed to form a stopper layer made of the oxide insulating thin film, and the oxide insulating thin film was removed A method of manufacturing a semiconductor device, wherein at least a part of a source region and at least a part of a drain region are exposed in a part, and the electrode layer that contacts the exposed part of the source region and the exposed part of the drain region is formed .
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極層を配置しておき、
前記酸化物半導体層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とを露出させた状態で、前記電極層の前記酸素拡散防止薄膜を、前記ソース領域と前記ドレイン領域に接触させて形成する請求項5又は請求項6のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film over a channel region between the source region and the drain region of the oxide semiconductor layer;
A gate electrode layer is disposed on the gate insulating film,
Wherein in the state of exposing the source region and the drain region of the oxide semiconductor layer, the oxygen diffusion prevention film of the electrode layer, according to claim 5 or claim to form in contact with the drain region and the source region The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 6 .
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