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JP2010021170A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2010021170A
JP2010021170A JP2008177550A JP2008177550A JP2010021170A JP 2010021170 A JP2010021170 A JP 2010021170A JP 2008177550 A JP2008177550 A JP 2008177550A JP 2008177550 A JP2008177550 A JP 2008177550A JP 2010021170 A JP2010021170 A JP 2010021170A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
layer
channel layer
conductive layer
electrode
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Pending
Application number
JP2008177550A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsushi Kawamura
哲史 河村
Hiroyuki Uchiyama
博幸 内山
Shinichi Saito
慎一 斎藤
Hironori Wakana
裕紀 若菜
Mutsuko Hatano
睦子 波多野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】チャネル層の厚さを10nm程度以下とした酸化物TFTにおいて、チャネル層とソース電極との間やチャネル層とドレイン電極との間のコンタクト抵抗を低減して高速で動作することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】酸化物TFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現できるように形成する。そして、チャネル層CHNとソース電極STの間にコンタクト層CTSを形成し、チャネル層CHNとドレイン電極DTとの間にコンタクト層CTDを形成する。さらに、ゲート電極GTとチャネル層CHNとの間のゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極GT以外の構造物とチャネル層CHNとの間の寄生容量の総和をCpとしたとき、Cgiに対するCpの割合Cp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成する。
【選択図】図1
An oxide TFT having a channel layer thickness of about 10 nm or less can operate at high speed with reduced contact resistance between the channel layer and the source electrode or between the channel layer and the drain electrode. A semiconductor device is provided.
An oxide TFT is formed so as to realize a fully depleted state in an off state. Then, a contact layer CTS is formed between the channel layer CHN and the source electrode ST, and a contact layer CTD is formed between the channel layer CHN and the drain electrode DT. Further, when the gate insulating film capacitance between the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cp, the ratio of Cp to Cgi Cp / Cgi is formed to be smaller than 0.7.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、金属酸化物膜をチャネル層に用いる電界効果トランジスタを含む半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a field effect transistor using a metal oxide film as a channel layer.

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor : 以下、この明細書では単にTFTと称する場合がある)(電界効果トランジスタ)は、ガラスやプラスチックフィルムなどの基板上に形成することができ、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る。しかしながら、現在最も広く使われているアモルファスまたは多結晶シリコンTFTでは、サブスレッショルド係数が200mV/decade程度以上と大きくなる。このため、TFTを使用して回路を形成した場合、通常の大規模集積回路(Large-Scale Integrated circuit :以下、この明細書では単にLSIと称する場合がある)のように1〜3V程度の低電圧で駆動することが難しいという問題がある。また、TFTでは、オフ電流が大きいため、待機時消費電流を小さくすることが難しいという問題もある。   Thin film transistors (hereinafter referred to simply as TFTs in this specification) (field effect transistors) (field effect transistors) can be formed on a substrate such as glass or plastic film and play an important role in electronics technology. It is a device. However, in the currently most widely used amorphous or polycrystalline silicon TFT, the subthreshold coefficient becomes as large as about 200 mV / decade or more. For this reason, when a circuit is formed using TFTs, a low voltage of about 1 to 3 V, such as a normal large-scale integrated circuit (hereinafter sometimes simply referred to as LSI), is used. There is a problem that it is difficult to drive with voltage. In addition, since the TFT has a large off-state current, it is difficult to reduce the standby current consumption.

これらの問題を解決するには、TFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現すればよいが、シリコンTFTでは作製プロセス上、完全空乏化状態を実現する構造を形成することが容易ではない。   In order to solve these problems, it is only necessary to realize a fully depleted state in the off state of the TFT. However, it is not easy to form a structure that realizes a fully depleted state in a silicon TFT in terms of the manufacturing process.

一方、金属酸化物膜をチャネル層に用いた酸化物TFTにおいては、例えば、特開2007−250987号公報(特許文献1)に示すように、ITO(Indium Tin Oxide)で形成したチャネル層の厚さを5〜15nmまで薄くすることで完全空乏型のオフ状態を実現する技術が開示されている。開示されている技術では、チャネル層中の全キャリア量をゲートで制御できるキャリア量よりも小さくし、かつ、チャネル層の厚さを最大空乏層幅よりも小さくしている。すなわち、素電荷量をq、前記チャネル層中のキャリア濃度をNc、前記チャネル層の厚さをd、ゲート絶縁膜を介してゲート電極により制御可能な最大電荷量をQg、チャネル層中の最大空乏層幅をWmaxとしたとき、次の条件式(1)、(2)を同時に満たしている。   On the other hand, in an oxide TFT using a metal oxide film as a channel layer, for example, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-250987 (Patent Document 1), the thickness of the channel layer formed of ITO (Indium Tin Oxide) A technique for realizing a fully depleted off state by reducing the thickness to 5 to 15 nm is disclosed. In the disclosed technique, the total amount of carriers in the channel layer is made smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate, and the thickness of the channel layer is made smaller than the maximum depletion layer width. That is, the elementary charge amount is q, the carrier concentration in the channel layer is Nc, the thickness of the channel layer is d, the maximum charge amount that can be controlled by the gate electrode through the gate insulating film is Qg, and the maximum in the channel layer is When the depletion layer width is Wmax, the following conditional expressions (1) and (2) are simultaneously satisfied.

q×Nc×d<Qg ・・・・・・(1)
d<Wmax・・・・・・(2)
これにより、サブスレッショルド係数が100〜200mV/decadeで、かつ、オフ電流が小さいTFTを実現している。
特開2007−250987号公報
q × Nc × d <Qg (1)
d <Wmax (2)
This realizes a TFT having a subthreshold coefficient of 100 to 200 mV / decade and a small off-current.
JP 2007-250987 A

特許文献1では、ゲート電極をチャネル層よりも下層に形成するボトムゲート型TFTの構成が開示されており、このボトムゲート型TFTにおいて、ITOからなるチャネル層上にソース電極およびドレイン電極を直付けした構造が開示されている。ところが、一般に異種材料間で良好な電気的コンタクトを取るためには、数〜10nm程度の接合界面層が必要である。したがって、特許文献1に開示された構造では、チャネル層の厚さを10nm程度以下にしているので、チャネル層とソース電極あるいはドレイン電極との境界に充分な接合界面層を形成することができず、ソース電極やドレイン電極のコンタクト抵抗が大きくなる。このため、TFTのオン電流が低下するという問題がある。すなわち、特許文献1に記載された技術によれば、高速動作する回路を形成することが難しいという問題がある。   Patent Document 1 discloses a configuration of a bottom gate type TFT in which a gate electrode is formed below a channel layer. In this bottom gate type TFT, a source electrode and a drain electrode are directly attached on a channel layer made of ITO. Such a structure is disclosed. However, in general, in order to obtain good electrical contact between different materials, a bonding interface layer of about several to 10 nm is required. Therefore, in the structure disclosed in Patent Document 1, since the thickness of the channel layer is about 10 nm or less, it is not possible to form a sufficient bonding interface layer at the boundary between the channel layer and the source electrode or the drain electrode. The contact resistance of the source electrode and drain electrode is increased. For this reason, there exists a problem that the on-current of TFT falls. That is, according to the technique described in Patent Document 1, it is difficult to form a circuit that operates at high speed.

また、特許文献1に記載された技術では、従来のシリコンTFTに比べて小さいサブスレッショルド係数を実現しているが、通常のLSIで用いられる電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor : 以下、この明細書では単にFETと称する場合がある)の80〜100mV/decadeというサブスレショルド係数に比べると大きく、LSI並みの低電圧駆動が難しいという問題がある。   The technique described in Patent Document 1 realizes a subthreshold coefficient smaller than that of a conventional silicon TFT, but a field effect transistor (hereinafter referred to as a field effect transistor) used in a general LSI is referred to in this specification. This is larger than the subthreshold coefficient of 80 to 100 mV / decade (which may be simply referred to as FET), and there is a problem that it is difficult to drive at a low voltage as in LSI.

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、次に示すようになっている。   The present invention has been made based on such circumstances, and the object thereof is as follows.

本発明の目的は、チャネル層の厚さを10nm程度以下とした酸化物TFTにおいて、チャネル層とソース電極との間やチャネル層とドレイン電極との間のコンタクト抵抗を低減して高速で動作することができる半導体装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to operate at high speed by reducing contact resistance between a channel layer and a source electrode or between a channel layer and a drain electrode in an oxide TFT having a channel layer thickness of about 10 nm or less. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can be used.

また、本発明の他の目的は、完全空乏型のTFTのサブスレッショルド係数を単結晶シリコンを使用したFETに匹敵する100mV/decade以下とすることにより、低電圧で駆動する半導体装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor device which is driven at a low voltage by setting the subthreshold coefficient of a fully depleted TFT to 100 mV / decade or less, which is comparable to an FET using single crystal silicon. It is in.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this 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。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

代表的な実施の形態による半導体装置は、(a)導電材料からなるゲート電極と、(b)前記ゲート電極と対向するように配置され、かつ、金属酸化物を使用した半導体層からなるチャネル層と、(c)前記ゲート電極と前記チャネル層に挟まれたゲート絶縁膜と、(d)前記チャネル層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極とを備える。このとき、前記チャネル層中の全キャリア量が前記ゲート電極で制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、前記チャネル層の厚さが最大空乏層幅よりも小さい。そして、前記チャネル層と前記ソース電極の間に第1導電層が形成され、かつ、前記チャネル層と前記ドレイン電極の間に第2導電層が形成されていることを特徴とするものである。   A semiconductor device according to a typical embodiment includes: (a) a gate electrode made of a conductive material; and (b) a channel layer made of a semiconductor layer that is arranged to face the gate electrode and uses a metal oxide. (C) a gate insulating film sandwiched between the gate electrode and the channel layer, and (d) a source electrode and a drain electrode electrically connected to the channel layer. At this time, the total carrier amount in the channel layer is smaller than the carrier amount that can be controlled by the gate electrode, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width. In addition, a first conductive layer is formed between the channel layer and the source electrode, and a second conductive layer is formed between the channel layer and the drain electrode.

また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、(a)基板上にゲート電極を形成する工程と、(b)前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、(c)前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極とを離間領域を介して形成する工程とを備える。そして、(d)前記ソース電極上に第1導電層を形成し、前記ドレイン電極上に第2導電層を形成する工程と、(e)前記第1導電層上、前記離間領域上および前記第2導電層上にわたって金属酸化物を使用した半導体層からなるチャネル層を形成する工程とを備える。このとき、前記チャネル層中の全キャリア量が前記ゲート電極で制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、前記チャネル層の厚さが最大空乏層幅よりも小さくなるように形成するものである。   The semiconductor device manufacturing method according to the representative embodiment includes (a) a step of forming a gate electrode on a substrate, and (b) forming a gate insulating film on the substrate so as to cover the gate electrode. And (c) forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film through a separation region. And (d) forming a first conductive layer on the source electrode and forming a second conductive layer on the drain electrode; (e) on the first conductive layer, on the separation region, and on the first Forming a channel layer made of a semiconductor layer using a metal oxide over two conductive layers. At this time, the total carrier amount in the channel layer is smaller than the carrier amount that can be controlled by the gate electrode, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

オフ電流が小さい完全空乏型のTFTにおいて、コンタクト抵抗の低減を図り、消費電力が小さく、かつ、高速で動作する半導体装置を提供することができる。   In a fully depleted TFT with low off-state current, contact resistance can be reduced, and a semiconductor device with low power consumption and operating at high speed can be provided.

また、完全空乏型のTFTのサブスレッショルド係数を100mV/decade以下とすることにより、低電圧で駆動する半導体装置を提供することができる。   In addition, by setting the subthreshold coefficient of a fully depleted TFT to 100 mV / decade or less, a semiconductor device driven at a low voltage can be provided.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、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。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1における半導体装置の構成を示す図である。半導体装置としていわゆるボトムゲート/ボトムコンタクト型酸化物TFTを挙げている。ここでいうボトムゲートとは、チャネル層よりも下層にゲート電極が形成されている構造のことであり、ボトムコンタクトとは、チャネル層よりも下層に本実施の形態1の特徴であるコンタクト層(導電層)が形成されている構造を示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. A so-called bottom gate / bottom contact type oxide TFT is cited as a semiconductor device. The bottom gate here is a structure in which a gate electrode is formed below the channel layer, and the bottom contact is a contact layer (characteristic of the first embodiment) below the channel layer. A structure in which a conductive layer is formed is shown.

本実施の形態1における半導体装置では、図1に示すように、基板SUB上にゲート電極GTが形成されている。そして、このゲート電極GTを覆う基板SUBの上面にゲート絶縁膜GIが形成されている。また、ゲート絶縁膜GI上に少なくとも平面的にゲート電極GTを跨るようにしてソース電極STおよびドレイン電極DTが形成されている。すなわち、ソース電極STおよびドレイン電極DTは、一定距離離間した領域である離間領域を隔てて配置されている。   In the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the gate electrode GT is formed on the substrate SUB. A gate insulating film GI is formed on the upper surface of the substrate SUB that covers the gate electrode GT. Further, the source electrode ST and the drain electrode DT are formed on the gate insulating film GI so as to straddle the gate electrode GT at least in a plane. That is, the source electrode ST and the drain electrode DT are arranged with a separation region that is a region separated by a certain distance.

ソース電極STの上にはソース側のコンタクト層(第1導電層)CTSが金属酸化物よりなる半導体層によって形成されており、ドレイン電極DTの上にはドレイン側のコンタクト層(第2導電層)CTDが金属酸化物よりなる半導体層によって形成されている。そして、少なくともゲート電極GTおよび両コンタクト層CTS、CTDを跨るようにしてチャネル層CHNが形成されている。このように本実施の形態1の特徴は、チャネル層CHNとソース電極STあるいはドレイン電極DTと直接接続するのではなく、チャネル層CHNとソース電極STの間にコンタクト層CTSを形成し、チャネル層CHNとドレイン領域DTとの間にコンタクト層CTDを形成している点にある。これにより、チャネル層CHNを薄く形成しても、チャネル層とソース電極あるいはドレイン電極との境界に充分な接合界面層を形成することができる。つまり、ソース電極STは充分な厚さのコンタクト層CTSを介してチャネル層CHNと接続されるので、チャネル層CHNが充分に薄くなっても、コンタクト層CTSとソース電極STとの境界で充分な厚さの接合界面層を形成することができるのである。同様に、ドレイン電極DTは充分な厚さのコンタクト層CTDを介してチャネル層CHNと接続されるので、チャネル層CHNが充分に薄くなっても、コンタクト層CTDとドレイン電極DTとの境界で充分な厚さの接合界面層を形成することができる。したがって、ソース電極STとチャネル層CHNとの間のコンタクト抵抗や、ドレイン電極DTとチャネル層CHNとの間のコンタクト抵抗を小さくすることができる。このため、TFTのオン抵抗を低減することができ、オン電流の向上を図ることができる。   A source-side contact layer (first conductive layer) CTS is formed on the source electrode ST by a semiconductor layer made of a metal oxide, and a drain-side contact layer (second conductive layer) is formed on the drain electrode DT. ) The CTD is formed by a semiconductor layer made of a metal oxide. A channel layer CHN is formed so as to straddle at least the gate electrode GT and both contact layers CTS and CTD. As described above, the first embodiment is characterized in that the contact layer CTS is formed between the channel layer CHN and the source electrode ST instead of being directly connected to the channel layer CHN and the source electrode ST or the drain electrode DT. The contact layer CTD is formed between the CHN and the drain region DT. Thereby, even if the channel layer CHN is formed thin, a sufficient bonding interface layer can be formed at the boundary between the channel layer and the source electrode or the drain electrode. That is, since the source electrode ST is connected to the channel layer CHN via the contact layer CTS having a sufficient thickness, even if the channel layer CHN is sufficiently thin, it is sufficient at the boundary between the contact layer CTS and the source electrode ST. A bonding interface layer having a thickness can be formed. Similarly, since the drain electrode DT is connected to the channel layer CHN via the contact layer CTD having a sufficient thickness, the boundary between the contact layer CTD and the drain electrode DT is sufficient even if the channel layer CHN is sufficiently thin. A bonding interface layer having a sufficient thickness can be formed. Therefore, the contact resistance between the source electrode ST and the channel layer CHN and the contact resistance between the drain electrode DT and the channel layer CHN can be reduced. Therefore, the on-resistance of the TFT can be reduced and the on-current can be improved.

このとき、コンタクト層CTS、CTDが厚すぎると厚さ方向に寄生抵抗が生じるため、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が100nm以下となるように形成するのが望ましい。また、コンタクト層CTS、CTDが薄すぎると充分な厚さの接合界面層を形成できず、コンタクト抵抗低減の効果が十分に得られないため、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が10nm以上となるように形成するのが望ましい。   At this time, if the contact layers CTS and CTD are too thick, parasitic resistance is generated in the thickness direction. Therefore, it is desirable to form the thickness so that the sum of the thickness with the thickness of the channel layer CHN is 100 nm or less. Also, if the contact layers CTS and CTD are too thin, a sufficiently thick bonding interface layer cannot be formed, and the effect of reducing contact resistance cannot be obtained sufficiently. Therefore, the thickness is the sum of the thickness of the channel layer CHN. It is desirable to form it to be 10 nm or more.

また、ソース電極ST・ドレイン電極DT−コンタクト層CTS・CTD−チャネル層CHNの順に接続が形成されるよう、両コンタクト層CTS、CTDは、ソース電極STとドレイン電極DTとの間隔の内側にも形成されている。すなわち、ソース電極STの離間領域側の端部を覆いながらソース電極ST上にコンタクト層CTSが形成され、かつ、ドレイン電極DTの離間領域側の端部を覆いながらドレイン電極DT上にコンタクト層CTDが形成されている。これにより、ソース電極STの離間領域側の端部やドレイン電極DTの離間領域側の端部においても、ソース電極ST・ドレイン電極DT−コンタクト層CTS・CTD−チャネル層CHNの順に接続を形成することができ、コンタクト層CTS、CTDによる充分な接合界面層を形成することができる。   Further, both contact layers CTS and CTD are also formed inside the distance between the source electrode ST and the drain electrode DT so that the connection is formed in the order of the source electrode ST, the drain electrode DT, the contact layer CTS, the CTD, and the channel layer CHN. Is formed. That is, the contact layer CTS is formed on the source electrode ST while covering the end of the source electrode ST on the separated region side, and the contact layer CTD is formed on the drain electrode DT while covering the end of the drain electrode DT on the separated region side. Is formed. As a result, the source electrode ST, the drain electrode DT, the contact layer CTS, and the CTD-channel layer CHN are connected in this order also at the end of the source electrode ST on the side of the separated region and the end of the drain electrode DT on the side of the separated region. It is possible to form a sufficient bonding interface layer by the contact layers CTS and CTD.

また、チャネル層CHNを成膜する際の被覆性を良好にするため、ソース電極ST、ドレイン電極DT、および両コンタクト層CTS、CTDはテーパ状に形成されている。つまり、ソース電極STの離間領域側の端部およびドレイン電極DTの離間領域側の端部は、先端部に行くにつれて高さが低くなるテーパ形状をしている。同様に、コンタクト層CTSの離間領域側の端部およびコンタクト層CTDの離間領域側の端部は、先端部にいくにつれて高さが低くなるテーパ形状をしている。このように構成することにより、コンタクト層CTS、CTD上に形成されるチャネル層CHNの被覆性を向上することができる。   Further, the source electrode ST, the drain electrode DT, and the contact layers CTS and CTD are formed in a tapered shape in order to improve the coverage when forming the channel layer CHN. That is, the end of the source electrode ST on the side of the separated region and the end of the drain electrode DT on the side of the separated region have a tapered shape that decreases in height toward the tip. Similarly, the end of the contact layer CTS on the side of the separation region and the end of the contact layer CTD on the side of the separation region have a tapered shape whose height decreases toward the tip. With this configuration, the coverage of the channel layer CHN formed on the contact layers CTS and CTD can be improved.

続いて、チャネル層CHNの上には絶縁膜からなる保護膜PROが形成されており、保護膜PRO上に配線WIRが形成されている。この配線WIRとソース電極ST、ドレイン電極DTとの間の接続は、保護膜PROを貫通するプラグ(第1プラグ、第2プラグ)で行なわれている。このプラグは、チャネル層CHNおよびはコンタクト層CTS、CTDが形成されていない領域のソース電極STあるいはドレイン電極DTに接続されている。これは、保護膜PROにコンタクトホールを形成する際にサイドエッチングによりチャネル層CHNあるいはコンタクト層CTS、CTDが削られないようにするためである。つまり、チャネル層およびコンタクト層CTS、CTDは、エッチングされやすい金属酸化物から形成されているので、プラグをチャネル層CHNおよびはコンタクト層CTS、CTDが形成されている領域のソース電極STあるいはドレイン電極DTに接続すると、コンタクトホールを形成するエッチングの際、コンタクトホールの側壁からのサイドエッチングにより、チャネル層CHNおよびコンタクト層CTS、CTDが除去されてしまうのである。このことから、配線WIRとソース電極STあるいはドレイン電極DTとを接続するプラグは、チャネル層やコンタクト層CTS、CTDが形成されていない領域で行なっている。   Subsequently, a protective film PRO made of an insulating film is formed on the channel layer CHN, and a wiring WIR is formed on the protective film PRO. The connection between the wiring WIR and the source electrode ST and drain electrode DT is made by plugs (first plug and second plug) penetrating the protective film PRO. This plug is connected to the source electrode ST or the drain electrode DT in a region where the channel layer CHN and the contact layers CTS and CTD are not formed. This is to prevent the channel layer CHN or the contact layers CTS and CTD from being etched by side etching when a contact hole is formed in the protective film PRO. That is, since the channel layer and the contact layers CTS, CTD are formed of a metal oxide which is easily etched, the plug is connected to the channel layer CHN and the source electrode ST or drain electrode in the region where the contact layers CTS, CTD are formed. When connected to DT, the channel layer CHN and the contact layers CTS and CTD are removed by side etching from the side wall of the contact hole during the etching for forming the contact hole. Therefore, the plug connecting the wiring WIR and the source electrode ST or the drain electrode DT is made in a region where the channel layer and the contact layers CTS and CTD are not formed.

基板SUBは、例えば、ガラス、石英、プラスチックフィルム、金属フィルムなどからなり、必要に応じてゲート電極GTが形成される側の表面に絶縁膜のコーティングがなされている。ゲート電極GT、ソース電極ST、ドレイン電極DT、配線WIRは、たとえば、モリブデン、クロム、タングステン、アルミ、銅、チタン、ニッケル、タンタル、銀、亜鉛、あるいはその他の金属の単膜、それらの合金膜、それらの積層膜、あるいはITOなどの金属酸化物導電膜、窒化チタン(TiN)などの金属窒化物導電膜、その他の導電性金属化合物膜、高濃度にドーピングされた半導体、あるいはこれらの積層膜によって形成されている。ゲート電極GT、ソース電極ST、ドレイン電極DT、配線WIRは、同一の材料から形成されても良いし、異なる材料から形成されても良い。絶縁膜GIは、たとえば、SiO、SiN、Al、あるいはその他の絶縁膜によって形成されている。チャネル層CHNやコンタクト層CTS、CTDは、たとえば、ZnO、InGaZnO、InZnO、GaZnO、InGaO、ZnSnO、ITOあるいは導電性を示すその他の金属酸化物によって形成されている。チャネル層CHNとコンタクト層CTS、CTDは、同一の材料から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。 The substrate SUB is made of, for example, glass, quartz, a plastic film, a metal film, and the like, and an insulating film is coated on the surface on which the gate electrode GT is formed as necessary. The gate electrode GT, the source electrode ST, the drain electrode DT, and the wiring WIR are, for example, a single film of molybdenum, chromium, tungsten, aluminum, copper, titanium, nickel, tantalum, silver, zinc, or other metal, or an alloy film thereof. , Laminated films thereof, metal oxide conductive films such as ITO, metal nitride conductive films such as titanium nitride (TiN), other conductive metal compound films, highly doped semiconductors, or laminated films thereof Is formed by. The gate electrode GT, the source electrode ST, the drain electrode DT, and the wiring WIR may be formed of the same material or different materials. The insulating film GI is made of, for example, SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 , or other insulating films. The channel layer CHN and the contact layers CTS and CTD are made of, for example, ZnO, InGaZnO, InZnO, GaZnO, InGaO, ZnSnO, ITO, or other metal oxides that exhibit conductivity. The channel layer CHN and the contact layers CTS and CTD may be formed from the same material or different materials.

チャネル層CHNのキャリア濃度Ncおよび厚さdはTFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現できるように形成されている。すなわち、チャネル層中の全キャリア量はゲート電極で制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、チャネル層の厚さは最大空乏層幅よりも小さく形成されている。上述の2つの条件は、素電荷量をq、前記チャネル層中のキャリア濃度をNc、前記チャネル層の厚さをd、ゲート絶縁膜を介してゲート電極により制御可能な最大電荷量をQg、チャネル層中の最大空乏層幅をWmax、真空の誘電率をε、チャネル層を構成する材料の比誘電率をε、フェルミポテンシャルと真性ポテンシャルの差をφとしたとき、次の2つの条件式(3)、(4)で表される。 The carrier concentration Nc and the thickness d of the channel layer CHN are formed so as to realize a fully depleted state in the off state of the TFT. That is, the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate electrode, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width. The above two conditions are that the elementary charge amount is q, the carrier concentration in the channel layer is Nc, the thickness of the channel layer is d, the maximum charge amount that can be controlled by the gate electrode through the gate insulating film is Qg, When the maximum depletion layer width in the channel layer is Wmax, the vacuum dielectric constant is ε 0 , the relative dielectric constant of the material constituting the channel layer is ε r , and the difference between the Fermi potential and the intrinsic potential is φ b , the following 2 Are expressed by two conditional expressions (3) and (4).

q×Nc×d<Qg ・・・・・・(3)
∴Nc<Qg/(qd)
d<Wmax={(4εεφ)/(qNc)}1/2・・・(4)
∴Nc<(4εεφ)/(qd
図2は、条件式(3)を説明するための図である。図2には、ゲート電極とこのゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜とゲート絶縁膜上に形成されたチャネル層(半導体層)が図示されている。TFTのオフ時にはチャネル層は全領域において空乏層領域となっており、オフ状態から徐々にゲート電極に印加する電圧を大きくしていくと、空乏層領域が減少して導電領域が現れてくる。チャネル層を形成する半導体膜のキャリア(電子)濃度をNc、チャネル層の幅をd、素電荷をqとすると、チャネル層中に存在する全キャリア量(全電荷)は、q×Nc×dとなる。このチャネル層に存在する全キャリア量がゲート電極で制御できるキャリア量Qgよりも小さくなるという条件が条件式(3)である。すなわち、条件式(3)は、ゲート電極によって、チャネル層に存在する全キャリアを制御できることを条件としているものである。このとき、ゲート電極で制御できるキャリア量Qgは、ゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極に印加されるゲート電圧の最大値をVgmaxとすると、Qg=Cgi×Vgmaxで表される。これは、ゲート絶縁膜容量に蓄積できる電荷量を示しており、この電荷量よりもチャネル層に存在する全キャリア量が少なければ、ゲート電極で制御することができることを意味している。
q × Nc × d <Qg (3)
∴Nc <Qg / (qd)
d <Wmax = {(4ε 0 ε r φ b) / (qNc)} 1/2 ··· (4)
∴Nc <(4ε 0 ε r φ b) / (qd 2)
FIG. 2 is a diagram for explaining the conditional expression (3). FIG. 2 shows a gate electrode, a gate insulating film formed on the gate electrode, and a channel layer (semiconductor layer) formed on the gate insulating film. When the TFT is turned off, the channel layer is a depletion layer region in the entire region. When the voltage applied to the gate electrode is gradually increased from the off state, the depletion layer region is reduced and a conductive region appears. When the carrier (electron) concentration of the semiconductor film forming the channel layer is Nc, the width of the channel layer is d, and the elementary charge is q, the total amount of carriers (total charge) existing in the channel layer is q × Nc × d. It becomes. Conditional expression (3) is that the total amount of carriers present in the channel layer is smaller than the amount of carriers Qg that can be controlled by the gate electrode. That is, conditional expression (3) is a condition that all carriers existing in the channel layer can be controlled by the gate electrode. At this time, the carrier amount Qg that can be controlled by the gate electrode is represented by Qg = Cgi × Vgmax, where Cgi is the gate insulating film capacitance and Vgmax is the maximum value of the gate voltage applied to the gate electrode. This indicates the amount of charge that can be accumulated in the gate insulating film capacitance, and means that if the total amount of carriers present in the channel layer is less than this amount of charge, it can be controlled by the gate electrode.

続いて、図3は、条件式(4)を説明するための図である。図3には、ゲート絶縁膜と接触するチャネル層を形成する半導体層内のバンド構造を示している。図3に示すように、半導体層の表面から一定領域までバンドが曲がっていることがわかる。このバンドが曲がっている領域が空乏層を示しており、図3に示す半導体層の表面からWまでの幅が空乏層幅となっている。バンドの曲がりはゲート電極を構成する材料の仕事関数やゲート電極に印加される電圧の影響を受ける。条件式(4)は、この空乏層幅の最大値Wmaxよりも半導体層に形成されるチャネル層の厚さが薄いことを条件としたものである。   FIG. 3 is a diagram for explaining the conditional expression (4). FIG. 3 shows a band structure in a semiconductor layer that forms a channel layer in contact with the gate insulating film. As shown in FIG. 3, it can be seen that the band is bent from the surface of the semiconductor layer to a certain region. The region where the band is bent indicates a depletion layer, and the width from the surface of the semiconductor layer to W shown in FIG. 3 is the depletion layer width. The bending of the band is affected by the work function of the material constituting the gate electrode and the voltage applied to the gate electrode. Conditional expression (4) is a condition that the channel layer formed in the semiconductor layer is thinner than the maximum value Wmax of the depletion layer width.

図4は条件式(3)および条件式(4)をグラフとして図示したものである。図4において、縦軸はキャリア濃度Ncを示しており、横軸はチャネル層の厚さdを示している。図4に示すように、条件式(3)を示す曲線と条件式(4)を示す曲線の両方の下部領域が両方の条件を満たす範囲である。この範囲を図4では斜線領域で示している。すなわち、図4に示す斜線領域に含まれる条件に設定すれば、条件式(3)と条件式(4)を満たすこととなり、TFTのオフ状態において、完全空乏化状態を実現することができる。このようにTFTのオフ状態において、完全空乏化状態を実現することにより、TFTのオフ時のリーク電流を低減することができるのである。   FIG. 4 shows conditional expressions (3) and (4) as graphs. In FIG. 4, the vertical axis indicates the carrier concentration Nc, and the horizontal axis indicates the thickness d of the channel layer. As shown in FIG. 4, the lower region of both the curve representing the conditional expression (3) and the curve representing the conditional expression (4) is a range satisfying both conditions. This range is indicated by a hatched area in FIG. That is, if the conditions included in the shaded region shown in FIG. 4 are set, the conditional expressions (3) and (4) are satisfied, and a fully depleted state can be realized in the off state of the TFT. Thus, by realizing a fully depleted state in the off state of the TFT, the leakage current when the TFT is off can be reduced.

次に、図5は酸化物TFTのチャネル層CHNが周囲の構造物との間に形成する静電容量を示す図である。本実施の形態1における酸化物TFTは、ゲート電極GTとチャネル層CHNとの間のゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極GT以外の構造物とチャネル層CHNとの間の寄生容量の総和をCp(C+C+C+C+C+・・・=ΣC=Σ(ε/t))としたとき、Cgiに対するCpの割合を示すCp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されている。ここで、εは誘電率を示しており、tは容量の厚さを示している。 Next, FIG. 5 is a diagram showing the capacitance formed between the channel layer CHN of the oxide TFT and the surrounding structure. In the oxide TFT according to the first embodiment, the gate insulating film capacitance between the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cp. When (C 1 + C 2 + C 3 + C 4 + C 5 +... = ΣC n = Σ (ε n / t n )), Cp / Cgi indicating the ratio of Cp to Cgi is smaller than 0.7. It is formed as follows. Here, ε n represents the dielectric constant, and t n represents the thickness of the capacitor.

本実施の形態1では、Cgiに対するCpの割合を示すCp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されているが、その理由を以下に説明する。FETのサブスレッショルド係数Sは次の(5)式で表される。   In the first embodiment, Cp / Cgi indicating the ratio of Cp to Cgi is formed to be smaller than 0.7. The reason will be described below. The subthreshold coefficient S of the FET is expressed by the following equation (5).

S=ln10×(1+Cs/Cgi)×kT/q ・・・・・・(5)
ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。Csは完全空乏化状態においてはチャネル層CHN中の空乏層容量CchとCpの直列和であり、(6)式で表される。
S = ln10 × (1 + Cs / Cgi) × kT / q (5)
Here, k is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature. Cs is the series sum of the depletion layer capacitances Cch and Cp in the channel layer CHN in the fully depleted state, and is expressed by equation (6).

Cs=Cch×Cp/(Cch+Cp) ・・・・・・(6)
チャネル層CHNが薄く、保護膜PROが誘電率の小さい絶縁膜で比較的厚く形成されている本実施の形態1における酸化物TFTの構造の場合、Cp<<Cchであるため、(7)式の関係が成立する。
Cs = Cch × Cp / (Cch + Cp) (6)
In the case of the structure of the oxide TFT according to the first embodiment in which the channel layer CHN is thin and the protective film PRO is formed relatively thick with an insulating film having a low dielectric constant, Cp << Cch. The relationship is established.

Cs≒Cp ・・・・・・(7)
そのため、本実施の形態1における構造において、(5)式は、(8)式のように書き換えることができる。
Cs≈Cp (7)
Therefore, in the structure according to the first embodiment, equation (5) can be rewritten as equation (8).

S=ln10×(1+Cp/Cgi)×kT/q ・・・・・・(8)
図6は、(8)式にしたがって計算したCp/Cgiとサブスレッショルド係数Sの関係を示す図である。Cp/Cgiが0.7より小さくなるとサブスレショルド係数Sが100mV/decadeよりも小さくなり、一般的な単結晶シリコンFETに匹敵するようになる。そのため、本発明の酸化物TFTは、Cp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されている。
S = ln10 × (1 + Cp / Cgi) × kT / q (8)
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between Cp / Cgi and the subthreshold coefficient S calculated according to equation (8). When Cp / Cgi is smaller than 0.7, the subthreshold coefficient S is smaller than 100 mV / decade, which is comparable to a general single crystal silicon FET. Therefore, the oxide TFT of the present invention is formed so that Cp / Cgi is smaller than 0.7.

具体的に、Cgiに対するCpの割合を示すCp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成するには、寄生容量の総和であるCpをできるだけ小さくすればよいことがわかる。Cgiに対するCpの割合を示すCp/CgiはΣ(ε/t)/(εgi/tgi)と表すことができる。このことから、寄生容量の総和を小さくするためには、主に保護膜PROなどの誘電率から構成されるεを小さくすればよく、保護膜PROなどの絶縁材料をできるだけ低誘電率の膜から形成することで実現できる。さらに、寄生容量の厚さであるtを厚くすることによってもCpを小さくすることができるので、保護膜PROなどの絶縁材料の厚さを厚くすることで、Cpを小さくすることができる。その上、保護膜PRO上に形成される配線WIRがチャネル層CHNの上方に存在すると寄生容量が増大するので、チャネル層CHNと平面的に重なる上方に配線WIRを配置しないように配線レイアウトを工夫することにより、寄生容量の総和Cpを小さくすることができる。 Specifically, it can be seen that in order to form Cp / Cgi indicating the ratio of Cp to Cgi to be smaller than 0.7, it is sufficient to make Cp, which is the sum of parasitic capacitances, as small as possible. Cp / Cgi indicating the ratio of Cp to Cgi can be expressed as Σ (ε n / t n ) / (ε gi / t gi ). Therefore, in order to reduce the total parasitic capacitance, ε n mainly composed of the dielectric constant of the protective film PRO and the like should be reduced, and an insulating material such as the protective film PRO can be made as low as possible. It can be realized by forming from. Furthermore, since it is possible to reduce the Cp by thickening the t n is the thickness of the parasitic capacitance, by increasing the thickness of the insulating material such as a protective film PRO, it is possible to reduce the Cp. In addition, if the wiring WIR formed on the protective film PRO exists above the channel layer CHN, the parasitic capacitance increases. Therefore, the wiring layout is devised so that the wiring WIR is not disposed above the channel layer CHN. By doing so, the total Cp of the parasitic capacitance can be reduced.

以上述べた手段により、本実施の形態1における酸化物TFTにおいて、Cgiに対するCpの割合を示すCp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成することができる。この結果、本実施の形態1における酸化物TFTでは、サブスレショルド係数が100mV/decadeよりも小さくなり、低電圧で駆動する酸化物TFTを実現することができる。   By the means described above, the oxide TFT according to the first embodiment can be formed so that Cp / Cgi indicating the ratio of Cp to Cgi is smaller than 0.7. As a result, in the oxide TFT according to the first embodiment, the subthreshold coefficient becomes smaller than 100 mV / decade, and an oxide TFT driven at a low voltage can be realized.

本実施の形態1における酸化物TFTは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。   The oxide TFT according to the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

まず、図7に示すように、通常の半導体プロセスで用いられるスパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜技術、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニング技術を用いて、基板SUB上にゲート電極GT、ゲート絶縁膜GI、ソース電極ST、ドレイン電極DTを形成する。ソース側・ドレイン側の両コンタクト層CTS、CTDを成膜する際の被覆性を良好にするため、ソース電極ST、ドレイン電極DTはテーパ状で形成する。   First, as shown in FIG. 7, the gate electrode GT is formed on the substrate SUB by using a film forming technique such as a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method used in a normal semiconductor process, or a patterning technique by photolithography and etching. Then, the gate insulating film GI, the source electrode ST, and the drain electrode DT are formed. The source electrode ST and the drain electrode DT are formed in a tapered shape in order to improve the coverage when forming both the source-side and drain-side contact layers CTS and CTD.

次に、図8に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などによりチャネル層と同一の材料からなる酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによりソース電極ST、ドレイン電極DT上にソース側・ドレイン側の両コンタクト層CTS、CTDをパターニングする。このとき、コンタクト層CTSはソース電極STの一部領域上に形成され、コンタクト層CTDはドレイン電極DTの一部領域上に形成される。   Next, as shown in FIG. 8, an oxide semiconductor layer made of the same material as the channel layer is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and is formed on the source electrode ST and the drain electrode DT by photolithography and etching. Then, both the source-side and drain-side contact layers CTS and CTD are patterned. At this time, the contact layer CTS is formed on a partial region of the source electrode ST, and the contact layer CTD is formed on a partial region of the drain electrode DT.

ソース電極ST・ドレイン電極DT−コンタクト層CTS、CTD−チャネル層の順に接続が形成されるように両コンタクト層CTS、CTDは、ソース電極STとドレイン電極DTとの間隔の内側(離間領域)にも形成されるようパターニングする。また、チャネル層を成膜する際の被覆性を良好にするため、両コンタクト層CTS、CTDはテーパ状に形成する。   Both contact layers CTS, CTD are located inside (spaced area) between the source electrode ST and the drain electrode DT so that the connection is formed in the order of the source electrode ST / drain electrode DT-contact layer CTS, CTD-channel layer. Is also patterned. Further, both contact layers CTS and CTD are formed in a tapered shape in order to improve the coverage when forming the channel layer.

続いて、図9に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、数nm〜十数nm厚の酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングでチャネル層CHNを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 9, an oxide semiconductor layer having a thickness of several nm to several tens of nm is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and a channel layer CHN is formed by patterning by photolithography and etching. To do.

その後、図10に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、チャネル層CHNの上に絶縁膜からなる保護膜PROを成膜する。その後、フォトリソグラフィとエッチングによりソース電極ST、ドレイン電極DTへのコンタクトホールを形成する。サイドエッチングによりチャネル層CHNあるいはコンタクト層CTS、CTDが削られないようにするため、コンタクトホールはチャネル層CHNおよび両コンタクト層CTS、CTDが形成されていない領域に形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 10, a protective film PRO made of an insulating film is formed on the channel layer CHN by sputtering, CVD, coating, or the like. Thereafter, contact holes to the source electrode ST and the drain electrode DT are formed by photolithography and etching. In order to prevent the channel layer CHN or the contact layers CTS and CTD from being removed by side etching, the contact hole is formed in a region where the channel layer CHN and the contact layers CTS and CTD are not formed.

次に、図11に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより導電体膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングでプラグおよび配線WIRを形成する。   Next, as shown in FIG. 11, a conductor film is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and plugs and wirings WIR are formed by patterning by photolithography and etching.

以上の工程により、本実施の形態1における半導体装置を製造することが可能であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、必要に応じて工程の追加や削除、変更を行なうこともありうる。たとえば、図12に示すようにチャネル層CHNと保護膜PROの間に第2の保護膜PRO2を形成しても良い。この場合、上述の工程(図9参照)において、数nm〜十数nm厚の酸化物半導体層を成膜した後、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、チャネル層CHNの上に絶縁膜からなる保護膜PRO2を成膜する。その後、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングで保護膜PRO2とチャネル層CHNを一括で加工する。このとき、チャネル層CHNは保護膜PRO2で覆われているので、エッチング後のレジスト除去工程におけるチャネル層CHNのダメージを低減することができる。   Although the semiconductor device according to the first embodiment can be manufactured through the above steps, steps may be added, deleted, or changed as necessary without departing from the spirit of the present invention. . For example, as shown in FIG. 12, a second protective film PRO2 may be formed between the channel layer CHN and the protective film PRO. In this case, in the above-described step (see FIG. 9), after an oxide semiconductor layer having a thickness of several nm to several tens of nm is formed, an insulating film is formed on the channel layer CHN by a sputtering method, a CVD method, a coating method, or the like. A protective film PRO2 made of is formed. Thereafter, the protective film PRO2 and the channel layer CHN are collectively processed by patterning by photolithography and etching. At this time, since the channel layer CHN is covered with the protective film PRO2, damage to the channel layer CHN in the resist removal step after the etching can be reduced.

図13は、キャリア濃度Nc≒1019cm-3、厚さd=5nmで構成するInGaZnOを用いて作製した酸化物TFTにおいて、20nm厚のコンタクト層CTS、CTDがない場合とある場合でのオン抵抗を比較した図である。図13に示すように、コンタクト層CTS、CTDを形成することでオン抵抗を1/3近くまで低減することができる。これにより酸化物TFTを使用した回路の高速化を図ることができる。 FIG. 13 shows an ON state in the case where there is a case where there are no contact layers CTS and CTD having a thickness of 20 nm in an oxide TFT manufactured using InGaZnO having a carrier concentration Nc≈10 19 cm −3 and a thickness d = 5 nm. It is the figure which compared resistance. As shown in FIG. 13, by forming the contact layers CTS and CTD, the on-resistance can be reduced to nearly 1/3. As a result, the speed of the circuit using the oxide TFT can be increased.

図14は、ゲート絶縁膜GIに15nm厚の二酸化珪素SiOを用い、チャネル層CHNにキャリア濃度Nc≒1019cm-3、厚さd=5nmのInGaZnOを用いて作製したTFTのId−Vg特性を示す。このとき、図14において、縦軸はドレイン電流Idを示しており、横軸はゲート電圧Vgを示している。図14からわかるように、酸化物TFTを完全空乏化状態とすることによりオフ電流は検出下限以下であり、サブスレッショルド係数Sは通常の単結晶シリコンFETをよりも小さい63mV/decadeである。これにより、回路の低消費電力化および低電圧化を図ることができる。 FIG. 14 shows Id-Vg of a TFT manufactured using silicon dioxide SiO 2 having a thickness of 15 nm for the gate insulating film GI and InGaZnO having a carrier concentration Nc≈10 19 cm −3 and a thickness d = 5 nm for the channel layer CHN. Show properties. At this time, in FIG. 14, the vertical axis indicates the drain current Id, and the horizontal axis indicates the gate voltage Vg. As can be seen from FIG. 14, when the oxide TFT is in a fully depleted state, the off-current is less than the detection lower limit, and the subthreshold coefficient S is 63 mV / decade, which is smaller than that of a normal single crystal silicon FET. Thereby, low power consumption and low voltage of the circuit can be achieved.

なお、本実施の形態1ではボトムゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTを例に挙げて説明したが、図15に示すようなトップゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTとしても同様の効果を得ることができる。ここでいうトップゲートとは、チャネル層CHNよりも上層にゲート電極GTが形成されている構造を意味し、ボトムコンタクトとは、チャネル層CHNよりも下層にコンタクト層CTS、CTDが形成されている構造を意味している。   In the first embodiment, the bottom gate / bottom contact type oxide TFT has been described as an example. However, the same effect can be obtained by using a top gate / bottom contact type oxide TFT as shown in FIG. be able to. Here, the top gate means a structure in which the gate electrode GT is formed above the channel layer CHN, and the bottom contact means that the contact layers CTS and CTD are formed below the channel layer CHN. Means structure.

以上、本実施の形態1における酸化物TFTに関して説明をしたが、その内容は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、他の実施の形態においても有効である。   As described above, the oxide TFT according to the first embodiment has been described, but the contents thereof are also effective in other embodiments without departing from the gist of the present invention.

(実施の形態2)
図16は、本実施の形態2における半導体装置の構成を示す図である。本実施の形態2では、半導体装置としていわゆるボトムゲート/トップコンタクト型の酸化物TFTを挙げている。ここでいうボトムゲートとは、チャネル層CHNの下層にゲート電極GTが形成された構造を意味し、トップコンタクトとは、チャネル層CHNの上層にコンタクト層CTS、CTDが形成されている構造を意味している。
(Embodiment 2)
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. In the second embodiment, a so-called bottom gate / top contact type oxide TFT is cited as a semiconductor device. The bottom gate here means a structure in which the gate electrode GT is formed below the channel layer CHN, and the top contact means a structure in which the contact layers CTS and CTD are formed above the channel layer CHN. is doing.

図16に示すように、基板SUB上にゲート電極GTが形成されている。そして、この基板SUBの上面にゲート電極GTを覆うようにゲート絶縁膜GIが形成されている。さらに、ゲート絶縁膜GI上に少なくともゲート電極GTを跨るようにして金属酸化物によってチャネル層CHNが形成されている。また、チャネル層CHN上に少なくともゲート電極GTを跨るようにしてソース側のコンタクト層CTS、ドレイン側のコンタクト層CTDが金属酸化物によって形成されている。ソース側のコンタクト層CTSの上にはソース電極ST、ドレイン側のコンタクト層CTDの上にはドレイン電極DTが形成されている。これらの構造上には絶縁膜からなる保護膜PROが形成されており、保護膜PROに開けられたコンタクトホールを通じて、プラグとその上の配線WIRが形成されている。プラグによって配線WIRとソース電極ST、配線WIRとドレイン電極DTとの間が電気的に接続されている。   As shown in FIG. 16, the gate electrode GT is formed on the substrate SUB. A gate insulating film GI is formed on the upper surface of the substrate SUB so as to cover the gate electrode GT. Further, a channel layer CHN is formed of metal oxide so as to straddle at least the gate electrode GT on the gate insulating film GI. Further, the source-side contact layer CTS and the drain-side contact layer CTD are formed of metal oxide so as to straddle at least the gate electrode GT on the channel layer CHN. A source electrode ST is formed on the source-side contact layer CTS, and a drain electrode DT is formed on the drain-side contact layer CTD. A protective film PRO made of an insulating film is formed on these structures, and a plug and a wiring WIR thereon are formed through a contact hole opened in the protective film PRO. The plugs electrically connect the wiring WIR and the source electrode ST, and the wiring WIR and the drain electrode DT.

チャネル層CHNのキャリア濃度Ncおよび厚さdは、前記実施の形態1と同様に酸化物TFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現できるように形成されている。すなわち、チャネル層中の全キャリア量はゲートで制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、チャネル層の厚さは最大空乏層幅よりも小さく形成されている。   The carrier concentration Nc and the thickness d of the channel layer CHN are formed so that a fully depleted state can be realized in the off state of the oxide TFT as in the first embodiment. That is, the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width.

両コンタクト層CTS、CTDが厚すぎると厚さ方向に寄生抵抗が生じるため、前記実施の形態1と同様に、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が100nm以下となるように形成するのが望ましい。一方、両コンタクト層CTS、CTDが薄すぎると充分な厚さの接合界面層を形成できず、コンタクト抵抗の低減効果が充分に得られないため、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が10nm以上となるように形成するのが望ましい。   If both contact layers CTS and CTD are too thick, parasitic resistance is generated in the thickness direction. Therefore, like the first embodiment, the thickness is formed such that the sum of the thickness of the channel layer CHN and the channel layer CHN is 100 nm or less. Is desirable. On the other hand, if the contact layers CTS and CTD are too thin, a sufficiently thick bonding interface layer cannot be formed, and a sufficient effect of reducing contact resistance cannot be obtained. Therefore, the thickness is the sum of the thickness of the channel layer CHN. Is preferably 10 nm or more.

本実施の形態2における酸化物TFTにおいても、ゲート電極GTとチャネル層CHNとの間のゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極GT以外の構造物とチャネル層CHNとの間の寄生容量の総和をCpとしたとき、Cgiに対するCpの割合Cp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されている。   Also in the oxide TFT according to the second embodiment, the gate insulating film capacitance between the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode GT and the channel layer CHN is calculated. When Cp, the ratio Cp / Cgi of Cp to Cgi is formed to be smaller than 0.7.

本実施の形態2における酸化物TFTは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。   The oxide TFT according to the second embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

まず、図17に示すように、通常の半導体プロセスで用いられるスパッタリング法やCVD法などの成膜技術、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニング技術を用いて、基板SUB上にゲート電極GT、ゲート絶縁膜GI、チャネル層CHNを形成する。   First, as shown in FIG. 17, a gate electrode GT and a gate insulating film GI are formed on the substrate SUB by using a film forming technique such as sputtering or CVD used in a normal semiconductor process, or a patterning technique by photolithography and etching. The channel layer CHN is formed.

次に、図18に示すように、フォトレジストPRを塗布し、少なくともゲート電極GT上にソース電極、ドレイン電極を分離する領域を残してフォトレジストPRを開口する。その後、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、フォトレジストPRを開口した領域にチャネル層CHNと同一の材料からなる酸化物半導体層(コンタクト層CTS、CTDとなる層)を形成する。そして、さらにその上に導電体膜(ソース電極STやドレイン電極DTとなる膜)を成膜する。   Next, as shown in FIG. 18, a photoresist PR is applied, and the photoresist PR is opened at least on the gate electrode GT, leaving a region for separating the source electrode and the drain electrode. Thereafter, an oxide semiconductor layer (a layer to be a contact layer CTS, CTD) made of the same material as the channel layer CHN is formed in a region where the photoresist PR is opened by a sputtering method, a CVD method, a coating method, or the like. Further, a conductor film (a film that becomes the source electrode ST and the drain electrode DT) is formed thereon.

続いて、図19に示すように、フォトレジストPRを除去して、ソース側のコンタクト層CTS、ドレイン側のコンタクト層CTD、ソース電極ST、ドレイン電極DTをパターニングする(リフトオフ法)。   Subsequently, as shown in FIG. 19, the photoresist PR is removed, and the source-side contact layer CTS, the drain-side contact layer CTD, the source electrode ST, and the drain electrode DT are patterned (lift-off method).

その後、図20に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、チャネル層CHN上に絶縁膜からなる保護膜PROを成膜する。そして、フォトリソグラフィとエッチングによりソース電極ST、ドレイン電極DTへ到達するコンタクトホールを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 20, a protective film PRO made of an insulating film is formed on the channel layer CHN by sputtering, CVD, coating, or the like. Then, contact holes reaching the source electrode ST and the drain electrode DT are formed by photolithography and etching.

次に、図21に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより導電体膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングで、プラグおよび配線WIRを形成する。   Next, as shown in FIG. 21, a conductor film is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and plugs and wirings WIR are formed by patterning by photolithography and etching.

以上の工程により、本実施の形態2における半導体装置を製造することが可能であるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、必要に応じて工程の追加や削除、変更を行なうこともありうる。   Although the semiconductor device according to the second embodiment can be manufactured through the above steps, steps may be added, deleted, or changed as necessary without departing from the spirit of the present invention. .

本実施の形態2の構成はトップコンタクト型であるため、前記実施の形態1のボトムコンタクト型の構造には適していない材料をソース電極ST、ドレイン電極DTに用いることができる。すなわち、酸化されやすい金属材料でボトムコンタクト型の構造を形成すると、ソース電極ST、ドレイン電極DTを形成してから両コンタクト層CTS、CTDを形成するまでの間(図7と図8の間)にソース電極STとドレイン電極DTの表面に自然酸化膜が形成され、コンタクト抵抗が増大してしまう。これに対し、本実施の形態2のように、トップコンタクト型の構造では同じ金属材料を用いてもコンタクト抵抗が増大してしまう心配がない。つまり、図18に示すように、コンタクト層CTS、CTDを形成した後に、ソース電極STおよびドレイン電極DTを形成するので、ソース電極STとソース側のコンタクト層CTSの界面およびドレイン電極DTとドレイン側のコンタクト層CTDの界面が酸化されることを抑制できる。   Since the configuration of the second embodiment is a top contact type, a material not suitable for the bottom contact type structure of the first embodiment can be used for the source electrode ST and the drain electrode DT. That is, when a bottom contact type structure is formed of a metal material that is easily oxidized, it is between the formation of the source electrode ST and the drain electrode DT and the formation of both contact layers CTS and CTD (between FIGS. 7 and 8). In addition, a natural oxide film is formed on the surfaces of the source electrode ST and the drain electrode DT, and the contact resistance increases. On the other hand, in the top contact type structure as in the second embodiment, there is no fear that the contact resistance increases even if the same metal material is used. That is, as shown in FIG. 18, since the source electrode ST and the drain electrode DT are formed after the contact layers CTS and CTD are formed, the interface between the source electrode ST and the source-side contact layer CTS and the drain electrode DT and the drain side are formed. It is possible to suppress the interface of the contact layer CTD from being oxidized.

本実施の形態2における酸化物TFTの構成でも、前記実施の形態1と同様に、TFTのオフ電流およびサブスレッショルド係数Sの低減を図ることができるとともに、酸化物TFTのオン電流の向上を図ることができる。これにより、本実施の形態2における酸化物TFTを使用する回路の低消費電力化、低電圧化および高速化を図ることができる。   Also in the configuration of the oxide TFT according to the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to reduce the off current and the subthreshold coefficient S of the TFT and to improve the on current of the oxide TFT. be able to. Thereby, it is possible to reduce the power consumption, the voltage, and the speed of the circuit using the oxide TFT according to the second embodiment.

なお、図16ではボトムゲート/トップコンタクト型の酸化物TFTを例に挙げて説明したが、図22に示すようなトップゲート/トップコンタクト型の酸化物TFTとしても同様の効果を得ることができる。ここでいうトップゲートとは、チャネル層CHNの上層にゲート電極GTが形成されている構造を意味し、トップコンタクトとは、チャネル層CHNの上層にコンタクト層CTS、CTDが形成されている構造を意味する。   In FIG. 16, the bottom gate / top contact type oxide TFT has been described as an example. However, the same effect can be obtained by using a top gate / top contact type oxide TFT as shown in FIG. . Here, the top gate means a structure in which the gate electrode GT is formed above the channel layer CHN, and the top contact means a structure in which the contact layers CTS and CTD are formed above the channel layer CHN. means.

(実施の形態3)
図23は、本実施の形態3における半導体装置の構成を示す図である。半導体装置としていわゆるボトムゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTを挙げている。前記実施の形態1の構造と異なる点は、配線WIRとソース電極STや配線WIRとドレイン電極DTとの間の電気的な接続のために形成されるプラグがコンタクト層CTS、CTDを貫通している点である。ただし、本実施の形態3では、サイドエッチングによりゲート電極GT上のチャネル層CHNが削られないようにするため、プラグ(コンタクトホール)を貫通させる位置はゲート電極GTから充分に離している。
(Embodiment 3)
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the third embodiment. A so-called bottom gate / bottom contact type oxide TFT is cited as a semiconductor device. A difference from the structure of the first embodiment is that a plug formed for electrical connection between the wiring WIR and the source electrode ST or between the wiring WIR and the drain electrode DT penetrates the contact layers CTS and CTD. It is a point. However, in the third embodiment, the position where the plug (contact hole) penetrates is sufficiently separated from the gate electrode GT in order to prevent the channel layer CHN on the gate electrode GT from being etched by side etching.

チャネル層CHNのキャリア濃度Ncおよび厚さdは、前記実施の形態1と同様に、酸化物TFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現できるように形成されている。すなわち、チャネル層中の全キャリア量はゲートで制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、チャネル層の厚さは最大空乏層幅よりも小さく形成されている。   The carrier concentration Nc and the thickness d of the channel layer CHN are formed so that a fully depleted state can be realized in the off state of the oxide TFT, as in the first embodiment. That is, the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width.

さらに、両コンタクト層CTS、CTDが厚すぎると厚さ方向に寄生抵抗が生じるため、前記実施の形態1と同様に、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が100nm以下となるように形成するのが望ましい。一方、両コンタクト層CTS、CTDが薄すぎると充分な厚さの接合界面層を形成できず、コンタクト抵抗の低減効果が充分に得られないため、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が10nm以上となるように形成するのが望ましい。   Furthermore, if both contact layers CTS and CTD are too thick, parasitic resistance is generated in the thickness direction. Therefore, as in the first embodiment, the total thickness is 100 nm or less with the thickness of the channel layer CHN. It is desirable to form. On the other hand, if the contact layers CTS and CTD are too thin, a sufficiently thick bonding interface layer cannot be formed, and a sufficient effect of reducing contact resistance cannot be obtained. Therefore, the thickness is the sum of the thickness of the channel layer CHN. Is preferably 10 nm or more.

本実施の形態3における酸化物TFTでも、ゲート電極GTとチャネル層CHNとの間のゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極GT以外の構造物とチャネル層CHNとの間の寄生容量の総和をCpとしたとき、Cgiに対するCpの割合Cp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されている。   Also in the oxide TFT according to the third embodiment, the gate insulating film capacitance between the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cp. , The ratio Cp / Cgi of Cp to Cgi is formed to be smaller than 0.7.

本実施の形態3における酸化物TFTは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。   The oxide TFT according to the third embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

まず、図24に示すように、通常の半導体プロセスで用いられるスパッタリング法やCVD法などの成膜技術、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニング技術を用いて、基板SUB上にゲート電極GT、ゲート絶縁膜GI、ソース電極ST、ドレイン電極DT、ソース側・ドレイン側の両コンタクト層CTS、CTDを形成する。ここで、ソース電極STとドレイン電極DTを形成する膜と両コンタクト層CTS、CTDを形成する膜は連続して成膜し、その上にフォトレジストをパターニングした後、2層の膜を一括でエッチングする。これにより、製造工程を簡略化することができる。チャネル層CHNを成膜する際の被覆性を良好にするため、ソース電極ST、ドレイン電極DT、ソース側・ドレイン側の両コンタクト層CTS、CTDはテーパ状に形成する。   First, as shown in FIG. 24, the gate electrode GT and the gate insulating film GI are formed on the substrate SUB by using a film forming technique such as sputtering or CVD used in a normal semiconductor process, or a patterning technique by photolithography and etching. The source electrode ST, the drain electrode DT, and both the source side / drain side contact layers CTS, CTD are formed. Here, the film for forming the source electrode ST and the drain electrode DT and the film for forming the contact layers CTS and CTD are successively formed, and after patterning the photoresist on the film, the two layers of films are collectively formed. Etch. Thereby, a manufacturing process can be simplified. In order to improve the coverage when forming the channel layer CHN, the source electrode ST, the drain electrode DT, and both the source and drain contact layers CTS and CTD are formed in a tapered shape.

次に、図25に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、数nm〜十数nm厚の酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングでチャネル層CHNを形成する。   Next, as shown in FIG. 25, an oxide semiconductor layer having a thickness of several nanometers to several tens of nanometers is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and a channel layer CHN is formed by patterning by photolithography and etching. To do.

続いて、図26に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより、チャネル層CHNの上に絶縁膜からなる保護膜PROを成膜する。その後、フォトリソグラフィとエッチングにより保護膜PROおよびコンタクト層CTS、CTDを貫通してソース電極ST、ドレイン電極DTへ到達するコンタクトホールを形成する。酸化物半導体層のサイドエッチングによりゲート電極GT上のチャネル層CHNが削られないようにするため、コンタクトホールを貫通させる位置はゲート電極GTから充分に離している。   Subsequently, as shown in FIG. 26, a protective film PRO made of an insulating film is formed on the channel layer CHN by sputtering, CVD, coating, or the like. Thereafter, contact holes that reach the source electrode ST and the drain electrode DT through the protective film PRO and the contact layers CTS and CTD are formed by photolithography and etching. In order to prevent the channel layer CHN on the gate electrode GT from being etched by side etching of the oxide semiconductor layer, the position where the contact hole penetrates is sufficiently separated from the gate electrode GT.

その後、図27に示すように、スパッタリング法、CVD法、塗布法などにより導電体膜を成膜し、フォトリソグラフィとエッチングによるパターニングによりプラグと配線WIRを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 27, a conductor film is formed by sputtering, CVD, coating, or the like, and plugs and wirings WIR are formed by patterning by photolithography and etching.

本実施の形態3における半導体装置の製造方法では、ソース電極STとドレイン電極DTを構成する層と、コンタクト層CTS、CTDを構成する層の2層を一括でパターニングするため、前記実施の形態1に比べて製造工程の簡易化を図ることができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the two layers of the layers constituting the source electrode ST and the drain electrode DT and the layers constituting the contact layers CTS and CTD are patterned at once. The manufacturing process can be simplified compared to the above.

本実施の形態3における酸化物TFTの構成でも、前記実施の形態1と同様に、TFTのオフ電流およびサブスレッショルド係数Sの低減を図ることができるとともに、酸化物TFTのオン電流を向上することができる。これにより、本実施の形態3における酸化物TFTを使用した回路の低消費電力化、低電圧化および高速化を図ることができる。   Also in the configuration of the oxide TFT in the third embodiment, the off-current and subthreshold coefficient S of the TFT can be reduced and the on-current of the oxide TFT can be improved as in the first embodiment. Can do. Thereby, it is possible to reduce the power consumption, the voltage, and the speed of the circuit using the oxide TFT according to the third embodiment.

なお、図23ではボトムゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTを例に挙げて説明したが、図28に示すようなトップゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTとしても同様の効果を得ることができる。   In FIG. 23, the bottom gate / bottom contact type oxide TFT has been described as an example. However, the same effect can be obtained with a top gate / bottom contact type oxide TFT as shown in FIG. .

(実施の形態4)
図29は、本実施の形態4における半導体装置の構成を示す図である。本実施の形態4では、半導体装置として、いわゆるボトムゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTを例に挙げている。
(Embodiment 4)
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, as a semiconductor device, a so-called bottom gate / bottom contact type oxide TFT is taken as an example.

本実施の形態4に示す構造では、配線WIRの上に絶縁膜からなる保護膜PRO3を形成し、その保護膜PRO3上に酸化物TFT(半導体装置)を積層した構造になっている。このとき、酸化物TFT(半導体装置)の積層数は2層でもよいが必要に応じて3層以上としてもよい。図29では、同様の構造を直上に積層しているが、必ずしもその必要はなく、パターンの位置をずらして積層してもよいし、異なる構造の半導体装置を積層してもよい。   In the structure shown in the fourth embodiment, a protective film PRO3 made of an insulating film is formed on the wiring WIR, and an oxide TFT (semiconductor device) is stacked on the protective film PRO3. At this time, the number of stacked oxide TFTs (semiconductor devices) may be two, but may be three or more as required. In FIG. 29, the same structure is stacked immediately above, but this is not necessarily required, and the pattern positions may be shifted and stacked, or semiconductor devices having different structures may be stacked.

チャネル層CHNのキャリア濃度Ncおよび厚さdは、前記実施の形態1と同様に、酸化物TFTのオフ状態において完全空乏化状態を実現できるように形成されている。すなわち、チャネル層中の全キャリア量はゲートで制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、チャネル層の厚さは最大空乏層幅よりも小さく形成されている。   The carrier concentration Nc and the thickness d of the channel layer CHN are formed so that a fully depleted state can be realized in the off state of the oxide TFT, as in the first embodiment. That is, the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width.

また、両コンタクト層CTS、CTDが厚すぎると厚さ方向に寄生抵抗が生じるため、前記実施の形態1と同様に、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が100nm以下となるように形成するのが望ましい。また、両コンタクト層CTS、CTDが薄すぎると充分な厚さの接合界面層を形成できず、コンタクト抵抗の低減効果が充分に得られないため、その厚さはチャネル層CHNの厚さとの合計が10nm以上となるように形成するのが望ましい。   Further, if both contact layers CTS and CTD are too thick, parasitic resistance is generated in the thickness direction, so that the sum of the thickness and the thickness of the channel layer CHN is 100 nm or less as in the first embodiment. It is desirable to form. Further, if the contact layers CTS and CTD are too thin, a sufficiently thick junction interface layer cannot be formed, and the effect of reducing the contact resistance cannot be sufficiently obtained. Therefore, the thickness is the sum of the thickness of the channel layer CHN. Is preferably 10 nm or more.

本実施の形態4における酸化物TFTでも、ゲート電極GTとチャネル層CHNとの間のゲート絶縁膜容量をCgi、ゲート電極GT以外の構造物とチャネル層CHNとの間の寄生容量の総和をCpとしたとき、Cgiに対するCpの割合Cp/Cgiが0.7よりも小さくなるように形成されている。   Also in the oxide TFT according to the fourth embodiment, the gate insulating film capacitance between the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode GT and the channel layer CHN is Cp. , The ratio Cp / Cgi of Cp to Cgi is formed to be smaller than 0.7.

本実施の形態4における半導体装置では、酸化物TFTを積層するため、単位面積あたりの素子数を増やすことができ、素子の集積度を向上しながら半導体装置全体の面積の低減を図ることができる。特に、大容量の記憶回路を作製する際に有効である。   In the semiconductor device in Embodiment 4, since the oxide TFTs are stacked, the number of elements per unit area can be increased, and the area of the entire semiconductor device can be reduced while improving the integration degree of elements. . This is particularly effective when manufacturing a large-capacity memory circuit.

本実施の形態4の構成でも、前記実施の形態1と同様に、酸化物TFTのオフ電流およびサブスレッショルド係数Sの低減を図ることができるとともに、酸化物TFTのオン電流を向上することができる。これにより、本実施の形態4における酸化物TFTを使用した回路の低消費電力化、低電圧化および高速化を図ることができる。   Also in the configuration of the fourth embodiment, as in the first embodiment, the off-current and subthreshold coefficient S of the oxide TFT can be reduced, and the on-current of the oxide TFT can be improved. . Thereby, it is possible to reduce the power consumption, the voltage, and the speed of the circuit using the oxide TFT according to the fourth embodiment.

なお、図29ではボトムゲート/ボトムコンタクト型の酸化物TFTを積層する例について説明しているが、これに限らず、例えば、トップゲート/ボトムコンタクト型、ボトムゲート/トップコンタクト型、トップゲート/トップコンタクト型の酸化物TFTを積層しても同様の効果を得ることができる。また、必要に応じて層毎に酸化物TFTの構造を変えてもよい。   Note that FIG. 29 illustrates an example in which a bottom gate / bottom contact type oxide TFT is stacked. However, the present invention is not limited to this. For example, a top gate / bottom contact type, a bottom gate / top contact type, a top gate / The same effect can be obtained by stacking top contact type oxide TFTs. Moreover, you may change the structure of an oxide TFT for every layer as needed.

(実施の形態5)
図30は本実施の形態5における半導体装置の構成を示す図である。実施の形態1〜4に示す構造の酸化物TFTを用いてアンテナ共振回路AR、整流器RCT、変調器MOD、デジタル回路DGCなどを構成し、無線タグを形成している。無線タグはリーダRDまたはライタWRと無線で通信を行うことができるようになっている。無線タグでは、リーダRDやライタWRとの無線通信を行なうが、低消費電力化や低電圧化が要求される。このとき、前記実施の形態1〜4に示す酸化物TFTでは、オフ電流およびサブスレッショルド係数Sの低減を図ることができるとともに、酸化物TFTのオン電流を向上することができる。これにより、前記実施の形態1〜4における酸化物TFTを使用した回路の低消費電力化、低電圧化および高速化を図ることができる。このことから、前記実施の形態1〜4に示す酸化物TFTは、低消費電および低電圧化が必要とされる無線タグの使用に適しているといえる。
(Embodiment 5)
FIG. 30 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment. An antenna resonant circuit AR, a rectifier RCT, a modulator MOD, a digital circuit DGC, and the like are formed using the oxide TFTs having the structures described in Embodiments 1 to 4, and a wireless tag is formed. The wireless tag can communicate with the reader RD or the writer WR wirelessly. The wireless tag performs wireless communication with the reader RD and the writer WR, but requires low power consumption and low voltage. At this time, in the oxide TFTs described in Embodiments 1 to 4, the off-current and the subthreshold coefficient S can be reduced, and the on-current of the oxide TFT can be improved. Thereby, low power consumption, low voltage and high speed of the circuit using the oxide TFT in the first to fourth embodiments can be achieved. Thus, it can be said that the oxide TFTs described in Embodiments 1 to 4 are suitable for use in wireless tags that require low power consumption and low voltage.

なお、前記実施の形態1〜4に示す酸化物TFTが低温で形成できることを活用して、基板SUBをプラスチックフィルムなどのいわゆるフレキシブル基板とすることもできる。   Note that the substrate SUB can be a so-called flexible substrate such as a plastic film by utilizing the fact that the oxide TFTs described in Embodiments 1 to 4 can be formed at a low temperature.

(実施の形態6)
図31は本実施の形態6における半導体装置の構成を示す図である。本実施の形態6では、前記実施の形態1〜4の構造を有する酸化物TFTを構成要素とする素子が基板SUB上にアレイ状に配置されている。前記実施の形態1〜4に示す酸化物TFTを、アレイ内の各素子のスイッチングや駆動用のトランジスタに用いることはもちろん、この酸化物TFTのゲート電極GTと接続されるゲート線GLに信号を送るゲート線駆動回路GDCや、この酸化物TFTのソース電極STあるいはドレイン電極DTと接続されるデータ線DLに信号を送るデータ線駆動回路DDCを構成するトランジスタに用いてもよい。この場合、各素子の酸化物TFTとゲート線駆動回路GDCあるいはデータ線駆動回路DDC内の酸化物TFTを並行して形成することができる。
(Embodiment 6)
FIG. 31 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, elements each including the oxide TFT having the structure of the first to fourth embodiments as constituent elements are arranged in an array on the substrate SUB. The oxide TFTs shown in the first to fourth embodiments are used for switching and driving transistors of each element in the array, and a signal is sent to the gate line GL connected to the gate electrode GT of the oxide TFT. You may use for the transistor which comprises the data line drive circuit DDC which sends the signal to the data line DL connected to the gate line drive circuit GDC to send and the source electrode ST or drain electrode DT of this oxide TFT. In this case, the oxide TFT of each element and the oxide TFT in the gate line driving circuit GDC or the data line driving circuit DDC can be formed in parallel.

また、前記実施の形態1〜4に示す酸化物TFTが低温で形成できることを活用して、基板SUBをプラスチックフィルムなどのいわゆるフレキシブル基板とすることもできる。   In addition, the substrate SUB can be a so-called flexible substrate such as a plastic film by utilizing the fact that the oxide TFTs described in Embodiments 1 to 4 can be formed at a low temperature.

アクティブマトリクス型液晶表示装置に上述したアレイを適用する場合、各素子は、例えば、図32に示すような構成になる。図中x方向に延在するゲート線GLに走査信号が供給されると、酸化物TFTA1がオンし、このオンされた酸化物TFTA1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PTに供給される。なお、ゲート線GLは図中y方向に並設され、データ線DLは図中x方向に並設され、隣接する一対のゲート線GLと隣接する一対のドレイン線DLで囲まれる領域(画素領域)に画素電極PTが配置されている。この場合、例えば、データ線DLがソース電極STと電気的に接続され、画素電極PTがドレイン電極DTと電気的に接続される。あるいは、データ線DLがソース電極STを兼ね、画素電極PTがドレイン電極DTを兼ねてもよい。また、液晶表示装置に限らずOLED表示装置などに上述したアレイを適用してもよい。この場合、画素回路を構成するトランジスタに酸化物TFTを適用する。さらには、上述したアレイを記憶素子に適用し、選択トランジスタに酸化物TFTを適用してもよい。   When the above-described array is applied to an active matrix liquid crystal display device, each element has a configuration as shown in FIG. 32, for example. When a scanning signal is supplied to the gate line GL extending in the x direction in the figure, the oxide TFT A1 is turned on, and the image from the data line DL extending in the y direction in the figure through the turned on oxide TFT A1. A signal is supplied to the pixel electrode PT. Note that the gate lines GL are juxtaposed in the y direction in the drawing, the data lines DL are juxtaposed in the x direction in the drawing, and a region (pixel region) surrounded by a pair of adjacent drain lines DL and a pair of adjacent gate lines GL. ) Is provided with a pixel electrode PT. In this case, for example, the data line DL is electrically connected to the source electrode ST, and the pixel electrode PT is electrically connected to the drain electrode DT. Alternatively, the data line DL may also serve as the source electrode ST, and the pixel electrode PT may also serve as the drain electrode DT. Further, the above-described array may be applied not only to a liquid crystal display device but also to an OLED display device. In this case, an oxide TFT is applied to a transistor constituting the pixel circuit. Further, the above-described array may be applied to a memory element, and an oxide TFT may be applied to a selection transistor.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前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いうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明における半導体装置は、無線タグ、記憶素子アレイなどを構成するトランジスタや周辺回路などに適用できる。また、透過型、反射型、半透過型の各液晶表示装置、並びにOLED表示装置などの各画素を駆動するトランジスタや周辺回路などにも適用できる。   The semiconductor device of the present invention can be applied to a transistor, a peripheral circuit, or the like included in a wireless tag, a memory element array, or the like. Further, the present invention can be applied to a transistor, a peripheral circuit, and the like for driving each pixel such as a transmissive liquid crystal display device, a reflective liquid crystal display device, and a transflective liquid crystal display device.

本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 酸化物TFTが完全空乏化状態を実現するための一条件式を説明する図である。It is a figure explaining one conditional expression for an oxide TFT to realize a fully depleted state. 酸化物TFTが完全空乏化状態を実現するための一条件式を説明する図である。It is a figure explaining one conditional expression for an oxide TFT to realize a fully depleted state. 酸化物TFTが完全空乏化状態を実現する条件を図示するグラフである。It is a graph which illustrates the conditions for an oxide TFT to realize a fully depleted state. 酸化物TFTのチャネル層が周囲の構造物との間に形成する静電容量を示す図である。It is a figure which shows the electrostatic capacitance which the channel layer of oxide TFT forms between the surrounding structures. Cp/Cgiとサブスレッショルド係数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between Cp / Cgi and a subthreshold coefficient. 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment. FIG. 図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 10; 実施の形態1の変形例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a modification of the first embodiment. FIG. コンタクト層の有無によってオン抵抗が相違することを示すグラフである。It is a graph which shows that on-resistance changes with the presence or absence of a contact layer. 酸化物TFTのId(ドレイン電流)−Vg(ゲート電圧)特性を示すグラフである。It is a graph which shows the Id (drain current) -Vg (gate voltage) characteristic of oxide TFT. 実施の形態1の変形例を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態2における半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a second embodiment. 実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the second embodiment. 図17に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 19; 図20に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 20; 実施の形態2の変形例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the second embodiment. 実施の形態3における半導体装置の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device in a third embodiment. 実施の形態3における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the third embodiment. 図24に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 24; 図25に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 25; 図26に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 26; 実施の形態3の変形例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the third embodiment. 実施の形態4における半導体装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in a fourth embodiment. 実施の形態5における半導体装置(無線タグ)の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a semiconductor device (wireless tag) in Embodiment 5. 実施の形態6における半導体装置の構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a semiconductor device in a sixth embodiment. 実施の形態6における半導体装置をアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用する構成を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a structure in which a semiconductor device in Embodiment 6 is applied to an active matrix liquid crystal display device.

符号の説明Explanation of symbols

A1 TFT
AR アンテナ共振回路
CHN チャネル層
CTD コンタクト層
CTS コンタクト層
DDC データ線駆動回路
DGC デジタル回路
DL データ線
DT ドレイン電極
GDC ゲート線駆動回路
GI ゲート絶縁膜
GL ゲート線
GT ゲート電極
MOD 変調器
PR フォトレジスト
PRO 保護膜
PRO2 保護膜
PRO3 保護膜
PT 画素電極
RCT 整流器
RD リーダ
ST ソース電極
SUB 基板
WIR 配線
WR ライタ
A1 TFT
AR antenna resonance circuit CHN channel layer CTD contact layer CTS contact layer DDC data line drive circuit DGC digital circuit DL data line DT drain electrode GDC gate line drive circuit GI gate insulating film GL gate line GT gate electrode MOD modulator PR photoresist PRO protection Film PRO2 Protective film PRO3 Protective film PT Pixel electrode RCT Rectifier RD Reader ST Source electrode SUB Substrate WIR Wiring WR Writer

Claims (20)

(a)導電材料からなるゲート電極と、
(b)前記ゲート電極と対向するように配置され、かつ、金属酸化物を使用した半導体層からなるチャネル層と、
(c)前記ゲート電極と前記チャネル層に挟まれたゲート絶縁膜と、
(d)前記チャネル層と電気的に接続されるソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記チャネル層中の全キャリア量が前記ゲート電極で制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、前記チャネル層の厚さが最大空乏層幅よりも小さい電界効果トランジスタを有する半導体装置であって、
前記チャネル層と前記ソース電極の間に第1導電層が形成され、かつ、前記チャネル層と前記ドレイン電極の間に第2導電層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
(A) a gate electrode made of a conductive material;
(B) a channel layer that is disposed so as to face the gate electrode and is made of a semiconductor layer using a metal oxide;
(C) a gate insulating film sandwiched between the gate electrode and the channel layer;
(D) comprising a source electrode and a drain electrode electrically connected to the channel layer;
A semiconductor device having a field effect transistor in which the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate electrode, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width,
A semiconductor device, wherein a first conductive layer is formed between the channel layer and the source electrode, and a second conductive layer is formed between the channel layer and the drain electrode.
請求項1記載の半導体装置であって、
素電荷量をq、前記チャネル層中のキャリア濃度をNc、前記チャネル層の厚さをd、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極により制御可能な最大電荷量をQg、前記チャネル層中の最大空乏層幅をWmaxとする場合、
q×Nc×d<Qgおよびd<Wmaxを満たすことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The elementary charge amount is q, the carrier concentration in the channel layer is Nc, the thickness of the channel layer is d, the maximum charge amount that can be controlled by the gate electrode through the gate insulating film is Qg, When the maximum depletion layer width is Wmax,
A semiconductor device characterized by satisfying q × Nc × d <Qg and d <Wmax.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記第1導電層および前記第2導電層は、金属酸化物を使用した半導体層から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are formed of a semiconductor layer using a metal oxide.
請求項3記載の半導体装置であって、
前記第1導電層、前記第2導電層および前記チャネル層とは同一の材料から形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3,
The semiconductor device, wherein the first conductive layer, the second conductive layer, and the channel layer are formed of the same material.
請求項1記載の半導体装置であって、
離間領域を介して前記ソース電極と前記ドレイン電極が形成され、
前記ソース電極の前記離間領域側の端部を覆いながら前記ソース電極上に前記第1導電層が形成され、かつ、前記ドレイン電極の前記離間領域側の端部を覆いながら前記ドレイン電極上に前記第2導電層が形成され、前記第1導電層と前記第2導電層は前記離間領域で分離されており、
前記第1導電層上、前記離間領域上および前記第2導電層上にわたって前記チャネル層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The source electrode and the drain electrode are formed through a separation region,
The first conductive layer is formed on the source electrode while covering an end portion of the source electrode on the separated region side, and the drain electrode is formed on the drain electrode while covering an end portion of the drain electrode on the separated region side. A second conductive layer is formed, and the first conductive layer and the second conductive layer are separated by the separation region;
The semiconductor device, wherein the channel layer is formed over the first conductive layer, the separation region, and the second conductive layer.
請求項5記載の半導体装置であって、
前記離間領域の下層に前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed below the separation region through the gate insulating film.
請求項5記載の半導体装置であって、
前記離間領域の上層に前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5,
The semiconductor device, wherein the gate electrode is formed in an upper layer of the separation region through the gate insulating film.
請求項5記載の半導体装置であって、
前記ソース電極の前記離間領域側の端部および前記ドレイン電極の前記離間領域側の端部は、先端部に行くにつれて高さが低くなるテーパ形状をしていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5,
An end of the source electrode on the side of the separation region and an end of the drain electrode on the side of the separation region have a tapered shape whose height decreases toward the tip.
請求項8記載の半導体装置であって、
前記第1導電層の前記離間領域側の端部および前記第2導電層の前記離間領域側の端部は、先端部にいくにつれて高さが低くなるテーパ形状をしていることを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein
The end of the first conductive layer on the side of the separation region and the end of the second conductive layer on the side of the separation region have a tapered shape that decreases in height toward the tip. Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記第1導電層は前記ソース電極の一部領域上に形成され、
前記第2導電層は前記ドレイン電極の一部領域上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first conductive layer is formed on a partial region of the source electrode;
The semiconductor device, wherein the second conductive layer is formed on a partial region of the drain electrode.
請求項10記載の半導体装置であって、
前記電界効果トランジスタ上には絶縁膜を介して配線層が形成されており、
前記配線層と前記ソース電極を接続する第1プラグは前記絶縁膜を貫通するように形成され、前記第1プラグは、前記チャネル層および前記第1導電層が形成されていない領域の前記ソース電極に達するように形成されており、
前記配線層と前記ドレイン電極を接続する第2プラグは前記絶縁膜を貫通するように形成され、前記第2プラグは、前記チャネル層および前記第2導電層が形成されていない領域の前記ドレイン電極に達するように形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10,
A wiring layer is formed on the field effect transistor via an insulating film,
A first plug connecting the wiring layer and the source electrode is formed so as to penetrate the insulating film, and the first plug is formed in the source electrode in a region where the channel layer and the first conductive layer are not formed. Is formed to reach
A second plug connecting the wiring layer and the drain electrode is formed so as to penetrate the insulating film, and the second plug is formed in the drain electrode in a region where the channel layer and the second conductive layer are not formed. The semiconductor device is formed so as to reach
請求項1記載の半導体装置であって、
前記チャネル層の厚さと前記第1導電層の厚さの合計の厚さ、あるいは、前記チャネル層の厚さと前記第2導電層の厚さの合計の厚さは、10nm以上100nm以下であることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The total thickness of the channel layer and the first conductive layer, or the total thickness of the channel layer and the second conductive layer is 10 nm to 100 nm. A semiconductor device characterized by the above.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜を介した前記ゲート電極と前記チャネル層との間のゲート絶縁膜容量をCgi、前記ゲート電極以外の構造物と前記チャネル層との間の寄生容量の総和をCpとするとき、Cgiに対するCpの割合を示すCp/Cgiの値が0.7よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
When the gate insulating film capacitance between the gate electrode and the channel layer through the gate insulating film is Cgi, and the total parasitic capacitance between the structure other than the gate electrode and the channel layer is Cp, A semiconductor device, wherein a value of Cp / Cgi indicating a ratio of Cp to Cgi is smaller than 0.7.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記電界効果トランジスタは、ガラス基板あるいはプラスチック基板上に形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the field effect transistor is formed on a glass substrate or a plastic substrate.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記電界効果トランジスタは、2層以上の層に積層して形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The field effect transistor is formed by laminating two or more layers.
(a)基板上にゲート電極を形成する工程と、
(b)前記ゲート電極を覆うように前記基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極とを離間領域を介して形成する工程と、
(d)前記ソース電極上に第1導電層を形成し、前記ドレイン電極上に第2導電層を形成する工程と、
(e)前記第1導電層上、前記離間領域上および前記第2導電層上にわたって金属酸化物を使用した半導体層からなるチャネル層を形成する工程とを備え、
前記チャネル層中の全キャリア量が前記ゲート電極で制御できるキャリア量よりも小さく、かつ、前記チャネル層の厚さが最大空乏層幅よりも小さくなるように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a gate electrode on the substrate;
(B) forming a gate insulating film on the substrate so as to cover the gate electrode;
(C) forming a source electrode and a drain electrode on the gate insulating film via a separation region;
(D) forming a first conductive layer on the source electrode and forming a second conductive layer on the drain electrode;
(E) forming a channel layer made of a semiconductor layer using a metal oxide over the first conductive layer, over the separation region, and over the second conductive layer,
In the semiconductor device, the total amount of carriers in the channel layer is smaller than the amount of carriers that can be controlled by the gate electrode, and the thickness of the channel layer is smaller than the maximum depletion layer width. Production method.
請求項16記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電層および前記第2導電層は、金属酸化物を使用した半導体層から形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are formed from a semiconductor layer using a metal oxide.
請求項17記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電層、前記第2導電層および前記チャネル層は同一の材料から形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first conductive layer, the second conductive layer, and the channel layer are formed of the same material.
請求項16記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(d)工程は、前記ソース電極の前記離間領域側の端部を覆いながら前記ソース電極上に前記第1導電層を形成し、かつ、前記ドレイン電極の前記離間領域側の端部を覆いながら前記ドレイン電極上に前記第2導電層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16,
In the step (d), the first conductive layer is formed on the source electrode while covering an end of the source electrode on the side of the separation region, and the end of the drain electrode on the side of the separation region is covered. However, the method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second conductive layer is formed on the drain electrode.
請求項16記載の半導体装置の製造方法であって、
前記(c)工程は、前記ソース電極の前記離間領域側の端部および前記ドレイン電極の前記離間領域側の端部を、先端部に行くにつれて高さが低くなるテーパ形状に加工し、
前記(d)工程は、前記第1導電層の前記離間領域側の端部および前記第2導電層の前記離間領域側の端部を、先端部にいくにつれて高さが低くなるテーパ形状に加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16,
In the step (c), the end of the source electrode on the side of the separation region and the end of the drain electrode on the side of the separation region are processed into a tapered shape whose height decreases toward the tip.
In the step (d), the end of the first conductive layer on the side of the separation region and the end of the second conductive layer on the side of the separation region are processed into a tapered shape whose height decreases toward the tip. A method of manufacturing a semiconductor device.
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