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JP7598749B2 - Semiconductor Device - Google Patents

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JP7598749B2
JP7598749B2 JP2020205197A JP2020205197A JP7598749B2 JP 7598749 B2 JP7598749 B2 JP 7598749B2 JP 2020205197 A JP2020205197 A JP 2020205197A JP 2020205197 A JP2020205197 A JP 2020205197A JP 7598749 B2 JP7598749 B2 JP 7598749B2
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insulating layer
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李甫 堅石
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JDI Design and Development GK
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Description

本開示は、半導体装置に関する。 This disclosure relates to a semiconductor device.

近年、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を含む半導体装置が、様々な分野の電子機器に活用されている。薄膜トランジスタの半導体膜には、例えば、酸化物半導体材料を用いることができる(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, semiconductor devices including thin film transistors (TFTs) have been used in electronic devices in a variety of fields. For example, oxide semiconductor materials can be used for the semiconductor film of a thin film transistor (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載された酸化物半導体材料を用いた薄膜トランジスタにおいては、比較的少ない工程数で寄生容量の小さい薄膜トランジスタを製造するために、トップゲートセルフアライン構造が採用されている。特許文献1に記載された半導体装置の製造方法においては、ゲート電極及びゲート絶縁層がドライエッチングによってパターニングされる。この際に、ゲート絶縁層の下に位置する酸化物半導体層のうち、ゲート絶縁層から露出した領域が、例えば、ドライエッチングなどの処理によって低抵抗化される。このように、低抵抗化された酸化物半導体層とソース電極及びドレイン電極とが接続される。 In the thin-film transistor using the oxide semiconductor material described in Patent Document 1, a top-gate self-aligned structure is adopted in order to manufacture a thin-film transistor with small parasitic capacitance with a relatively small number of steps. In the manufacturing method of the semiconductor device described in Patent Document 1, the gate electrode and the gate insulating layer are patterned by dry etching. At this time, the region of the oxide semiconductor layer located under the gate insulating layer that is exposed from the gate insulating layer is made low-resistance by a process such as dry etching. In this way, the low-resistance oxide semiconductor layer is connected to the source electrode and the drain electrode.

特開2019-192852号公報JP 2019-192852 A

しかしながら、特許文献1に記載された半導体装置の製造方法においては、低抵抗領域がゲート電極の下方の領域にまで形成され得る。また、低抵抗領域の形成範囲の制御は容易ではない。このため、特許文献1に記載された半導体装置では、ゲート電極の下方における低抵抗領域の形成範囲の個体差に起因して、特性のばらつきが発生し得る。 However, in the method of manufacturing a semiconductor device described in Patent Document 1, the low resistance region can be formed up to the region below the gate electrode. In addition, it is not easy to control the range in which the low resistance region is formed. For this reason, in the semiconductor device described in Patent Document 1, variations in characteristics can occur due to individual differences in the range in which the low resistance region is formed below the gate electrode.

本開示は、上記の問題を解決するためになされたものであり、特性のばらつきを低減できる半導体装置を提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a semiconductor device that can reduce the variation in characteristics.

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る半導体装置は、基板と、前記基板の上方に配置されるボトム電極と、前記ボトム電極の上方に配置されるボトム絶縁層と、前記ボトム絶縁層の上方に配置されるシールド電極と、前記シールド電極の上方に配置されるシールド絶縁層と、前記シールド絶縁層の上方に配置され、チャネル領域を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の上方に配置されるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上方に配置されるゲート電極とを備え、前記シールド電極は、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体層と対向する位置に配置される。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to one aspect of the present disclosure includes a substrate, a bottom electrode disposed above the substrate, a bottom insulating layer disposed above the bottom electrode, a shield electrode disposed above the bottom insulating layer, a shield insulating layer disposed above the shield electrode, an oxide semiconductor layer disposed above the shield insulating layer and having a channel region, a gate insulating layer disposed above the oxide semiconductor layer, and a gate electrode disposed above the gate insulating layer, and the shield electrode is disposed in a position facing the gate electrode and the oxide semiconductor layer.

本開示によれば、特性のばらつきを低減できる半導体装置を提供できる。 This disclosure provides a semiconductor device that can reduce the variation in characteristics.

図1は、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの要部の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of a thin film transistor according to a first embodiment. 図2は、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す上面図である。FIG. 2 is a top view diagrammatically illustrating the configuration of the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Aは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第一工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a first step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Bは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第二工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a second step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Cは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第三工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3C is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a third step of the method for manufacturing the thin-film transistor according to the first embodiment. 図3Dは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第四工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3D is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a fourth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Eは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第六工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3E is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a sixth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Fは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第七工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3F is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a seventh step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Gは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第八工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3G is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing an eighth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図3Hは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第九工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3H is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a ninth step of the method for manufacturing the thin-film transistor according to the first embodiment. 図3Iは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第十工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3I is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing a tenth step of the method for manufacturing the thin-film transistor according to the first embodiment. 図3Jは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第十一工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。FIG. 3J is a cross-sectional view parallel to the channel length direction showing an eleventh step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Aは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第一工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a first step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Bは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第二工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a second step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Cは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第三工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4C is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a third step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Dは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第四工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4D is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a fourth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Eは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第五工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4E is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a fifth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Fは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第六工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4F is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a sixth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Gは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第七工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4G is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a seventh step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Hは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第八工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4H is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing an eighth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Iは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第九工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4I is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a ninth step of the method for manufacturing the thin-film transistor according to the first embodiment. 図4Jは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第十工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4J is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing a tenth step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図4Kは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法の第十一工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。FIG. 4K is a cross-sectional view parallel to the channel width direction showing an eleventh step of the method for manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment. 図5は、比較例の薄膜トランジスタの要部の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a main part of a thin film transistor of a comparative example. 図6は、比較例の薄膜トランジスタのゲート電圧とドレイン電流との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a simulation result of the relationship between the gate voltage and the drain current of the thin film transistor of the comparative example. 図7は、実施の形態1に係る薄膜トランジスタのゲート電圧とドレイン電流との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the relationship between the gate voltage and the drain current of the thin film transistor according to the first embodiment. 図8は、実施の形態2に係る薄膜トランジスタの要部の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of a thin film transistor according to the second embodiment. 図9は、各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される表示装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of a display device to which the thin film transistors according to the embodiments are applied. 図10は、各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される撮像装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of an imaging device to which the thin film transistors according to the embodiments are applied. 図11は、各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される電子機器の機能構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of an electronic device to which the thin film transistors according to the embodiments are applied.

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示における一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、並びに、工程の順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示における最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 The following describes embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. Note that each embodiment described below is a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, component placement and connection, steps, and order of steps shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in an independent claim that represents the highest concept in the present disclosure are described as optional components.

また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 In addition, each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, the scale and the like are not necessarily the same in each figure. In addition, the same reference numerals are used in each figure for substantially the same configuration, and duplicate explanations are omitted or simplified.

また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。 In addition, in this specification, the terms "above" and "below" do not refer to the upward direction (vertically upward) and downward direction (vertically downward) in an absolute spatial sense, but are used as terms defined by a relative positional relationship based on the stacking order in a stacked configuration. Furthermore, the terms "above" and "below" are applied not only to cases where two components are arranged with a gap between them and another component exists between the two components, but also to cases where two components are arranged in contact with each other.

(実施の形態1)
実施の形態1に係る半導体装置について説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例である薄膜トランジスタとその製造方法について説明する。
(Embodiment 1)
A semiconductor device according to a first embodiment will be described. In this embodiment, a thin film transistor, which is an example of a semiconductor device, and a manufacturing method thereof will be described.

[1-1.構成]
まず、実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成について図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の要部の構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10は、後述する本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を用いて製造される。薄膜トランジスタ10は、トップゲート型の薄膜トランジスタであり、表示装置、撮像装置などの駆動素子に用いられる。薄膜トランジスタ10は、本開示に係る半導体装置の一具体例である。
[1-1. Configuration]
First, the configuration of a thin film transistor according to an embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a main part of a thin film transistor 10 according to the present embodiment. The thin film transistor 10 according to the present embodiment is manufactured using a manufacturing method for a thin film transistor according to the present embodiment, which will be described later. The thin film transistor 10 is a top-gate type thin film transistor, and is used as a driving element for a display device, an imaging device, etc. The thin film transistor 10 is a specific example of a semiconductor device according to the present disclosure.

図1に示されるように、薄膜トランジスタ10は、ボトム電極61と、ボトム絶縁層62と、シールド電極12と、シールド絶縁層13と、酸化物半導体層15と、ゲート絶縁層17と、ゲート電極18とを備える。本実施の形態では、薄膜トランジスタ10は、基板11と、層間絶縁膜19及び21と、ソース電極22と、ドレイン電極23とをさらに備える。 As shown in FIG. 1, the thin-film transistor 10 includes a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62, a shield electrode 12, a shield insulating layer 13, an oxide semiconductor layer 15, a gate insulating layer 17, and a gate electrode 18. In this embodiment, the thin-film transistor 10 further includes a substrate 11, interlayer insulating films 19 and 21, a source electrode 22, and a drain electrode 23.

基板11は、薄膜トランジスタ10の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板11は、例えば、ガラス、石英及びシリコンなどから構成されている。基板11は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PI(ポリイミド)、PC(ポリカーボネート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)などの樹脂材料から構成されていてもよい。また、基板11は、絶縁材料が成膜されたステンレス鋼(SUS)などの金属板であってもよい。 The substrate 11 is a plate-like member that serves as a base for the thin-film transistor 10. In this embodiment, the substrate 11 is made of, for example, glass, quartz, silicon, or the like. The substrate 11 may be made of, for example, a resin material such as PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide), PC (polycarbonate), or PEN (polyethylene naphthalate). The substrate 11 may also be a metal plate such as stainless steel (SUS) on which an insulating material is formed.

ボトム電極61は、基板11の上方に配置される導電層である。ボトム電極61は、例えば、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、ネオジム(Nd)、銅(Cu)のうちの1種を含む単体又は合金で構成される。また、ボトム電極61は、上記の少なくとも1種の金属を含む化合物、又は、2種以上の金属を含む積層膜であってもよい。また、ボトム電極61は、例えばITOなどの透明導電膜であってもよい。本実施の形態では、ボトム電極61には、正の電位が印加される。ボトム電極61に印加される電位は、例えば、10V程度である。なお、図1には、ボトム電極61に電位が印加されることによって発生する電界の一部が、ブロック矢印で示されている。 The bottom electrode 61 is a conductive layer disposed above the substrate 11. The bottom electrode 61 is composed of, for example, a single element or alloy containing one of titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), neodymium (Nd), and copper (Cu). The bottom electrode 61 may also be a compound containing at least one of the above metals, or a laminated film containing two or more metals. The bottom electrode 61 may also be a transparent conductive film such as ITO. In this embodiment, a positive potential is applied to the bottom electrode 61. The potential applied to the bottom electrode 61 is, for example, about 10 V. In FIG. 1, a part of the electric field generated by applying a potential to the bottom electrode 61 is indicated by a block arrow.

ボトム絶縁層62は、ボトム電極61の上方に配置される絶縁層である。ボトム絶縁層62は、ボトム電極61とシールド電極12とを絶縁する。本実施の形態では、ボトム絶縁層62は、ボトム電極61上に配置され、ボトム電極61の全体を覆う。ボトム絶縁層62の構成は、絶縁層であれば特に限定されない。ボトム絶縁層62として、例えば、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)、酸化アルミニウム膜(AlO)、酸化ハフニウム(HfO)のうちの1種よりなる単層膜、又は、それらのうちの2種以上よりなる積層膜を用いることができる。本実施の形態では、ボトム絶縁層62は、シリコン窒化膜(SiN)である。 The bottom insulating layer 62 is an insulating layer disposed above the bottom electrode 61. The bottom insulating layer 62 insulates the bottom electrode 61 from the shield electrode 12. In this embodiment, the bottom insulating layer 62 is disposed on the bottom electrode 61 and covers the entire bottom electrode 61. The configuration of the bottom insulating layer 62 is not particularly limited as long as it is an insulating layer. As the bottom insulating layer 62, for example, a single layer film made of one of a silicon oxide film (SiO x ), a silicon nitride film (SiN x ), a silicon oxynitride film (SiON), an aluminum oxide film (AlO x ), and a hafnium oxide (HfO x ), or a laminated film made of two or more of them can be used. In this embodiment, the bottom insulating layer 62 is a silicon nitride film (SiN x ).

シールド電極12は、ボトム絶縁層62の上方に配置される所定の形状にパターニングされた導電層である。シールド電極12は、ゲート電極18及び酸化物半導体層15と対向する位置に配置される。言い換えると、シールド電極12は、基板11の主面の上面視において、ゲート電極18及び酸化物半導体層15と重なる位置に配置される。シールド電極12は、例えば、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、ネオジム(Nd)、銅(Cu)のうちの1種を含む単体又は合金で構成される。また、シールド電極12は、上記の少なくとも1種の金属を含む化合物、又は、2種以上の金属を含む積層膜であってもよい。また、シールド電極12は、例えばITOなどの透明導電膜であってもよい。本実施の形態では、シールド電極12は、ソース電極22と同電位である。シールド電極12は、ソース電極22と電気的に接続されていてもよいし、ソース電極22と同一の電位が印加されていてもよい。また、シールド電極12は、ゲート電極18と同電位であってもよい。シールド電極12は、ゲート電極18と電気的に接続されていてもよいし、ゲート電極18と同一の電位が印加されていてもよい。 The shield electrode 12 is a conductive layer patterned into a predetermined shape and disposed above the bottom insulating layer 62. The shield electrode 12 is disposed at a position facing the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 15. In other words, the shield electrode 12 is disposed at a position overlapping the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 15 in a top view of the main surface of the substrate 11. The shield electrode 12 is composed of, for example, a simple substance or an alloy containing one of titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), neodymium (Nd), and copper (Cu). The shield electrode 12 may also be a compound containing at least one of the above metals, or a laminated film containing two or more metals. The shield electrode 12 may also be a transparent conductive film such as ITO. In this embodiment, the shield electrode 12 has the same potential as the source electrode 22. The shield electrode 12 may be electrically connected to the source electrode 22, or the same potential as the source electrode 22 may be applied to the shield electrode 12. In addition, the shield electrode 12 may be at the same potential as the gate electrode 18. The shield electrode 12 may be electrically connected to the gate electrode 18, or the same potential as the gate electrode 18 may be applied to the shield electrode 12.

シールド絶縁層13は、シールド電極12の上方に配置される絶縁層である。シールド絶縁層13は、シールド電極12と酸化物半導体層15とを絶縁するシールド電極絶縁層である。本実施の形態では、シールド絶縁層13は、シールド電極12上と、ボトム絶縁層62上とに配置される。シールド絶縁層13の構成は、絶縁層であれば特に限定されない。シールド絶縁層13として、例えば、ボトム絶縁層62と同様の絶縁膜を用いることができる。本実施の形態では、シールド絶縁層13は、下側絶縁層13aと、上側絶縁層13bとを有する。下側絶縁層13aは、シールド電極12上と、ボトム絶縁層62上とに配置される絶縁層である。本実施の形態では、下側絶縁層13aは、シリコン窒化膜(SiN)である。上側絶縁層13bは、下側絶縁層13a上に配置される絶縁層である。本実施の形態では、上側絶縁層13bは、シリコン酸化膜(SiO)である。 The shield insulating layer 13 is an insulating layer disposed above the shield electrode 12. The shield insulating layer 13 is a shield electrode insulating layer that insulates the shield electrode 12 from the oxide semiconductor layer 15. In this embodiment, the shield insulating layer 13 is disposed on the shield electrode 12 and on the bottom insulating layer 62. The configuration of the shield insulating layer 13 is not particularly limited as long as it is an insulating layer. For example, an insulating film similar to the bottom insulating layer 62 can be used as the shield insulating layer 13. In this embodiment, the shield insulating layer 13 has a lower insulating layer 13a and an upper insulating layer 13b. The lower insulating layer 13a is an insulating layer disposed on the shield electrode 12 and on the bottom insulating layer 62. In this embodiment, the lower insulating layer 13a is a silicon nitride film (SiN x ). The upper insulating layer 13b is an insulating layer disposed on the lower insulating layer 13a. In this embodiment, the upper insulating layer 13b is a silicon oxide film (SiO x ).

酸化物半導体層15は、シールド絶縁層13の上方に配置され、チャネル領域15cと、低抵抗領域15nとを有する半導体層である。酸化物半導体層15は、シールド絶縁層13上の所定の領域に配置される。チャネル領域15cは、シールド電極12及びゲート電極18と対向する位置に形成される。言い換えると、チャネル領域15cは、基板11の主面の上面視において、シールド電極12及びゲート電極18と重なる位置に形成される。酸化物半導体層15は、ボトム電極61と対向する位置に配置される。チャネル領域15cのチャネル長方向(つまり、図1の水平方向)におけるボトム電極61の長さは、チャネル長方向におけるシールド電極12の長さより長い。低抵抗領域15nは、ボトム電極61と対向する酸化物半導体層15の領域のうち、チャネル領域15cの外部の領域に形成される。酸化物半導体層15は、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、チタン(Ti)及びニオブ(Nb)のうちの少なくとも1種の元素の酸化物を主成分として含む酸化物半導体から構成されている。酸化物半導体層15として、例えば、酸化インジウムスズ亜鉛(ITZO)、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO:InGaZnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムガリウム(IGO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム(InO)などを用いることができる。本実施の形態では、酸化物半導体層15は、酸化インジウムガリウム亜鉛膜である。 The oxide semiconductor layer 15 is disposed above the shield insulating layer 13 and is a semiconductor layer having a channel region 15c and a low resistance region 15n. The oxide semiconductor layer 15 is disposed in a predetermined region on the shield insulating layer 13. The channel region 15c is formed in a position facing the shield electrode 12 and the gate electrode 18. In other words, the channel region 15c is formed in a position overlapping with the shield electrode 12 and the gate electrode 18 in a top view of the main surface of the substrate 11. The oxide semiconductor layer 15 is disposed in a position facing the bottom electrode 61. The length of the bottom electrode 61 in the channel length direction of the channel region 15c (i.e., the horizontal direction in FIG. 1) is longer than the length of the shield electrode 12 in the channel length direction. The low resistance region 15n is formed in a region outside the channel region 15c, of the region of the oxide semiconductor layer 15 facing the bottom electrode 61. The oxide semiconductor layer 15 is composed of an oxide semiconductor containing, as a main component, an oxide of at least one element selected from the group consisting of indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), titanium (Ti), and niobium (Nb). As the oxide semiconductor layer 15, for example, indium tin zinc oxide (ITZO), indium gallium zinc oxide (IGZO: InGaZnO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium oxide (IGO), indium tin oxide (ITO), indium oxide (InO), etc. can be used. In this embodiment, the oxide semiconductor layer 15 is an indium gallium zinc oxide film.

ゲート絶縁層17は、酸化物半導体層15の上方に配置される絶縁層である。また、ゲート絶縁層17は、ゲート電極18の直下に配置される。ゲート絶縁層17は、酸化物半導体層15のチャネル領域15cのチャネル長方向における長さは、チャネル長方向におけるゲート電極18の長さより長い。例えば、ゲート絶縁層がゲート電極と形状を有する、いわゆるセルフアライン構造においては、ゲート電極と酸化物半導体層との間における電流リークが発生し得る。本実施の形態では、ゲート絶縁層17が上述したような形状を有するため、セルフアライン構造において発生し得る電流リークを抑制できる。ゲート絶縁層17の構成は、絶縁層であれば特に限定されない。ゲート絶縁層17として、例えば、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)、酸化アルミニウム膜(AlO)、酸化ハフニウム(HfO)のうちの1種よりなる単層膜、又は、それらのうちの2種以上よりなる積層膜を用いることができる。本実施の形態では、ゲート絶縁層17は、シリコン酸化膜(SiO)膜である。 The gate insulating layer 17 is an insulating layer disposed above the oxide semiconductor layer 15. The gate insulating layer 17 is disposed directly below the gate electrode 18. The length of the channel region 15c of the oxide semiconductor layer 15 in the channel length direction of the gate insulating layer 17 is longer than the length of the gate electrode 18 in the channel length direction. For example, in a so-called self-aligned structure in which the gate insulating layer has a shape with the gate electrode, a current leak may occur between the gate electrode and the oxide semiconductor layer. In this embodiment, since the gate insulating layer 17 has the shape as described above, the current leak that may occur in the self-aligned structure can be suppressed. The configuration of the gate insulating layer 17 is not particularly limited as long as it is an insulating layer. As the gate insulating layer 17, for example, a single layer film made of one of a silicon oxide film (SiO x ), a silicon nitride film (SiN x ), a silicon oxynitride film (SiON), an aluminum oxide film (AlO x ), and a hafnium oxide (HfO x ), or a stacked film made of two or more of them can be used. In this embodiment, the gate insulating layer 17 is a silicon oxide film (SiO x ).

ゲート電極18は、ゲート絶縁層17の上方に配置される導電層である。ゲート電極18は、ゲート絶縁層17を介して酸化物半導体層15のチャネル領域と対向している。ゲート電極18は、印加されるゲート電圧によってチャネル領域中のキャリア密度を制御すると共に、電位を供給する配線としての機能を有する。ゲート電極18は、例えば、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、ネオジム(Nd)及び銅(Cu)のうちの1種を含む単体、又は、合金で構成される。また、ゲート電極18は、上記の少なくとも1種の金属を含む化合物、又は、2種以上の金属を含む積層膜であってもよい。また、ゲート電極18は、例えばITOなどの透明導電膜であってもよい。 The gate electrode 18 is a conductive layer disposed above the gate insulating layer 17. The gate electrode 18 faces the channel region of the oxide semiconductor layer 15 via the gate insulating layer 17. The gate electrode 18 controls the carrier density in the channel region by the gate voltage applied thereto, and also functions as a wiring that supplies a potential. The gate electrode 18 is composed of, for example, a simple substance containing one of titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), neodymium (Nd), and copper (Cu), or an alloy. The gate electrode 18 may also be a compound containing at least one of the above metals, or a laminated film containing two or more metals. The gate electrode 18 may also be a transparent conductive film such as ITO.

層間絶縁膜19及び21は、ゲート電極18の上方に配置される絶縁膜である。層間絶縁膜19は、ゲート電極18及びゲート絶縁層17上に配置される。層間絶縁膜19として、例えば、上述したボトム絶縁層62と同様の絶縁膜を用いることができる。本実施の形態では、層間絶縁膜19は、ゲート電極18及びゲート絶縁層17の上方に配置される第一絶縁膜19aと、第一絶縁膜19aの上方に配置される第二絶縁膜19bとを有する。例えば、第一絶縁膜19aは、シリコン酸化膜(SiO)であり、第二絶縁膜19bは、酸化アルミニウム膜(AlO)である。層間絶縁膜21は、層間絶縁膜19上に配置される絶縁膜である。層間絶縁膜21として、例えば、感光性を有する樹脂膜を用いることができる。具体的には、層間絶縁膜21として、例えば、ポリイミド樹脂膜、ノボラック樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。本実施の形態では、層間絶縁膜21は、ポリイミド樹脂膜である。 The interlayer insulating films 19 and 21 are insulating films disposed above the gate electrode 18. The interlayer insulating film 19 is disposed on the gate electrode 18 and the gate insulating layer 17. For example, an insulating film similar to the bottom insulating layer 62 described above can be used as the interlayer insulating film 19. In this embodiment, the interlayer insulating film 19 has a first insulating film 19a disposed above the gate electrode 18 and the gate insulating layer 17, and a second insulating film 19b disposed above the first insulating film 19a. For example, the first insulating film 19a is a silicon oxide film (SiO x ), and the second insulating film 19b is an aluminum oxide film (AlO x ). The interlayer insulating film 21 is an insulating film disposed on the interlayer insulating film 19. For example, a resin film having photosensitivity can be used as the interlayer insulating film 21. Specifically, for example, a polyimide resin film, a novolac resin, an acrylic resin, or the like can be used as the interlayer insulating film 21. In this embodiment, the interlayer insulating film 21 is a polyimide resin film.

ソース電極22及びドレイン電極23は、それぞれ、薄膜トランジスタ10のソース及びドレインとして機能する電極であり、例えば、ゲート電極18の構成材料として列挙したものと同様の金属、透明導電膜などで構成されている。ソース電極22及びドレイン電極23としては、電気伝導性の良い材料が選択されてもよい。ソース電極22及びドレイン電極23は、層間絶縁膜19及び21、並びに、ゲート絶縁層17を貫通する接続孔を介して酸化物半導体層15の低抵抗領域15nに接続されている。 The source electrode 22 and the drain electrode 23 are electrodes that function as the source and drain of the thin film transistor 10, and are made of, for example, the same metals and transparent conductive films as those listed as the constituent materials of the gate electrode 18. Materials with good electrical conductivity may be selected for the source electrode 22 and the drain electrode 23. The source electrode 22 and the drain electrode 23 are connected to the low resistance region 15n of the oxide semiconductor layer 15 via connection holes that penetrate the interlayer insulating films 19 and 21 and the gate insulating layer 17.

[1-2.製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の製造方法について、図2~図4Kを用いて説明する。図2は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の構成を模式的に示す上面図である。図2においては、図1に示される薄膜トランジスタ10の基板11の主面の上面視における構成が示されている。図3A~図3Jは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の製造方法の各工程を示すチャネル長方向に平行な断面図である。図3A~図3Jには、図2のIII-III線における断面が示されている。図4A~図4Kは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の製造方法の各工程を示すチャネル幅方向に平行な断面図である。図4A~図4Kには、図2のIV-IV線における断面が示されている。
[1-2. Manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the thin film transistor 10 according to the present embodiment will be described with reference to Fig. 2 to Fig. 4K. Fig. 2 is a top view showing a schematic configuration of the thin film transistor 10 according to the present embodiment. 2 shows a top view of the main surface of the substrate 11 of the thin film transistor 10 shown in FIG. 3A to 3J show respective steps of a method for manufacturing the thin film transistor 10 according to the present embodiment. 3A to 3J are cross-sectional views taken along line III-III in FIG. 2. FIGS. 4A to 4K are cross-sectional views taken along line III-III in FIG. 4A to 4K are cross-sectional views parallel to the channel width direction, illustrating steps of a method for manufacturing the thin-film transistor 10. The cross section taken along line IV-IV in FIG.

まず、図3A及び図4Aに示されるように、基板11の一方の主面の全面に、ボトム電極61を、例えば、スパッタ法などを用いて形成し、続いて、ボトム電極61の上方の全面に、ボトム絶縁層62を、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成する。 First, as shown in FIG. 3A and FIG. 4A, a bottom electrode 61 is formed on the entire surface of one of the main surfaces of the substrate 11 by, for example, a sputtering method, and then a bottom insulating layer 62 is formed on the entire surface above the bottom electrode 61 by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

続いて、図3B及び図4Bに示されるように、シールド電極12及びシールド絶縁層13を形成する。具体的には、ボトム絶縁層62の上方の全面に導電膜を、例えばスパッタ法などを用いて形成する。続いて、当該導電膜を、例えば、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状にパターニングすることで、所定形状のシールド電極12を形成する。続いて、シールド電極12及びボトム絶縁層62の上方にシールド絶縁層13を形成する。具体的には、シールド電極12及びボトム絶縁層62の上方に、下側絶縁層13a及び上側絶縁層13bを、例えば、プラズマCVD法を用いて形成する。 Next, as shown in FIG. 3B and FIG. 4B, the shield electrode 12 and the shield insulating layer 13 are formed. Specifically, a conductive film is formed on the entire surface above the bottom insulating layer 62, for example, by using a sputtering method. The conductive film is then patterned into a predetermined shape, for example, by using a photolithography method and a wet etching method, to form the shield electrode 12 of a predetermined shape. Next, the shield insulating layer 13 is formed above the shield electrode 12 and the bottom insulating layer 62. Specifically, a lower insulating layer 13a and an upper insulating layer 13b are formed above the shield electrode 12 and the bottom insulating layer 62, for example, by using a plasma CVD method.

続いて、図3C及び図4Cに示されるように、シールド絶縁層13の上方に、酸化物半導体層15を形成する。具体的には、シールド絶縁層13上の全面に、酸化物半導体膜を、例えば、スパッタ法を用いて形成し、続いて、当該酸化物半導体膜を、例えば、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状にパターニングすることで、シールド電極12に対向する位置に、所定形状の酸化物半導体層15を形成する。 Next, as shown in Figures 3C and 4C, an oxide semiconductor layer 15 is formed above the shield insulating layer 13. Specifically, an oxide semiconductor film is formed on the entire surface of the shield insulating layer 13 by, for example, a sputtering method, and then the oxide semiconductor film is patterned into a predetermined shape by, for example, a photolithography method and a wet etching method, thereby forming an oxide semiconductor layer 15 of a predetermined shape at a position facing the shield electrode 12.

続いて、図3D及び図4Dに示されるように、シールド絶縁層13及び酸化物半導体層15の上方に、ゲート絶縁層17を、例えば、プラズマCVD法を用いて形成する。 Next, as shown in Figures 3D and 4D, a gate insulating layer 17 is formed above the shield insulating layer 13 and the oxide semiconductor layer 15 using, for example, a plasma CVD method.

続いて、図4Eに示されるように、コンタクトホール12HA及び61HAを形成する。コンタクトホール12HAは、シールド電極12上のシールド絶縁層13及びゲート絶縁層17に形成され、シールド電極12を露出させる穴である。コンタクトホール61HAは、ボトム電極61上のシールド絶縁層13、ゲート絶縁層17及びボトム絶縁層62に形成され、ボトム電極61を露出させる穴である。コンタクトホール61HAは、シールド電極12が形成されていない領域に形成される。コンタクトホール12HA及び61HAは、例えば、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて形成される。コンタクトホール12HA及び61HAは、同時に形成されてもよいし、別々に形成されてもよい。また、シールド絶縁層13及びゲート絶縁層17をエッチングする工程と、ボトム絶縁層62をエッチングする工程とが別々に行われてもよい。 Next, as shown in FIG. 4E, contact holes 12HA and 61HA are formed. The contact hole 12HA is formed in the shield insulating layer 13 and gate insulating layer 17 on the shield electrode 12, and is a hole that exposes the shield electrode 12. The contact hole 61HA is formed in the shield insulating layer 13, gate insulating layer 17, and bottom insulating layer 62 on the bottom electrode 61, and is a hole that exposes the bottom electrode 61. The contact hole 61HA is formed in an area where the shield electrode 12 is not formed. The contact holes 12HA and 61HA are formed, for example, using a photolithography method and a dry etching method. The contact holes 12HA and 61HA may be formed simultaneously or separately. In addition, the process of etching the shield insulating layer 13 and the gate insulating layer 17 and the process of etching the bottom insulating layer 62 may be performed separately.

続いて、図3E及び図4Fに示されるように、ゲート電極18、コンタクト電極12CA及び61CAを形成する。コンタクト電極12CAは、コンタクトホール12HAに形成される電極であり、シールド電極12と接続される。コンタクト電極61CAは、コンタクトホール61HAに形成される電極であり、ボトム電極61と接続される。具体的には、ゲート絶縁層17及び各コンタクトホールの上方の全面に導電膜を、例えばスパッタ法などを用いて形成する。続いて、当該導電膜を、例えば、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状にパターニングすることで、所定形状のゲート電極18、コンタクト電極12CA及び61CAを形成する。 Next, as shown in FIG. 3E and FIG. 4F, the gate electrode 18 and the contact electrodes 12CA and 61CA are formed. The contact electrode 12CA is an electrode formed in the contact hole 12HA and is connected to the shield electrode 12. The contact electrode 61CA is an electrode formed in the contact hole 61HA and is connected to the bottom electrode 61. Specifically, a conductive film is formed on the entire surface above the gate insulating layer 17 and each contact hole, for example, by using a sputtering method. Then, the conductive film is patterned into a predetermined shape, for example, by using a photolithography method and a wet etching method, to form the gate electrode 18 and the contact electrodes 12CA and 61CA of the predetermined shape.

続いて、図3F及び図4Gに示されるように、ゲート絶縁層17、ゲート電極18、コンタクト電極12CA及び61CAの上方に、層間絶縁膜19を、例えばプラズマCVD法を用いて形成する。具体的には、ゲート絶縁層17、ゲート電極18、コンタクト電極12CA及び61CAの上方に、第一絶縁膜19a及び第二絶縁膜19bを、例えば、プラズマCVD法を用いて形成する。 Next, as shown in Figures 3F and 4G, an interlayer insulating film 19 is formed above the gate insulating layer 17, the gate electrode 18, and the contact electrodes 12CA and 61CA, for example, by using a plasma CVD method. Specifically, a first insulating film 19a and a second insulating film 19b are formed above the gate insulating layer 17, the gate electrode 18, and the contact electrodes 12CA and 61CA, for example, by using a plasma CVD method.

続いて、図3G及び図4Hに示されるように、層間絶縁膜19の上方に、層間絶縁膜21を形成する。層間絶縁膜21は、例えば、ポリイミド材料などから構成される感光性樹脂を層間絶縁膜19上に塗布し、塗布後、加熱処理(プリベーク)を行うことで形成される。 Next, as shown in Figures 3G and 4H, an interlayer insulating film 21 is formed above the interlayer insulating film 19. The interlayer insulating film 21 is formed by applying a photosensitive resin made of, for example, a polyimide material onto the interlayer insulating film 19, and then performing a heat treatment (pre-bake).

続いて、図3H及び図4Iに示されるように、層間絶縁膜21にコンタクトホール22HA、23HA、12HB、18HA、及び61HBを形成する。コンタクトホール22HAは、酸化物半導体層15のチャネル領域15cに対して一方側の低抵抗領域15nが形成される領域の上方に形成される。コンタクトホール23HAは、酸化物半導体層15のチャネル領域15cに対して他方の低抵抗領域15nが形成される領域の上方に形成される。コンタクトホール12HBは、コンタクト電極12CAの上方に形成される。コンタクトホール18HAは、ゲート電極18の上方に形成される。コンタクトホール61HBは、コンタクト電極61CAの上方に形成される。各コンタクトホールは、例えば、層間絶縁膜21に露光及び現像を行うことによって形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 3H and FIG. 4I, contact holes 22HA, 23HA, 12HB, 18HA, and 61HB are formed in the interlayer insulating film 21. The contact hole 22HA is formed above a region where one side of the low resistance region 15n is formed with respect to the channel region 15c of the oxide semiconductor layer 15. The contact hole 23HA is formed above a region where the other side of the low resistance region 15n is formed with respect to the channel region 15c of the oxide semiconductor layer 15. The contact hole 12HB is formed above the contact electrode 12CA. The contact hole 18HA is formed above the gate electrode 18. The contact hole 61HB is formed above the contact electrode 61CA. Each contact hole is formed, for example, by performing exposure and development on the interlayer insulating film 21.

続いて、図3I及び図4Jに示されるように、層間絶縁膜19及びゲート絶縁層17にコンタクトホール22HB、23HB、12HC、18HB、及び61HCを形成する。コンタクトホール22HBは、コンタクトホール22HAの底部に形成される。コンタクトホール23HBは、コンタクトホール23HAの底部に形成される。コンタクトホール12HCは、コンタクトホール12HBの底部に形成される。コンタクトホール18HBは、コンタクトホール18HAの底部に形成される。コンタクトホール61HCは、コンタクトホール61HBの底部に形成される。各コンタクトホールは、例えば、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 3I and FIG. 4J, contact holes 22HB, 23HB, 12HC, 18HB, and 61HC are formed in the interlayer insulating film 19 and the gate insulating layer 17. Contact hole 22HB is formed at the bottom of contact hole 22HA. Contact hole 23HB is formed at the bottom of contact hole 23HA. Contact hole 12HC is formed at the bottom of contact hole 12HB. Contact hole 18HB is formed at the bottom of contact hole 18HA. Contact hole 61HC is formed at the bottom of contact hole 61HB. Each contact hole is formed, for example, by using photolithography and dry etching.

続いて、図3J及び図4Kに示されるように、ソース電極22、ドレイン電極23、コンタクト電極12CB、18C、及び61CBを形成する。ソース電極22は、コンタクトホール22HA及び22HBに形成され、酸化物半導体層15の低抵抗領域15nと接続される。ドレイン電極23は、コンタクトホール23HA及び23HBに形成され、酸化物半導体層15の低抵抗領域15nと接続される。コンタクト電極12CBは、コンタクトホール12HB及び12HCに形成される電極であり、コンタクト電極12CAと接続される。コンタクト電極18Cは、コンタクトホール18HA及び18HBに形成される電極であり、ゲート電極18と接続される。コンタクト電極61CBは、コンタクトホール61HB及び61HCに形成される電極であり、コンタクト電極61CAと接続される。 Next, as shown in FIG. 3J and FIG. 4K, the source electrode 22, the drain electrode 23, and the contact electrodes 12CB, 18C, and 61CB are formed. The source electrode 22 is formed in the contact holes 22HA and 22HB, and is connected to the low resistance region 15n of the oxide semiconductor layer 15. The drain electrode 23 is formed in the contact holes 23HA and 23HB, and is connected to the low resistance region 15n of the oxide semiconductor layer 15. The contact electrode 12CB is an electrode formed in the contact holes 12HB and 12HC, and is connected to the contact electrode 12CA. The contact electrode 18C is an electrode formed in the contact holes 18HA and 18HB, and is connected to the gate electrode 18. The contact electrode 61CB is an electrode formed in the contact holes 61HB and 61HC, and is connected to the contact electrode 61CA.

以上のように、図1に示される薄膜トランジスタ10を製造することができる。 In this manner, the thin-film transistor 10 shown in Figure 1 can be manufactured.

[1-3.効果]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の効果について、比較例の薄膜トランジスタと比較しながら図5~図7を用いて説明する。図5は、比較例の薄膜トランジスタ910の要部の構成を示す模式的な断面図である。
[1-3. Effects]
Next, the effects of the thin film transistor 10 according to the present embodiment will be described with reference to Figures 5 to 7, in comparison with a thin film transistor of a comparative example. Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a main part of a thin film transistor 910 of the comparative example.

図5に示される比較例の薄膜トランジスタ910は、基板11と、下部電極912と、下部絶縁層913と、酸化物半導体層915と、金属酸化膜916と、ゲート絶縁層917と、ゲート電極18と、層間絶縁膜19及び21と、ソース電極22と、ドレイン電極23とを備える。比較例の薄膜トランジスタ910は、ボトム電極61、ボトム絶縁層62、シールド電極12、及びシールド絶縁層13を備えない点と、酸化物半導体層915及びゲート絶縁層917の構成と、下部電極912、下部絶縁層913、及び金属酸化膜916を備える点とにおいて、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10と相違し、その他の点において一致する。以下、比較例の薄膜トランジスタ910の、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10との相違点について説明する。 5 includes a substrate 11, a lower electrode 912, a lower insulating layer 913, an oxide semiconductor layer 915, a metal oxide film 916, a gate insulating layer 917, a gate electrode 18, interlayer insulating films 19 and 21, a source electrode 22, and a drain electrode 23. The thin film transistor 910 of the comparative example differs from the thin film transistor 10 of the present embodiment in that it does not include a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62, a shield electrode 12, and a shield insulating layer 13, and in that it includes the configuration of the oxide semiconductor layer 915 and the gate insulating layer 917, the lower electrode 912, the lower insulating layer 913, and the metal oxide film 916, but is the same in other respects. The differences between the thin film transistor 910 of the comparative example and the thin film transistor 10 of the present embodiment will be described below.

下部電極912は、基板11の上方であって、酸化物半導体層915と対向する位置に配置される。下部電極912は、本実施の形態に係るシールド電極12とは、寸法及び形状において相違し、それ以外の構成において一致する。 The lower electrode 912 is disposed above the substrate 11 in a position facing the oxide semiconductor layer 915. The lower electrode 912 differs from the shield electrode 12 of this embodiment in size and shape, but is otherwise identical in configuration.

下部絶縁層913は、下側絶縁層913aと、上側絶縁層913bとを有する。下部絶縁層913は、断面形状において本実施の形態に係るシールド絶縁層13と相違し、それ以外の構成において一致する。 The lower insulating layer 913 has a lower insulating layer 913a and an upper insulating layer 913b. The lower insulating layer 913 differs from the shield insulating layer 13 of this embodiment in cross-sectional shape, but is otherwise identical in configuration.

酸化物半導体層915は、チャネル領域915cと、低抵抗領域915nとを有する。比較例の低抵抗領域915nは、ゲート電極18及びゲート絶縁層917をドライエッチングする際に低抵抗化される。このようにドライエッチングなどを用いて形成された低抵抗領域915nは、図5に示されるように、ゲート絶縁層917と下部絶縁層913との間の領域にまで延び得る。図5に示される例では、低抵抗領域915nが、ゲート絶縁層917のチャネル長方向における端部から、ゲート絶縁層917と下部絶縁層913との間の領域に延伸する長さ(以下、「延伸長さ」とも称する)がΔL/2で示されている。言い換えると、比較例のチャネル領域915cのチャネル長は、ゲート電極18(及びゲート絶縁層917)のチャネル長方向の長さよりΔLだけ短い。 The oxide semiconductor layer 915 has a channel region 915c and a low-resistance region 915n. The low-resistance region 915n of the comparative example is made to have a low resistance when the gate electrode 18 and the gate insulating layer 917 are dry-etched. The low-resistance region 915n formed by dry etching or the like can extend to the region between the gate insulating layer 917 and the lower insulating layer 913 as shown in FIG. 5. In the example shown in FIG. 5, the length of the low-resistance region 915n extending from the end of the gate insulating layer 917 in the channel length direction to the region between the gate insulating layer 917 and the lower insulating layer 913 (hereinafter also referred to as the "extension length") is shown as ΔL/2. In other words, the channel length of the channel region 915c of the comparative example is shorter by ΔL than the length of the gate electrode 18 (and the gate insulating layer 917) in the channel length direction.

ゲート絶縁層917は、基板11の上面視において、ゲート電極18と同一の形状を有する。ゲート絶縁層917は、例えば、ゲート電極18と同時にドライエッチング法などによってパターニングされる。このようにゲート絶縁層917をパターニングする際に、酸化物半導体層915の低抵抗領域915nが形成される。 The gate insulating layer 917 has the same shape as the gate electrode 18 when viewed from above the substrate 11. The gate insulating layer 917 is patterned, for example, by a dry etching method or the like at the same time as the gate electrode 18. When the gate insulating layer 917 is patterned in this manner, a low-resistance region 915n of the oxide semiconductor layer 915 is formed.

金属酸化膜916は、ゲート電極18及び酸化物半導体層915の上方に配置される層である。金属酸化膜916は、酸化物半導体層915の低抵抗領域915n上に配置され、低抵抗領域915nの電気抵抗を安定化させる機能を有する。 The metal oxide film 916 is a layer disposed above the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 915. The metal oxide film 916 is disposed on the low resistance region 915n of the oxide semiconductor layer 915, and has the function of stabilizing the electrical resistance of the low resistance region 915n.

以上のような構成を有する比較例の薄膜トランジスタ910においては、上述したように、低抵抗領域915nが、ゲート絶縁層917のチャネル長方向における端部からゲート絶縁層917と下部絶縁層913との間の領域に延伸する。このような低抵抗領域915nによる薄膜トランジスタ910の特性への影響について、図6を用いて説明する。図6は、比較例の薄膜トランジスタ910のゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図6においては、低抵抗領域915nの延伸長さΔL/2が、0.7μm(実線の曲線)、2.5μm(破線の曲線)、及び3μm(点線の曲線)である場合の各関係が示されている。なお、本シミュレーションにおいては、ゲート電極18のチャネル長方向の長さは6μmであり、チャネル領域915cのチャネル幅は10μmある。また、酸化物半導体層915は膜厚30nmのIGZO膜であり、下側絶縁層913aは膜厚50nmのSiN膜であり、上側絶縁層913bは膜厚100nmのSiO膜である。また、ゲート絶縁層917は膜厚200nmのSiO膜であり、金属酸化膜916は膜厚10nmのAlO膜である。層間絶縁膜19の第一絶縁膜19aは膜厚100nmのSiO膜であり、第二絶縁膜19bは膜厚50nmのAlO膜である。また、ドレイン電圧は10Vである。 In the comparative thin film transistor 910 having the above-mentioned configuration, as described above, the low resistance region 915n extends from the end of the gate insulating layer 917 in the channel length direction to the region between the gate insulating layer 917 and the lower insulating layer 913. The influence of such a low resistance region 915n on the characteristics of the thin film transistor 910 will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a graph showing a simulation result of the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id of the comparative thin film transistor 910. FIG. 6 shows the relationships when the extension length ΔL/2 of the low resistance region 915n is 0.7 μm (solid curve), 2.5 μm (dashed curve), and 3 μm (dotted curve). In this simulation, the length of the gate electrode 18 in the channel length direction is 6 μm, and the channel width of the channel region 915c is 10 μm. The oxide semiconductor layer 915 is an IGZO film having a thickness of 30 nm, the lower insulating layer 913a is an SiNx film having a thickness of 50 nm, and the upper insulating layer 913b is an SiOx film having a thickness of 100 nm. The gate insulating layer 917 is an SiOx film having a thickness of 200 nm, and the metal oxide film 916 is an AlOx film having a thickness of 10 nm. The first insulating film 19a of the interlayer insulating film 19 is an SiOx film having a thickness of 100 nm, and the second insulating film 19b is an AlOx film having a thickness of 50 nm. The drain voltage is 10 V.

図6に示されるように、比較例の薄膜トランジスタ910においては、低抵抗領域915nの延伸長さΔL/2に応じて、薄膜トランジスタ910のオン/オフ特性が変動する。また、延伸長さΔL/2が3μmの場合には、図6の点線の曲線で示されるように、薄膜トランジスタ910においてオフ状態を実現できなくなる。このような問題は、特に、チャネル長が短い(例えば6μm以下程度)の場合に顕著となる。 As shown in FIG. 6, in the comparative thin-film transistor 910, the on/off characteristics of the thin-film transistor 910 vary depending on the extension length ΔL/2 of the low-resistance region 915n. Furthermore, when the extension length ΔL/2 is 3 μm, the thin-film transistor 910 cannot achieve an off state, as shown by the dotted curve in FIG. 6. This problem is particularly noticeable when the channel length is short (e.g., about 6 μm or less).

ここで、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10の特性について図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10のゲート電圧Vgとドレイン電流Idとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図7においては、ドレイン電圧Vdが、10V(実線の曲線)及び0.1V(破線の曲線)である場合の各関係が示されている。なお、本シミュレーションにおいては、ゲート電極18のチャネル長方向の長さは6μmであり、チャネル領域15cのチャネル幅は10μmある。また、酸化物半導体層15は膜厚30nmのIGZO膜であり、下側絶縁層13aは膜厚50nmのSiN膜であり、上側絶縁層13bは膜厚100nmのSiO膜である。また、ゲート絶縁層17は膜厚200nmのSiO膜である。層間絶縁膜19の第一絶縁膜19aは膜厚100nmのSiO膜であり、第二絶縁膜19bは膜厚50nmのAlO膜である。また、ドレイン電圧は10Vであり、ソース電極22及びシールド電極12には、0Vが印加されている(つまり、グランド電位に維持されている)。 Here, the characteristics of the thin film transistor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id of the thin film transistor 10 according to the present embodiment. FIG. 7 shows the respective relationships when the drain voltage Vd is 10 V (solid curve) and 0.1 V (dashed curve). In this simulation, the length of the gate electrode 18 in the channel length direction is 6 μm, and the channel width of the channel region 15c is 10 μm. The oxide semiconductor layer 15 is an IGZO film with a thickness of 30 nm, the lower insulating layer 13a is a SiN x film with a thickness of 50 nm, and the upper insulating layer 13b is a SiO x film with a thickness of 100 nm. The gate insulating layer 17 is a SiO x film with a thickness of 200 nm. The first insulating film 19a of the interlayer insulating film 19 is a SiO x film with a thickness of 100 nm, and the second insulating film 19b is an AlO x film with a thickness of 50 nm. The drain voltage is 10 V, and 0 V is applied to the source electrode 22 and the shield electrode 12 (that is, they are maintained at the ground potential).

本実施の形態に係る薄膜トランジスタ10は、図1を用いて上述したとおり、ボトム電極61と、ボトム電極61の上方に配置されるボトム絶縁層62と、ボトム絶縁層62の上方に配置されるシールド電極12と、シールド電極12の上方に配置されるシールド絶縁層13と、シールド絶縁層13の上方に配置され、チャネル領域15cを有する酸化物半導体層15と、酸化物半導体層15の上方に配置されるゲート絶縁層17と、ゲート絶縁層17の上方に配置されるゲート電極18とを備える。シールド電極12は、ゲート電極18及び酸化物半導体層15と対向する位置に配置される。 1, the thin-film transistor 10 according to the present embodiment includes a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62 disposed above the bottom electrode 61, a shield electrode 12 disposed above the bottom insulating layer 62, a shield insulating layer 13 disposed above the shield electrode 12, an oxide semiconductor layer 15 disposed above the shield insulating layer 13 and having a channel region 15c, a gate insulating layer 17 disposed above the oxide semiconductor layer 15, and a gate electrode 18 disposed above the gate insulating layer 17. The shield electrode 12 is disposed in a position facing the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 15.

このような構成を有する薄膜トランジスタ10においては、ボトム電極61に所定の電圧を印加することで発生する電界によって、酸化物半導体層15に低抵抗領域15nを形成できる。例えば、ボトム電極には、正電位(10V程度)が印加される。これにより、ボトム電極61に電圧が印加されることで発生する電界によって、酸化物半導体層15内のキャリアが励起されることで、酸化物半導体層15が低抵抗化される。ここで、ボトム電極61と酸化物半導体層15との間であって、ゲート電極18と対向する位置にシールド電極12が配置されている。このため、酸化物半導体層15のうち、ゲート電極18と対向する領域には、ボトム電極61によって形成される電界が印加されない。したがって、低抵抗領域15nが、ゲート電極18とシールド絶縁層13との間に延伸することを抑制できる。以上のように、電界が酸化物半導体層15に印加される領域をシールド電極12によって制御できるため、低抵抗領域15nが形成される範囲を精度よく制御できる。したがって、薄膜トランジスタ10の特性のばらつきを低減できる。 In the thin film transistor 10 having such a configuration, a low resistance region 15n can be formed in the oxide semiconductor layer 15 by an electric field generated by applying a predetermined voltage to the bottom electrode 61. For example, a positive potential (about 10 V) is applied to the bottom electrode. As a result, the carriers in the oxide semiconductor layer 15 are excited by the electric field generated by applying a voltage to the bottom electrode 61, and the oxide semiconductor layer 15 is made low-resistance. Here, the shield electrode 12 is disposed between the bottom electrode 61 and the oxide semiconductor layer 15 at a position facing the gate electrode 18. Therefore, the electric field formed by the bottom electrode 61 is not applied to the region of the oxide semiconductor layer 15 facing the gate electrode 18. Therefore, it is possible to suppress the low resistance region 15n from extending between the gate electrode 18 and the shield insulating layer 13. As described above, the region where the electric field is applied to the oxide semiconductor layer 15 can be controlled by the shield electrode 12, so that the range in which the low resistance region 15n is formed can be precisely controlled. Therefore, the variation in the characteristics of the thin film transistor 10 can be reduced.

シールド電極12のチャネル長方向における長さは、ゲート電極18のチャネル長方向における長さ以下であってもよい。これにより、酸化物半導体層15のうちゲート電極18と対向する領域にまで低抵抗領域15nを形成することができるため、低抵抗領域15nとチャネル領域15cとを確実に接続することができる。 The length of the shield electrode 12 in the channel length direction may be equal to or less than the length of the gate electrode 18 in the channel length direction. This allows the low-resistance region 15n to be formed in the region of the oxide semiconductor layer 15 facing the gate electrode 18, thereby ensuring a connection between the low-resistance region 15n and the channel region 15c.

また、シールド電極12のチャネル長方向における長さは、ゲート電極18のチャネル長方向における長さと等しくてもよい。ここで、これらの長さが等しいとの記載が意味する状態には、これらの長さが完全に一致する状態だけでなく、これらの長さが実質的に一致する状態も含まれる。例えば、これらの長さが等しいとの記載が意味する状態には、これらの長さの差が一方の長さの10%未満である状態も含まれる。本明細書における他の「長さが等しい」との記載の意味についても同様である。このようにシールド電極12のチャネル長方向における長さを、ゲート電極18のチャネル長方向における長さと等しくすることで、酸化物半導体層15のうちゲート電極18と対向する領域が低抵抗化されることを抑制でき、酸化物半導体層15のうちゲート電極18と対向する領域にチャネル領域15cを形成することができる。 The length of the shield electrode 12 in the channel length direction may be equal to the length of the gate electrode 18 in the channel length direction. Here, the state where these lengths are equal includes not only a state where these lengths are completely equal, but also a state where these lengths are substantially equal. For example, the state where these lengths are equal includes a state where the difference between these lengths is less than 10% of one length. The same applies to other descriptions of "lengths are equal" in this specification. In this way, by making the length of the shield electrode 12 in the channel length direction equal to the length of the gate electrode 18 in the channel length direction, it is possible to suppress the resistance of the region of the oxide semiconductor layer 15 facing the gate electrode 18 from being reduced, and a channel region 15c can be formed in the region of the oxide semiconductor layer 15 facing the gate electrode 18.

(実施の形態2)
実施の形態2に係る半導体装置について説明する。本実施の形態では、半導体装置の一例である薄膜トランジスタについて説明する。本実施の形態に係る薄膜トランジスタは、主に、トップゲートセルフアライン構造を有する点において、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10と相違する。以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタについて、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10との相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
A semiconductor device according to a second embodiment will be described. In this embodiment, a thin film transistor, which is an example of a semiconductor device, will be described. The thin film transistor according to this embodiment differs from the thin film transistor 10 according to the first embodiment mainly in that it has a top-gate self-aligned structure. The thin film transistor according to this embodiment will be described below, focusing on the differences from the thin film transistor 10 according to the first embodiment.

[2-1.構成]
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成について図8を用いて説明する。図8は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110の要部の構成を示す模式的な断面図である。
[2-1. Configuration]
First, the configuration of the thin film transistor according to the present embodiment will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a main part of a thin film transistor 110 according to the present embodiment.

図8に示されるように、薄膜トランジスタ110は、ボトム電極61と、ボトム絶縁層62と、シールド電極12と、シールド絶縁層13と、酸化物半導体層15と、ゲート絶縁層117と、ゲート電極18とを備える。本実施の形態では、薄膜トランジスタ110は、基板11と、金属酸化膜116と、層間絶縁膜119及び21と、ソース電極22と、ドレイン電極23とをさらに備える。以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110の実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10との相違点について説明する。 8, the thin-film transistor 110 includes a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62, a shield electrode 12, a shield insulating layer 13, an oxide semiconductor layer 15, a gate insulating layer 117, and a gate electrode 18. In this embodiment, the thin-film transistor 110 further includes a substrate 11, a metal oxide film 116, interlayer insulating films 119 and 21, a source electrode 22, and a drain electrode 23. The following describes the differences between the thin-film transistor 110 of this embodiment and the thin-film transistor 10 of embodiment 1.

上述したとおり、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110は、トップゲートセルフアライン構造を有する。つまり、ゲート絶縁層117は、ゲート電極18と同時にパターニングされる。これにより、基板11の上面視において、ゲート絶縁層117は、ゲート電極18と実質的に同一の形状を有する。このため、チャネル領域15cのチャネル長方向におけるゲート絶縁層117の長さは、チャネル長方向におけるゲート電極18の長さと等しい。 As described above, the thin-film transistor 110 according to the present embodiment has a top-gate self-aligned structure. That is, the gate insulating layer 117 is patterned simultaneously with the gate electrode 18. As a result, when viewed from above the substrate 11, the gate insulating layer 117 has substantially the same shape as the gate electrode 18. Therefore, the length of the gate insulating layer 117 in the channel length direction of the channel region 15c is equal to the length of the gate electrode 18 in the channel length direction.

金属酸化膜116は、ゲート電極18及び酸化物半導体層15の上方に配置される層である。金属酸化膜116としては、例えば、酸化アルミニウム膜(AlO)を用いることができる。なお、金属酸化膜116として、例えば、酸化チタン(TiO)、酸化タングステン(WO)、タンタルオキサイド(TaO)、ジルコニウムオキサイド(ZrO)、酸化モリブデン(MoO)などを用いてもよい。 The metal oxide film 116 is a layer disposed above the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 15. For example, an aluminum oxide film (AlO x ) can be used as the metal oxide film 116. Note that, for example, titanium oxide (TiO x ), tungsten oxide (WO x ), tantalum oxide (TaO x ), zirconium oxide (ZrO x ), molybdenum oxide (MoO x ), etc. may also be used as the metal oxide film 116.

層間絶縁膜119は、金属酸化膜116の上方に配置される絶縁膜である。層間絶縁膜119として、例えば、上述した実施の形態1に係るボトム絶縁層62と同様の絶縁膜を用いることができる。本実施の形態では、層間絶縁膜119は、金属酸化膜116の上方に配置される第一絶縁膜119aと、第一絶縁膜119aの上方に配置される第二絶縁膜119bとを有する。第一絶縁膜119aは、シリコン酸化膜(SiO)であり、第二絶縁膜119bは、酸化アルミニウム膜(AlO)である。 The interlayer insulating film 119 is an insulating film disposed above the metal oxide film 116. For example, an insulating film similar to the bottom insulating layer 62 according to the first embodiment described above can be used as the interlayer insulating film 119. In this embodiment, the interlayer insulating film 119 has a first insulating film 119a disposed above the metal oxide film 116 and a second insulating film 119b disposed above the first insulating film 119a. The first insulating film 119a is a silicon oxide film (SiO x ), and the second insulating film 119b is an aluminum oxide film (AlO x ).

[2-2.製造方法]
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110の製造方法について説明する。本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110の製造方法は、ゲート電極18の形成工程において、ゲート電極18と併せてゲート絶縁層117もパターニングする点と、金属酸化膜116を形成する工程が追加される点とにおいて、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10の製造方法と相違し、その他の点において一致する。以下、当該相違点について説明する。
[2-2. Manufacturing method]
A method for manufacturing the thin film transistor 110 according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing the thin film transistor 110 according to the present embodiment has the following features: in the step of forming the gate electrode 18, the gate insulating layer 117 is also patterned together with the gate electrode 18. The method for manufacturing the thin film transistor 10 according to the present embodiment differs from the method for manufacturing the thin film transistor 10 according to the first embodiment in that a step of forming the metal oxide film 116 is added, but the other points are the same. The differences will be described below.

まず、実施の形態1と同様に基板11の上方に、ボトム電極61、ボトム絶縁層62、シールド電極12、シールド絶縁層13、及び酸化物半導体層15を形成する。 First, similarly to embodiment 1, a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62, a shield electrode 12, a shield insulating layer 13, and an oxide semiconductor layer 15 are formed above the substrate 11.

続いて、酸化物半導体層15及びシールド絶縁層13の上方の全面にゲート絶縁層117の母材となる絶縁膜を形成する。 Next, an insulating film that will be the base material for the gate insulating layer 117 is formed on the entire surface above the oxide semiconductor layer 15 and the shield insulating layer 13.

続いて、絶縁膜の上方の全面にゲート電極18の母材となる導電膜を形成する。 Next, a conductive film that will serve as the base material for the gate electrode 18 is formed over the entire surface above the insulating film.

続いて、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いて導電膜及び絶縁膜を所定形状にパターニングすることで、所定形状のゲート電極18及びゲート絶縁層117を形成する。より詳しくは、酸化物半導体層15をエッチングストッパとして用いて、導電膜及び絶縁膜の一部を除去することによってゲート電極18及びゲート絶縁層117を形成する。ここで用いるエッチング材料として、例えば、塩素(Cl)、四フッ化炭素(CF)を用いることができる。エッチング材料は、上述した材料に限定されない。例えば、エッチング材料は、上述したような化学反応を用いるエッチング材料でなくてもよく、例えば、Arプラズマなどであってもよい。 Then, the conductive film and the insulating film are patterned into a predetermined shape by photolithography and dry etching to form the gate electrode 18 and the gate insulating layer 117 of a predetermined shape. More specifically, the gate electrode 18 and the gate insulating layer 117 are formed by removing a part of the conductive film and the insulating film using the oxide semiconductor layer 15 as an etching stopper. As the etching material used here, for example, chlorine (Cl 2 ) and carbon tetrafluoride (CF 4 ) can be used. The etching material is not limited to the above-mentioned materials. For example, the etching material does not have to be an etching material using the above-mentioned chemical reaction, and may be, for example, Ar plasma.

続いて、ゲート電極18、酸化物半導体層15及びシールド絶縁層13の上方に金属酸化膜116を形成する。 Next, a metal oxide film 116 is formed above the gate electrode 18, the oxide semiconductor layer 15, and the shield insulation layer 13.

続いて、金属酸化膜116の上方に、実施の形態1と同様に、層間絶縁膜119及び21、ソース電極22、ドレイン電極23、各コンタクト電極を形成する。 Next, the interlayer insulating films 119 and 21, the source electrode 22, the drain electrode 23, and each contact electrode are formed above the metal oxide film 116, as in the first embodiment.

以上のように、図8に示される薄膜トランジスタ110を製造することができる。 In this manner, the thin-film transistor 110 shown in Figure 8 can be manufactured.

[2-3.効果]
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110は、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10と同様に、ボトム電極61と、ボトム電極61の上方に配置されるボトム絶縁層62と、ボトム絶縁層62の上方に配置されるシールド電極12と、シールド電極12の上方に配置されるシールド絶縁層13と、シールド絶縁層13の上方に配置され、チャネル領域15cを有する酸化物半導体層15と、酸化物半導体層15の上方に配置されるゲート絶縁層117と、ゲート絶縁層117の上方に配置されるゲート電極18とを備える。シールド電極12は、ゲート電極18及び酸化物半導体層15と対向する位置に配置される。
[2-3. Effects]
Similar to the thin-film transistor 10 according to the first embodiment, the thin-film transistor 110 according to the present embodiment includes a bottom electrode 61, a bottom insulating layer 62 arranged above the bottom electrode 61, a shield electrode 12 arranged above the bottom insulating layer 62, a shield insulating layer 13 arranged above the shield electrode 12, an oxide semiconductor layer 15 arranged above the shield insulating layer 13 and having a channel region 15c, a gate insulating layer 117 arranged above the oxide semiconductor layer 15, and a gate electrode 18 arranged above the gate insulating layer 117. The shield electrode 12 is arranged at a position facing the gate electrode 18 and the oxide semiconductor layer 15.

これにより、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ10と同様に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ110の特性のばらつきを低減できる。 As a result, similar to the thin-film transistor 10 according to embodiment 1, the variation in characteristics of the thin-film transistor 110 according to this embodiment can be reduced.

(適用例1)
上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタの適用例1について図9を用いて説明する。図9及び図10は、それぞれ、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される表示装置2A及び撮像装置2Bの機能構成を示すブロック図である。
(Application Example 1)
A first application example of the thin film transistors according to the above-described embodiments will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 and Fig. 10 are block diagrams showing the functional configurations of a display device 2A and an imaging device 2B to which the thin film transistors according to the above-described embodiments are applied, respectively.

図9に示される表示装置2Aは、外部から入力された映像信号、又は、内部で生成した映像信号を、映像として表示する装置である。表示装置2Aは、例えば、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、液晶ディスプレイなどである。表示装置2Aは、機能的には、例えば、タイミング制御部31と、信号処理部32と、駆動部33と、表示画素部34とを備える。 The display device 2A shown in FIG. 9 is a device that displays an image based on an externally input video signal or an internally generated video signal. The display device 2A is, for example, an organic EL (Electro Luminescence) display or a liquid crystal display. Functionally, the display device 2A includes, for example, a timing control unit 31, a signal processing unit 32, a drive unit 33, and a display pixel unit 34.

タイミング制御部31は、各種のタイミング信号(つまり、制御信号)を生成するタイミングジェネレータを有しており、これらの各種のタイミング信号を基に、信号処理部32などの駆動制御を行う処理回路である。 The timing control unit 31 has a timing generator that generates various timing signals (i.e., control signals) and is a processing circuit that controls the operation of the signal processing unit 32 and other components based on these various timing signals.

信号処理部32は、例えば、外部から入力されたデジタルの映像信号に対して所定の補正を行い、それにより得られた映像信号を駆動部33に出力する処理回路である。 The signal processing unit 32 is, for example, a processing circuit that performs a predetermined correction on a digital video signal input from outside and outputs the resulting video signal to the driving unit 33.

駆動部33は、例えば走査線駆動回路、信号線駆動回路などを含み、各種制御線を介して表示画素部34の各画素を駆動する回路である。 The drive unit 33 includes, for example, a scanning line drive circuit, a signal line drive circuit, etc., and is a circuit that drives each pixel of the display pixel unit 34 via various control lines.

表示画素部34は、例えば有機EL素子、液晶表示素子などの表示素子と、表示素子を画素毎に駆動するための画素回路とを含む表示回路である。 The display pixel unit 34 is a display circuit that includes a display element, such as an organic EL element or a liquid crystal display element, and a pixel circuit for driving the display element for each pixel.

表示装置2Aの上記各回路のうち、例えば、駆動部33及び表示画素部34の一部を構成する各種回路に、上述の薄膜トランジスタが適用される。 Of the above circuits of the display device 2A, the thin-film transistors described above are applied to, for example, various circuits that constitute part of the drive unit 33 and the display pixel unit 34.

図10に示される撮像装置2Bは、例えば、画像を電気信号として取得する固体撮像装置であり、例えばCCD(Charge-Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどを備える。撮像装置2Bは、機能的には、例えば、タイミング制御部35と、駆動部36と、撮像画素部37と、信号処理部38とを備える。 The imaging device 2B shown in FIG. 10 is, for example, a solid-state imaging device that acquires an image as an electrical signal, and includes, for example, a CCD (Charge-Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. Functionally, the imaging device 2B includes, for example, a timing control unit 35, a driving unit 36, an imaging pixel unit 37, and a signal processing unit 38.

タイミング制御部35は、各種のタイミング信号(つまり、制御信号)を生成するタイミングジェネレータを有しており、これらの各種のタイミング信号を基に、駆動部36の駆動制御を行う処理回路である。 The timing control unit 35 has a timing generator that generates various timing signals (i.e., control signals) and is a processing circuit that controls the drive of the drive unit 36 based on these various timing signals.

駆動部36は、例えば、行選択回路、AD変換回路、水平転送走査回路などを含み、各種制御線を介して撮像画素部37の各画素から信号を読み出す回路である。 The drive unit 36 includes, for example, a row selection circuit, an AD conversion circuit, a horizontal transfer scanning circuit, etc., and is a circuit that reads out signals from each pixel of the imaging pixel unit 37 via various control lines.

撮像画素部37は、例えば、フォトダイオードなどの撮像素子(つまり、光電変換素子)と、信号読み出しのための画素回路とを含む撮像回路である。 The imaging pixel unit 37 is an imaging circuit that includes an imaging element (i.e., a photoelectric conversion element) such as a photodiode, and a pixel circuit for signal readout.

信号処理部38は、撮像画素部37から得られた信号に対して様々な信号処理を施す処理回路である。 The signal processing unit 38 is a processing circuit that performs various signal processing on the signal obtained from the imaging pixel unit 37.

撮像装置2Bの上記各回路のうち、例えば、駆動部36及び撮像画素部37の一部を構成する各種回路に、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される。 Of the above circuits of the imaging device 2B, for example, the thin-film transistors according to the above embodiments are applied to various circuits that constitute part of the drive unit 36 and the imaging pixel unit 37.

(適用例2)
上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタの適用例2について図11を用いて説明する。図11は、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタが適用される電子機器3の機能構成を示すブロック図である。
(Application Example 2)
A second application example of the thin film transistor according to each of the above embodiments will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a block diagram showing a functional configuration of an electronic device 3 to which the thin film transistor according to each of the above embodiments is applied.

電子機器3は、上記表示装置2A、撮像装置2Bなどを備える機器である。電子機器3としては、例えばテレビジョン装置、パーソナルコンピュータ(PC)、スマートフォン、タブレット型PC、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどが挙げられる。 The electronic device 3 is a device that includes the display device 2A and the imaging device 2B. Examples of the electronic device 3 include a television device, a personal computer (PC), a smartphone, a tablet PC, a mobile phone, a digital still camera, and a digital video camera.

電子機器3は、例えば上述の表示装置2A(又は撮像装置2B)などを含む画像装置2と、インターフェース部40とを有している。インターフェース部40は、外部から各種の信号、電力などが入力される入力部である。このインターフェース部40は、例えばタッチパネル、キーボード、操作ボタンなどのユーザインターフェースを含んでいてもよい。 The electronic device 3 has an image device 2 including, for example, the above-mentioned display device 2A (or imaging device 2B), and an interface unit 40. The interface unit 40 is an input unit to which various signals, power, etc. are input from the outside. This interface unit 40 may include a user interface such as, for example, a touch panel, a keyboard, and operation buttons.

このように、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタは、電子機器3にも適用される。 In this way, the thin-film transistors according to the above embodiments are also applied to electronic device 3.

(その他の実施の形態)
以上、本開示に係る半導体装置などについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示に係る半導体装置などは、上記実施の形態に限定されるものではない。各実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、各実施の形態に対して本開示の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。
Other Embodiments
Although the semiconductor device and the like according to the present disclosure have been described above based on the embodiments, the semiconductor device and the like according to the present disclosure are not limited to the above-mentioned embodiments. This disclosure also includes other embodiments realized by combining any components in each embodiment, and modified examples obtained by applying various modifications to each embodiment that a person skilled in the art can think of without departing from the spirit of this disclosure.

例えば、本開示に係る半導体装置は、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタが備えるすべての構成要素を必ずしも備えなくてもよい。例えば、本開示に係る半導体装置は、層間絶縁膜19、21及び119を備えなくてもよい。 For example, the semiconductor device according to the present disclosure does not necessarily have to include all of the components included in the thin film transistor according to each of the above embodiments. For example, the semiconductor device according to the present disclosure does not necessarily have to include the interlayer insulating films 19, 21, and 119.

本開示は、薄膜トランジスタを用いる表示装置、撮像装置などの電子機器に有用である。 This disclosure is useful for electronic devices such as display devices and imaging devices that use thin-film transistors.

2 画像装置
2A 表示装置
2B 撮像装置
3 電子機器
10、110、910 薄膜トランジスタ
11 基板
12 シールド電極
12CA、12CB、18C、61CA、61CB コンタクト電極
12HA、12HB、12HC、18HA、18HB、22HA、22HB、23HA、23HB、61HA、61HB、61HC コンタクトホール
13 シールド絶縁層
13a、913a 下側絶縁層
13b、913b 上側絶縁層
15、915 酸化物半導体層
15c、915c チャネル領域
15n、915n 低抵抗領域
17、117、917 ゲート絶縁層
18 ゲート電極
19、21、119 層間絶縁膜
19a、119a 第一絶縁膜
19b、119b 第二絶縁膜
22 ソース電極
23 ドレイン電極
31、35 タイミング制御部
32、38 信号処理部
33、36 駆動部
34 表示画素部
37 撮像画素部
40 インターフェース部
116、916 金属酸化膜
912 下部電極
2 Image device 2A Display device 2B Imaging device 3 Electronic device 10, 110, 910 Thin film transistor 11 Substrate 12 Shield electrode 12CA, 12CB, 18C, 61CA, 61CB Contact electrode 12HA, 12HB, 12HC, 18HA, 18HB, 22HA, 22HB, 23HA, 23HB, 61HA, 61HB, 61HC Contact hole 13 Shield insulating layer 13a, 913a Lower insulating layer 13b, 913b Upper insulating layer 15, 915 Oxide semiconductor layer 15c, 915c Channel region 15n, 915n Low resistance region 17, 117, 917 Gate insulating layer 18 Gate electrode 19, 21, 119 Interlayer insulating film 19a, 119a First insulating film 19b, 119b Second insulating film 22 Source electrode 23 Drain electrode 31, 35 Timing control section 32, 38 Signal processing section 33, 36 Driving section 34 Display pixel section 37 Imaging pixel section 40 Interface section 116, 916 Metal oxide film 912 Lower electrode

Claims (7)

基板と、
前記基板の上方に配置されるボトム電極と、
前記ボトム電極の上方に配置されるボトム絶縁層と、
前記ボトム絶縁層の上方に配置されるシールド電極と、
前記シールド電極の上方に配置されるシールド絶縁層と、
前記シールド絶縁層の上方に配置され、チャネル領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上方に配置されるゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上方に配置されるゲート電極とを備え、
前記シールド電極は、前記ゲート電極及び前記酸化物半導体層と対向する位置に配置され
前記シールド電極には、グランド電位が印加されている
半導体装置。
A substrate;
a bottom electrode disposed above the substrate;
a bottom insulating layer disposed above the bottom electrode;
a shield electrode disposed above the bottom insulating layer;
a shield insulation layer disposed above the shield electrode;
an oxide semiconductor layer disposed above the shield insulation layer and having a channel region;
a gate insulating layer disposed above the oxide semiconductor layer;
a gate electrode disposed above the gate insulating layer;
the shield electrode is disposed at a position facing the gate electrode and the oxide semiconductor layer ,
A ground potential is applied to the shield electrode.
Semiconductor device.
前記酸化物半導体層は、前記ボトム電極と対向する位置に配置される
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the oxide semiconductor layer is disposed at a position facing the bottom electrode.
前記チャネル領域のチャネル長方向における前記ボトム電極の長さは、前記チャネル長方向における前記シールド電極の長さより長い
請求項1又は2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 , wherein a length of the bottom electrode in a channel length direction of the channel region is longer than a length of the shield electrode in the channel length direction.
前記チャネル領域のチャネル長方向における前記ゲート絶縁層の長さは、前記チャネル長方向における前記ゲート電極の長さより長い
請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a length of said gate insulating layer in a channel length direction of said channel region is longer than a length of said gate electrode in said channel length direction.
前記チャネル領域のチャネル長方向における前記ゲート絶縁層の長さは、前記チャネル長方向における前記ゲート電極の長さと等しい
請求項1~3のいずれか1項に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a length of said gate insulating layer in a channel length direction of said channel region is equal to a length of said gate electrode in said channel length direction.
前記ボトム電極には、正電位が印加される
請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a positive potential is applied to the bottom electrode.
前記半導体装置は、前記酸化物半導体層と接続されるドレイン電極及びソース電極をさらに備え、
前記シールド電極は、前記ソース電極と同電位である
請求項1~6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device further includes a drain electrode and a source electrode connected to the oxide semiconductor layer,
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the shield electrode has the same potential as the source electrode.
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