半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種物體、方法或者制造方法。本發(fā)明設(shè)及一種工序（process)、機(jī)器 (machine)、產(chǎn)品（manufacture)或者組合物(^compositionofmatter)。尤其是，本發(fā)明的 一個實施方式設(shè)及一種半導(dǎo)體裝置、顯示裝置、發(fā)光裝置、存儲裝置、運(yùn)算單元、成像裝置、 上述裝置的驅(qū)動方法或者上述裝置的制造方法。
[0002] 在本說明書等中，半導(dǎo)體裝置一般是指能夠通過利用半導(dǎo)體特性工作的裝置。晶 體管及半導(dǎo)體電路是半導(dǎo)體裝置的實施方式。在有些情況下，存儲裝置、顯示裝置或電子設(shè) 備包括半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 通過使用形成在具有絕緣表面的襯底上的半導(dǎo)體薄膜來形成晶體管（還被稱為 薄膜晶體管（TFT))的技術(shù)已經(jīng)受到注目了。該晶體管被廣泛地用于如集成電路（IC)及圖 像顯示裝置（顯示裝置）等電子設(shè)備。娃類半導(dǎo)體材料作為可應(yīng)用于晶體管的半導(dǎo)體薄膜 的材料被廣為人知。作為其他例子，氧化物半導(dǎo)體已經(jīng)引人注目。
[0004] 例如，在專利文獻(xiàn)1中，其活性層包括包含銅（In)、嫁（Ga)及鋒狂n)的非晶氧化 物半導(dǎo)體的晶體管被公開。
[參考文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)] 陽0化][專利文獻(xiàn)1]日本專利申請公開No. 2006-165528
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 集成電路的高密度化需要晶體管的微型化，并因為該微型化增加制造工序的難 度，所W需要具有簡單結(jié)構(gòu)的晶體管及晶體管的簡單的制造方法。
[0007] 另外，已知晶體管的微型化可能會引起晶體管的電特性的劣化或偏差。換言么晶 體管的微型化可能會導(dǎo)致集成電路的成品率降低。
[0008] 由此，本發(fā)明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有即便在微型化的情況下 也能夠通過簡單的工序來制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。另一個目的是提供一種具有能夠抑制 因微型化導(dǎo)致的成品率下降的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的一個實施方式的另一個目的是 提供一種能夠抑制隨著晶體管的微型化而逐漸顯著的電特性下降的半導(dǎo)體裝置。另一個目 的是提供一種具有高集成度的半導(dǎo)體裝置。另一個目的是提供一種電特性的劣化得到減少 的半導(dǎo)體裝置。另一個目的是提供一種電特性的偏差得到減少的半導(dǎo)體裝置。另一個目的 是提供一種功耗低的半導(dǎo)體裝置。另一個目的是提供一種可靠性高的半導(dǎo)體裝置。另一個 目的是提供一種即便在停止電源供應(yīng)時也能保持?jǐn)?shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。另一個目的是提供一 種上述半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0009] 注意，運(yùn)些目的的描述不妨礙其他目的的存在。注意，在本發(fā)明的一個實施方式 中，并不需要實現(xiàn)所有上述目的。其他目的從說明書、附圖、權(quán)利要求書等的描述中是顯而 易見的，并可W從所述描述中導(dǎo)出。
[0010] 本發(fā)明的一個實施方式設(shè)及一種半導(dǎo)體裝置，其中在氧化物半導(dǎo)體層的頂面上形 成有源電極層或漏電極層。
[0011] 注意，在本說明書中，"側(cè)面接觸"是指使一個元件的側(cè)面與另一個元件的一部分 接觸W獲得運(yùn)兩者之間的電連接的狀態(tài)。
[0012] 本發(fā)明的一個實施方式是一種半導(dǎo)體裝置，包括：絕緣表面上的第一氧化物半導(dǎo) 體層；第一氧化物半導(dǎo)體層上的第二氧化物半導(dǎo)體層；在第二氧化物半導(dǎo)體層上且其側(cè)面 配置在與第二氧化物半導(dǎo)體層的側(cè)面相同的面上的源電極層及漏電極層；在第二氧化物半 導(dǎo)體層上且與源電極層及漏電極層的每一個部分接觸的第=氧化物半導(dǎo)體層；第=氧化物 半導(dǎo)體層上的柵極絕緣膜；柵極絕緣膜上的柵電極層；W及絕緣表面、源電極層、漏電極層 及柵電極層上的絕緣層。在絕緣層中，形成有使第二氧化物半導(dǎo)體層的一部分及源電極層 的一部分露出的第一開口、使第二氧化物半導(dǎo)體層的一部分及漏電極層的一部分露出的第 二開口W及使柵電極層的一部分露出的第=開口。在第一開口中，第二氧化物半導(dǎo)體層及 源電極層電連接于第一布線。在第二開口中，第二氧化物半導(dǎo)體層及漏電極層電連接于第 二布線。在第=開口中，柵電極層電連接于第=布線。
[0013] 注意，在本說明書等中，"第一"及"第二"等序數(shù)詞是為避免構(gòu)成要素的混淆而使 用的，而不會在數(shù)字上限制該構(gòu)成要素。
[0014] 另外，第一氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶底的能量優(yōu)選比第二氧 化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶底的能量更接近于真空能級0. 〇5eVW上且2eVW下。
[0015] 優(yōu)選的是，第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層各 包括In-M-化氧化物（M為Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，并且第一氧化物半導(dǎo)體層及 第=氧化物半導(dǎo)體層的每一個中的M對于In的原子個數(shù)比高于第二氧化物半導(dǎo)體層中的 M對于In的原子個數(shù)比。
[0016] 第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層各優(yōu)選包括C軸取向結(jié)晶。 陽017] 此外，源電極層及漏電極層各優(yōu)選使用A1、化、化、Ta、Ti、Mo或W的單層、它們的 疊層或者作為主要成分包含它們的合金材料形成。
[0018] 本發(fā)明的另一個實施方式是一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括如下步驟：在絕緣 表面上形成第一氧化物半導(dǎo)體膜和第二氧化物半導(dǎo)體膜的疊層膜；在疊層膜上形成第一導(dǎo) 電膜；在第一導(dǎo)電膜上形成第一抗蝕劑掩模；作為掩模使用第一抗蝕劑掩模選擇性地對第 一導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻來形成第一導(dǎo)電層；作為掩模使用第一導(dǎo)電層選擇性地對疊層膜進(jìn)行蝕 亥IJ，并選擇性地對第一導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻W分割第一導(dǎo)電層，由此形成第一氧化物半導(dǎo)體層 和第二氧化物半導(dǎo)體層的疊層W及該疊層上的源電極層和漏電極層；在絕緣表面、疊層、源 電極層W及漏電極層上形成第=氧化物半導(dǎo)體膜；在第=氧化物半導(dǎo)體膜上形成氧化物絕 緣膜；在氧化物絕緣膜上形成第二導(dǎo)電膜；在第二導(dǎo)電膜上形成第二抗蝕劑掩模；作為掩 模使用第二抗蝕劑掩模選擇性地對第二導(dǎo)電膜進(jìn)行蝕刻來形成柵電極層；作為掩模使用柵 電極層選擇性地對氧化物絕緣膜及第=氧化物半導(dǎo)體膜進(jìn)行蝕刻來形成柵極絕緣膜及第 =氧化物半導(dǎo)體層；在絕緣表面、源電極層、漏電極層W及柵電極層上形成絕緣層；在絕緣 層中，形成使第二氧化物半導(dǎo)體層的一部分及源電極層的一部分露出的第一開口、使第二 氧化物半導(dǎo)體層的一部分及漏電極層的一部分露出的第二開口和使柵電極層的一部分露 出的第=開口；W及形成在第一開口中電連接于第二氧化物半導(dǎo)體層及源電極層的第一布 線、在第二開口中電連接于第二氧化物半導(dǎo)體層及漏電極層的第二布線和在第=開口中電 連接于柵電極層的第=布線。
[0019] 此外，第一氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層各優(yōu)選使用該第一氧化物半導(dǎo) 體層及該第=氧化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶底的能量比第二氧化物半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶底的能量更 接近于真空能級0. 〇5eVW上且2eVW下的材料形成。
[0020] 第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層各優(yōu)選使用 In-M-化氧化物（M為Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)形成，并且第一氧化物半導(dǎo)體層及 第=氧化物半導(dǎo)體層的每一個中的M對于In的原子個數(shù)比高于第二氧化物半導(dǎo)體層中的 M對于In的原子個數(shù)比。
[0021] 第一氧化物半導(dǎo)體層、第二氧化物半導(dǎo)體層及第=氧化物半導(dǎo)體層的每一個優(yōu)選 使用包括C軸取向結(jié)晶的材料。
[0022] 在上述結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是，源電極層及漏電極層各使用Al、化、化、Ta、Ti、Mo或W 的單層、它們的疊層或者作為主要成分使用它們的合金材料形成。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，能夠提供一種具有即便在被微型化的情況下也能夠 W簡單的工序制造的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。或者，能夠提供一種具有能夠抑制因微型化導(dǎo)致 的成品率下降的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置?；蛘?，能夠提供一種能夠抑制隨著晶體管的微型化而 逐漸顯著的電特性下降的半導(dǎo)體裝置?；蛘撸軌蛱峁┮环N集成度高的半導(dǎo)體裝置。或者， 能夠提供一種電特性的劣化得到減少的半導(dǎo)體裝置?；蛘?，能夠提供一種電特性的偏差得 到抑制的半導(dǎo)體裝置?；蛘?，能夠提供一種功耗低的半導(dǎo)體裝置。或者，能夠提供一種可靠 性高的半導(dǎo)體裝置?；蛘?，能夠提供一種即便在沒有被供電時也能保持?jǐn)?shù)據(jù)的半導(dǎo)體裝置。 或者，能夠提供一種上述半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0024] 注意，運(yùn)些效果的描述不妨礙其他效果的存在。在本發(fā)明的一個實施方式中，不需 要得到所有上述效果。其他效果可W從說明書、附圖、權(quán)利要求書等的描述中是顯而易見 的，并可W從所述描述中導(dǎo)出。
【附圖說明】 陽〇2引在附圖中： 圖IA和IB是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖2A和2B是晶體管的截面圖； 圖3A至3C是晶體管的截面圖； 圖4A至4C是晶體管的截面圖； 圖5是晶體管的截面圖； 圖6A和6B是晶體管的截面圖； 圖7是晶體管的截面圖； 圖8A至8C是示出晶體管的制造方法的截面圖； 圖9A至9C是示出晶體管的制造方法的截面圖； 圖IOA和IOB是示出晶體管的制造方法的截面圖； 圖IlA和IlB是半導(dǎo)體裝置的截面圖及電路圖； 圖12是半導(dǎo)體裝置的電路圖； 圖13A至13C示出可應(yīng)用半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備； 圖14A和14B是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖15A和15B是晶體管的俯視圖及截面圖； 圖16A至16D表示用于計算的模型及其計算結(jié)果；W及 圖17A和17B表示晶體管的Id-Vg特性。
【具體實施方式】
[00%] 參照附圖對實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。注意，本發(fā)明不局限于下面說明，并且本領(lǐng)域 的技術(shù)人員很容易地理解一個事實，就是其方式及詳細(xì)內(nèi)容可W在不脫離本發(fā)明的宗旨及 范圍的情況下可W被變換為各種形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被限定于下面實施方式的的說 明。注意，在下面所說明的發(fā)明結(jié)構(gòu)中，在不同的附圖之間使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同 的部分或具有同樣功能的部分，而在有些情況下省略其說明。
[0027] 注意，在本說明書等中，當(dāng)明確地記載X與Y連接時，在其中包括X與Y電連接的 情況、X與Y在功能上連接的情況W及X與Y直接連接的情況。運(yùn)里，X和Y的每一個表示 物體（例如，裝置、元件、電路、布線、電極、端子、導(dǎo)電膜、層等）。因此，還包括附圖及文章所 示的連接關(guān)系W外的連接關(guān)系，而不局限于規(guī)定的連接關(guān)系，例如，附圖及文章所示的連接 關(guān)系。
[0028] 在X與Y電連接的情況下，例如可W在X與Y之間連接一個或更多的能夠電連接 X與Y的元件（例如，開關(guān)、晶體管、電容器、電感器、電阻器、二極管、顯示元件、發(fā)光元件及 負(fù)載）。注意，開關(guān)被控制為開啟或關(guān)閉。目P，開關(guān)具有通過被開啟或關(guān)閉（成為開啟狀態(tài) 及關(guān)閉狀態(tài)）決定是否使電流流過的功能?；蛘?，開關(guān)具有選擇并改變電流路徑的功能。
[0029] 在X與Y在功能上連接的情況下，例如可W在X與Y之間連接一個或更多的能夠 在功能上連接X與Y的電路（例如，邏輯電路如反相器、NAND電路或NOR電路；信號轉(zhuǎn)換電 路如DA轉(zhuǎn)換電路、AD轉(zhuǎn)換電路或伽馬校正電路；電位電平轉(zhuǎn)換電路如電源電路（例如，升 壓電路或降壓電路）或改變信號的電位電平的電平轉(zhuǎn)換電路；電壓源；電流源；切換電路； 能夠增大信號振幅或電流量等的放大電路、運(yùn)算放大器、差動放大電路、源極跟隨電路或緩 沖電路；信號產(chǎn)生電路；存儲電路；W及控制電路）。注意，例如，即使在其他電路介于X與 Y之間時，在從X輸出的信號被傳送到Y(jié)的情況下，X與Y也在功能上連接。
[0030] 注意，當(dāng)明確地記載X與Y連接時，在其中包括X與Y電連接的情況（即，W其間設(shè) 置有其他元件或其他電路的方式使X與Y連接的情況）、X與Y在功能上連接的情況（即， W其間設(shè)置有其他電路的方式使X與Y在功能上連接的情況）W及X與Y直接連接的情況 (即，W其間不設(shè)置其他元件或其他電路的方式使X與Y連接的情況）。目P，當(dāng)明確地記載 "X與Y電連接"時，該描述與只明確地記載"X與Y連接"的情況相同。
[0031] 即便在電路圖中獨(dú)立的構(gòu)成要素相互電連接時，在有些情況下一個構(gòu)成要素還具 有多個構(gòu)成要素的功能。例如，當(dāng)布線的一部分還被用作電極時，一個導(dǎo)電膜兼作布線和電 極。由此，本本說明書中的"電連接"在其范疇內(nèi)包括如一個導(dǎo)電膜具有多個構(gòu)成要素的功 能的情況。
[0032] 注意，在本說明書等中，可W使用各種襯底形成晶體管。襯底的種類不局限于某 一個種類。該襯底的例子包括半導(dǎo)體襯底（例如，單晶襯底或娃襯底）、SOI襯底、玻璃襯 底、石英襯底、塑料襯底、金屬襯底、不誘鋼襯底、包含不誘鋼錐的襯底、鶴襯底、包含鶴錐的 襯底、柔性襯底、貼合薄膜、包含纖維狀材料的紙及基材薄膜。玻璃襯底的例子包括領(lǐng)棚娃 酸鹽玻璃、侶棚娃酸鹽玻璃及鋼巧玻璃。作為柔性襯底，例如可W使用柔性合成樹脂諸如W 聚對苯二甲酸乙二醇醋（PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋（陽腳、聚酸諷（PE巧為代表的塑料或 丙締酸樹脂。貼合薄膜的例子包括使用聚丙締、聚醋、聚氣化乙締、聚氯乙締等形成的貼合 薄膜?；谋∧さ睦影ㄊ褂镁鄞住⒕劭岚?、聚酷亞胺、無機(jī)蒸鍛薄膜、紙等形成的基材薄 膜。尤其是，當(dāng)使用半導(dǎo)體襯底、單晶襯底或SOI襯底等制造晶體管時，可W制造特性、尺寸 或形狀等的偏差小、電流供應(yīng)能力高且尺寸小的晶體管。通過使用運(yùn)種晶體管構(gòu)成電路，可 W減少電路的功耗或電路可W被高度集成化。
[0033] 注意，可W使用一個襯底形成晶體管，然后將該晶體管轉(zhuǎn)置到另一個襯底上。作為 該晶體管被轉(zhuǎn)置的襯底的例子，除了上述可W在其上形成晶體管的襯底之外，還有紙襯底、 玻璃紙襯底、石材襯底、木材襯底、布襯底（包括天然纖維（例如，絲、棉或麻）、合成纖維 (例如，尼龍、聚氨醋或聚醋）或再生纖維（例如，醋醋纖維、銅氨纖維、人造纖維或再生聚 醋）等）、皮革襯底、橡膠襯底等。通過使用運(yùn)種襯底，可W形成特性良好的晶體管、功耗低 的晶體管或耐久性高的裝置，可W得到高耐熱性，或者可W實現(xiàn)輕量化或薄型化。
[0034] 實施方式1 在本實施方式中，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。
[0035] 圖IA和IB是本發(fā)明的一個實施方式的晶體管的俯視圖及截面圖。圖IA是俯視 圖。圖IB示出沿著圖IA中的點(diǎn)劃線A1-A2的截面。圖2A是沿著圖IA中的點(diǎn)劃線A3-A4 的截面圖。圖2B是沿著圖IA中的點(diǎn)劃線A5-A6的截面圖。注意，在圖IA的俯視圖中，為 了使附圖簡化，沒有示出一些構(gòu)成要素。在有些情況下，將點(diǎn)劃線A1-A2的方向稱為溝道長 度方向，并將點(diǎn)劃線A3-A4的方向稱為溝道寬度方向。
[0036] 圖IA和IB及圖2A和2B所示的晶體管100包括：襯底110上的基底絕緣膜120 ; 位于該基底絕緣膜上且依次形成有第一氧化物半導(dǎo)體層131和第二氧化物半導(dǎo)體層132的 疊層；該第二氧化物半導(dǎo)體層上的源電極層140及漏電極層150 ;W與基底絕緣膜120及該 疊層接觸的方式形成且與源電極層140及漏電極層150的每一個部分接觸的第=氧化物半 導(dǎo)體層133 ;該第S氧化物半導(dǎo)體層上的柵極絕緣膜160 ;該柵極絕緣膜上的柵電極層170 ; W及基底絕緣膜120、源電極層140、漏電極層150及柵電極層170上的絕緣層180。
[0037] 注意，例如，晶體管的"源極"和"漏極"的功能在使用極性相反的晶體管時或在電 路工作中改變電流方向時，有時互相調(diào)換。因此，在本說明書中，可W將源極和漏極分別表 示為"漏極"和"源極"。
[0038] 可W在絕緣層180上形成由氧化物形成的絕緣層185。注意，該絕緣層185可W按 需求設(shè)置，還可W在其上設(shè)置其他絕緣層。將第一氧化物半導(dǎo)體層131、第二氧化物半導(dǎo)體 層132W及第=氧化物半導(dǎo)體層133總稱為氧化物半導(dǎo)體層130。
[0039] 在絕緣層180中，形成有使第二氧化物半導(dǎo)體層132及源電極層140部分露出的 第一開口 147。并且，形成有使第二氧化物半導(dǎo)體層132及漏電極層150部分露出的第二開 口 157。再者，形成有使柵電極層170部分露出的第=開口 177。
[0040] 在第一開口 147中，第二氧化物半導(dǎo)體層132的側(cè)面與源電極層140的側(cè)面配置 在同一面上，并電連接于第一布線145。在第二開口 157中，第二氧化物半導(dǎo)體層132的側(cè) 面與漏電極層150的側(cè)面配置在同一面上，并電連接于第二布線155。在第=開口 177中， 柵電極層170W側(cè)面接觸的方式電連接于第=布線175。
[0041] 在現(xiàn)有的晶體管中，通過在形成于電極層上的絕緣層等中設(shè)置開口W使形成于該 開口中的布線的一部分與電極層的頂面的一部分接觸，由此獲得電連接。
[0042] 然而，隨著晶體管的微型化進(jìn)展，制造工序的難度提高，而導(dǎo)致設(shè)置于上述絕緣層 等中的開口的不良或開口深度的偏差等。因此，在元件之間容易產(chǎn)生電極層與布線之間的 接觸電阻的偏差。換言之，制造微型化的晶體管的難度的提高是晶體管的電特性的偏差的 因素之一。
[0043] 另一方面，在本發(fā)明的一個實施方式中，在開口中被露出的電極層的一部分與形 成在該開口中的布線的一部分W側(cè)面接觸的方式相互電連接。由此，可W使電極層與布線 之間的接觸面積的偏差不容易產(chǎn)生。換言之，可W抑制元件中的電極層與布線之間的接觸 電阻的偏差，而可W減少由該偏差引起的晶體管的電特性的偏差。
[0044] 另外，在絕緣層中設(shè)置開口而使電極層等露出的情況下，與嚴(yán)格地控制蝕刻條件 使電極層等的頂面露出的工序相比，對電極層等進(jìn)