(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023141340
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230928BHJP
H01L 21/306 20060101ALI20230928BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20230928BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20230928BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 104Z
H01L21/306 A
H01L29/78 618B
H01L29/78 626A
H01L29/78 616K
H01L21/28 E
H01L21/28 301B
H01L21/28 301R
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022047602
(22)【出願日】2022-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】菊地 巧也
(72)【発明者】
【氏名】永田 裕也
(72)【発明者】
【氏名】戸田 将也
(72)【発明者】
【氏名】今村 克平
(72)【発明者】
【氏名】今村 翼
【テーマコード（参考）】
4M104
5F004
5F043
5F110
【Ｆターム（参考）】
4M104AA03
4M104BB36
4M104CC01
4M104DD64
4M104DD65
4M104DD72
4M104EE09
4M104EE17
4M104FF04
4M104FF18
4M104GG08
4M104HH20
5F004AA09
5F004AA16
5F004BB13
5F004DA00
5F004DA15
5F004DA16
5F004DA20
5F004DA24
5F004DA29
5F004DB13
5F004EA05
5F004EA10
5F043AA18
5F043BB12
5F043DD02
5F043EE40
5F110AA30
5F110CC09
5F110DD01
5F110DD05
5F110FF01
5F110FF02
5F110FF03
5F110GG01
5F110GG04
5F110GG25
5F110GG28
5F110GG42
5F110GG43
5F110HK01
5F110HK04
5F110HK06
5F110HK07
5F110HK22
5F110NN02
5F110NN23
5F110QQ03
5F110QQ04
5F110QQ05
(57)【要約】
【課題】Ｉｎを含む化合物膜の加工性を高めることを可能にした半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、基板の上に形成されたインジウムを含む化合物膜２４Ｘ上に電極層２２を形成し、電極層２２の上にマスク層を形成し、マスク層を加工した後、化合物膜２４Ｘの少なくとも一部が露出するまで電極層２２をエッチングし、マスク層の上面、マスク層及び電極層２２の側面、及び化合物膜２４Ｘの上面を覆うようにスペーサ膜２６を形成し、マスク層の上面、及び化合物膜２４Ｘの上面のスペーサ膜２６をエッチングし、露出した化合物膜２４Ｘを還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、還元処理された化合物膜２４Ｙを、薬液を用いてエッチングする。
【選択図】図８
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、基板の上に形成されたインジウムを含む化合物膜２４Ｘ上に電極層２２を形成し、電極層２２の上にマスク層を形成し、マスク層を加工した後、化合物膜２４Ｘの少なくとも一部が露出するまで電極層２２をエッチングし、マスク層の上面、マスク層及び電極層２２の側面、及び化合物膜２４Ｘの上面を覆うようにスペーサ膜２６を形成し、マスク層の上面、及び化合物膜２４Ｘの上面のスペーサ膜２６をエッチングし、露出した化合物膜２４Ｘを還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、還元処理された化合物膜２４Ｙを、薬液を用いてエッチングする。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に形成されたインジウムを含む化合物膜上に電極層を形成し、
前記電極層の上にマスク層を形成し、
前記マスク層を加工した後、前記化合物膜の少なくとも一部が露出するまで前記電極層をエッチングし、
前記マスク層の上面、前記マスク層及び前記電極層の側面、及び前記化合物膜の上面を覆うようにスペーサ膜を形成し、
前記マスク層の上面、及び前記化合物膜の上面の前記スペーサ膜をエッチングし、
前記露出した化合物膜を還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、
前記還元処理された前記化合物膜を、薬液を用いてエッチングする
半導体装置の製造方法。
前記電極層の上にマスク層を形成し、
前記マスク層を加工した後、前記化合物膜の少なくとも一部が露出するまで前記電極層をエッチングし、
前記マスク層の上面、前記マスク層及び前記電極層の側面、及び前記化合物膜の上面を覆うようにスペーサ膜を形成し、
前記マスク層の上面、及び前記化合物膜の上面の前記スペーサ膜をエッチングし、
前記露出した化合物膜を還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、
前記還元処理された前記化合物膜を、薬液を用いてエッチングする
半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記還元性ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、及びＨ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記化合物膜は、酸化物導電体を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記化合物膜は、インジウムと、第１５族元素、第１６族元素、及び第１７族元素のうちの非金属元素及び半金属元素からなる群より選ばれる少なくとも１つとの化合物を含有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記化合物は、酸素、リン、ホウ素、炭素、窒素、ケイ素、硫黄、セレン、テルル、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素からなる群より選ばれる少なくとも１つを含有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記化合物膜は、酸化インジウムスズ、インジウム－ガリウム－亜鉛酸化物、酸化インジウム、及びインジウム－アルミニウム－亜鉛酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含有する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記化合物膜は、結晶化した部分を有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記薬液は、酸性である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記還元処理により、前記化合物膜は変質する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記薬液を用いたエッチング後の前記化合物膜の下面は、前記化合物膜の上面より大きい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項11】
基板の上に形成されたインジウムを含む化合物膜上に電極層を形成し、
前記電極層の上にマスク層を形成し、
前記マスク層を加工した後、前記化合物膜の少なくとも一部が露出するまで前記電極層をエッチングし、
前記化合物膜及び前記電極層を還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、
前記マスク層の上面、前記マスク層及び前記電極層の側面、及び前記化合物膜の上面を覆うようにスペーサ膜を形成し、
前記マスク層の上面、及び前記化合物膜の上面のスペーサ膜をエッチングし、
前記還元処理された前記化合物膜を、薬液を用いてエッチングする
半導体装置の製造方法。
前記電極層の上にマスク層を形成し、
前記マスク層を加工した後、前記化合物膜の少なくとも一部が露出するまで前記電極層をエッチングし、
前記化合物膜及び前記電極層を還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、
前記マスク層の上面、前記マスク層及び前記電極層の側面、及び前記化合物膜の上面を覆うようにスペーサ膜を形成し、
前記マスク層の上面、及び前記化合物膜の上面のスペーサ膜をエッチングし、
前記還元処理された前記化合物膜を、薬液を用いてエッチングする
半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記還元処理により、前記化合物膜は変質し、前記電極層の側面に窒化物が形成され、
前記窒化物上に前記スペーサ膜を形成する、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
前記窒化物上に前記スペーサ膜を形成する、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記電極層はタングステンを含み、前記還元処理により前記電極層の側面に窒化タングステンが形成される、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物膜等の化合物膜にドライエッチングやウェットエッチング等を施した際に、加工残渣やチャンバ内への不揮発性生成物の付着等が生じたり、さらに膜の加工自体が困難であるといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－２２９６３８号公報
【特許文献2】米国特許第８５５１８１０号明細書
【特許文献3】米国特許第１０６４４１６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、Ｉｎを含む化合物膜の加工性を高めることを可能にした半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の半導体装置の製造方法は、基板の上に形成されたインジウムを含む化合物膜上に電極層を形成し、前記電極層の上にマスク層を形成し、前記マスク層を加工した後、前記化合物膜の少なくとも一部が露出するまで前記電極層をエッチングし、前記マスク層の上面、前記マスク層及び前記電極層の側面、及び前記化合物膜の上面を覆うようにスペーサ膜を形成し、前記マスク層の上面、及び前記化合物膜の上面の前記スペーサ膜をエッチングし、前記露出した化合物膜を還元性ガスのプラズマを用いて還元処理し、前記還元処理された前記化合物膜を、薬液を用いてエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１の実施形態のインジウムを含む化合物膜の加工工程を示す図である。
【図2】第２の実施形態の製造方法を適用して作製される半導体装置を示す断面図である。
【図4】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の第１の例を示す断面図である。
【図5】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の第１の例を示す断面図である。
【図7】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の第２の例を示す断面図である。
【図8】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の第２の例を示す断面図である。
【図9】第２の実施形態の半導体装置の変形例の部分断面図である。
【図10】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の第３の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態の化合物膜の加工方法及び半導体装置の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【0008】
（第１の実施形態）
図１はインジウム（Ｉｎ）を含む化合物膜の加工工程を示している。まず、図１（Ａ）に示すように、基材１上にＩｎを含む化合物膜２を、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。基材１は、Ｉｎを含む化合物膜２の使用用途に応じて適宜に選択され、例えば半導体基板、金属基板のような導電性基板、セラミックス基板のような絶縁基板等が用いられる。これらの基板は、そのまま基材１として用いてもよいし、導電層、絶縁層、半導体層等の各種の機能層を有する基板を基材１として用いて、それらの機能層上に化合物膜２を形成してもよい。
図１はインジウム（Ｉｎ）を含む化合物膜の加工工程を示している。まず、図１（Ａ）に示すように、基材１上にＩｎを含む化合物膜２を、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。基材１は、Ｉｎを含む化合物膜２の使用用途に応じて適宜に選択され、例えば半導体基板、金属基板のような導電性基板、セラミックス基板のような絶縁基板等が用いられる。これらの基板は、そのまま基材１として用いてもよいし、導電層、絶縁層、半導体層等の各種の機能層を有する基板を基材１として用いて、それらの機能層上に化合物膜２を形成してもよい。
【0009】
化合物膜２を構成するＩｎを含む化合物としては、第１５族元素、第１６族元素、及び第１７族元素のうちの非金属元素又は半金属元素、例えば酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、又はヨウ素（Ｉ）と、Ｉｎとの化合物が挙げられる。そのような化合物の具体例としては、Ｉｎ酸化物（ＩｎＯ）、Ｉｎリン化物（ＩｎＰ）、Ｉｎ窒化物（ＩｎＮ）、Ｉｎヒ素化物（ＩｎＡｓ）、Ｉｎセレン化物（ＩｎＳｅ）等が挙げられ、Ｉｎを含む化合物はこれらの少なくとも１つを含むことができる。ただし、Ｉｎを含む化合物は、Ｉｎ以外の金属元素、例えばスズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）等を含んでいてもよい。
【0010】
Ｉｎ酸化物やＩｎリン化物等のＩｎを含む化合物は、半導体又は導電体として機能するものがある。Ｉｎを含む酸化物の例としては、酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、インジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＧＺＯ）、インジウム－アルミニウム－亜鉛酸化物（Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＡＺＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）等が挙げられる。
【0011】
ＩＴＯ等のＩｎ酸化物の比率が大きいＩｎを含む酸化物は、ウェットエッチング等に用いられる酸性やアルカリ性の薬液に対する耐性が高く、さらにドライエッチング等に用いられるハロゲン系ガス（ＨＢｒやＣｌ２等）や有機系ガス（ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、ＣＦ４、ＣＨＦ３等）に対して加工残渣や不揮発性物が生じやすいという難点を有している。このため、Ｉｎを含む酸化物を、効率よく、かつ加工残渣等を生じさせることなく、エッチングすることは難しい。そこで、実施形態のエッチング方法等の加工方法が適用される。さらに、Ｉｎを含む酸化物は結晶化している場合に加工が困難であることから、加工対象であるＩｎを含む酸化物等の化合物が結晶化した部分を含む場合に、実施形態の加工方法が特に有効である。
【0012】
次に、Ｉｎを含む化合物膜２を還元性ガスのプラズマで還元処理する。プラズマ処理で使用する還元性ガスとしては、例えば水素原子（Ｈ）を含むガスが挙げられる。そのような還元性ガスとしては、Ｈ２（水素）、ＮＨ３（アンモニア）、Ｈ２Ｓ（硫化水素）、及びＨ２Ｏ（水蒸気）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含むガスが用いられる。これらを含むガスは、いずれも以下に示すようにＩｎを含む化合物膜２の還元処理に適用可能である。これら以外にも、ＨＦ（フッ化水素）、ＨＣｌ（塩酸）、ＨＢｒ（臭化水素）、ＨＩ（ヨウ化水素）、ＣＨ４（メタン）、ＣＨＦ３（トリフロオロメタン）、ＣＨ２Ｆ２（ジフルオロメタン）、ＣＨ３Ｆ（フルオロメタン）等の使用が可能である。
【0013】
還元性ガスのプラズマによる処理は、まずＩｎを含む化合物膜２を有する基材１をプラズマ処理装置のチャンバ内に載置する。このようなチャンバ内に還元性ガスを導入し、チャンバ内に配置された電極に高周波電圧を印加することによって、チャンバ内に還元性ガスのプラズマを発生させる。このようして、還元性ガスのプラズマでＩｎを含む化合物膜２を処理する。Ｉｎを含む化合物膜２を還元性ガスのプラズマに晒すと、図１（Ｂ）に示すように、酸化物膜等の化合物膜２が還元されて、化合物膜２に含まれるＩｎ、もしくはＩｎ及びそれと共に含まれる金属（Ｓｎ等）のナノ粒子（Ｉｎを含む金属ナノ粒子）３が生成される。Ｉｎを含む化合物膜２を金属ナノ粒子３が堆積された金属膜４に変質させることができる。このようなＩｎを含む金属膜４は、Ｉｎを含む酸化物膜等の化合物膜２に比べて加工性に優れるため、Ｉｎを含む金属膜４を例えば効率よくエッチング液等の薬液により処理できると共に、加工残渣を抑制することができる。
【0014】
次に、Ｉｎを含む金属膜４を薬液により処理する。Ｉｎを含む金属膜４の処理に用いる薬液としては、例えば塩酸（ＨＣｌ）の０．５質量％以上４０質量％以下程度の水溶液、弗酸（ＨＦ）の０．０１質量％以上５０質量％以下程度の水溶液、塩酸（ＨＣｌ）の３０質量％以上と硝酸（ＨＮＯ３）の７０質量％以下との混合液、及びそのような混合液を１０体積％以上の任意の比率の水（Ｈ２Ｏ）で希釈した混合溶液のような酸液が用いられる。Ｉｎを含む金属膜４を酸液で処理することによって、図１（Ｃ）に示すように、Ｉｎを含む金属膜４をエッチングして除去することができる。この際、結晶化されたＩｎを含む酸化物等を備える化合物膜２は、粒界に沿ってエッチングされるため、粒子状の残渣が生じやすいのに対して、Ｉｎを含む金属膜４は金属ナノ粒子３自体が酸液等によりエッチングされやすいため、加工残渣を生じさせることなくエッチング除去することができる。なお、Ｉｎを含む金属膜４の種類等によっては、薬液としてアルカリ溶液等を用いてもよい。図１（Ｃ）に示す処理に用いられる薬液は、処理内容に応じて適宜に選択される。
【0015】
【0016】
図２及び図３に示す半導体装置１０は、酸化物半導体をチャネル層とするトランジスタである。トランジスタ１０は、ゲート電極がチャネル層を囲むようにして設けられる、いわゆるＳｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＳＧＴ）であり、縦型トランジスタである。
【0017】
トランジスタ１０は、酸化物半導体からなるチャネル層１１、ゲート電極１２、ゲート絶縁層１３、ソース電極１４、ドレイン電極１５、第１層間絶縁層１６、第２層間絶縁層１７、及び第３層間絶縁層１８を備える。チャネル層１１は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びスズ（Ｓｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素と、亜鉛（Ｚｎ）と、酸素（Ｏ）を含む。チャネル層１１は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む。チャネル層１１は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む。ソース電極１４は、第１の電極層１９、第１のバリア層２０、及び第１の酸化物導電体層２１を有する。ドレイン電極１５は、第２の電極層２２、第２のバリア層２３、及び第２の酸化物導電体層２４を有する。
【0018】
ソース電極１４及びドレイン電極１５の電極層１９、２２には、タングステン（Ｗ）、Ｗ合金、モリブデン（Ｍｏ）、Ｍｏ合金等が用いられる。バリア層２０、２３には、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化タンタル（ＴａＮ）等が用いられる。酸化物導電体層２１、２４はチャネル層１１と電極層１９、２２との間に配置され、さらにバリア層２０、２３が酸化物導電体層２１、２４と電極層１９、２２との間に配置される。酸化物導電体層２１、２４は、例えば、同一の材料で形成される。第１の酸化物導電体層２１及び第２の酸化物導電体層２４は、例えば、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、及び酸素（Ｏ）を含む酸化物導電体である。第１の酸化物導電体層２１及び第２の酸化物導電体層２４は、例えば、酸化インジウムスズである。
【0019】
チャネル層１１は、ソース電極１４とドレイン電極５との間に設けられる。チャネル層１１には、トランジスタ１０のオン動作時に、電流経路となるチャネルが形成される。チャネル層１１は、第１の方向に延びる円柱形状を有する。チャネル層１１の第２の方向の幅は、例えば２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ゲート電極１２のゲート長（第１方向の幅）は、例えば２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ゲート電極１２は、チャネル層１１を囲むように設けられている。ゲート電極１２は、ゲート絶縁層１３を介してチャネル層１１の周囲に設けられている。
【0020】
ゲート絶縁層１３は、チャネル層１１とゲート電極１２との間に設けられる。ゲート絶縁層１３は、チャネル層１１を囲むように設けられている。ゲート絶縁層１３は、例えば酸化物又は酸窒化物からなる。ゲート絶縁層１４は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸化アルミニウムである。ゲート絶縁層１４の厚さは、例えば２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【0021】
層間絶縁層１６、１７、１８は、例えばソース電極１４とゲート電極１２との間、ドレイン電極１５とゲート電極１２との間、及びゲート電極１２の周囲に設けられる。層間絶縁層１６、１７、１８は、ソース電極１４、ドレイン電極１５、及びゲート電極１２の電気的分離を行う。層間絶縁層１６、１７、１８は、例えば酸化物からなる。層間絶縁層１６、１７、１８は、例えば酸化シリコンである。
【0022】
酸化物半導体トランジスタ１０の製造工程について、図４及び図５を参照して説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、縦型トランジスタ（ＳＧＴ）の公知の製造方法に基づいて、ソース電極１４、チャネル層１１、ゲート絶縁層１３、及びゲート電極１２を有する構造体２５を形成する。そのような構造体２５上にチャネル層１１と接するように、第２の酸化物導電体層２４となるＩＴＯ膜２４Ｘ、第２のバリア層２３となるＴｉＮ膜２３Ｘ、及び第２の電極層２２となるＷ膜２２Ｘを順に成膜する。
【0023】
次に、図４（Ｂ）に示すように、ＴｉＮ膜２３Ｘ及びＷ膜２２Ｘを反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）等のドライエッチングによりエッチングし、バリア層２３及び電極層２２を形成する。次いで、バリア層２３及び電極層２２をマスクとして、ＩＴＯ膜２４Ｘのそれらから露出した部分を、図１（Ｂ）に示した工程と同様にして、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｏ等の少なくとも１つを含む還元性ガスのプラズマに晒す。これによって、図５（Ａ）に示すように、ＩＴＯ膜２４Ｘのマスクから露出した部分を、Ｉｎ－Ｓｎナノ粒子が堆積した変質膜２４Ｙに変質させる。
【0024】
次いで、ＩＴＯ膜２４Ｘの変質膜２４Ｙに変質した部分を、２０％のＨＣｌ水溶液等の酸性の薬液で処理することによって、図５（Ｂ）に示すように、変質膜２４Ｙをエッチングして除去する。これによって、所望の形状を有すると共に、チャネル層１１と接する第２の酸化物導電体層２４を形成する。ＩＴＯ膜２４ＸにＨ２等のプラズマによる還元処理とウェットエッチング処理とを組み合わせた処理を適用することによって、加工残渣を発生させることなく、ＩＴＯ膜２４Ｘをエッチングすることができる。従って、トランジスタ１０を所望の形状に加工することができる。さらに、ＩＴＯ膜２４Ｘをドライエッチングのみで処理した場合、ＩＴＯをエッチングするＲＩＥは高エネルギーが必要であるため、マスクの肩落ちや、処理装置のチャンバにＩｎダストが付着する等の問題が生じる。これに対して、実施形態のＩＴＯ処理によれば、これらの問題が発生することを抑制することが可能になる。なお、図５（Ｂ）に示すエッチングにより、図６に示すように、第２の酸化物導電体層２４の断面積が、第２のバリア層２３又は第２の電極層２２の断面積より小さくなってもよい。
【0025】
上述した還元性ガスのプラズマによる還元処理とウェットエッチング処理とを組み合わせた処理を適用した場合、ＩＴＯ膜２４Ｘのサイドエッチングが発生する場合がある。ここで言うＩＴＯ膜２４Ｘのサイドエッチングとは、ＩＴＯ膜２４Ｘの第２の方向又は第３方向の長さがＴｉＮ膜２３ＸとＷ膜２２Ｘの第２の方向又は第３方向の長さより短い状態である。このような点に対して、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面にスペーサ膜２６を形成することが有効である。これによって、スペーサ膜２６の膜厚の分だけサイドエッチングに対するマージンを確保することができるため、ＩＴＯ膜２４Ｘのサイドエッチングを抑制することが可能になる。
【0026】
まず、図７（Ａ）に示すように、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面及び上面と積層膜から露出するＩＴＯ膜２４Ｘの表面を覆うように、スペーサ膜２６を形成する。スペーサ膜２６には、例えばシリコン酸化物やシリコン窒化物、あるいは有機物が用いられる。スペーサ膜２６の厚さは、ＩＴＯ膜２４Ｘの厚さ以上とすることが好ましい。次いで、図７（Ｂ）に示すように、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面に存在するスペーサ膜２６を残すように、第２の電極層２２上及びＩＴＯ膜２４Ｘ上のスペーサ膜２６をエッチングして除去する。
【0027】
次に、図５（Ｂ）に示した工程と同様にして、ＩＴＯ膜２４Ｘの露出部分を、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｏ等の少なくとも１つを含む還元性ガスのプラズマに晒すことによって、図８（Ａ）に示すように、ＩＴＯ膜２４Ｘのマスクから露出した部分を、Ｉｎ－Ｓｎナノ粒子が堆積した変質膜２４Ｙに変質させる。次いで、ＩＴＯ膜２４Ｘの変質膜２４Ｙに変質させた部分を、２０％のＨＣｌ水溶液等の酸液で処理することによって、図９（Ｂ）に示すように、変質膜２４Ｙをエッチングして除去する。これによって、所望の形状を有する酸化物導電体層２４を形成する。図８（Ａ）に示すプラズマ処理工程及び図８（Ｂ）に示すエッチング工程において、スペーサ膜２６の膜厚の分だけマージンを確保することができるため、ＩＴＯ膜２４Ｘのサイドエッチングを抑制することができる。
【0028】
図７及び図８に示した製造工程を適用したトランジスタ１０において、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面に存在するスペーサ膜２６はサイドウォールとして利用することができる。この際、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面に対するサイドウォールは、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したように、ＩＴＯ膜２４Ｘを還元性ガスのプラズマに晒す前に形成する工程に代えて、ＩＴＯ膜２４Ｘを還元性ガスのプラズマに晒した後に形成してもよい。この際、ＩＴＯ膜２４Ｘのプラズマ処理にＮＨ３のプラズマを使用すると、ＩＴＯ膜２４Ｘの変質膜２４Ｙへの変質に加えて、第２のバリア層２３と第２の電極層２２との積層膜の側面をＮＨ３のプラズマに晒して表面処理することができる。
【0029】
Ｗ膜等からなる第２の電極層２２の側面をＮＨ３のプラズマで処理することによって、Ｗ膜の側面にＷの窒化物（ＷＮ）が形成される。サイドウォールとしてシリコン窒化物（ＳｉＮ）を適用する場合、Ｗ膜の側面に形成されたＷＮがＳｉＮとの密着性を改善する。従って、第２の電極層２２の側面に形成されるサイドウォールの密着性を向上させ、トランジスタ１０の品質を高めることが可能になる。
【0030】
また、図９に示すように、第２の酸化物導電体層２４の端部を傾斜させる等によって、第２の酸化物導電体層２４と第２のバリア層２３との接合面より第２の酸化物導電体層２４とチャネル層１１との接合面を大きくしてもよい。つまり、第２の酸化物導電体層２４の下面は、第２の酸化物導電体層２４の上面より大きくしてもよい。このような形状とすることで、ドレイン電極１５とチャネル層１１の電気的な接続が容易になる。第２の酸化物導電体層２４の下面は、チャネル層１１の上面よりも大きいことが望ましい。また、第２の酸化物導電体層２４の端部を傾斜させることに代えて、第２の酸化物導電体層２４の断面形状が上端部の幅より下端部の幅が広くなるような形状（２段形状）であってもよい。このような形状を有する第２の酸化物導電体層２４を形成するにあたっても、上述した第２の酸化物導電体層２４に対する還元性ガスのプラズマによる還元処理とウェットエッチング処理とを組み合わせた処理を有効に適用することができる。
【0031】
図１０を参照して、２段形状を有する酸化物半導体層２４の形成工程について述べる。図１０は、隣り合うチャネル層１１Ａ、１１Ｂ及び電極層２２Ａ、２２Ｂの間に存在する酸化物導電体層２４（ＩＴＯ膜２４Ｘ）の加工状態を示している。まず、図１０（Ａ）に示すように、ＩＴＯ膜２４Ｘの露出部分を、例えばＨ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｏ等の少なくとも１つを含む還元性ガスのプラズマで処理することによって、ＩＴＯ膜２４Ｘのマスクから露出した部分を変質膜２４Ｙに変質させる。この際、還元性ガスのプラズマによる処理条件を調整することによって、変質膜２４Ｙによる変質領域をＩＴＯ膜２４Ｘの厚さより浅く、すなわち表面から厚さ方向の一部に設定する。
【0032】
次いで、図１０（Ｂ）に示すように、２０％のＨＣｌ水溶液等の酸液で処理することによって、変質膜２４Ｙによる変質領域をエッチングする。この時点では、変質膜２４Ｙによる変質領域をＩＴＯ膜２４Ｘの厚さより浅く設定しているため、ＩＴＯ膜２４Ｘの厚さ方向の一部のみがエッチングされて浅い凹部Ｈが形成される。次に、図１０（Ｂ）に示すエッチング工程後に残存するＩＴＯ膜２４Ｘの部分に対して、図１０（Ｃ）に示すように、還元性ガスのプラズマで処理することによって、ＩＴＯ膜２４Ｘの残存部分の一部を変質膜２４Ｙに変質させる。この際、図１０（Ｃ）では図示していないが、マスクを設ける等によって、プラズマによる変質領域（変質膜２４Ｙの形成領域）の幅を、隣り合うチャネル層１１Ａ、１１Ｂ間の幅より狭くする。
【0033】
この後、図１０（Ｄ）に示すように、２０％のＨＣｌ水溶液等の酸液で処理することによって、プラズマによる変質領域（変質膜２４Ｙの形成領域）をエッチングする。このような２段階のプラズマ処理及びエッチング処理を施すことによって、断面形状が上端部の幅より下端部の幅が広くなる形状（２段形状）を有する第２の酸化物導電体層２４を得ることができる。従って、位置ずれが生じた場合でも、チャネル層１１と第２の酸化物導電体層２４との電気的な接続が容易となる。なお、図１０（Ａ）の前又は図１０（Ｃ）のプラズマ処理の前にスペーサ膜２６を形成してもよい。
【0034】
なお、上述した各実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。ここでは、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図するものではない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0035】
１…基材、２…Ｉｎを含む化合物膜、３…金属ナノ粒子、１０…トランジスタ、１１…チャネル層、１２…ゲート電極、１３…ゲート絶縁層、１４…ソース電極、１５…ドレイン電極、１９，２２…電極層、２２Ｘ…Ｗ膜、２０，２３…バリア層、２３Ｘ…ＴｉＮ膜、２１，２４…酸化物導電体層、２４Ｘ…ＩＴＯ膜、２４Ｙ…変質膜。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】