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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-27
(45)【発行日】2024-10-07
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/786 20060101AFI20240930BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240930BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20240930BHJP
H01L 29/417 20060101ALI20240930BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 616T
H01L29/78 616K
H01L29/78 618B
H01L29/78 616U
H01L21/28 301B
H01L29/50 M
H01L29/78 617U
H01L29/78 617T
H01L29/78 616V
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021009377
(22)【出願日】2021-01-25
(65)【公開番号】P2022113272
(43)【公開日】2022-08-04
【審査請求日】2023-12-05
(73)【特許権者】
【識別番号】502356528
【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】渡壁 創
(72)【発明者】
【氏名】三浦 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】花田 明紘
【審査官】西村 治郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－２０５４０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０１７５５８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２９／７８６
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２１／２８
Ｈ０１Ｌ ２９／４１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材の上方に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の上に配置された多結晶シリコン半導体と、
前記多結晶シリコン半導体の上に配置された中間絶縁層と、
前記中間絶縁層の上に配置された酸化物半導体と、
前記中間絶縁層及び前記酸化物半導体の上に配置された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層の上に配置され、前記酸化物半導体の直上に位置するゲート電極と、
前記中間絶縁層及び前記第２絶縁層を貫通する第１コンタクトホールを介して前記多結晶シリコン半導体に接し、且つ、前記第２絶縁層を貫通する第２コンタクトホールを介して前記酸化物半導体に接する第１導電層と、
前記第１コンタクトホールと前記第２コンタクトホールとの間において、前記第１導電層に積層された第２導電層と、を備え、
前記第１導電層は、前記第２コンタクトホールから前記ゲート電極に向かって延出した延出部を有し、
前記第２導電層は、前記延出部には積層されず、
前記第１導電層の膜厚は、前記第２導電層の膜厚より小さい、半導体装置。
【請求項2】
前記第２導電層の膜厚は、前記第１導電層の膜厚の３倍以上である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１導電層は、前記第２導電層とは異なる材料によって形成され、前記第１導電層の密度は、前記第２導電層の密度より小さい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１導電層は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１つを含み、前記第２導電層は、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記ゲート電極は、前記第１導電層と同一材料によって形成された第１層と、前記第２導電層と同一材料によって形成された第２層と、を備えた積層体である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記酸化物半導体は、前記ゲート電極の直下の第１領域と、前記延出部の直下の第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域と、を有し、前記第２領域及び前記第３領域の各々の不純物濃度は、前記第１領域の不純物濃度より高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第２導電層は、前記第２コンタクトホールにおいて前記第１導電層に積層されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第２導電層は、前記第１コンタクトホールにおいて前記第１導電層に積層されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記多結晶シリコン半導体に含まれる不純物イオンは、前記酸化物半導体に含まれる不純物イオンとは異種である、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第２導電層は、前記第１コンタクトホールにおいて前記第１導電層に積層されず、前記多結晶シリコン半導体に含まれる不純物イオンは、前記酸化物半導体に含まれる不純物イオンと同種である、請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば液晶表示装置において、表示領域の画素回路に酸化物半導体を備えたトランジスタが設けられ、且つ、周辺領域の駆動回路にシリコン半導体を備えたトランジスタが設けられる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１８３３１２号公報
【文献】特開２０２０－１２９６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、トランジスタの性能劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態の半導体装置は、
基材と、前記基材の上方に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に配置された多結晶シリコン半導体と、前記多結晶シリコン半導体の上に配置された中間絶縁層と、前記中間絶縁層の上に配置された酸化物半導体と、前記中間絶縁層及び前記酸化物半導体の上に配置された第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に配置され、前記酸化物半導体の直上に位置するゲート電極と、前記中間絶縁層及び前記第２絶縁層を貫通する第１コンタクトホールを介して前記多結晶シリコン半導体に接し、且つ、前記第２絶縁層を貫通する第２コンタクトホールを介して前記酸化物半導体に接する第１導電層と、前記第１コンタクトホールと前記第２コンタクトホールとの間において、前記第１導電層に積層された第２導電層と、を備え、前記第１導電層は、前記第２コンタクトホールから前記ゲート電極に向かって延出した延出部を有し、前記第２導電層は、前記延出部には積層されず、前記第１導電層の膜厚は、前記第２導電層の膜厚より小さい。
基材と、前記基材の上方に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上に配置された多結晶シリコン半導体と、前記多結晶シリコン半導体の上に配置された中間絶縁層と、前記中間絶縁層の上に配置された酸化物半導体と、前記中間絶縁層及び前記酸化物半導体の上に配置された第２絶縁層と、前記第２絶縁層の上に配置され、前記酸化物半導体の直上に位置するゲート電極と、前記中間絶縁層及び前記第２絶縁層を貫通する第１コンタクトホールを介して前記多結晶シリコン半導体に接し、且つ、前記第２絶縁層を貫通する第２コンタクトホールを介して前記酸化物半導体に接する第１導電層と、前記第１コンタクトホールと前記第２コンタクトホールとの間において、前記第１導電層に積層された第２導電層と、を備え、前記第１導電層は、前記第２コンタクトホールから前記ゲート電極に向かって延出した延出部を有し、前記第２導電層は、前記延出部には積層されず、前記第１導電層の膜厚は、前記第２導電層の膜厚より小さい。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0008】
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
【0009】
本実施形態に係る半導体装置１は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、電気泳動表示装置、ＬＥＤ表示装置などの各種表示装置の他、静電容量式センサーや光学式センサーなどの各種センサー、その他の電子機器に適用可能である。
【0010】
図１は、本実施形態に係る半導体装置１の一構成例を示す断面図である。
半導体装置１は、基材１０と、絶縁層１１乃至１５と、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２と、接続電極ＣＮと、を備えている。例えば、絶縁層１１は第１絶縁層に相当し、絶縁層１２乃至１４は中間絶縁層に相当し、絶縁層１５は第２絶縁層に相当する。
半導体装置１は、基材１０と、絶縁層１１乃至１５と、トランジスタＴＲ１及びＴＲ２と、接続電極ＣＮと、を備えている。例えば、絶縁層１１は第１絶縁層に相当し、絶縁層１２乃至１４は中間絶縁層に相当し、絶縁層１５は第２絶縁層に相当する。
【0011】
トランジスタＴＲ１は、半導体（第１半導体）ＳＣ１と、ゲート電極ＧＥ１と、を備えている。半導体ＳＣ１は、例えば多結晶シリコン半導体であるが、その他のシリコン系半導体であってもよい。ゲート電極ＧＥ１は、ゲート線と電気的に接続された電極である。
【0012】
トランジスタＴＲ２は、半導体ＳＣ２（第２半導体）と、ゲート電極ＧＥ２と、を備えている。半導体ＳＣ２は、例えば酸化物半導体である。ゲート電極ＧＥ２は、ゲート線と電気的に接続された電極である。
【0013】
接続電極ＣＮは、トランジスタＴＲ１とトランジスタＴＲ２とを直接電気的に接続する電極である。接続電極ＣＮは、トランジスタＴＲ１のソース電極及びドレイン電極のいずれか一方として機能する。また、接続電極ＣＮは、トランジスタＴＲ２のソース電極及びドレイン電極のいずれか一方としても機能する。なお、トランジスタＴＲ１において、ゲート電極ＧＥ１を挟んで接続電極ＣＮの反対側に接続される電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）の図示を省略する。また、トランジスタＴＲ２において、ゲート電極ＧＥ２を挟んで接続電極ＣＮの反対側に接続される電極（ソース電極及びドレイン電極の他方）の図示を省略する。
【0014】
基材１０は、ガラス、樹脂フィルム等の絶縁性の材料によって形成されている。絶縁層１１は、基材１０の上方に配置されている。
【0015】
半導体ＳＣ１は、絶縁層１１の上に配置されている。絶縁層１２は、絶縁層１１の上に配置され、半導体ＳＣ１を覆っている。
【0016】
ゲート電極ＧＥ１は、半導体ＳＣ１の直上に位置し、絶縁層１２の上に配置され、絶縁層１３によって覆われている。遮光層ＬＳは、トランジスタＴＲ２に対応して設けられ、絶縁層１２の上に配置され、絶縁層１３によって覆われている。つまり、ゲート電極ＧＥ１及び遮光層ＬＳは、同一層に位置し、同一材料によって形成された金属層である。絶縁層１４は、絶縁層１３の上に配置されている。
【0017】
半導体ＳＣ２は、遮光層ＬＳの直上に位置し、絶縁層１４の上に配置されている。絶縁層１５は、絶縁層１４の上に配置され、半導体ＳＣ２を覆っている。つまり、図１に示す例では、半導体ＳＣ１と半導体ＳＣ２との間には、中間絶縁層である絶縁層１２乃至１４が介在している。中間絶縁層は半導体ＳＣ１の上に配置され、半導体ＳＣ２は中間絶縁層の上に配置されている。
【0018】
ゲート電極ＧＥ２は、半導体ＳＣ２の直上に位置し、絶縁層１５の上に配置されている。ゲート電極ＧＥ２は、例えば遮光層ＬＳと同電位である。接続電極ＣＮは、絶縁層１５の上に配置されている。つまり、ゲート電極ＧＥ２、及び、接続電極ＣＮは、同一層に位置し、同一材料によって形成された金属層である。
【0019】
接続電極ＣＮは、絶縁層１２乃至１５を貫通する第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ１と電気的に接続されている。また、接続電極ＣＮは、絶縁層１５を貫通する第２コンタクトホールＣＨ２において半導体ＳＣ２と電気的に接続されている。
【0020】
このような接続電極ＣＮは、第１導電層Ｌ１と、第２導電層Ｌ２との積層体として構成されている。第２導電層Ｌ２は、第１導電層Ｌ１の上に積層されている。第１導電層Ｌ１は、第１コンタクトホールＣＨ１を介して半導体ＳＣ１に接し、しかも、第２コンタクトホールＣＨ２を介して半導体ＳＣ２に接している。また、第１導電層Ｌ１は、第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ２と接する位置からゲート電極ＧＥ２に向かって延出した延出部ＥＸを有している。
【0021】
第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１と第２コンタクトホールＣＨ２との間において第１導電層Ｌ１に積層されている。また、図１に示す例では、第２導電層Ｌ２は、さらにトランジスタＴＲ１に延出し、第１コンタクトホールＣＨ１において第１導電層Ｌ１に積層されている。但し、第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ１には接していない。第２導電層Ｌ２のトランジスタＴＲ１側の端面Ｓ１は、第１コンタクトホールＣＨ１に重畳する位置よりもゲート電極ＧＥ１の側に位置している。
【0022】
一方で、第２導電層Ｌ２は、トランジスタＴＲ２には延出せず、第２コンタクトホールＣＨ２においては第１導電層Ｌ１に積層されていない。つまり、第２導電層Ｌ２のトランジスタＴＲ２側の端面Ｓ２は、第２コンタクトホールＣＨ２に重畳しない。さらには、第２導電層Ｌ２は、延出部ＥＸにも積層されていない。
【0023】
ゲート電極ＧＥ２は、接続電極ＣＮと同様の積層体として構成されている。すなわち、ゲート電極ＧＥ２は、第１導電層Ｌ１と同一材料によって形成された第１層Ｌ１１と、第２導電層Ｌ２と同一材料によって形成された第２層Ｌ１２と、を備え、第２層Ｌ１２が第１層Ｌ１１の上に積層されている。
【0024】
絶縁層１５の直上において、第１導電層Ｌ１の膜厚Ｔ１は、第２導電層Ｌ２の膜厚Ｔ２より小さい（Ｔ１＜Ｔ２）。第２導電層Ｌ２の膜厚Ｔ２は、第１導電層Ｌ１の膜厚Ｔ１の３倍以上である。一例では、膜厚Ｔ１は３０ｎｍ程度であり、膜厚Ｔ２は１００ｎｍ程度である。
【0025】
第１導電層Ｌ１は、第２導電層Ｌ２とは異なる材料によって形成されている。第１導電層Ｌ１及び第２導電層Ｌ２の各々の材料の選定に際しては、第１導電層Ｌ１を形成する材料の密度は、第２導電層Ｌ２を形成する材料の密度より小さいことが望ましい。一例では、第１導電層Ｌ１を形成する材料は、チタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１つを含み、第２導電層Ｌ２を形成する材料は、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）の少なくとも１つを含んでいる。
【0026】
但し、第１導電層Ｌ１は、酸化物半導体である半導体ＳＣ２に接するため、酸化されにくい材料で形成されることが望ましい。例えば、第１導電層Ｌ１は、チタン系の単層体、あるいは、チタン系の層の上にアルミニウム系の層が積層された積層体などが好適である。
【0027】
絶縁層１１乃至１５は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ）などによって形成された透明な無機絶縁層である。なお、絶縁層１１乃至１５の各々は、単一の絶縁材料によって形成された単層体であってもよいし、複数の絶縁材料によって形成された積層体であってもよい。
一例では、絶縁層１１はシリコン窒化物及びシリコン酸化物の積層体であり、絶縁層１２はシリコン酸化物によって形成され、絶縁層１３はシリコン窒化物によって形成され、絶縁層１４及び１５はシリコン酸化物によって形成されている。
一例では、絶縁層１１はシリコン窒化物及びシリコン酸化物の積層体であり、絶縁層１２はシリコン酸化物によって形成され、絶縁層１３はシリコン窒化物によって形成され、絶縁層１４及び１５はシリコン酸化物によって形成されている。
【0028】
次に、図１に示したトランジスタＴＲ１及びＴＲ２の製造方法の一例について説明する。
【0029】
【0030】
まず、図２に示すように、絶縁層１１、半導体（多結晶シリコン半導体）ＳＣ１、絶縁層１２、ゲート電極ＧＥ１及び遮光層ＬＳ、絶縁層１３及び１４、半導体（酸化物半導体）ＳＣ２、絶縁層１５を順次形成する。
【0031】
なお、半導体ＳＣ２を形成する以前に、ゲート電極ＧＥ１をマスクとして半導体ＳＣ１に不純物を注入する。このとき、注入される不純物は、例えばｎチャネル型の場合にはリン（Ｐ）であり、ｐチャネル型の場合にはホウ素（Ｂ）である。
【0032】
絶縁層１５を形成した後に、絶縁層１２乃至１５を半導体ＳＣ１まで貫通した第１コンタクトホールＣＨ１、及び、絶縁層１５を半導体ＳＣ２まで貫通した第２コンタクトホールＣＨ２を形成する。第１コンタクトホールＣＨ１においては半導体ＳＣ１の一部が露出し、第２コンタクトホールＣＨ２においては半導体ＳＣ２の一部が露出する。
【0033】
続いて、図３に示すように、絶縁層１５の上に、金属膜を形成した後、この金属膜をパターニングすることで、接続電極ＣＮの第１導電層Ｌ１及びゲート電極ＧＥ２の第１層Ｌ１１を形成する。第１導電層Ｌ１は、第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ１に接し、第２コンタクトホールＣＨ２において半導体ＳＣ２に接し、さらに、延出部ＥＸを有する。第１層Ｌ１１は、半導体ＳＣ２の直上に位置し、第１導電層Ｌ１から離間している。半導体ＳＣ２のうち、第１導電層Ｌ１と接する領域は、第１導電層Ｌ１によって酸素が吸収されるため、低抵抗化される。
【0034】
続いて、図４に示すように、金属膜を形成した後に、この金属膜をパターニングすることで、接続電極ＣＮの第２導電層Ｌ２及びゲート電極ＧＥ２の第２層Ｌ１２を形成する。第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１における第１導電層Ｌ１に重なり、さらには、第１コンタクトホールＣＨ１と第２コンタクトホールＣＨ２との間における第１導電層Ｌ１にも重なる。第２層Ｌ１２は、第１層Ｌ１１に重なり、第２導電層Ｌ２から離間している。
【0035】
続いて、図５に示すように、ゲート電極ＧＥ２をマスクとして半導体ＳＣ２にイオン注入を行う。一例では、イオン注入により、不純物としてホウ素（Ｂ）を半導体ＳＣ２に注入する。なお、ホウ素の代わりに、リン（Ｐ）などの他の不純物を半導体ＳＣ２に注入してもよい。
【0036】
このようなイオン注入に際しては、比較的密度が高く且つ比較的膜厚が厚い第２導電層Ｌ２及び第２層Ｌ１２は、不純物の注入を阻止する能力が高い。このため、第１層Ｌ１１及び第２層Ｌ１２の積層体であるゲート電極ＧＥ２の直下の領域にはほとんど不純物が注入されない。
【0037】
一方で、薄い膜厚の第１導電層Ｌ１の直下の領域、及び、絶縁層１５が露出している領域には、不純物が注入される。特に、第１導電層Ｌ１は、比較的低密度の材料によって形成されており、不純物が透過しやすい。このため、延出部ＥＸの直下の領域など、第１導電層Ｌ１のみで絶縁層１５を覆っている領域には、不純物が注入されやすい。このため、半導体ＳＣ２のうち、延出部ＥＸの直下の領域、及び、第１導電層Ｌ１とゲート電極ＧＥ２との間の領域には不純物が注入され、これらの領域が低抵抗化される。
【0038】
ところで、上記の通り、トランジスタＴＲ１がｎチャネル型の場合には、半導体ＳＣ１に注入される不純物はリンである。このとき、半導体ＳＣ２に、不純物としてホウ素を注入しようとする場合、半導体ＳＣ１に含まれる不純物は、半導体ＳＣ２に含まれる不純物とは異種となる。このため、半導体ＳＣ２に不純物を注入する際には、半導体ＳＣ１に当該不純物（ホウ素）が注入されないように保護する必要がある。このため、第１コンタクトホールＣＨ１には、第１導電層Ｌ１の上に第２導電層Ｌ２が積層されている。
【0039】
また、ｐチャネル型のトランジスタＴＲ１の半導体ＳＣ１が不純物としてホウ素を含み、半導体ＳＣ２に、不純物としてリンを注入しようとする場合にも同様に、半導体ＳＣ２への不所望な不純物注入を抑制する目的で、第１コンタクトホールＣＨ１には、第１導電層Ｌ１の上に第２導電層Ｌ２が積層される。
【0040】
但し、半導体ＳＣ１に含まれる不純物が半導体ＳＣ２に含まれる不純物と同種である場合、第１コンタクトホールＣＨ１の第２導電層Ｌ２を省略してもよい。例えば、半導体ＳＣ１に含まれる不純物がリンであり、半導体ＳＣ２に、不純物としてリンを注入しようとする場合、あるいは、半導体ＳＣ１に含まれる不純物がホウ素であり、半導体ＳＣ２に、不純物としてホウ素を注入しようとする場合、第１コンタクトホールＣＨ１の第２導電層Ｌ２を省略することができる。
【0041】
図６は、不純物注入後の半導体ＳＣ２を示す断面図である。
半導体ＳＣ２は、領域Ａ１乃至Ａ５を有している。各領域について、以下に具体的に説明する。
半導体ＳＣ２は、領域Ａ１乃至Ａ５を有している。各領域について、以下に具体的に説明する。
【0042】
領域（第１領域）Ａ１は、ゲート電極ＧＥ２の直下に位置している。領域（第２領域）Ａ２は、延出部ＥＸの直下に位置している。領域（第３領域）Ａ３は、領域Ａ１と領域Ａ２との間に位置し、領域Ａ１及びＡ２に繋がっている。領域Ａ４は、領域Ａ１を挟んで、領域Ａ３の反対側に位置している。つまり、領域Ａ１は、領域Ａ３と領域Ａ４との間に位置し、領域Ａ３及びＡ４に繋がっている。領域Ａ３及び領域Ａ４は、絶縁層１５のうち第１導電層Ｌ１及び第１層Ｌ１１から露出した領域に重畳している。領域Ａ５は、第２コンタクトホールＣＨ２において第１導電層Ｌ１に接する領域である。
【0043】
領域Ａ２乃至Ａ５の各々の不純物濃度は、領域Ａ１の不純物濃度より高い。なお、領域Ａ２乃至Ａ５の各々の不純物濃度は、ほぼ同等である。例えば、領域Ａ２乃至Ａ５の各々には、不純物としてホウ素（Ｂ）が注入されているが、領域Ａ１には、ほとんどホウ素が注入されていない。つまり、領域Ａ１は、半導体ＳＣ２のチャネル領域に相当する。本明細書における不純物濃度とは、単位体積当たりの不純物数として表すことができる。なお、酸化物半導体について、不純物濃度が高いということは、単位体積当たりの酸素欠損数が多い、あるいは、単位体積当たりの欠陥数が多いことを意味するものである。
【0044】
また、他の観点では、半導体ＳＣ２において、領域Ａ２乃至Ａ５は、領域Ａ１と比較して、低抵抗である。領域Ａ２乃至Ａ４の各々の領域の抵抗値は、ほぼ同等である。領域Ａ５は、第１導電層Ｌ１に接しており、領域Ａ２よりもさらに低抵抗である。
【0045】
次に、図６に示した断面図における点線で囲んだ部分Ｐ１及びＰ２における不純物濃度をシミュレーションにより算出した。このシミュレーションでは、不純物濃度として、ホウ素の濃度を算出した。
【0046】
部分Ｐ１は、第１導電層Ｌ１の延出部ＥＸ、絶縁層１５、半導体ＳＣ２の領域Ａ２、及び、絶縁層１４を積層した領域である。
部分Ｐ２は、第１導電層Ｌ１が存在しない領域であり、絶縁層１５、半導体ＳＣ２の領域Ａ３、及び、絶縁層１４を積層した領域である。
部分Ｐ２は、第１導電層Ｌ１が存在しない領域であり、絶縁層１５、半導体ＳＣ２の領域Ａ３、及び、絶縁層１４を積層した領域である。
【0047】
図７は、第１のシミュレーション結果を示す図である。ここでは、イオン注入の際の加速エネルギーを３０ｋｅＶとし、イオンのドーズ量を１＊１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とする。
【0048】
図の横軸は、絶縁層１５と半導体ＳＣ２との界面を基準とした深さ（ｎｍ）である。深さ方向の位置に関して、グラフの左方向が部分Ｐ１及びＰ２の上方向に相当し、グラフの右方向が部分Ｐ１及びＰ２の下方向に相当する。グラフの上部には、延出部ＥＸの範囲を「ＥＸ」と示し、絶縁層１５の範囲を「１５」と示し、半導体ＳＣ２の範囲を「ＳＣ２」と示し、絶縁層１４の範囲を「１４」と示している。
【0049】
延出部ＥＸの膜厚は約３０ｎｍであり、絶縁層１５の膜厚は約１００ｎｍであり、半導体ＳＣ２の膜厚は約５０ｎｍである。
【0050】
図の縦軸は、不純物であるホウ素の濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）である。
【0051】
図中には、部分Ｐ１のシミュレーション結果Ｂ１と、部分Ｐ２のシミュレーション結果Ｂ２とを併せて図示している。
【0052】
図７に示す第１のシミュレーション結果によれば、部分Ｐ１における半導体ＳＣ２（領域Ａ２）の不純物濃度は、部分Ｐ２における半導体ＳＣ２（領域Ａ３）の不純物濃度に比べて低いものの、延出部ＥＸの直下に位置する領域Ａ２には、領域Ａ２を低抵抗化するのに十分な濃度の不純物を注入できることが確認された。
【0053】
図８は、第２のシミュレーション結果を示す図である。ここでは、イオン注入の際の加速エネルギーを５０ｋｅＶとし、イオンのドーズ量を１＊１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。図中には、部分Ｐ１のシミュレーション結果Ｂ１と、部分Ｐ２のシミュレーション結果Ｂ２とを併せて図示している。
【0054】
図８に示す第２のシミュレーション結果によれば、部分Ｐ１における半導体ＳＣ２（領域Ａ２）の不純物濃度は、部分Ｐ２における半導体ＳＣ２（領域Ａ３）の不純物濃度に比べて高い。このような第２のシミュレーション結果においても、領域Ａ２には、低抵抗化に十分な濃度の不純物を注入できることが確認された。また、加速エネルギーを調整することで、半導体ＳＣ２の各領域における不純物濃度のバランスを調整できることも確認された。
【0055】
以上説明したように、多結晶シリコン半導体である半導体ＳＣ１と酸化物半導体である半導体ＳＣ２とを直接電気的に接続する接続電極ＣＮは、薄い膜厚の第１導電層Ｌ１と、厚い膜厚の第２導電層Ｌ２との積層体として構成されている。但し、第２導電層Ｌ２は、第１導電層Ｌ１と半導体ＳＣ２とが接する第２コンタクトホールＣＨ２よりもゲート電極ＧＥ２側の領域には設けられていない。
【0056】
厚い膜厚の接続電極ＣＮを形成した場合には、第２コンタクトホールＣＨ２よりもゲート電極ＧＥ２側の延出部ＥＸが庇となり、半導体ＳＣ２にイオン注入する際に、延出部ＥＸの直下の領域Ａ２への不純物の注入が阻害されるおそれがある。この場合、領域Ａ２が十分に低抵抗化されず、トランジスタＴＲ２に関して所望の性能を得られない。
【0057】
上記の本実施形態によれば、半導体ＳＣ２にイオン注入した際に、半導体ＳＣ２のうち、第１導電層Ｌ１と半導体ＳＣ２との接触位置と、チャネル領域である領域Ａ１との間の領域Ａ２及びＡ３に不純物が注入され、これらの領域Ａ２及びＡ３を低抵抗化することができる。したがって、所望の性能を有するトランジスタＴＲ２が提供される。
【0058】
また、第１導電層Ｌ１と半導体ＳＣ１とが接する第１コンタクトホールＣＨ１には、第２導電層Ｌ２が設けられている。このため、半導体ＳＣ１に注入される不純物と、半導体ＳＣ２に注入される不純物とが異種であったとしても、半導体ＳＣ１への異種の不純物注入が抑制される。これにより、半導体ＳＣ１と接続電極ＣＮとのコンタクト抵抗の増大が抑制される。したがって、トランジスタＴＲ１の駆動能力の低下を抑制することができる。また、半導体ＳＣ１への不所望な不純物注入を抑制するための別途の工程が不要であり、製造コストの増加が抑制される。
【0059】
図９は、本実施形態に係る半導体装置１の他の構成例を示す断面図である。
図９に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２導電層Ｌ２が相違している。なお、第１導電層Ｌ１は、図１に示した構成例と同様に、第１コンタクトホールＣＨ１を介して半導体ＳＣ１に接し、しかも、第２コンタクトホールＣＨ２を介して半導体ＳＣ２に接している。また、第１導電層Ｌ１は、第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ２と接する位置からゲート電極ＧＥ２に向かって延出した延出部ＥＸを有している。
図９に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２導電層Ｌ２が相違している。なお、第１導電層Ｌ１は、図１に示した構成例と同様に、第１コンタクトホールＣＨ１を介して半導体ＳＣ１に接し、しかも、第２コンタクトホールＣＨ２を介して半導体ＳＣ２に接している。また、第１導電層Ｌ１は、第１コンタクトホールＣＨ１において半導体ＳＣ２と接する位置からゲート電極ＧＥ２に向かって延出した延出部ＥＸを有している。
【0060】
第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１と第２コンタクトホールＣＨ２との間において第１導電層Ｌ１に積層され、第１コンタクトホールＣＨ１において第１導電層Ｌ１に積層され、さらには、第２コンタクトホールＣＨ２においては第１導電層Ｌ１に積層されている。但し、第２導電層Ｌ２は、延出部ＥＸには積層されていない。つまり、第２導電層Ｌ２のトランジスタＴＲ２側の端面Ｓ２は、第２コンタクトホールＣＨ２に重畳している。
【0061】
このような構成例においては、半導体ＳＣ２のうち、第２コンタクトホールＣＨ２に重畳する領域Ａ５への不純物注入が抑制されるものの、領域Ａ５は接続電極ＣＮに接することで、領域Ａ５の酸素が接続電極ＣＮに吸収されるため、領域Ａ５は十分に低抵抗化される。
【0062】
また、このような構成例においても、延出部ＥＸには第２導電層Ｌ２が積層されないため、上記の構成例と同様の効果が得られる。
【0063】
図１０は、本実施形態に係る半導体装置１の他の構成例を示す断面図である。
図１０に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２導電層Ｌ２が相違している。すなわち、第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１と第２コンタクトホールＣＨ２との間において第１導電層Ｌ１に積層されている。
図１０に示す構成例は、図１に示した構成例と比較して、第２導電層Ｌ２が相違している。すなわち、第２導電層Ｌ２は、第１コンタクトホールＣＨ１と第２コンタクトホールＣＨ２との間において第１導電層Ｌ１に積層されている。
【0064】
一方で、第２導電層Ｌ２は、トランジスタＴＲ１には延出せず、第１コンタクトホールＣＨ１においては第１導電層Ｌ１に積層されていない。つまり、第２導電層Ｌ２のトランジスタＴＲ１側の端面Ｓ１は、第１コンタクトホールＣＨ１に重畳しない。また、第２導電層Ｌ２は、第２コンタクトホールＣＨ２においては第１導電層Ｌ１に積層されず、延出部ＥＸにも積層されていない。
【0065】
このような構成例においては、半導体ＳＣ１に含まれる不純物が半導体ＳＣ２に含まれる不純物と同種である。このため、半導体ＳＣ２に不純物を注入する際に、半導体ＳＣ１にも同種の不純物が注入されたとしても、トランジスタＴＲ１の性能劣化を招くことはない。
【0066】
また、このような構成例においても、延出部ＥＸには第２導電層Ｌ２が積層されないため、上記の構成例と同様の効果が得られる。
【0067】
本実施形態によれば、トランジスタの性能劣化を抑制することが可能な半導体装置を提供することができる。
【0068】
以上、本発明の実施形態として説明した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【0069】
１…半導体装置 １１…絶縁層（第１絶縁層） １５…絶縁層（第２絶縁層）
１２～１４…絶縁層（中間絶縁層）
ＣＨ１…第１コンタクトホール ＣＨ２…第２コンタクトホール
ＴＲ１…トランジスタ ＧＥ１…ゲート電極
ＳＣ１…半導体（多結晶シリコン半導体）
ＴＲ２…トランジスタ ＧＥ２…ゲート電極 Ｌ１１…第１層 Ｌ１２…第２層
ＳＣ２…半導体（酸化物半導体） Ａ１…領域（第１領域、チャネル領域） Ａ２…領域（第２領域） Ａ３…領域（第３領域）
ＣＮ…接続電極 Ｌ１…第１導電層 ＥＸ…延出部
Ｌ２…第２導電層 Ｓ１、Ｓ２…端面
１２～１４…絶縁層（中間絶縁層）
ＣＨ１…第１コンタクトホール ＣＨ２…第２コンタクトホール
ＴＲ１…トランジスタ ＧＥ１…ゲート電極
ＳＣ１…半導体（多結晶シリコン半導体）
ＴＲ２…トランジスタ ＧＥ２…ゲート電極 Ｌ１１…第１層 Ｌ１２…第２層
ＳＣ２…半導体（酸化物半導体） Ａ１…領域（第１領域、チャネル領域） Ａ２…領域（第２領域） Ａ３…領域（第３領域）
ＣＮ…接続電極 Ｌ１…第１導電層 ＥＸ…延出部
Ｌ２…第２導電層 Ｓ１、Ｓ２…端面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】