半導体膜の作製方法、及び半導体装置の作製方法
【課題】電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜の作製方法を提供することを課題とする。電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【解決手段】透光性を有する酸化物半導体層をパターニングする際に、基板ステージからの散乱光を低減、もしくはその回り込みを少なくするために、基板ステージに光が到達しないように、光の透過を防止する機能を有する層をフォトレジスト層よりも下層に配置し、パターニングを行えばよい。さらに上記パターニング方法で形成した酸化物半導体層を用いて半導体装置を作製すればよい。
【解決手段】透光性を有する酸化物半導体層をパターニングする際に、基板ステージからの散乱光を低減、もしくはその回り込みを少なくするために、基板ステージに光が到達しないように、光の透過を防止する機能を有する層をフォトレジスト層よりも下層に配置し、パターニングを行えばよい。さらに上記パターニング方法で形成した酸化物半導体層を用いて半導体装置を作製すればよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物半導体膜の作製方法に関する。本発明は酸化物半導体膜を用いる半導体装置の作製方法に関する。ここで半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能する素子及び装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に形成した半導体層を用いて半導体装置を構成する技術が知られている。例えば、シリコン系半導体材料を含む薄膜を用いてガラス基板上にトランジスタを形成し、液晶表示装置等に応用する技術が知られている。
【０００３】
半導体材料としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどが知られている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いものの大面積のガラス基板に対応することができる。一方、多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高いもののレーザーアニールなどの結晶化工程が必要であり、大面積のガラス基板には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００４】
その他の材料としては、酸化物半導体が最近注目されている。例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、酸化物半導体を用いたトランジスタには幾つかの問題が指摘されている。その一つは特性の安定性であり、可視光及び紫外光を照射することで電気特性が変化することが指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置において、これらに用いられるトランジスタなどの半導体装置の電気的特性は特に重要であり、その特性ばらつきが小さいことが望まれる。例えば発光素子を組み合わせた画像表示デバイスであれば、画素トランジスタのオン電流のばらつきは、画素ごとの発光輝度に直接影響する。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜の作製方法を提供することを課題とする。また電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は半導体装置の作製工程における、光の影響に着目した。
【００１０】
フォトリソグラフィ法で用いる露光装置からの光には、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）、またＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの可視光から紫外領域の波長の光が多く用いられる。
【００１１】
また、半導体膜に光を照射した場合、半導体膜の特性が変化する場合がある。例えば、酸化物半導体膜を半導体層として用いた薄膜トランジスタの場合、作製工程中に可視光又は紫外光を含む光が酸化物半導体膜に照射されることによって、該薄膜トランジスタの電気的特性が変化してしまう問題がある。
【００１２】
一例として、図１０にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ―Ｏ系酸化物半導体をターゲットとしてスパッタリング法を用いて成膜した厚さ５０ｎｍの酸化物半導体膜に連続した波長を持つ光を照射した時の、光の波長に対する透過率を測定した結果を示す。紫外光から可視光の波長帯において照射された光の波長が短くなるにつれ透過率が減少する傾向があり、これは酸化物半導体膜が照射された光の一部を吸収していることを示す。したがって、上記に示したようなフォトリソグラフィ法での露光に用いられる可視光又は紫外光を含む光、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線（波長３６５ｎｍ）等が酸化物半導体膜に照射されると、当該酸化物半導体膜による光の吸収が起こり、その電気的特性が変化してしまう。
【００１３】
ここで、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングをする工程において、エッチングにより除去される不要な領域のみにフォトマスクを介して露光装置からの光が当たるように、ポジ型のフォトレジストを選択することが可能である。また、この露光装置からの光はフォトレジストを透過しその下層の膜に影響を及ぼす場合があるが、この領域はポジ型のレジストを用いる場合、エッチングにより除去されるためデバイスの特性に影響しない。
【００１４】
しかしながら、露光装置から基板に照射する光に対して透光性を有する基板上に、同様な透光性を有する半導体膜を半導体層に用いた薄膜トランジスタを作製する方法においては、フォトリソグラフィ法を用いたパターニングの際に露光装置からの光の一部が基板、及び半導体層を透過した後に基板ステージで散乱され、再度、基板の裏面側から半導体層に照射されるという現象がおきる。
【００１５】
基板ステージによる散乱光は、基板ステージの凹凸形状、例えば吸着孔などに由来する凹凸形状の影響を受ける。そのため、基板に裏面から照射される散乱光は、基板面内で強度や向きが異なり、その強度に分布が生じる。また、透光性を有する基板の厚さが厚いほど、基板ステージからの散乱光が、エッチングにより除去されない領域に回り込む距離が長くなる現象が生じる。
【００１６】
したがって、基板ステージの形状に依存して強度に分布が生じた散乱光が半導体層のエッチングにより除去されない領域に照射されるため、当該半導体層への光による影響は基板面内でばらつく。
【００１７】
したがって特に、基板ステージからの散乱光が、酸化物半導体層へ裏面側から照射されるような構造、例えば透光性を有する基板上に酸化物半導体層が設けられたトップゲート構造や、ゲート電極層に透光性材料を用いたボトムゲート構造においては、特性のばらつきへの散乱光の影響が大きくなる。
【００１８】
したがって上記課題を解決するためには、透光性を有する酸化物半導体層に対してポジ型のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によってパターニングする際に、基板ステージからの散乱光を低減、もしくはその回り込みを少なくすればよい。具体的には、基板ステージに光が到達しなければよい。つまり、光の透過を防止する機能を有する層をフォトレジスト層よりも下層に配置し、パターニングを行えばよい。さらに上記課題を解決するためには、上記パターニング方法で形成した酸化物半導体層を用いて半導体装置を作製すればよい。
【００１９】
すなわち、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。次いでフォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、光透過防止層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して光透過防止層を除去した後、光透過防止層と重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法である。
【００２０】
上記のような作製方法で酸化物半導体層を形成することにより、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射されるため、基板ステージに到達する光は効果的に抑制される。したがって、基板ステージに凹凸形状があったとしても、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に基板側から照射されることが抑制され、その結果、電気的特性ばらつきの少ない酸化物半導体層を形成することができる。さらにこのような酸化物半導体層を半導体装置に適用することにより、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。次いでフォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を選択的に照射し、酸化物半導体層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法である。
【００２２】
上記のような作製方法で酸化物半導体層を形成することにより、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射される。さらに、露光装置からの光が光透過防止層によって吸収しきれずに基板ステージに到達した場合でも、その基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層に到達する前に再度光透過防止層によって吸収、又は反射される。したがってより効果的に基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層へ照射されることを抑制することができ、その結果、電気的特性ばらつきの少ない酸化物半導体層を形成することができる。また、露光装置からの光を光透過防止層が反射する場合であっても、酸化物半導体層は充分に薄いため、当該酸化物半導体層に光が回り込む領域は少なく、電気特性のバラツキは実質的に生じない。さらにこのような酸化物半導体層を半導体装置に適用することにより、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層の端部、並びにこれらの間隙を覆う酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成した後、光透過防止層上に、ポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。その後、フォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、光透過防止層上にソース電極層及びドレイン電極層の端部並びに当該間隙に重畳するレジストマスクを形成する。次いでレジストマスクと重なる領域を残して光透過防止層を除去し、光透過防止層と重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する。また酸化物半導体層に接してゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層に接し、ソース電極層及びドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法である。
【００２４】
上記のような作製方法で半導体装置を作製することにより、酸化物半導体層のパターニングの際、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光は光透過防止層によって吸収、又は反射され、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制できる。したがって酸化物半導体層への光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。このような半導体装置を例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどに用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【００２５】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。その後、フォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、酸化物半導体層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して酸化物半導体層を除去し、酸化物半導体層と接し、互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体層並びにソース電極層及びドレイン電極層の端部に接してゲート絶縁層を形成する。次いでゲート絶縁層と接し、酸化物半導体層並びに、ソース電極層及びドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００２６】
上記のような作製方法で半導体装置を作製することにより、酸化物半導体層のパターニングの際、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射される。さらに、露光装置からの光が光透過防止層によって吸収しきれずに基板ステージに到達した場合でも、その基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層に到達する前に再度光透過防止層によって吸収、又は反射される。したがってより効果的に基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層へ照射されることを抑制することができ、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制できる。また、露光装置からの光を光透過防止層が反射する場合であっても、酸化物半導体層は充分に薄いため、当該酸化物半導体層に光が回り込む領域は少なく、電気特性のバラツキは実質的に生じない。その結果、酸化物半導体層へ基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。このような半導体装置を例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどに用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の一態様は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜の作製方法を提供することができる。本発明の一態様は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いた半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一態様の酸化物半導体膜の作製方法を説明する図。
【図２】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図３】本発明の一態様の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図４】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図５】本発明の一態様の光透過防止層の効果を説明する図。
【図６】本発明の一態様の酸化物半導体膜の作製方法を説明する図。
【図７】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図８】本発明の一態様の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図９】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図１０】酸化物半導体膜における光の波長に対する透過率の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００３１】
（実施の形態１）
本実施の形態では酸化物半導体層を、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする際、基板ステージからの散乱光の影響を抑制してパターニングを行い、酸化物半導体層を形成する方法の一例について、図１及び図５を用いて説明する。
【００３２】
図１（Ｄ）及び図１（Ｅ）に例示する、透光性を有する基板１００上に島状の酸化物半導体層１１１を形成する方法について説明する。
【００３３】
まず、図１（Ａ）に示すように、透光性を有する基板１００上に、酸化物半導体層１０１、光透過防止層１０３及びフォトレジスト１０５を順に形成する。
【００３４】
透光性を有する基板１００として使用することができる基板は紫外光から可視光の波長帯の光に対して酸化物半導体膜よりも透過率の高いものを用いる。また、透光性を有する基板１００に用いる基板は絶縁表面を有すればよく、大きな制限はないが、少なくとも後の工程で加熱処理を行う場合は、その温度に耐えうる耐熱性を有している必要がある。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【００３５】
酸化物半導体層１０１に用いる酸化物半導体は、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドから選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物であり、その組成比に特に制限はない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。
【００３６】
また、酸化物半導体層１０１は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
【００３７】
酸化物半導体層１０１はスパッタリング法で成膜することができる。また希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下において成膜することができる。その際のガスは、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層１０１を１００ｎｍ成膜する。
【００３９】
光透過防止層１０３に用いることのできる材料としては、好ましくはパターニングの際に露光に用いる光を吸収、又は反射する膜であればよく、少なくとも酸化物半導体膜が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する膜であればよい。例えば露光に用いる光に高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いる場合、この波長の光に対する光透過率が２０％以下、さらに好ましくは５％以下である膜を用いることができる。例えばアモルファスシリコンなどの半導体材料や、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。
【００４０】
ここで、酸化物半導体層１０１のパターンを形成する際、酸化物半導体層１０１の不要な部分を除去するためのマスクとして、後に説明するレジストマスク１１５を用いても良いし、当該光透過防止層１１３をハードマスクとして用いることもできる。光透過防止層１１３をハードマスクとして用いる場合は、選択するエッチング方法に応じて光透過防止層１０３に対する酸化物半導体層１０１のエッチング速度、及び酸化物半導体層１０１に対する光透過防止層１０３のエッチング速度の選択比が大きくなるような材料を適宜選択し、光透過防止層１０３に用いるとよい。例えば、酸化物半導体層１０１にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料を用いた場合は、光透過防止層１０３にアモルファスシリコンを用いることで、酢酸、硝酸及び燐酸を含む混酸や、シュウ酸水溶液などを用いて酸化物半導体層１０１のみを、また水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などを用いて光透過防止層１０３のみを除去することができる。
【００４１】
光透過防止層１０３は酸化物半導体層１０１に接するため、膜中にできるだけ水素を取り込まない方法で成膜することが好ましい。例えば酸化物半導体層１０１の成膜と同様に水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガス雰囲気下におけるスパッタリング法を用いることができる。
【００４２】
本実施の形態では、光透過防止層１０３として膜厚１００ｎｍのアモルファスシリコンをスパッタリング法により成膜する。
【００４３】
フォトレジスト１０５には、光を照射すると現像処理によって除去される性質を持つ、いわゆるポジ型のフォトレジストを用いる。ポジ型のフォトレジストを用いると、露光装置からの光は酸化物半導体層の不要な部分にのみ照射されるため、必要なパターン上に直接光が照射されることを防ぐことができる。
【００４４】
次にフォトマスク１０７を用いて露光を行う（図１（Ｂ）参照）。フォトマスク１０７で覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、フォトレジスト１０５は感光されない。一方、フォトマスク１０７に覆われていない領域へは、露光光１０９が照射される。露光光１０９はフォトレジスト１０５を感光させ、改質したフォトレジスト１２５に変化させる。
【００４５】
露光光１０９には、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）、またＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの可視光及び紫外領域の波長の光を用いることができる。本実施の形態では、露光光１０９として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いる。
【００４６】
ここで、露光光１０９としてｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた場合、これが酸化物半導体層に照射されると、酸化物半導体層による吸収が起こり、その電気的特性に影響を及ぼしてしまう。
【００４７】
また、光透過防止層１０３として膜厚１００ｎｍのアモルファスシリコンを用いた場合は、露光光１０９として用いたｉ線（波長３６５ｎｍ）に対する透過率は１％未満であり、その大部分を吸収することができる。
【００４８】
ここで、図５を用いて、基板ステージの形状による散乱光の影響が、光透過防止層の有無でどのように変わるかを説明する。なお、ここに示す基板ステージの形状は一例であり、これに限定されない。
【００４９】
まず、図５（Ａ）に光透過防止層１０３を設けない場合の、酸化物半導体層１０１の露光時の断面概略図を示す。基板１００上に酸化物半導体層１０１及びフォトレジスト１０５を積層し、フォトマスク１０７越しに露光光１０９が照射される。基板１００は基板ステージ１１７に配置され、基板ステージ１１７には凹凸形状が存在する。
【００５０】
基板ステージ１１７の凹凸形状としては、例えば基板吸着のための吸着孔や基板を持ち上げるためのピンなどが挙げられる。またこの他にも、基板と基板ステージ１１７との接触などによる傷や材質自体の持つ表面粗さなども、この凹凸形状に含まれる。
【００５１】
露光装置からの露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後に酸化物半導体層１０１及び基板１００を透過し、基板ステージ１１７に到達する。
【００５２】
基板ステージ１１７に図中に示すような凹凸形状があった場合、基板ステージ１１７に到達した露光光１０９は該凹凸形状によって散乱され、その散乱光１１９が基板１００の裏面側から再入射される。散乱光１１９は、基板ステージの凹凸形状に依存して、さまざまな散乱角を持つ。したがって、基板１００の裏面から再入射された散乱光１１９の一部が、酸化物半導体層１０１のエッチングで除去しないパターンの内側へ回り込む現象が生じる。
【００５３】
また、基板１００の厚さが厚いほど、基板ステージ１１７からの散乱光１１９がエッチングで除去しないパターンの内側に回りこむ距離が長くなる。
【００５４】
次に、光透過防止層１０３を設けた場合について図５（Ｂ）を用いて説明する。酸化物半導体層１０１とフォトレジスト１０５の間に光透過防止層１０３が配置されている他は、図５（Ａ）の構成と同様である。
【００５５】
露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後、光透過防止層１０３に到達するが、その大部分は光透過防止層１０３によって吸収又は反射される。したがって酸化物半導体層１０１には露光光１０９はほとんど到達しない。さらに基板１００側へ透過し、基板ステージ１１７に到達する露光光１０９も効果的に低減される。
【００５６】
したがって、基板ステージ１１７に吸着孔などの凹凸形状があったとしても、基板ステージ１１７に到達する露光光１０９や、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層１０１への光の影響を防ぐことができる。
【００５７】
このようにして、光透過防止層１０３をフォトレジスト１０５よりも基板側に配置することで、露光光１０９は光透過防止層１０３によって吸収され、基板ステージ１１７まで到達しない。その結果、基板ステージ１１７の凹凸形状によらず、酸化物半導体層１０１の必要なパターンへの光の影響を防ぐことができる。
【００５８】
露光処理を終えた後に現像処理を行う。現像処理によりフォトマスク１０７で覆われていない領域のフォトレジスト１２５が除去される。このようにしてレジストマスク１１５が形成される。
【００５９】
次いでレジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３の不要な部分をエッチングし、島状の光透過防止層１１３を形成する（図１（Ｃ））。その後レジストマスク１１５を用いて、酸化物半導体層１０１の不要な部分をエッチングした後、レジストマスク１１５を除去する。
【００６０】
なお、本実施の形態では光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１のそれぞれに対して別々にエッチングを行ったが、レジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１の不要な部分を同時にエッチングすることもできる。エッチング方法としてはウェットエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。ドライエッチングを用いることで、ウェットエッチングを用いた場合よりもパターン形状のばらつきが小さくなるため、好ましい。
【００６１】
このようにして、酸化物半導体層１１１上に光透過防止層１１３が積層されたパターンが形成される（図１（Ｄ））。
【００６２】
なお、酸化物半導体層１１１のパターンを形成する際、光透過防止層１１３のパターンを形成した段階でレジストマスク１１５を除去し、光透過防止層１１３のパターンをハードマスクとして用いて、酸化物半導体層をエッチングすることもできる。その場合、光透過防止層１１３は酸化物半導体層１１１に対するプラズマ保護膜としての機能も有するため、レジストマスク１１５を除去した後でもプラズマを用いたドライエッチングを用いることができる。ドライエッチングを用いることで、ウェットエッチングを用いた場合よりもパターン形状のばらつきが小さくなるため、好ましい。なお、この方法で形成した場合も、図１（Ｄ）と同様の形状となる。
【００６３】
さらに、酸化物半導体層１１１のパターンを形成後、エッチングにより光透過防止層１１３を除去することもできる。その場合の形状は図１（Ｅ）のようになる。
【００６４】
以上のようにして酸化物半導体層１１１を形成することで、パターニングの際の露光装置からの光の影響を受けずに酸化物半導体層１１１を形成することができる。したがって、このような作製工程を経て形成された酸化物半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体装置に適用することで、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した作製方法で作製した酸化物半導体層を用いて、薄膜トランジスタを作製する方法の一例について図２乃至図４を用いて説明する。
【００６７】
本実施の形態で例示する順スタガ型薄膜トランジスタ２００（以降、薄膜トランジスタ２００）の構成を図２に示す。図２（Ａ）は薄膜トランジスタ２００の上面概略図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す切断線Ｐ−Ｑにおける断面概略図である。
【００６８】
薄膜トランジスタ２００は透光性を有する基板１００上に、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを有する。また、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂと接し、且つこれらの間隙を覆うように、酸化物半導体層２１１を有する。さらに基板１００、ソース電極層２１７ａ、ドレイン電極層２１７ｂ及び酸化物半導体層２１１の露出した部分を覆うゲート絶縁層２０７を有する。また、ゲート絶縁層２０７に接してソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂの端部、並びにこれらの間隙と重畳するゲート電極層２１９と、ゲート絶縁層２０７及びゲート電極層２１９を覆う保護絶縁層２０９を有する。
【００６９】
次に、薄膜トランジスタ２００の作製方法について図３を用いて説明する。
【００７０】
まず、基板１００上に、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する。
【００７１】
基板１００は実施の形態１と同様に透光性を有する基板を用いる。したがって本実施の形態で示すような順スタガ型の薄膜トランジスタの場合、酸化物半導体層のパターニング工程中に基板側から酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域に光が照射されると、酸化物半導体層２１１は直接光の影響を受けてしまう。
【００７２】
ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂに用いる材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いることができる。また、Ａｌ膜、Ｃｕ膜などの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜などの高融点金属膜を積層させた構成としても良い。また、Ａｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素（Ｓｉ、Ｎｄ、Ｓｃなど）が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂは、導電性の金属酸化物を用いて形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化珪素を含ませたものを用いることができる。
【００７３】
また、基板１００とソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂとの間には、下地層となる絶縁膜を設けても良い。下地層は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【００７４】
なお、下地層はできるだけ水素や水などの不純物を含まないように形成することが好ましい。
【００７５】
ソース電極層２１７ａとドレイン電極層２１７ｂは、基板１００上に導電層を形成し、第１のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【００７６】
本実施の形態では、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂに用いる導電層として、厚さ１５０ｎｍのＴｉ膜をスパッタリング法により成膜し、第１のフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成した。
【００７７】
こうして形成されたソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂと基板１００を覆うように、酸化物半導体層２０１、光透過防止層２０３及びフォトレジスト２０５を順に成膜する（図３（Ａ））。
【００７８】
酸化物半導体層２０１、光透過防止層２０３及びフォトレジスト２０５としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【００７９】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層２０１を１００ｎｍ成膜する。また光透過防止層２０３としてアモルファスシリコンをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜する。
【００８０】
次に、第２のフォトリソグラフィ工程により、酸化物半導体層２０１を選択的にエッチングする方法について説明する。
【００８１】
まず、フォトマスク（図示しない）を用いて露光を行う。実施の形態１で示したように、フォトマスクに覆われていない領域へ照射される露光光の一部はレジストマスクを通り抜けた後、光透過防止層２０３に到達するが、その大部分は光透過防止層２０３によって吸収される。したがって酸化物半導体層２０１には露光光はほとんど到達しない。さらに、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光も効果的に低減される。
【００８２】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、基板ステージに到達する露光光や、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージでの散乱光の、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への回り込みが効果的に低減される。
【００８３】
このようにして、光透過防止層２０３をフォトレジスト２０５よりも基板側に配置することで、露光光（図示しない）は光透過防止層２０３によって吸収され、基板ステージ（図示しない）まで到達しない。その結果、基板ステージの凹凸形状によらず、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への光の影響を防ぐことができる。
【００８４】
なお、露光光には、上記に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いた。
【００８５】
露光処理を終えた後に現像処理を行うことで、レジストマスク２１５が形成される（図３（Ｂ））。
【００８６】
次に、レジストマスク２１５を用いて光透過防止層２０３の不要な部分をエッチングする。エッチングは酸化物半導体層２０１に対する光透過防止層２０３のエッチング速度の選択比が大きな条件であればどのような方法を用いてもよい。本実施の形態では、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて光透過防止層２０３のエッチングを行う。
【００８７】
このようにして光透過防止層２１３を得る。
【００８８】
続いて酸化物半導体層２０１のエッチングを行う。本実施の形態では、光透過防止層２１３をハードマスクとして使用して酸化物半導体層２１１のパターンを形成する方法について説明する。
【００８９】
まず、光透過防止層２１３を形成後、レジストマスク２１５を除去する（図３（Ｃ））。
【００９０】
次に光透過防止層２１３のパターンをハードマスクとして、酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングする。エッチングは光透過防止層２１３に対すると酸化物半導体層２０１のエッチング速度の選択比が大きな条件であればどのような方法を用いても良いが、ドライエッチングを用いることで、パターンサイズの制御が容易となり、ばらつきを抑制することができる。
【００９１】
また、光透過防止層２１３はドライエッチングの際のプラズマ保護層としての役割も果たす。したがって酸化物半導体層２０１の光透過防止層２１３に覆われた領域は、ドライエッチングを用いた場合においてもプラズマによるダメージが低減される。
【００９２】
本実施の形態では、ドライエッチングを用いて酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングし、酸化物半導体層２１１のパターンを得る。
【００９３】
続いて、酸化物半導体層２１１上の光透過防止層２１３をエッチングにより除去する。エッチング方法は酸化物半導体層２１１に対する光透過防止層２１３のエッチング速度の選択比が大きければ何を選択してもよいが、酸化物半導体層２１１へのプラズマダメージの影響をなくすため、ウェットエッチングを用いることが好ましい。
【００９４】
本実施の形態では、光透過防止層２１３を水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いたウェットエッチングで除去する。
【００９５】
以上の工程で、酸化物半導体層２１１が形成される。なお、この段階の断面概略図を図３（Ｄ）に示す。
【００９６】
次いで、第１の加熱処理を行ってもよい。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層２１１中の過剰な水（水酸基を含む）や水素などを除去することができる。第１の加熱処理の温度は、３５０℃以上基板の歪み点未満、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とすることができる。
【００９７】
第１の加熱処理の温度を３５０℃以上にすることにより、酸化物半導体層２１１の脱水化または脱水素化が行え、膜中の水素濃度を低減することができる。また第１の加熱処理の温度を４５０℃以上とすることにより、膜中の水素濃度をさらに低減することができる。また第１の加熱処理の温度を５５０℃以上とすることにより、膜中の水素濃度をさらに低減することができる。
【００９８】
第１の加熱処理を行う雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする不活性気体であって、水、水素などが含まれない気体を用いるのが望ましい。例えば、加熱処理装置に導入する気体の純度を６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上とすることができる。これにより、第１の加熱処理の間、酸化物半導体層２１１は、大気に触れることなく、水や水素の再混入が行われないようにすることができる。
【００９９】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガスまたは窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【０１００】
本実施の形態では、第１の加熱処理として、ＧＲＴＡ装置を用い、窒素雰囲気下で６５０℃６分の加熱処理を行った。
【０１０１】
続いて、スパッタリング法を用いて３０ｎｍの酸化珪素膜を成膜し、ゲート絶縁層２０７を形成する。
【０１０２】
本実施の形態ではゲート絶縁層２０７として単層の酸化珪素膜を用いたが、ゲート絶縁層はこれに限らず、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜等の単層、または積層構造とすることができる。酸化物半導体層と接する層は酸化物絶縁層を用いることが好ましい。ゲート絶縁層の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いることができるが、層中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で成膜することが好ましい。ゲート絶縁層の厚さは特に限定されないが、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【０１０３】
次に、ゲート電極層２１９を形成する。ゲート電極層２１９は、ゲート絶縁層２０７上に導電層を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【０１０４】
ゲート電極層２１９を形成する導電層の材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。このような材料を用いることで、ゲート電極層２１９のパターニングの際の露光光は導電層で反射されるため基板側へ透過することはなく、基板ステージによる散乱光が酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域へ回り込む恐れがない。
【０１０５】
本実施の形態では、ゲート電極層２１９として膜厚２００ｎｍのタングステン膜を用いる。
【０１０６】
続いて保護絶縁層２０９を形成する。保護絶縁層２０９は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、水、水素などの不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。保護絶縁層２０９に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層２１１への浸入、又は水素による酸化物半導体層２１１中の酸素の引き抜きが生じ、酸化物半導体層２１１の一部が低抵抗化してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。したがって、保護絶縁層２０９はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０１０７】
本実施の形態では保護絶縁層２０９として、３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により成膜した。
【０１０８】
保護絶縁層２０９を形成した後、第２の加熱処理を行っても良い。第２の加熱処理は大気中、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で好ましくは１００℃以上２００℃以下で行うことができる。また、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を繰り返し行っても良い。例えば、窒素雰囲気下で１５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。
【０１０９】
以上の工程により、薄膜トランジスタ２００が形成される。なお、この段階の断面概略図を図３（Ｅ）に示す。
【０１１０】
なお、本実施の形態では酸化物半導体層２１１のパターンを形成する際、光透過防止層２１３をハードマスクとして用いたが、レジストマスク２１５を用いて形成してもよい。またその場合は、酸化物半導体層２０１と光透過防止層２０３とを別々にエッチングすることもできるし、同時にエッチングすることもできる。また、エッチング方法としてドライエッチングを用いると、パターンサイズの制御が容易となり、ばらつきを低減することができるため好ましい。
【０１１１】
また、本実施の形態では順スタガ構造の薄膜トランジスタを作製したが、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する前に、酸化物半導体層２１１を形成することもできる。このような工程を用いることで、図４に示すようなソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂが平坦な酸化物半導体層２１１の上方から接している形状の、いわゆるトップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製することができる。ここで図４（Ａ）は薄膜トランジスタ２２０の上面概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す切断線Ｒ−Ｓにおける断面概略図である。
【０１１２】
以上のように、酸化物半導体層のパターニングの際、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制した方法で薄膜トランジスタを作製することで、酸化物半導体層への、基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい薄膜トランジスタを作製することができる。このような薄膜トランジスタを例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置に用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【０１１３】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１１４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した方法とは異なる方法により、パターニングの際の光の影響を抑制した酸化物半導体層を形成する方法について、図６を用いて説明する。
【０１１５】
図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）に例示する、透光性を有する基板１００上に形成された、光透過防止層１０３（又は１１３）及び下地層１２１（又は１３１）で構成された積層膜上に、島状の酸化物半導体層１１１のパターンを形成する方法について説明する。
【０１１６】
まず、図６（Ａ）に示すように、透光性を有する基板１００上に、光透過防止層１０３、下地層１２１、酸化物半導体層１０１及びフォトレジスト１０５を順に形成する。
【０１１７】
透光性を有する基板１００としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１１８】
本実施の形態では、透光性を有する基板１００としてガラス基板を用いる。
【０１１９】
光透過防止層１０３、及び酸化物半導体層１０１も同様に、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１２０】
本実施の形態では、光透過防止層１０３として厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン膜を用いる。アモルファスシリコン膜は水、水素、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガス雰囲気下におけるスパッタリング法を用いて形成した。
【０１２１】
また、酸化物半導体層１０１として厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体膜を用いる。酸化物半導体層１０１は実施の形態１と同様にスパッタリング法により形成した。
【０１２２】
下地層１２１は、光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１とに挟持され、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能がある。したがって下地層１２１は必要なければ設けなくてもよい。また、下地層１２１は酸化物半導体層１０１と接するため、できるだけ水素や水などの不純物を含まないように形成することが好ましい。
【０１２３】
下地層１２１は絶縁性を有する窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０１２４】
本実施の形態では、下地層１２１として５０ｎｍの酸化珪素膜を、水、水素、水酸基及び水素化物等の不純物を除去した高純度不活性ガス下におけるスパッタリング法により形成した。
【０１２５】
フォトレジスト１０５は、実施の形態１と同様にポジ型のフォトレジストを用いる。したがってパターニングの際、フォトレジスト１０５は光の照射された領域がその後の現像処理により除去される。
【０１２６】
次に、フォトマスク１０７を用いて露光処理を行う（図６（Ｂ）参照）。フォトマスク１０７で覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、フォトレジスト１０５は感光されない。一方、フォトマスク１０７に覆われていない領域へは露光光１０９が照射される。露光光１０９はフォトレジスト１０５を感光させ、改質したフォトレジスト１２５に変化させる。
【０１２７】
なお、露光光１０９には、実施の形態１に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光１０９として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いる。
【０１２８】
ここで、フォトマスク１０７に覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、酸化物半導体層１０１においてフォトマスク１０７に覆われた領域へは露光光１０９は照射されない。したがって、この領域の酸化物半導体層１０１は光の影響を受けない。
【０１２９】
また、露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後、酸化物半導体層１０１においてフォトマスク１０７に覆われていない領域に達する。しかし、この領域は後のエッチング処理によって除去されるため、光の影響を受けても問題とされない。
【０１３０】
また酸化物半導体層１０１を通り抜け、さらに下地層１２１を透過した露光光１０９の一部は光透過防止層１０３に到達するが、その大部分は光透過防止層１０３によって吸収される。そのため、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光１０９は効果的に低減される。
【０１３１】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、露光光１０９が基板ステージに到達し、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層１０１への光の影響を防ぐことができる。
【０１３２】
さらに、本実施の形態では光透過防止層１０３は酸化物半導体層１０１よりも基板側に配置されている。そのため、露光光１０９が光透過防止層１０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層１０１に到達する前に、光透過防止層１０３により再度吸収される。したがって、このような構成とすることで、より効果的に基板ステージからの散乱光の酸化物半導体層１０１への影響を防ぐことができる。
【０１３３】
なお、光透過防止層に露光光１０９を反射する材料を用いた場合、光透過防止層によって反射された露光光１０９の一部が酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側へ回り込む場合がある。しかし酸化物半導体層１０１、及び下地層１２１は十分に薄いため、この回り込む領域は小さく、電気的特性のばらつきは実質的に生じない。
【０１３４】
続いて、露光処理を終えた後に現像処理を行う。現像処理によりフォトマスク１０７で覆われていない領域のフォトレジスト１２５が除去され、レジストマスク１１５が形成される。
【０１３５】
次いで、レジストマスク１１５を用いて酸化物半導体層１０１の不要な部分をエッチングし、島状の酸化物半導体層１１１を形成する（図６（Ｃ））。その後レジストマスク１１５を除去する。
【０１３６】
このようにして、光透過防止層１０３及び下地層１２１上に形成された、島状の酸化物半導体層１１１のパターンを得る（図６（Ｄ））。
【０１３７】
なお、光透過防止層１０３及び下地層１２１を酸化物半導体層１１１と同様の島状のパターンに形成することもできる。その場合は、酸化物半導体層１１１の不要な部分をエッチングした後に、続けてレジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３及び下地層１２１の不要な部分をエッチングし、島状の光透過防止層１１３及び下地層１３１のパターンを形成する。その後レジストマスク１１５を除去することで、図６（Ｅ）に示すような光透過防止層１１３、下地層１３１及び酸化物半導体層１１１が順に積層した島状のパターンが形成される。
【０１３８】
以上のようにして酸化物半導体層１１１を形成することで、パターニングの際の露光装置からの光の影響を受けずに酸化物半導体層１１１を形成することができる。したがって、このような作製工程を経て形成された酸化物半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体装置に適用することで、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【０１３９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３で示した作製方法で作製した酸化物半導体層を用いて、実施の形態２とは構成の異なる薄膜トランジスタを作製する方法の一例について図７及び図８を用いて説明する。
【０１４０】
本実施の形態で例示するボトムゲート構造の薄膜トランジスタ２４０（以降、薄膜トランジスタ２４０）の構成を図７に示す。図７（Ａ）は薄膜トランジスタ２４０の上面概略図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示す切断線Ｔ−Ｕにおける断面概略図である。
【０１４１】
薄膜トランジスタ２４０は透光性を有する基板１００上に、光透過防止層２０３、下地層２２１が順に積層され、さらに下地層２２１に接して透光性を有するゲート電極層２２９を有する。また、下地層２２１の露出した部分とゲート電極層２２９を覆うようにゲート絶縁層２０７を有する。また、ゲート絶縁層２０７と接してゲート電極層２２９と重畳する酸化物半導体層２１１、及び酸化物半導体層２１１に接し、ゲート電極層２２９の端部と重畳するソース電極層２１７ａとドレイン電極層２１７ｂとを有する。さらにゲート絶縁層２０７及び酸化物半導体層２１１の露出した部分と、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを覆う保護絶縁層２０９を有する。
【０１４２】
次に、薄膜トランジスタ２４０の作製方法について図８を用いて説明する。
【０１４３】
まず、基板１００上に光透過防止層２０３、下地層２２１を形成する。
【０１４４】
基板１００には実施の形態１で用いた基板と同様に、透光性を有する基板を用いる。
【０１４５】
光透過防止層２０３には、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。本実施の形態では、光透過防止層２０３としてアモルファスシリコンをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜する。
【０１４６】
下地層２２１は実施の形態３で示したものと同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、下地層２２１として５０ｎｍの酸化珪素膜を高純度不活性ガス下でのスパッタリング法により形成する。
【０１４７】
下地層２２１を以下の工程で形成する酸化物半導体層２０１と基板１００との間に形成することで、基板１００からの酸化物半導体層２０１への不純物元素の拡散を効果的に抑制することができる。また、本実施の形態においては、光透過防止層２０３に半導体であるアモルファスシリコンを用いるため、これと酸化物半導体層２０１とが接触すると電気的特性に影響を及ぼす恐れがあり、これらの層の接触を防ぐ機能も有する。
【０１４８】
次に下地層２２１上に透光性を有するゲート電極層２２９を形成する。
【０１４９】
ゲート電極層２２９には、透光性を有する材料を用いる。本実施の形態で示すボトムゲート構造の薄膜トランジスタは、光透過防止層２０３を有しているので、酸化物半導体層のパターニング工程中に基板１００側へ透過し、基板ステージに到達する露光光１０９は効果的に低減される。さらに、露光光１０９が光透過防止層１０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層１０１に到達する前に、光透過防止層１０３により再度吸収される。よって、基板側からの散乱光がゲート電極層２２９を透過することはないので、酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域が光の影響を受けることは無い。
【０１５０】
透光性を有するゲート電極層２２９に用いる材料としては、例えば導電性の金属酸化物を用いることができる。導電性の金属酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化珪素を含ませたものを用いることができる。
【０１５１】
本実施の形態では透光性を有する材料をゲート電極層２２９に用いたが、実施の形態２に示すような透光性を有しない材料を用いても良い。その場合、基板ステージからの散乱光が光透過防止層１０３で吸収しきれなかったとしても、ゲート電極層によって反射されるため、酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域はさらに光の影響を受けにくい。
【０１５２】
ゲート電極層２２９は下地層２２１上に導電層を形成し、第１のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。本実施の形態では、ゲート電極層２２９に用いる導電層として厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜をスパッタリング法により成膜する。この時点での断面概略図を図８（Ａ）に示す。
【０１５３】
こうして形成されたゲート電極層２２９と、下地層２２１の露出した部分とを覆うように、ゲート絶縁層２０７、酸化物半導体層２０１及びフォトレジスト２０５を順に成膜する（図８（Ｂ））。
【０１５４】
ゲート絶縁層２０７には実施の形態２で示したような材料を用いることができる。本実施の形態ではゲート絶縁層２０７として３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により形成する。
【０１５５】
また酸化物半導体層２０１には実施の形態１で示したような材料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２０１としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層２０１を１００ｎｍ成膜する。
【０１５６】
またフォトレジストには実施の形態１で示したものと同様に、ポジ型の感光性を有する材料を用いる。
【０１５７】
次に第２のフォトリソグラフィ工程により、酸化物半導体層２０１を選択的にエッチングする方法について説明する。
【０１５８】
まず、フォトマスク（図示しない）を用いて露光を行う。前述のように、フォトマスクに覆われた領域は露光光がフォトマスクによって遮断されるため、酸化物半導体層２０１においてフォトマスクに覆われた領域へは露光光は照射されない。したがって、この領域の酸化物半導体層２０１は光の影響を受けない。また、フォトマスクに覆われていない領域へ照射される露光光（図示しない）の一部はフォトレジスト２０５を通り抜けた後、酸化物半導体層２０１に照射されるが、この領域は後のエッチングにより除去されるため、光の影響を受けても問題とされない。
【０１５９】
酸化物半導体層２０１を通り抜けた露光光の一部はゲート絶縁層２０７及び下地層２２１を透過し、光透過防止層２０３に到達するが、その大部分は光透過防止層２０３によって吸収される。そのため、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光は効果的に低減される。
【０１６０】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、露光光が基板ステージに到達し、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層２０１のエッチングにより除去されないパターン内部への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層２０１への光の影響を防ぐことができる。
【０１６１】
さらに、本実施の形態では光透過防止層２０３は酸化物半導体層２０１よりも基板側に配置されている。そのため、露光光が光透過防止層２０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層２０１に到達する前に、光透過防止層２０３により再度吸収される。したがって、このような構成とすることで、より効果的に基板ステージからの散乱光の酸化物半導体層２０１への影響を防ぐことができる。
【０１６２】
なお、光透過防止層に露光光を反射する材料を用いた場合、光透過防止層によって反射された露光光の一部が酸化物半導体層２０１のエッチングにより除去されないパターンの内側へ回り込む場合がある。しかし酸化物半導体層２０１、ゲート絶縁層２０７、及び下地層２２１は十分に薄いため、この回り込む領域は小さく、電気的特性のばらつきは実質的に生じない。
【０１６３】
このようにして光透過防止層２０３を酸化物半導体層２０１よりも基板側に配置することで、露光光及び基板ステージからの散乱光は光透過防止層２０３によって吸収される。その結果、基板ステージの凹凸形状によらず、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への光の影響を防ぐことができる。
【０１６４】
なお、露光光には、実施の形態１に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いた。
【０１６５】
続いて、露光処理を終えた後に現像処理を行うことで、レジストマスク２１５が形成される（図８（Ｃ））。
【０１６６】
次に、レジストマスク２１５を用いて、酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングする。ここでエッチング方法としてウェットエッチングを用いると、酸化物半導体層２０１へのプラズマダメージの影響をなくすことができるため好ましい。本実施の形態では、酢酸、硝酸及び燐酸を含む混酸を用いて酸化物半導体層２０１をエッチングすることにより、島状の酸化物半導体層２１１を形成する。
【０１６７】
酸化物半導体層２１１を形成後、レジストマスク２１５を除去することで、図８（Ｄ）に示す形状となる。
【０１６８】
酸化物半導体層２１１を形成し、レジストマスク２１５を除去した後、第１の加熱処理を行っても良い。第１の加熱処理の温度、時間などの条件はゲート電極層２２９に用いる材料の耐熱性を考慮して最適に適宜設定すればよい。
【０１６９】
また、第１の加熱処理は島状の酸化物半導体層２１１に加工する前の酸化物半導体層２０１に対して行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に第２のフォトリソグラフィ工程を行う。
【０１７０】
続いて、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する。ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂは、ゲート絶縁層２０７の露出した部分及び酸化物半導体層２１１上に導電層を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【０１７１】
ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する導電層の材料としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１７２】
本実施の形態では、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する導電層として、厚さ２００ｎｍのＴｉ膜を用いた。
【０１７３】
なお、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層２１１がエッチングされ、分断することのないようにエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッチングし、酸化物半導体層２１１をまったくエッチングしないという条件を得ることは難しく、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層２１１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層２１１となることもある。
【０１７４】
次いで保護絶縁層２０９を形成する。保護絶縁層２０９は実施の形態２で示したような材料、方法で形成することができる。なお、保護絶縁層２０９はできるだけ水素が含まれないようにするため、成膜方法に水素を用いないことが重要である。保護絶縁層２０９に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層２１１への浸入、又は水素による酸化物半導体層２１１中の酸素の引き抜きが生じ、酸化物半導体層２１１のバックチャネルが低抵抗化してしまい寄生チャネルが形成されるおそれがある。
【０１７５】
本実施の形態では保護絶縁層２０９として、３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により成膜した。
【０１７６】
保護絶縁層２０９を形成した後、第２の加熱処理を行っても良い。第２の加熱処理の温度、時間などの条件はゲート電極層２２９に用いる材料の耐熱性を考慮して最適な温度に適宜設定すればよい。
【０１７７】
以上の工程により、薄膜トランジスタ２４０が形成される。この時点の断面概略図を図８（Ｅ）に示す。
【０１７８】
なお、本実施の形態ではボトムゲート型の薄膜トランジスタ２４０の作製方法を説明したが、本発明は例えば図９に示すようなトップゲート型の薄膜トランジスタの作製過程にも適用できる。図９（Ａ）にはソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂが酸化物半導体層２１１の下側に接触する、いわゆるボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ２６０の構成を示し、図９（Ｂ）にはこれらが酸化物半導体層２１１の上側に接触する、いわゆるトップコンタクト型の薄膜トランジスタ２８０の構成を示す。このような薄膜トランジスタにおいても、酸化物半導体層よりも基板側に光透過防止層を配置することで、酸化物半導体層のパターニング工程において効果的に基板ステージからの散乱光の影響を抑制することができる。
【０１７９】
以上のように、酸化物半導体層のパターニングの際、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制した方法で薄膜トランジスタを作製することで、酸化物半導体層へ基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい薄膜トランジスタを作製することができる。このような薄膜トランジスタを例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置に用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【０１８０】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１８１】
１００ 基板
１０１ 酸化物半導体層
１０３ 光透過防止層
１０５ フォトレジスト
１０７ フォトマスク
１０９ 露光光
１１１ 酸化物半導体層
１１３ 光透過防止層
１１５ レジストマスク
１１７ 基板ステージ
１１９ 散乱光
１２１ 下地層
１２５ フォトレジスト
１３１ 下地層
２００ 薄膜トランジスタ
２０１ 酸化物半導体層
２０３ 光透過防止層
２０５ フォトレジスト
２０７ ゲート絶縁層
２０９ 保護絶縁層
２１１ 酸化物半導体層
２１３ 光透過防止層
２１５ レジストマスク
２１７ａ ソース電極層
２１７ｂ ドレイン電極層
２１９ ゲート電極層
２２０ 薄膜トランジスタ
２２１ 下地層
２２９ ゲート電極層
２４０ 薄膜トランジスタ
２６０ 薄膜トランジスタ
２８０ 薄膜トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物半導体膜の作製方法に関する。本発明は酸化物半導体膜を用いる半導体装置の作製方法に関する。ここで半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能する素子及び装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に形成した半導体層を用いて半導体装置を構成する技術が知られている。例えば、シリコン系半導体材料を含む薄膜を用いてガラス基板上にトランジスタを形成し、液晶表示装置等に応用する技術が知られている。
【０００３】
半導体材料としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどが知られている。アモルファスシリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が低いものの大面積のガラス基板に対応することができる。一方、多結晶シリコンを用いたトランジスタは、電界効果移動度が高いもののレーザーアニールなどの結晶化工程が必要であり、大面積のガラス基板には必ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００４】
その他の材料としては、酸化物半導体が最近注目されている。例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であるインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、酸化物半導体を用いたトランジスタには幾つかの問題が指摘されている。その一つは特性の安定性であり、可視光及び紫外光を照射することで電気特性が変化することが指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置において、これらに用いられるトランジスタなどの半導体装置の電気的特性は特に重要であり、その特性ばらつきが小さいことが望まれる。例えば発光素子を組み合わせた画像表示デバイスであれば、画素トランジスタのオン電流のばらつきは、画素ごとの発光輝度に直接影響する。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜の作製方法を提供することを課題とする。また電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は半導体装置の作製工程における、光の影響に着目した。
【００１０】
フォトリソグラフィ法で用いる露光装置からの光には、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）、またＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの可視光から紫外領域の波長の光が多く用いられる。
【００１１】
また、半導体膜に光を照射した場合、半導体膜の特性が変化する場合がある。例えば、酸化物半導体膜を半導体層として用いた薄膜トランジスタの場合、作製工程中に可視光又は紫外光を含む光が酸化物半導体膜に照射されることによって、該薄膜トランジスタの電気的特性が変化してしまう問題がある。
【００１２】
一例として、図１０にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ―Ｏ系酸化物半導体をターゲットとしてスパッタリング法を用いて成膜した厚さ５０ｎｍの酸化物半導体膜に連続した波長を持つ光を照射した時の、光の波長に対する透過率を測定した結果を示す。紫外光から可視光の波長帯において照射された光の波長が短くなるにつれ透過率が減少する傾向があり、これは酸化物半導体膜が照射された光の一部を吸収していることを示す。したがって、上記に示したようなフォトリソグラフィ法での露光に用いられる可視光又は紫外光を含む光、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線（波長３６５ｎｍ）等が酸化物半導体膜に照射されると、当該酸化物半導体膜による光の吸収が起こり、その電気的特性が変化してしまう。
【００１３】
ここで、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングをする工程において、エッチングにより除去される不要な領域のみにフォトマスクを介して露光装置からの光が当たるように、ポジ型のフォトレジストを選択することが可能である。また、この露光装置からの光はフォトレジストを透過しその下層の膜に影響を及ぼす場合があるが、この領域はポジ型のレジストを用いる場合、エッチングにより除去されるためデバイスの特性に影響しない。
【００１４】
しかしながら、露光装置から基板に照射する光に対して透光性を有する基板上に、同様な透光性を有する半導体膜を半導体層に用いた薄膜トランジスタを作製する方法においては、フォトリソグラフィ法を用いたパターニングの際に露光装置からの光の一部が基板、及び半導体層を透過した後に基板ステージで散乱され、再度、基板の裏面側から半導体層に照射されるという現象がおきる。
【００１５】
基板ステージによる散乱光は、基板ステージの凹凸形状、例えば吸着孔などに由来する凹凸形状の影響を受ける。そのため、基板に裏面から照射される散乱光は、基板面内で強度や向きが異なり、その強度に分布が生じる。また、透光性を有する基板の厚さが厚いほど、基板ステージからの散乱光が、エッチングにより除去されない領域に回り込む距離が長くなる現象が生じる。
【００１６】
したがって、基板ステージの形状に依存して強度に分布が生じた散乱光が半導体層のエッチングにより除去されない領域に照射されるため、当該半導体層への光による影響は基板面内でばらつく。
【００１７】
したがって特に、基板ステージからの散乱光が、酸化物半導体層へ裏面側から照射されるような構造、例えば透光性を有する基板上に酸化物半導体層が設けられたトップゲート構造や、ゲート電極層に透光性材料を用いたボトムゲート構造においては、特性のばらつきへの散乱光の影響が大きくなる。
【００１８】
したがって上記課題を解決するためには、透光性を有する酸化物半導体層に対してポジ型のフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によってパターニングする際に、基板ステージからの散乱光を低減、もしくはその回り込みを少なくすればよい。具体的には、基板ステージに光が到達しなければよい。つまり、光の透過を防止する機能を有する層をフォトレジスト層よりも下層に配置し、パターニングを行えばよい。さらに上記課題を解決するためには、上記パターニング方法で形成した酸化物半導体層を用いて半導体装置を作製すればよい。
【００１９】
すなわち、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。次いでフォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、光透過防止層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して光透過防止層を除去した後、光透過防止層と重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法である。
【００２０】
上記のような作製方法で酸化物半導体層を形成することにより、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射されるため、基板ステージに到達する光は効果的に抑制される。したがって、基板ステージに凹凸形状があったとしても、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に基板側から照射されることが抑制され、その結果、電気的特性ばらつきの少ない酸化物半導体層を形成することができる。さらにこのような酸化物半導体層を半導体装置に適用することにより、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。次いでフォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を選択的に照射し、酸化物半導体層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法である。
【００２２】
上記のような作製方法で酸化物半導体層を形成することにより、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射される。さらに、露光装置からの光が光透過防止層によって吸収しきれずに基板ステージに到達した場合でも、その基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層に到達する前に再度光透過防止層によって吸収、又は反射される。したがってより効果的に基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層へ照射されることを抑制することができ、その結果、電気的特性ばらつきの少ない酸化物半導体層を形成することができる。また、露光装置からの光を光透過防止層が反射する場合であっても、酸化物半導体層は充分に薄いため、当該酸化物半導体層に光が回り込む領域は少なく、電気特性のバラツキは実質的に生じない。さらにこのような酸化物半導体層を半導体装置に適用することにより、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００２３】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、ソース電極層及びドレイン電極層の端部、並びにこれらの間隙を覆う酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成した後、光透過防止層上に、ポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。その後、フォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、光透過防止層上にソース電極層及びドレイン電極層の端部並びに当該間隙に重畳するレジストマスクを形成する。次いでレジストマスクと重なる領域を残して光透過防止層を除去し、光透過防止層と重なる領域を残して酸化物半導体層を除去する。また酸化物半導体層に接してゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層に接し、ソース電極層及びドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法である。
【００２４】
上記のような作製方法で半導体装置を作製することにより、酸化物半導体層のパターニングの際、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光は光透過防止層によって吸収、又は反射され、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制できる。したがって酸化物半導体層への光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。このような半導体装置を例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどに用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【００２５】
また、本発明の一態様は、透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成する。その後、フォトレジスト層にフォトマスクを介してフォトレジスト層が感光する光を照射し、酸化物半導体層上にレジストマスクを形成する。さらにレジストマスクと重なる領域を残して酸化物半導体層を除去し、酸化物半導体層と接し、互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、酸化物半導体層並びにソース電極層及びドレイン電極層の端部に接してゲート絶縁層を形成する。次いでゲート絶縁層と接し、酸化物半導体層並びに、ソース電極層及びドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する半導体装置の作製方法である。
【００２６】
上記のような作製方法で半導体装置を作製することにより、酸化物半導体層のパターニングの際、フォトマスク、及びフォトレジスト層を透過した露光装置からの光の大部分は光透過防止層によって吸収、又は反射される。さらに、露光装置からの光が光透過防止層によって吸収しきれずに基板ステージに到達した場合でも、その基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層に到達する前に再度光透過防止層によって吸収、又は反射される。したがってより効果的に基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層へ照射されることを抑制することができ、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制できる。また、露光装置からの光を光透過防止層が反射する場合であっても、酸化物半導体層は充分に薄いため、当該酸化物半導体層に光が回り込む領域は少なく、電気特性のバラツキは実質的に生じない。その結果、酸化物半導体層へ基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。このような半導体装置を例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどに用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の一態様は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜の作製方法を提供することができる。本発明の一態様は、電気的特性ばらつきの小さい酸化物半導体膜を用いた半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一態様の酸化物半導体膜の作製方法を説明する図。
【図２】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図３】本発明の一態様の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図４】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図５】本発明の一態様の光透過防止層の効果を説明する図。
【図６】本発明の一態様の酸化物半導体膜の作製方法を説明する図。
【図７】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図８】本発明の一態様の薄膜トランジスタの作製方法を説明する図。
【図９】本発明の一態様の作製方法で作製する薄膜トランジスタを説明する図。
【図１０】酸化物半導体膜における光の波長に対する透過率の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００３０】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００３１】
（実施の形態１）
本実施の形態では酸化物半導体層を、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする際、基板ステージからの散乱光の影響を抑制してパターニングを行い、酸化物半導体層を形成する方法の一例について、図１及び図５を用いて説明する。
【００３２】
図１（Ｄ）及び図１（Ｅ）に例示する、透光性を有する基板１００上に島状の酸化物半導体層１１１を形成する方法について説明する。
【００３３】
まず、図１（Ａ）に示すように、透光性を有する基板１００上に、酸化物半導体層１０１、光透過防止層１０３及びフォトレジスト１０５を順に形成する。
【００３４】
透光性を有する基板１００として使用することができる基板は紫外光から可視光の波長帯の光に対して酸化物半導体膜よりも透過率の高いものを用いる。また、透光性を有する基板１００に用いる基板は絶縁表面を有すればよく、大きな制限はないが、少なくとも後の工程で加熱処理を行う場合は、その温度に耐えうる耐熱性を有している必要がある。例えば、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
【００３５】
酸化物半導体層１０１に用いる酸化物半導体は、少なくともＩｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｈｆ及びランタノイドから選ばれた一種以上の元素を含有する。例えば、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物であり、その組成比に特に制限はない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。
【００３６】
また、酸化物半導体層１０１は、化学式ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。
【００３７】
酸化物半導体層１０１はスパッタリング法で成膜することができる。また希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下において成膜することができる。その際のガスは、水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層１０１を１００ｎｍ成膜する。
【００３９】
光透過防止層１０３に用いることのできる材料としては、好ましくはパターニングの際に露光に用いる光を吸収、又は反射する膜であればよく、少なくとも酸化物半導体膜が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する膜であればよい。例えば露光に用いる光に高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いる場合、この波長の光に対する光透過率が２０％以下、さらに好ましくは５％以下である膜を用いることができる。例えばアモルファスシリコンなどの半導体材料や、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。
【００４０】
ここで、酸化物半導体層１０１のパターンを形成する際、酸化物半導体層１０１の不要な部分を除去するためのマスクとして、後に説明するレジストマスク１１５を用いても良いし、当該光透過防止層１１３をハードマスクとして用いることもできる。光透過防止層１１３をハードマスクとして用いる場合は、選択するエッチング方法に応じて光透過防止層１０３に対する酸化物半導体層１０１のエッチング速度、及び酸化物半導体層１０１に対する光透過防止層１０３のエッチング速度の選択比が大きくなるような材料を適宜選択し、光透過防止層１０３に用いるとよい。例えば、酸化物半導体層１０１にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系材料を用いた場合は、光透過防止層１０３にアモルファスシリコンを用いることで、酢酸、硝酸及び燐酸を含む混酸や、シュウ酸水溶液などを用いて酸化物半導体層１０１のみを、また水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液などを用いて光透過防止層１０３のみを除去することができる。
【００４１】
光透過防止層１０３は酸化物半導体層１０１に接するため、膜中にできるだけ水素を取り込まない方法で成膜することが好ましい。例えば酸化物半導体層１０１の成膜と同様に水素、水、水酸基または水素化物などの不純物が除去された高純度ガス雰囲気下におけるスパッタリング法を用いることができる。
【００４２】
本実施の形態では、光透過防止層１０３として膜厚１００ｎｍのアモルファスシリコンをスパッタリング法により成膜する。
【００４３】
フォトレジスト１０５には、光を照射すると現像処理によって除去される性質を持つ、いわゆるポジ型のフォトレジストを用いる。ポジ型のフォトレジストを用いると、露光装置からの光は酸化物半導体層の不要な部分にのみ照射されるため、必要なパターン上に直接光が照射されることを防ぐことができる。
【００４４】
次にフォトマスク１０７を用いて露光を行う（図１（Ｂ）参照）。フォトマスク１０７で覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、フォトレジスト１０５は感光されない。一方、フォトマスク１０７に覆われていない領域へは、露光光１０９が照射される。露光光１０９はフォトレジスト１０５を感光させ、改質したフォトレジスト１２５に変化させる。
【００４５】
露光光１０９には、例えば高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）、またＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）などの可視光及び紫外領域の波長の光を用いることができる。本実施の形態では、露光光１０９として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いる。
【００４６】
ここで、露光光１０９としてｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた場合、これが酸化物半導体層に照射されると、酸化物半導体層による吸収が起こり、その電気的特性に影響を及ぼしてしまう。
【００４７】
また、光透過防止層１０３として膜厚１００ｎｍのアモルファスシリコンを用いた場合は、露光光１０９として用いたｉ線（波長３６５ｎｍ）に対する透過率は１％未満であり、その大部分を吸収することができる。
【００４８】
ここで、図５を用いて、基板ステージの形状による散乱光の影響が、光透過防止層の有無でどのように変わるかを説明する。なお、ここに示す基板ステージの形状は一例であり、これに限定されない。
【００４９】
まず、図５（Ａ）に光透過防止層１０３を設けない場合の、酸化物半導体層１０１の露光時の断面概略図を示す。基板１００上に酸化物半導体層１０１及びフォトレジスト１０５を積層し、フォトマスク１０７越しに露光光１０９が照射される。基板１００は基板ステージ１１７に配置され、基板ステージ１１７には凹凸形状が存在する。
【００５０】
基板ステージ１１７の凹凸形状としては、例えば基板吸着のための吸着孔や基板を持ち上げるためのピンなどが挙げられる。またこの他にも、基板と基板ステージ１１７との接触などによる傷や材質自体の持つ表面粗さなども、この凹凸形状に含まれる。
【００５１】
露光装置からの露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後に酸化物半導体層１０１及び基板１００を透過し、基板ステージ１１７に到達する。
【００５２】
基板ステージ１１７に図中に示すような凹凸形状があった場合、基板ステージ１１７に到達した露光光１０９は該凹凸形状によって散乱され、その散乱光１１９が基板１００の裏面側から再入射される。散乱光１１９は、基板ステージの凹凸形状に依存して、さまざまな散乱角を持つ。したがって、基板１００の裏面から再入射された散乱光１１９の一部が、酸化物半導体層１０１のエッチングで除去しないパターンの内側へ回り込む現象が生じる。
【００５３】
また、基板１００の厚さが厚いほど、基板ステージ１１７からの散乱光１１９がエッチングで除去しないパターンの内側に回りこむ距離が長くなる。
【００５４】
次に、光透過防止層１０３を設けた場合について図５（Ｂ）を用いて説明する。酸化物半導体層１０１とフォトレジスト１０５の間に光透過防止層１０３が配置されている他は、図５（Ａ）の構成と同様である。
【００５５】
露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後、光透過防止層１０３に到達するが、その大部分は光透過防止層１０３によって吸収又は反射される。したがって酸化物半導体層１０１には露光光１０９はほとんど到達しない。さらに基板１００側へ透過し、基板ステージ１１７に到達する露光光１０９も効果的に低減される。
【００５６】
したがって、基板ステージ１１７に吸着孔などの凹凸形状があったとしても、基板ステージ１１７に到達する露光光１０９や、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層１０１への光の影響を防ぐことができる。
【００５７】
このようにして、光透過防止層１０３をフォトレジスト１０５よりも基板側に配置することで、露光光１０９は光透過防止層１０３によって吸収され、基板ステージ１１７まで到達しない。その結果、基板ステージ１１７の凹凸形状によらず、酸化物半導体層１０１の必要なパターンへの光の影響を防ぐことができる。
【００５８】
露光処理を終えた後に現像処理を行う。現像処理によりフォトマスク１０７で覆われていない領域のフォトレジスト１２５が除去される。このようにしてレジストマスク１１５が形成される。
【００５９】
次いでレジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３の不要な部分をエッチングし、島状の光透過防止層１１３を形成する（図１（Ｃ））。その後レジストマスク１１５を用いて、酸化物半導体層１０１の不要な部分をエッチングした後、レジストマスク１１５を除去する。
【００６０】
なお、本実施の形態では光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１のそれぞれに対して別々にエッチングを行ったが、レジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１の不要な部分を同時にエッチングすることもできる。エッチング方法としてはウェットエッチングを用いても良いし、ドライエッチングを用いても良い。ドライエッチングを用いることで、ウェットエッチングを用いた場合よりもパターン形状のばらつきが小さくなるため、好ましい。
【００６１】
このようにして、酸化物半導体層１１１上に光透過防止層１１３が積層されたパターンが形成される（図１（Ｄ））。
【００６２】
なお、酸化物半導体層１１１のパターンを形成する際、光透過防止層１１３のパターンを形成した段階でレジストマスク１１５を除去し、光透過防止層１１３のパターンをハードマスクとして用いて、酸化物半導体層をエッチングすることもできる。その場合、光透過防止層１１３は酸化物半導体層１１１に対するプラズマ保護膜としての機能も有するため、レジストマスク１１５を除去した後でもプラズマを用いたドライエッチングを用いることができる。ドライエッチングを用いることで、ウェットエッチングを用いた場合よりもパターン形状のばらつきが小さくなるため、好ましい。なお、この方法で形成した場合も、図１（Ｄ）と同様の形状となる。
【００６３】
さらに、酸化物半導体層１１１のパターンを形成後、エッチングにより光透過防止層１１３を除去することもできる。その場合の形状は図１（Ｅ）のようになる。
【００６４】
以上のようにして酸化物半導体層１１１を形成することで、パターニングの際の露光装置からの光の影響を受けずに酸化物半導体層１１１を形成することができる。したがって、このような作製工程を経て形成された酸化物半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体装置に適用することで、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した作製方法で作製した酸化物半導体層を用いて、薄膜トランジスタを作製する方法の一例について図２乃至図４を用いて説明する。
【００６７】
本実施の形態で例示する順スタガ型薄膜トランジスタ２００（以降、薄膜トランジスタ２００）の構成を図２に示す。図２（Ａ）は薄膜トランジスタ２００の上面概略図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す切断線Ｐ−Ｑにおける断面概略図である。
【００６８】
薄膜トランジスタ２００は透光性を有する基板１００上に、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを有する。また、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂと接し、且つこれらの間隙を覆うように、酸化物半導体層２１１を有する。さらに基板１００、ソース電極層２１７ａ、ドレイン電極層２１７ｂ及び酸化物半導体層２１１の露出した部分を覆うゲート絶縁層２０７を有する。また、ゲート絶縁層２０７に接してソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂの端部、並びにこれらの間隙と重畳するゲート電極層２１９と、ゲート絶縁層２０７及びゲート電極層２１９を覆う保護絶縁層２０９を有する。
【００６９】
次に、薄膜トランジスタ２００の作製方法について図３を用いて説明する。
【００７０】
まず、基板１００上に、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する。
【００７１】
基板１００は実施の形態１と同様に透光性を有する基板を用いる。したがって本実施の形態で示すような順スタガ型の薄膜トランジスタの場合、酸化物半導体層のパターニング工程中に基板側から酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域に光が照射されると、酸化物半導体層２１１は直接光の影響を受けてしまう。
【００７２】
ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂに用いる材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金等を用いることができる。また、Ａｌ膜、Ｃｕ膜などの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ膜、Ｍｏ膜、Ｗ膜などの高融点金属膜を積層させた構成としても良い。また、Ａｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素（Ｓｉ、Ｎｄ、Ｓｃなど）が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂは、導電性の金属酸化物を用いて形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化珪素を含ませたものを用いることができる。
【００７３】
また、基板１００とソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂとの間には、下地層となる絶縁膜を設けても良い。下地層は、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【００７４】
なお、下地層はできるだけ水素や水などの不純物を含まないように形成することが好ましい。
【００７５】
ソース電極層２１７ａとドレイン電極層２１７ｂは、基板１００上に導電層を形成し、第１のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【００７６】
本実施の形態では、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂに用いる導電層として、厚さ１５０ｎｍのＴｉ膜をスパッタリング法により成膜し、第１のフォトリソグラフィ工程により、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成した。
【００７７】
こうして形成されたソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂと基板１００を覆うように、酸化物半導体層２０１、光透過防止層２０３及びフォトレジスト２０５を順に成膜する（図３（Ａ））。
【００７８】
酸化物半導体層２０１、光透過防止層２０３及びフォトレジスト２０５としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【００７９】
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層２０１を１００ｎｍ成膜する。また光透過防止層２０３としてアモルファスシリコンをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜する。
【００８０】
次に、第２のフォトリソグラフィ工程により、酸化物半導体層２０１を選択的にエッチングする方法について説明する。
【００８１】
まず、フォトマスク（図示しない）を用いて露光を行う。実施の形態１で示したように、フォトマスクに覆われていない領域へ照射される露光光の一部はレジストマスクを通り抜けた後、光透過防止層２０３に到達するが、その大部分は光透過防止層２０３によって吸収される。したがって酸化物半導体層２０１には露光光はほとんど到達しない。さらに、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光も効果的に低減される。
【００８２】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、基板ステージに到達する露光光や、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージでの散乱光の、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への回り込みが効果的に低減される。
【００８３】
このようにして、光透過防止層２０３をフォトレジスト２０５よりも基板側に配置することで、露光光（図示しない）は光透過防止層２０３によって吸収され、基板ステージ（図示しない）まで到達しない。その結果、基板ステージの凹凸形状によらず、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への光の影響を防ぐことができる。
【００８４】
なお、露光光には、上記に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いた。
【００８５】
露光処理を終えた後に現像処理を行うことで、レジストマスク２１５が形成される（図３（Ｂ））。
【００８６】
次に、レジストマスク２１５を用いて光透過防止層２０３の不要な部分をエッチングする。エッチングは酸化物半導体層２０１に対する光透過防止層２０３のエッチング速度の選択比が大きな条件であればどのような方法を用いてもよい。本実施の形態では、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて光透過防止層２０３のエッチングを行う。
【００８７】
このようにして光透過防止層２１３を得る。
【００８８】
続いて酸化物半導体層２０１のエッチングを行う。本実施の形態では、光透過防止層２１３をハードマスクとして使用して酸化物半導体層２１１のパターンを形成する方法について説明する。
【００８９】
まず、光透過防止層２１３を形成後、レジストマスク２１５を除去する（図３（Ｃ））。
【００９０】
次に光透過防止層２１３のパターンをハードマスクとして、酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングする。エッチングは光透過防止層２１３に対すると酸化物半導体層２０１のエッチング速度の選択比が大きな条件であればどのような方法を用いても良いが、ドライエッチングを用いることで、パターンサイズの制御が容易となり、ばらつきを抑制することができる。
【００９１】
また、光透過防止層２１３はドライエッチングの際のプラズマ保護層としての役割も果たす。したがって酸化物半導体層２０１の光透過防止層２１３に覆われた領域は、ドライエッチングを用いた場合においてもプラズマによるダメージが低減される。
【００９２】
本実施の形態では、ドライエッチングを用いて酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングし、酸化物半導体層２１１のパターンを得る。
【００９３】
続いて、酸化物半導体層２１１上の光透過防止層２１３をエッチングにより除去する。エッチング方法は酸化物半導体層２１１に対する光透過防止層２１３のエッチング速度の選択比が大きければ何を選択してもよいが、酸化物半導体層２１１へのプラズマダメージの影響をなくすため、ウェットエッチングを用いることが好ましい。
【００９４】
本実施の形態では、光透過防止層２１３を水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いたウェットエッチングで除去する。
【００９５】
以上の工程で、酸化物半導体層２１１が形成される。なお、この段階の断面概略図を図３（Ｄ）に示す。
【００９６】
次いで、第１の加熱処理を行ってもよい。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層２１１中の過剰な水（水酸基を含む）や水素などを除去することができる。第１の加熱処理の温度は、３５０℃以上基板の歪み点未満、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とすることができる。
【００９７】
第１の加熱処理の温度を３５０℃以上にすることにより、酸化物半導体層２１１の脱水化または脱水素化が行え、膜中の水素濃度を低減することができる。また第１の加熱処理の温度を４５０℃以上とすることにより、膜中の水素濃度をさらに低減することができる。また第１の加熱処理の温度を５５０℃以上とすることにより、膜中の水素濃度をさらに低減することができる。
【００９８】
第１の加熱処理を行う雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする不活性気体であって、水、水素などが含まれない気体を用いるのが望ましい。例えば、加熱処理装置に導入する気体の純度を６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上とすることができる。これにより、第１の加熱処理の間、酸化物半導体層２１１は、大気に触れることなく、水や水素の再混入が行われないようにすることができる。
【００９９】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていても良い。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガスまたは窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【０１００】
本実施の形態では、第１の加熱処理として、ＧＲＴＡ装置を用い、窒素雰囲気下で６５０℃６分の加熱処理を行った。
【０１０１】
続いて、スパッタリング法を用いて３０ｎｍの酸化珪素膜を成膜し、ゲート絶縁層２０７を形成する。
【０１０２】
本実施の形態ではゲート絶縁層２０７として単層の酸化珪素膜を用いたが、ゲート絶縁層はこれに限らず、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜等の単層、または積層構造とすることができる。酸化物半導体層と接する層は酸化物絶縁層を用いることが好ましい。ゲート絶縁層の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いることができるが、層中に水素が多量に含まれないようにするためには、スパッタリング法で成膜することが好ましい。ゲート絶縁層の厚さは特に限定されないが、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。
【０１０３】
次に、ゲート電極層２１９を形成する。ゲート電極層２１９は、ゲート絶縁層２０７上に導電層を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【０１０４】
ゲート電極層２１９を形成する導電層の材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。このような材料を用いることで、ゲート電極層２１９のパターニングの際の露光光は導電層で反射されるため基板側へ透過することはなく、基板ステージによる散乱光が酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域へ回り込む恐れがない。
【０１０５】
本実施の形態では、ゲート電極層２１９として膜厚２００ｎｍのタングステン膜を用いる。
【０１０６】
続いて保護絶縁層２０９を形成する。保護絶縁層２０９は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、水、水素などの不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。保護絶縁層２０９に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層２１１への浸入、又は水素による酸化物半導体層２１１中の酸素の引き抜きが生じ、酸化物半導体層２１１の一部が低抵抗化してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。したがって、保護絶縁層２０９はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０１０７】
本実施の形態では保護絶縁層２０９として、３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により成膜した。
【０１０８】
保護絶縁層２０９を形成した後、第２の加熱処理を行っても良い。第２の加熱処理は大気中、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で好ましくは１００℃以上２００℃以下で行うことができる。また、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を繰り返し行っても良い。例えば、窒素雰囲気下で１５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。
【０１０９】
以上の工程により、薄膜トランジスタ２００が形成される。なお、この段階の断面概略図を図３（Ｅ）に示す。
【０１１０】
なお、本実施の形態では酸化物半導体層２１１のパターンを形成する際、光透過防止層２１３をハードマスクとして用いたが、レジストマスク２１５を用いて形成してもよい。またその場合は、酸化物半導体層２０１と光透過防止層２０３とを別々にエッチングすることもできるし、同時にエッチングすることもできる。また、エッチング方法としてドライエッチングを用いると、パターンサイズの制御が容易となり、ばらつきを低減することができるため好ましい。
【０１１１】
また、本実施の形態では順スタガ構造の薄膜トランジスタを作製したが、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する前に、酸化物半導体層２１１を形成することもできる。このような工程を用いることで、図４に示すようなソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂが平坦な酸化物半導体層２１１の上方から接している形状の、いわゆるトップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製することができる。ここで図４（Ａ）は薄膜トランジスタ２２０の上面概略図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す切断線Ｒ−Ｓにおける断面概略図である。
【０１１２】
以上のように、酸化物半導体層のパターニングの際、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制した方法で薄膜トランジスタを作製することで、酸化物半導体層への、基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい薄膜トランジスタを作製することができる。このような薄膜トランジスタを例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置に用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【０１１３】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１１４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した方法とは異なる方法により、パターニングの際の光の影響を抑制した酸化物半導体層を形成する方法について、図６を用いて説明する。
【０１１５】
図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）に例示する、透光性を有する基板１００上に形成された、光透過防止層１０３（又は１１３）及び下地層１２１（又は１３１）で構成された積層膜上に、島状の酸化物半導体層１１１のパターンを形成する方法について説明する。
【０１１６】
まず、図６（Ａ）に示すように、透光性を有する基板１００上に、光透過防止層１０３、下地層１２１、酸化物半導体層１０１及びフォトレジスト１０５を順に形成する。
【０１１７】
透光性を有する基板１００としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１１８】
本実施の形態では、透光性を有する基板１００としてガラス基板を用いる。
【０１１９】
光透過防止層１０３、及び酸化物半導体層１０１も同様に、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１２０】
本実施の形態では、光透過防止層１０３として厚さ１００ｎｍのアモルファスシリコン膜を用いる。アモルファスシリコン膜は水、水素、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガス雰囲気下におけるスパッタリング法を用いて形成した。
【０１２１】
また、酸化物半導体層１０１として厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物半導体膜を用いる。酸化物半導体層１０１は実施の形態１と同様にスパッタリング法により形成した。
【０１２２】
下地層１２１は、光透過防止層１０３と酸化物半導体層１０１とに挟持され、基板１００からの不純物元素の拡散を防止する機能がある。したがって下地層１２１は必要なければ設けなくてもよい。また、下地層１２１は酸化物半導体層１０１と接するため、できるだけ水素や水などの不純物を含まないように形成することが好ましい。
【０１２３】
下地層１２１は絶縁性を有する窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０１２４】
本実施の形態では、下地層１２１として５０ｎｍの酸化珪素膜を、水、水素、水酸基及び水素化物等の不純物を除去した高純度不活性ガス下におけるスパッタリング法により形成した。
【０１２５】
フォトレジスト１０５は、実施の形態１と同様にポジ型のフォトレジストを用いる。したがってパターニングの際、フォトレジスト１０５は光の照射された領域がその後の現像処理により除去される。
【０１２６】
次に、フォトマスク１０７を用いて露光処理を行う（図６（Ｂ）参照）。フォトマスク１０７で覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、フォトレジスト１０５は感光されない。一方、フォトマスク１０７に覆われていない領域へは露光光１０９が照射される。露光光１０９はフォトレジスト１０５を感光させ、改質したフォトレジスト１２５に変化させる。
【０１２７】
なお、露光光１０９には、実施の形態１に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光１０９として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いる。
【０１２８】
ここで、フォトマスク１０７に覆われた領域は露光光１０９がフォトマスク１０７によって遮断されるため、酸化物半導体層１０１においてフォトマスク１０７に覆われた領域へは露光光１０９は照射されない。したがって、この領域の酸化物半導体層１０１は光の影響を受けない。
【０１２９】
また、露光光１０９の一部はフォトレジスト１２５を通り抜けた後、酸化物半導体層１０１においてフォトマスク１０７に覆われていない領域に達する。しかし、この領域は後のエッチング処理によって除去されるため、光の影響を受けても問題とされない。
【０１３０】
また酸化物半導体層１０１を通り抜け、さらに下地層１２１を透過した露光光１０９の一部は光透過防止層１０３に到達するが、その大部分は光透過防止層１０３によって吸収される。そのため、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光１０９は効果的に低減される。
【０１３１】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、露光光１０９が基板ステージに到達し、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層１０１への光の影響を防ぐことができる。
【０１３２】
さらに、本実施の形態では光透過防止層１０３は酸化物半導体層１０１よりも基板側に配置されている。そのため、露光光１０９が光透過防止層１０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層１０１に到達する前に、光透過防止層１０３により再度吸収される。したがって、このような構成とすることで、より効果的に基板ステージからの散乱光の酸化物半導体層１０１への影響を防ぐことができる。
【０１３３】
なお、光透過防止層に露光光１０９を反射する材料を用いた場合、光透過防止層によって反射された露光光１０９の一部が酸化物半導体層１０１のエッチングにより除去されないパターンの内側へ回り込む場合がある。しかし酸化物半導体層１０１、及び下地層１２１は十分に薄いため、この回り込む領域は小さく、電気的特性のばらつきは実質的に生じない。
【０１３４】
続いて、露光処理を終えた後に現像処理を行う。現像処理によりフォトマスク１０７で覆われていない領域のフォトレジスト１２５が除去され、レジストマスク１１５が形成される。
【０１３５】
次いで、レジストマスク１１５を用いて酸化物半導体層１０１の不要な部分をエッチングし、島状の酸化物半導体層１１１を形成する（図６（Ｃ））。その後レジストマスク１１５を除去する。
【０１３６】
このようにして、光透過防止層１０３及び下地層１２１上に形成された、島状の酸化物半導体層１１１のパターンを得る（図６（Ｄ））。
【０１３７】
なお、光透過防止層１０３及び下地層１２１を酸化物半導体層１１１と同様の島状のパターンに形成することもできる。その場合は、酸化物半導体層１１１の不要な部分をエッチングした後に、続けてレジストマスク１１５を用いて光透過防止層１０３及び下地層１２１の不要な部分をエッチングし、島状の光透過防止層１１３及び下地層１３１のパターンを形成する。その後レジストマスク１１５を除去することで、図６（Ｅ）に示すような光透過防止層１１３、下地層１３１及び酸化物半導体層１１１が順に積層した島状のパターンが形成される。
【０１３８】
以上のようにして酸化物半導体層１１１を形成することで、パターニングの際の露光装置からの光の影響を受けずに酸化物半導体層１１１を形成することができる。したがって、このような作製工程を経て形成された酸化物半導体層を薄膜トランジスタなどの半導体装置に適用することで、電気的特性ばらつきの小さい半導体装置を作製することができる。
【０１３９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３で示した作製方法で作製した酸化物半導体層を用いて、実施の形態２とは構成の異なる薄膜トランジスタを作製する方法の一例について図７及び図８を用いて説明する。
【０１４０】
本実施の形態で例示するボトムゲート構造の薄膜トランジスタ２４０（以降、薄膜トランジスタ２４０）の構成を図７に示す。図７（Ａ）は薄膜トランジスタ２４０の上面概略図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示す切断線Ｔ−Ｕにおける断面概略図である。
【０１４１】
薄膜トランジスタ２４０は透光性を有する基板１００上に、光透過防止層２０３、下地層２２１が順に積層され、さらに下地層２２１に接して透光性を有するゲート電極層２２９を有する。また、下地層２２１の露出した部分とゲート電極層２２９を覆うようにゲート絶縁層２０７を有する。また、ゲート絶縁層２０７と接してゲート電極層２２９と重畳する酸化物半導体層２１１、及び酸化物半導体層２１１に接し、ゲート電極層２２９の端部と重畳するソース電極層２１７ａとドレイン電極層２１７ｂとを有する。さらにゲート絶縁層２０７及び酸化物半導体層２１１の露出した部分と、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを覆う保護絶縁層２０９を有する。
【０１４２】
次に、薄膜トランジスタ２４０の作製方法について図８を用いて説明する。
【０１４３】
まず、基板１００上に光透過防止層２０３、下地層２２１を形成する。
【０１４４】
基板１００には実施の形態１で用いた基板と同様に、透光性を有する基板を用いる。
【０１４５】
光透過防止層２０３には、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。本実施の形態では、光透過防止層２０３としてアモルファスシリコンをスパッタリング法により１００ｎｍ成膜する。
【０１４６】
下地層２２１は実施の形態３で示したものと同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、下地層２２１として５０ｎｍの酸化珪素膜を高純度不活性ガス下でのスパッタリング法により形成する。
【０１４７】
下地層２２１を以下の工程で形成する酸化物半導体層２０１と基板１００との間に形成することで、基板１００からの酸化物半導体層２０１への不純物元素の拡散を効果的に抑制することができる。また、本実施の形態においては、光透過防止層２０３に半導体であるアモルファスシリコンを用いるため、これと酸化物半導体層２０１とが接触すると電気的特性に影響を及ぼす恐れがあり、これらの層の接触を防ぐ機能も有する。
【０１４８】
次に下地層２２１上に透光性を有するゲート電極層２２９を形成する。
【０１４９】
ゲート電極層２２９には、透光性を有する材料を用いる。本実施の形態で示すボトムゲート構造の薄膜トランジスタは、光透過防止層２０３を有しているので、酸化物半導体層のパターニング工程中に基板１００側へ透過し、基板ステージに到達する露光光１０９は効果的に低減される。さらに、露光光１０９が光透過防止層１０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層１０１に到達する前に、光透過防止層１０３により再度吸収される。よって、基板側からの散乱光がゲート電極層２２９を透過することはないので、酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域が光の影響を受けることは無い。
【０１５０】
透光性を有するゲート電極層２２９に用いる材料としては、例えば導電性の金属酸化物を用いることができる。導電性の金属酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化珪素を含ませたものを用いることができる。
【０１５１】
本実施の形態では透光性を有する材料をゲート電極層２２９に用いたが、実施の形態２に示すような透光性を有しない材料を用いても良い。その場合、基板ステージからの散乱光が光透過防止層１０３で吸収しきれなかったとしても、ゲート電極層によって反射されるため、酸化物半導体層２１１のチャネル形成領域はさらに光の影響を受けにくい。
【０１５２】
ゲート電極層２２９は下地層２２１上に導電層を形成し、第１のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。本実施の形態では、ゲート電極層２２９に用いる導電層として厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜をスパッタリング法により成膜する。この時点での断面概略図を図８（Ａ）に示す。
【０１５３】
こうして形成されたゲート電極層２２９と、下地層２２１の露出した部分とを覆うように、ゲート絶縁層２０７、酸化物半導体層２０１及びフォトレジスト２０５を順に成膜する（図８（Ｂ））。
【０１５４】
ゲート絶縁層２０７には実施の形態２で示したような材料を用いることができる。本実施の形態ではゲート絶縁層２０７として３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により形成する。
【０１５５】
また酸化物半導体層２０１には実施の形態１で示したような材料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２０１としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により酸化物半導体層２０１を１００ｎｍ成膜する。
【０１５６】
またフォトレジストには実施の形態１で示したものと同様に、ポジ型の感光性を有する材料を用いる。
【０１５７】
次に第２のフォトリソグラフィ工程により、酸化物半導体層２０１を選択的にエッチングする方法について説明する。
【０１５８】
まず、フォトマスク（図示しない）を用いて露光を行う。前述のように、フォトマスクに覆われた領域は露光光がフォトマスクによって遮断されるため、酸化物半導体層２０１においてフォトマスクに覆われた領域へは露光光は照射されない。したがって、この領域の酸化物半導体層２０１は光の影響を受けない。また、フォトマスクに覆われていない領域へ照射される露光光（図示しない）の一部はフォトレジスト２０５を通り抜けた後、酸化物半導体層２０１に照射されるが、この領域は後のエッチングにより除去されるため、光の影響を受けても問題とされない。
【０１５９】
酸化物半導体層２０１を通り抜けた露光光の一部はゲート絶縁層２０７及び下地層２２１を透過し、光透過防止層２０３に到達するが、その大部分は光透過防止層２０３によって吸収される。そのため、基板１００側へ透過し、基板ステージ（図示しない）に到達する露光光は効果的に低減される。
【０１６０】
したがって、基板ステージに吸着孔などの凹凸形状があったとしても、露光光が基板ステージに到達し、その凹凸形状で散乱される散乱光は効果的に低減される。その結果、基板ステージからの散乱光の、酸化物半導体層２０１のエッチングにより除去されないパターン内部への回り込みが効果的に低減されるため、酸化物半導体層２０１への光の影響を防ぐことができる。
【０１６１】
さらに、本実施の形態では光透過防止層２０３は酸化物半導体層２０１よりも基板側に配置されている。そのため、露光光が光透過防止層２０３で吸収しきれずにその一部が基板ステージに到達した場合でも、基板ステージからの散乱光は酸化物半導体層２０１に到達する前に、光透過防止層２０３により再度吸収される。したがって、このような構成とすることで、より効果的に基板ステージからの散乱光の酸化物半導体層２０１への影響を防ぐことができる。
【０１６２】
なお、光透過防止層に露光光を反射する材料を用いた場合、光透過防止層によって反射された露光光の一部が酸化物半導体層２０１のエッチングにより除去されないパターンの内側へ回り込む場合がある。しかし酸化物半導体層２０１、ゲート絶縁層２０７、及び下地層２２１は十分に薄いため、この回り込む領域は小さく、電気的特性のばらつきは実質的に生じない。
【０１６３】
このようにして光透過防止層２０３を酸化物半導体層２０１よりも基板側に配置することで、露光光及び基板ステージからの散乱光は光透過防止層２０３によって吸収される。その結果、基板ステージの凹凸形状によらず、酸化物半導体層２０１のチャネル形成領域への光の影響を防ぐことができる。
【０１６４】
なお、露光光には、実施の形態１に示した光を用いることができる。本実施の形態では、露光光として、高圧水銀灯のスペクトル光であるｉ線を用いた。
【０１６５】
続いて、露光処理を終えた後に現像処理を行うことで、レジストマスク２１５が形成される（図８（Ｃ））。
【０１６６】
次に、レジストマスク２１５を用いて、酸化物半導体層２０１の不要な部分をエッチングする。ここでエッチング方法としてウェットエッチングを用いると、酸化物半導体層２０１へのプラズマダメージの影響をなくすことができるため好ましい。本実施の形態では、酢酸、硝酸及び燐酸を含む混酸を用いて酸化物半導体層２０１をエッチングすることにより、島状の酸化物半導体層２１１を形成する。
【０１６７】
酸化物半導体層２１１を形成後、レジストマスク２１５を除去することで、図８（Ｄ）に示す形状となる。
【０１６８】
酸化物半導体層２１１を形成し、レジストマスク２１５を除去した後、第１の加熱処理を行っても良い。第１の加熱処理の温度、時間などの条件はゲート電極層２２９に用いる材料の耐熱性を考慮して最適に適宜設定すればよい。
【０１６９】
また、第１の加熱処理は島状の酸化物半導体層２１１に加工する前の酸化物半導体層２０１に対して行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に第２のフォトリソグラフィ工程を行う。
【０１７０】
続いて、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する。ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂは、ゲート絶縁層２０７の露出した部分及び酸化物半導体層２１１上に導電層を形成し、第３のフォトリソグラフィ工程により該導電層を選択的にエッチングすることで形成することができる。
【０１７１】
ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する導電層の材料としては、実施の形態１で示したような材料を用いることができる。
【０１７２】
本実施の形態では、ソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂを形成する導電層として、厚さ２００ｎｍのＴｉ膜を用いた。
【０１７３】
なお、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層２１１がエッチングされ、分断することのないようにエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッチングし、酸化物半導体層２１１をまったくエッチングしないという条件を得ることは難しく、導電層のエッチングの際に酸化物半導体層２１１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層２１１となることもある。
【０１７４】
次いで保護絶縁層２０９を形成する。保護絶縁層２０９は実施の形態２で示したような材料、方法で形成することができる。なお、保護絶縁層２０９はできるだけ水素が含まれないようにするため、成膜方法に水素を用いないことが重要である。保護絶縁層２０９に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層２１１への浸入、又は水素による酸化物半導体層２１１中の酸素の引き抜きが生じ、酸化物半導体層２１１のバックチャネルが低抵抗化してしまい寄生チャネルが形成されるおそれがある。
【０１７５】
本実施の形態では保護絶縁層２０９として、３０ｎｍの酸化珪素膜をスパッタリング法により成膜した。
【０１７６】
保護絶縁層２０９を形成した後、第２の加熱処理を行っても良い。第２の加熱処理の温度、時間などの条件はゲート電極層２２９に用いる材料の耐熱性を考慮して最適な温度に適宜設定すればよい。
【０１７７】
以上の工程により、薄膜トランジスタ２４０が形成される。この時点の断面概略図を図８（Ｅ）に示す。
【０１７８】
なお、本実施の形態ではボトムゲート型の薄膜トランジスタ２４０の作製方法を説明したが、本発明は例えば図９に示すようなトップゲート型の薄膜トランジスタの作製過程にも適用できる。図９（Ａ）にはソース電極層２１７ａ及びドレイン電極層２１７ｂが酸化物半導体層２１１の下側に接触する、いわゆるボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ２６０の構成を示し、図９（Ｂ）にはこれらが酸化物半導体層２１１の上側に接触する、いわゆるトップコンタクト型の薄膜トランジスタ２８０の構成を示す。このような薄膜トランジスタにおいても、酸化物半導体層よりも基板側に光透過防止層を配置することで、酸化物半導体層のパターニング工程において効果的に基板ステージからの散乱光の影響を抑制することができる。
【０１７９】
以上のように、酸化物半導体層のパターニングの際、基板ステージからの散乱光が酸化物半導体層に回り込むことを抑制した方法で薄膜トランジスタを作製することで、酸化物半導体層へ基板ステージのパターンに依存した、光によるダメージを抑制することができ、基板面内での電気的特性ばらつきの小さい薄膜トランジスタを作製することができる。このような薄膜トランジスタを例えば画像表示デバイスやイメージセンサなどの半導体装置に用いることで、発光輝度等にばらつきの少ない半導体装置を実現できる。
【０１８０】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１８１】
１００ 基板
１０１ 酸化物半導体層
１０３ 光透過防止層
１０５ フォトレジスト
１０７ フォトマスク
１０９ 露光光
１１１ 酸化物半導体層
１１３ 光透過防止層
１１５ レジストマスク
１１７ 基板ステージ
１１９ 散乱光
１２１ 下地層
１２５ フォトレジスト
１３１ 下地層
２００ 薄膜トランジスタ
２０１ 酸化物半導体層
２０３ 光透過防止層
２０５ フォトレジスト
２０７ ゲート絶縁層
２０９ 保護絶縁層
２１１ 酸化物半導体層
２１３ 光透過防止層
２１５ レジストマスク
２１７ａ ソース電極層
２１７ｂ ドレイン電極層
２１９ ゲート電極層
２２０ 薄膜トランジスタ
２２１ 下地層
２２９ ゲート電極層
２４０ 薄膜トランジスタ
２６０ 薄膜トランジスタ
２８０ 薄膜トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基板上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記光透過防止層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記光透過防止層を除去し、
前記光透過防止層と重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法。
【請求項２】
透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法。
【請求項３】
透光性を有する基板上に互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の端部並びに当該間隙を覆う酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に、ポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記光透過防止層上に前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の端部並びに当該間隙に重畳するレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記光透過防止層を除去し、
前記光透過防止層と重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去し、
前記酸化物半導体層に接してゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層に接し、前記間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法。
【請求項４】
透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去し、
前記酸化物半導体層と接し、互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記酸化物半導体層並びに前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層に接してゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層と接し、前記酸化物半導体層並びに前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法。
【請求項１】
透光性を有する基板上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記光透過防止層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記光透過防止層を除去し、
前記光透過防止層と重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法。
【請求項２】
透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去する、半導体膜の作製方法。
【請求項３】
透光性を有する基板上に互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の端部並びに当該間隙を覆う酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に、ポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記光透過防止層上に前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の端部並びに当該間隙に重畳するレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記光透過防止層を除去し、
前記光透過防止層と重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去し、
前記酸化物半導体層に接してゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層に接し、前記間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法。
【請求項４】
透光性を有する基板上に酸化物半導体が吸収する波長帯の光を吸収、又は反射する光透過防止層を形成し、
前記光透過防止層上に酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層上にポジ型の感光性を有するフォトレジスト層を形成し、
前記フォトレジスト層にフォトマスクを介して前記フォトレジスト層が感光する光を照射し、
前記酸化物半導体層上にレジストマスクを形成し、
前記レジストマスクと重なる領域を残して前記酸化物半導体層を除去し、
前記酸化物半導体層と接し、互いに離間したソース電極層及びドレイン電極層を形成し、
前記酸化物半導体層並びに前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層に接してゲート絶縁層を形成し、
前記ゲート絶縁層と接し、前記酸化物半導体層並びに前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の間隙と重畳するゲート電極層を形成する、半導体装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４５５０（Ｐ２０１２−４５５０Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９７１７（Ｐ２０１１−１０９７１７）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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