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公開番号2023129724
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-09-14
出願番号2023124639,2021198377
出願日2023-07-31,2014-05-13
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01L 29/786 20060101AFI20230907BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】酸化物半導体を用いた半導体装置において、ゲートBTストレスによる寄生チャ
ネルの形成を抑制した半導体装置を提供する。または、電気特性の優れたトランジスタを
有する半導体装置を提供する。
【解決手段】第1のゲート電極及び第2のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設けられる
デュアルゲート構造のトランジスタであって、第1のゲート電極または第2のゲート電極
と酸化物半導体膜との間に設けられるゲート絶縁膜を有し、第1のゲート電極または第2
のゲート電極と、酸化物半導体膜の側面とが、トランジスタのチャネル幅方向において、
ゲート絶縁膜を介して対向する半導体装置である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の第２のゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、チャネル形成領域を有し、
チャネル幅方向の断面視において、前記第２のゲート電極は、前記第１のゲート電極の端部より外側に位置する第１の領域を有し、
前記第１の領域において、前記第２のゲート電極の底面は、前記酸化物半導体膜の上面よりも下方に位置する半導体装置。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の第２のゲート電極と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、チャネル形成領域を有し、
チャネル幅方向の断面視において、前記第２のゲート電極は、前記第１のゲート電極の端部より外側に位置する第１の領域を有し、
前記第１の領域において、前記第２のゲート電極の底面は、前記酸化物半導体膜の底面よりも下方に位置する半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
チャネル幅方向の断面視において、前記第１の絶縁膜は、前記チャネル形成領域と重なる第２の領域を有し、
チャネル幅方向の断面視において、前記第１の絶縁膜は、前記第２のゲート電極の端部より外側に位置する第３の領域を有し、
前記第２の領域の第１の絶縁膜の膜厚は、前記第２の領域の第１の絶縁膜の膜厚よりも大きい半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体膜を有するトランジスタを備えた半導体装置及びその作製方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と
もいう。）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは、集積回路（ＩＣ）や画
像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適
用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料と
して酸化物半導体が注目されている。
【０００３】
例えば、トランジスタの活性層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）及び亜
鉛（Ｚｎ）を含む酸化物半導体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
。）。
【０００４】
また、酸化物半導体層を、積層構造とすることで、キャリアの移動度を向上させる技術
が開示されている（特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００６－１６５５２８号公報
特開２０１１－１３８９３４号公報
特開２０１１－１２４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体膜に含まれる欠陥量が多
いことは、トランジスタの電気特性の不良に繋がると共に、時間経過やストレス試験（例
えば、ＢＴ（Ｂｉａｓ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）において、しきい値電
圧の変動量が増大することの原因となる。
【０００７】
例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタは、ゲートＢＴストレス（特にプラスバイ
アス）印加後のトランジスタ特性（ドレイン電流－ゲート電圧曲線（Ｉｄ－Ｖｇ曲線））
において、しきい値電圧におけるドレイン電流の上昇が段階的になる不良が発生する。こ
れは、ゲート電極と重なる酸化物半導体膜の側面において、酸化物半導体のｎ型化による
寄生チャネルが形成されることが原因と考えられる。酸化物半導体膜の側面は、素子分離
のための加工におけるダメージにより欠陥が形成される共に、不純物付着などにより汚染
される。そのため、当該領域に電界などのストレスが与えられると、酸化物半導体膜の端
部は活性化してｎ型（低抵抗）となりやすく、結果として寄生チャネルが形成される。
【０００８】
また、酸化物半導体膜に含まれる欠陥として、酸素欠損がある。例えば、酸化物半導体
膜中に酸素欠損が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧が
マイナス方向に変動しやすく、ノーマリーオン特性となりやすい。これは、酸化物半導体
膜に含まれる酸素欠損に起因して電荷が生じ、低抵抗化するためである。トランジスタが
ノーマリーオン特性を有すると、半導体装置の動作時に動作不良が発生しやすくなる、ま
たは非動作時の消費電力が高くなるなどの、様々な問題が生じる。また、時間経過やスト
レス試験により、トランジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大する
という問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた半導体装置において、ゲートＢＴス
トレスによる寄生チャネルの形成を抑制した半導体装置を提供することを課題の一とする
。または、電気特性の優れたトランジスタを有する半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、第１のゲート電極及び第２のゲート電極の間に酸化物半導体膜が設
けられるデュアルゲート構造のトランジスタであって、第１のゲート電極及び第２のゲー
ト電極と酸化物半導体膜との間に設けられるゲート絶縁膜を有し、トランジスタのチャネ
ル幅方向において、第１のゲート電極または第２のゲート電極と、酸化物半導体膜の側面
とが、ゲート絶縁膜を介して対向する半導体装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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