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公開番号2024055906
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-19
出願番号2024022532,2023024511
出願日2024-02-19,2015-02-23
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H10B 12/00 20230101AFI20240412BHJP()
要約【課題】半導体装置に良好な電気特性を付与する。
【解決手段】プローブ径の半値幅が1nmである電子線を用いて、酸化物半導体膜の被形
成面に対して膜の位置と電子線の位置とを相対的に移動させながら電子線を照射すること
により、複数の電子回折パターンを観測し、複数の電子回折パターンは、互いに異なる箇
所で観測された50個以上の電子回折パターンを有し、50個以上の電子回折パターンの
うち、第1の電子回折パターンを有する割合と、第2の電子回折パターンを有する割合の
和が、100%であり、第1の電子回折パターンを有する割合は50%以上であり、第1
の電子回折パターンは、対称性を有さない観測点、または円を描くように配置された複数
の観測点を有し、第2の電子回折パターンは、六角形の頂点に位置する観測点を有する酸
化物半導体膜である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
第１のトランジスタの第１のチャネル形成領域を有する第１の層と、
前記第１の層上の領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上の領域を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上面に接する領域を有する第２の導電層と、
前記第２の絶縁膜の上面に接する領域を有する第３の導電層と、
前記第２の導電層の上面に接する領域及び前記第３の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の領域を有し、且つ第２のトランジスタの第２のチャネル形成領域を有する第２の層と、
前記第２の層の上面に接する領域を有する第４の導電層と、
前記第２の層の上面に接する領域を有する第５の導電層と、
前記第２の層の上の領域を有する第４の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上の領域を有する第６の導電層と、を有し、
前記第１の層は、シリコンを有し、
前記第２の層は、インジウム、ガリウム、および亜鉛を有し、
前記第５の導電層は、前記第１の導電層と電気的に接続され、
前記第４の導電層は、前記第１のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続され、
前記第６の導電層は、前記第２の層を介して前記第２の導電層と重なる領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第１の層と重なる領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第２の層と重なる領域を有し、
前記第３の導電層は、前記第２の絶縁膜を介して前記第１の導電層と重なる領域を有し、
前記第３の導電層は、容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第１の導電層は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する、半導体装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
第１のトランジスタの第１のチャネル形成領域を有する第１の層と、
前記第１の層上の領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上の領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上の領域を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上面に接する領域を有する第２の導電層と、
前記第２の絶縁膜の上面に接する領域を有する第３の導電層と、
前記第２の導電層の上面に接する領域及び前記第３の導電層の上面に接する領域を有する第３の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上の領域を有し、且つ第２のトランジスタの第２のチャネル形成領域を有する第２の層と、
前記第２の層の上面に接する領域を有する第４の導電層と、
前記第２の層の上面に接する領域を有する第５の導電層と、
前記第２の層の上の領域を有する第４の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上の領域を有する第６の導電層と、を有し、
前記第１の層は、シリコンを有し、
前記第２の層は、インジウム、ガリウム、および亜鉛を有し、
前記第５の導電層は、前記第１の導電層と電気的に接続され、
前記第４の導電層は、前記第１のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続され、
前記第６の導電層は、前記第２のトランジスタの第１のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第２のトランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第１の層と重なる領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第２の層と重なる領域を有し、
前記第３の導電層は、前記第２の絶縁膜を介して前記第１の導電層と重なる領域を有し、
前記第３の導電層は、容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第１の導電層は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第６の導電層は、前記第２の導電層と電気的に接続される、半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第２の導電層は、前記第２のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第３の導電層は、前記第２のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方として機能する領域を有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第２の絶縁膜は、バリア膜としての機能を有し、
前記第２の絶縁膜は、窒素と、シリコンと、を有する、半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記第３の絶縁膜は、酸素と、シリコンと、を有する、半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第２の層は、複数の結晶を有し、
前記第２の層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有し、
前記第２の層が有するインジウムとガリウムおよび亜鉛との原子比は、インジウム：元素Ｍ：亜鉛＝ｘ：ｙ：ｚを満たし、
前記ｘ、前記ｙ及び前記ｚはインジウム、ガリウム及び亜鉛の３つの元素を頂点とした平衡状態図において、第１の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝８：１４：７）と、第２の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝２：４：３）と、第３の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝２：５：７）と、第４の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝５１：１４９：３００）と、第５の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝４６：２８８：８３３）と、第６の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝０：２：１１）と、第７の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝０：０：１）と、第８の座標（ｘ：ｙ：ｚ＝１：０：０）と、前記第１の座標と、を順番に線分で結んだ範囲内の原子数の比を有し、前記範囲は、前記第１の座標乃至前記第６の座標を含み、前記第７の座標及び前記第８の座標を含まず、
プローブ径の半値幅が１ｎｍである電子線を、前記第２の層の被形成面に対して照射して観察された電子回折パターンが、スポットが対称に配置されていないパターン、またはスポットが円を描くように配置されたパターンである、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特
に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それら
の駆動方法、または、それらの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【０００２】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる
装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は、半導体装置の一態様である。また、演算
装置、記憶装置、撮像装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池
等を含む）、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００３】
インジウムや、亜鉛を有する酸化物についての物性は興味深く、多く研究されている（
非特許文献１、非特許文献２）。非特許文献１では、Ｉｎ
１－ｘ
Ｇａ
１＋ｘ
Ｏ
３
（ＺｎＯ
）
ｍ
（ｘは－１≦ｘ≦１を満たす数、ｍは自然数）で表されるホモロガス相が存在するこ
とが述べられている。また、ホモロガス相の固溶域（ｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｒ
ａｎｇｅ）について述べられている。例えば、Ｉｎ
２
Ｏ
３
、Ｇａ
２
Ｏ
３
、及びＺｎＯの粉
末を混合し、１３５０℃で焼成した場合に、ｍ＝１の場合のホモロガス相の固溶域は、ｘ
が－０．３３から０．０８の記載があり、ｍ＝２の場合のホモロガス相の固溶域は、ｘが
－０．６８から０．３２の記載がある。
【０００４】
また、スピネル型の結晶構造を有する化合物として、ＡＢ
２
Ｏ
４
（Ａ及びＢは金属）で
表される化合物が知られている。また非特許文献１ではＩｎ
ｘ
Ｚｎ
ｙ
Ｇａ
ｚ
Ｏ
ｗ
の例が示
されており、ｘ，ｙ及びｚがＺｎＧａ
２
Ｏ
４
近傍の組成、つまりｘ，ｙ及びｚが（ｘ，ｙ
，ｚ）＝（０，１，２）に近い値を有する場合には、スピネル型の結晶構造が形成、ある
いは混在しやすいことが記載されている。
【０００５】
また、半導体材料を用いてトランジスタ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（単に表示装置とも表記する）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材料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。
【０００６】
例えば、酸化物半導体として酸化亜鉛、またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物半導体を用い
てトランジスタを作製する技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００７】
また、近年では電子機器の高性能化、小型化、または軽量化に伴い、微細化されたトラ
ンジスタなどの半導体素子を高密度に集積した集積回路の要求が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
【非特許文献】
【０００９】
Ｍ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｎ．Ｋｉｍｉｚｕｋａ，ａｎｄＴ．Ｍｏｈｒｉ，「ＴｈｅＰｈａｓｅＲｅｌａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅＩｎ２Ｏ３－Ｇａ２ＺｎＯ４－ＺｎＯＳｙｓｔｅｍａｔ１３５０℃」，Ｊ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ．、１９９１、Ｖｏｌ．９３，ｐｐ．２９８－３１５
Ｍ．Ｎｅｓｐｏｌｏ，Ａ．Ｓａｔｏ，Ｔ．Ｏｓａｗａ，ａｎｄＨ．Ｏｈａｓｈｉ，「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＣｒｙｓｔａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＣｈａｒｇｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＩｎＧａＺｎＯ４．Ｘ－ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆ２０ｋｂＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌａｎｄ５０ｋｂＴｗｉｎｂｙＲｅｔｉｃｕｌａｒＭｅｒｏｈｅｄｒｙ」Ｃｒｙｓｔ．Ｒｅｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２０００Ｖｏｌ．３５，ｐｐ１５１－１６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一態様は、半導体装置に良好な電気特性を付与することを課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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