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公開番号2024152667
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-25
出願番号2024062675
出願日2024-04-09
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 20060101AFI20241018BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】良好な電気特性を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第1の導電層と、第1の導電層上の第1の絶縁層と、第1の絶縁層上の酸化物半導体層と、酸化物半導体層上の、第2の導電層及び第3の導電層、及び第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の第4の導電層と、を有する。第2の導電層及び第3の導電層のそれぞれは、タンタルと、窒素と、を有する。第2の導電層及び第3の導電層のそれぞれにおいて、タンタルの第1の結合状態の存在比が3%以下であって、タンタルの第2の結合状態の存在比が5%以上である。第1の結合状態は、金属タンタルの結合状態、及びタンタルあたりの窒素が化学量論的に小さい窒化タンタルの結合状態であり、第2の結合状態は、タンタルあたりの窒素が化学量論的に等しい窒化タンタルの結合状態である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電層と、
前記第１の導電層上の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、第２の導電層、第３の導電層、及び第２の絶縁層と、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層上の第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上の第４の導電層と、
を有し、
前記第３の絶縁層には、前記酸化物半導体層に達する開口部が設けられ、
前記第２の絶縁層及び前記第４の導電層は、前記開口部に配置され、
前記第３の絶縁層の上面の高さは、前記第４の導電層の上面の高さと一致し、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれは、タンタルと、窒素と、を有し、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれにおいて、タンタルの第１の結合状態の存在比が３％以下であって、タンタルの第２の結合状態の存在比が５％以上であり、
前記第１の結合状態は、金属タンタルの結合状態、及びタンタルあたりの窒素が化学量論的に小さい窒化タンタルの結合状態であり、
前記第２の結合状態は、タンタルあたりの窒素が化学量論的に等しい窒化タンタルの結合状態である、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第１の結合状態の存在比、及び前記第２の結合状態の存在比は、Ｘ線光電子分光法により取得されるタンタル４ｆのＸＰＳスペクトルの波形解析を行うことで算出される、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２の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれは、ＸＲＤスペクトルにおいて、２θ＝３５．５±１．０ｄｅｇの範囲にピーク位置を有する第１のピークと、２θ＝４１．２±２．０ｄｅｇの範囲にピーク位置を有する第２のピークと、を有し、
前記第１のピークのピーク高さに対する前記第２のピークのピーク高さの比は、０．２以上１．０以下である、半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記酸化物半導体層は、インジウム及び亜鉛の一方又は両方を有する、半導体装置。
【請求項５】
第１の導電層と、
前記第１の導電層上の第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、第２の導電層、第３の導電層、及び第２の絶縁層と、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層上の第３の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上の第４の導電層と、
を有し、
前記第３の絶縁層には、前記酸化物半導体層に達する開口部が設けられ、
前記第２の絶縁層及び前記第４の導電層は、前記開口部に配置され、
前記第３の絶縁層の上面の高さは、前記第４の導電層の上面の高さと一致し、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれは、ＸＲＤスペクトルにおいて、２θ＝３５．５±１．０ｄｅｇの範囲にピーク位置を有する第１のピークと、２θ＝４１．２±２．０ｄｅｇの範囲にピーク位置を有する第２のピークと、を有し、
前記第１のピークのピーク高さに対する前記第２のピークのピーク高さの比は、０．２以上１．０以下である、半導体装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２の導電層及び前記第３の導電層のそれぞれは、タンタルと、窒素と、を有する、半導体装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記酸化物半導体層は、インジウム及び亜鉛の一方又は両方を有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体装置、記憶装置、表示装置、及び電子機器に関する。また、本発明の一態様は、半導体装置の作製方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサ）、入出力装置（例えば、タッチパネル）、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等）、半導体素子を含む回路、半導体素子を含む回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置であり、かつ、それぞれが半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年、半導体装置の開発が進められ、ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリなどに主に用いられている。ＣＰＵは、半導体ウエハを加工し、チップ化された半導体集積回路（少なくともトランジスタ）を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。
【０００５】
ＬＳＩ、ＣＰＵ、メモリなどの半導体回路（ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ）は、回路基板、例えばプリント配線基板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。
【０００６】
また、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜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）、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。
【０００７】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいことが知られている。例えば、特許文献１には、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用した低消費電力のＣＰＵなどが開示されている。また、例えば、特許文献２には、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が小さいという特性を応用して、長期にわたり記憶内容を保持することができる記憶装置などが、開示されている。
【０００８】
また、近年では電子機器の小型化、軽量化に伴い、集積回路のさらなる高密度化への要求が高まっている。また、集積回路を含む半導体装置の生産性の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－２５７１８７号公報
特開２０１１－１５１３８３号公報
【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、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、オン電流が大きい半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、トランジスタの電気特性のばらつきが少ない半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、信頼性が良好な半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。本発明の一態様は、低消費電力の半導体装置を提供することを課題の一つとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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