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公開番号2024180667
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024184915,2023132772
出願日2024-10-21,2010-11-29
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 20060101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高い信頼性を有する直流変換回路を提供する。
【解決手段】流れる電流の変化に応じて起電力が発生する誘導素子と、ゲート、ソース、
及びドレインを有し、オン状態又はオフ状態になることにより、誘導素子における起電力
の発生を制御するトランジスタと、トランジスタがオフ状態のときに導通状態になる整流
素子と、トランジスタのオン状態又はオフ状態を制御する制御回路と、を具備し、トラン
ジスタは、チャネル形成層として水素濃度が5×10¹⁹atoms/cm³以下である
酸化物半導体層を有する構成とする。
【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の導電層の上層に配置された領域を有し、かつ、トランジスタのチャネル形成領域を有する半導体層と、
前記半導体層と接する領域を有し、かつ、前記半導体層の上層に配置された領域を有する第２の導電層と、
前記半導体層と接する領域を有し、前記半導体層の上層に配置された領域を有し、かつ、前記第１の導電層と電気的に接続された第３の導電層と、
前記トランジスタのゲート電極としての機能を有し、かつ、前記半導体層の上層に配置された領域を有する絶縁層を介して、前記半導体層との重なりを有する第４の導電層と、
前記第３の導電層と電気的に接続され、かつ、前記第３の導電層の上層に配置された領域を有し、かつ、前記絶縁層の上層に配置された領域を有する第５の導電層と、を有し、
前記第３の導電層は、前記半導体層を介して前記第１の導電層との重なりを有し、
前記第４の導電層は、前記絶縁層及び前記半導体層を介して前記第１の導電層との重なりを有し、
前記第１の導電層は、前記第２の導電層よりも面積が大きい、
半導体装置。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
第１の導電層と、
前記第１の導電層の上層に配置された領域を有し、かつ、トランジスタのチャネル形成領域を有する半導体層と、
前記半導体層と接する領域を有し、かつ、前記半導体層の上層に配置された領域を有する第２の導電層と、
前記半導体層と接する領域を有し、前記半導体層の上層に配置された領域を有し、かつ、前記第１の導電層と電気的に接続された第３の導電層と、
前記トランジスタのゲート電極としての機能を有し、かつ、前記半導体層の上層に配置された領域を有する絶縁層を介して、前記半導体層との重なりを有する第４の導電層と、
前記第３の導電層と電気的に接続され、かつ、前記第３の導電層の上層に配置された領域を有し、かつ、前記絶縁層の上層に配置された領域を有する第５の導電層と、を有し、
前記第３の導電層は、前記半導体層を介して前記第１の導電層との重なりを有し、
前記第４の導電層は、前記絶縁層及び前記半導体層を介して前記第１の導電層との重なりを有し、
前記第１の導電層は、前記第２の導電層よりも面積が大きく、
前記第１の導電層と前記半導体層とが重なる領域の面積は、前記第２の導電層と前記半導体層とが重なる領域の面積よりも大きい、
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の導電層は、前記第１の導電層との重なりを有さない、
半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一形態は、直流変換回路に関する。また、電源回路に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、様々な電子機器において、例えば電圧変動が大きい電圧から安定した値の電源電圧
を生成する場合、又は複数の異なる値の電源電圧が必要となる場合などに、ある値の直流
電圧を別の値の直流電圧に変換する回路（直流変換回路又はＤＣ－ＤＣコンバータともい
う）が用いられている。
【０００３】
直流変換回路としては、例えばコイル、ダイオード、及びトランジスタを用いて構成され
る非絶縁型直流変換回路と呼ばれるものがある（例えば特許文献１）。該非絶縁型直流変
換回路は、回路面積が小さく、また、製造コストが低いという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭５８－０８６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の直流変換回路は、信頼性が低いといった問題がある。問題の一つと
して例えば直流変換回路では、比較的高い電圧を扱うため、例えば直流変換回路を構成す
るトランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）に一定値以上の高電圧が印加されることによ
り、該トランジスタの絶縁破壊が起こる可能性がある。
【０００６】
本発明の一態様は、直流変換回路の信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態は、電子供与体（ドナー）となる不純物を極力除去することにより高純度
化させた、真性又は実質的に真性な半導体であり、シリコン半導体よりもエネルギーギャ
ップが大きい酸化物半導体をチャネル形成層に有するトランジスタを用いて直流変換回路
を構成するものである。これにより直流変換回路における信頼性の向上を図る。本発明の
一態様に用いられる酸化物半導体のエネルギーギャップは、例えば２ｅＶ以上、好ましく
は２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上とする。
【０００８】
なお、高純度化とは、酸化物半導体層中の水素を極力排除すること、及び酸化物半導体層
に酸素を供給して、酸化物半導体層中の酸素欠乏に起因する欠陥を低減することの少なく
とも一方を含む概念である。
【０００９】
また、酸化物半導体に含まれる水素濃度は、５×１０
１９
／ｃｍ
３
以下、好ましくは５×
１０
１８
／ｃｍ
３
以下、より好ましくは５×１０
１７
／ｃｍ
３
以下、又は１×１０
１６
／
ｃｍ
３
以下である。また、酸化物半導体に含まれる水素若しくはＯＨ基は除去される。ま
た、キャリア濃度は、１×１０
１２
／ｃｍ
３
未満、好ましくは１×１０
１１
／ｃｍ
３
未満
である。
【００１０】
酸化物半導体層は、四元系金属酸化物であるＩｎ－Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜や、三元系金
属酸化物であるＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ－
Ｏ膜、Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ａｌ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ｓｎ－Ａｌ－Ｚｎ－Ｏ膜や、
二元系金属酸化物であるＩｎ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ｓｎ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ａｌ－Ｚｎ－Ｏ膜、Ｚｎ
－Ｍｇ－Ｏ膜、Ｓｎ－Ｍｇ－Ｏ膜、Ｉｎ－Ｍｇ－Ｏ膜、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｏ膜や、Ｉｎ－Ｏ膜
、Ｓｎ－Ｏ膜、Ｚｎ－Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いて形成することができる。また、
上記酸化物半導体膜にＳｉＯ
２
が含まれていてもよい。なお、ここで、例えば、Ｉｎ－Ｓ
ｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ膜とは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛
（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。
（【００１１】以降は省略されています）

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