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公開番号2025000952
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-07
出願番号2024173996,2023093921
出願日2024-10-03,2013-12-24
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H10D 30/67 20250101AFI20241224BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を用いた信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】、酸化物半導体層と、酸化物半導体層に接する絶縁層と、酸化物半導体層と
重なるゲート電極層と、酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極層及びドレイン電
極層と、を有し、酸化物半導体層は、10nm以下のサイズの結晶を有する第1の領域と
、第1の領域を挟んで絶縁層と重なり、c軸が酸化物半導体層の表面の法線ベクトルと平
行な方向に揃った結晶部を有する第2の領域と、を含む半導体装置を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上に位置する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上面と接する領域を有する第１の酸化物半導体層と、
前記第１の酸化物半導体層の上面と接する領域を有する第２の酸化物半導体層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記第２の導電層上及び前記第３の導電層上に位置する第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は、酸化シリコンを有し、
前記第２の酸化物半導体層は、ｃ軸配向性を有する結晶部を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層よりも高い結晶性を有し、
前記第２の酸化物半導体層における水素の濃度は、前記第１の酸化物半導体層における水素の濃度よりも低い、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上に位置する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上面と接する領域を有する第１の酸化物半導体層と、
前記第１の酸化物半導体層の上面と接する領域を有する第２の酸化物半導体層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記第２の導電層上及び前記第３の導電層上に位置する第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は、酸化シリコンを有し、
前記第２の酸化物半導体層は、ｃ軸配向性を有する結晶部を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層よりも高い結晶性を有し、
前記第２の酸化物半導体層におけるシリコンの濃度は、前記第１の酸化物半導体層におけるシリコンの濃度よりも低い、半導体装置。
【請求項３】
トランジスタのゲート電極としての機能を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層上に位置する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上面と接する領域を有する第１の酸化物半導体層と、
前記第１の酸化物半導体層の上面と接する領域を有する第２の酸化物半導体層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の一方としての機能を有する第２の導電層と、
前記第２の酸化物半導体層上に位置し、前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方としての機能を有する第３の導電層と、
前記第２の導電層上及び前記第３の導電層上に位置する第２の絶縁層と、を有し、
前記第１の絶縁層は、酸化シリコンを有し、
前記第２の酸化物半導体層は、ｃ軸配向性を有する結晶部を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層よりも高い結晶性を有し、
前記第２の酸化物半導体層における水素の濃度は、前記第１の酸化物半導体層における水素の濃度よりも低く、
前記第２の酸化物半導体層におけるシリコンの濃度は、前記第１の酸化物半導体層におけるシリコンの濃度よりも低い、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、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、本発明は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆
動方法、または、それらの製造方法に関する。例えば、本発明は、酸化物半導体を有する
半導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。
続きを表示（約 1,400 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
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路、表示装置、発光装置及び電子機器は全て半導
体装置である。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体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）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は半導
体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半導体特性
を示す金属酸化物（酸化物半導体）が注目されている。
【０００４】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎなどを含む非晶質酸化物を用いて
トランジスタを作製する技術が特許文献１で開示されている。
【０００５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的容易にトランジスタ特性を得られるものの
、酸化物半導体膜が非晶質化しやすく物性が不安定であるため、信頼性の確保が困難であ
る。
【０００６】
一方、結晶性酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、非晶質酸化物半導体膜を用いたト
ランジスタと比較して、優れた電気特性及び信頼性を有することが報告されている（非特
許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－１６５５２９号公報
【非特許文献】
【０００８】
ＳｈｕｎｐｅｉＹａｍａｚａｋｉ，ＪｕｎＫｏｙａｍａ，ＹｏｓｈｉｔａｋａＹａｍａｍｏｔｏａｎｄＫｅｎｊｉＯｋａｍｏｔｏ， ”Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ” ＳＩＤ２０１２ＤＩＧＥＳＴｐｐ１８３－１８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一態様は、酸化物半導体を含み、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題
の一とする。
【００１０】
または、本発明の一態様は、オフ電流の低いトランジスタなどを提供することを課題の一
とする。または、本発明の一態様は、ノーマリーオフ特性を有するトランジスタなどを提
供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、しきい値電圧の変動や劣化の
少ないトランジスタなどを提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、
消費電力の低い半導体装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は
、目に優しい表示装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、透
明な半導体層を用いた半導体装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一
態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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