特許ウォッチ

公開番号2025012144
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114746
出願日2023-07-12
発明の名称半導体装置及び表示装置
出願人株式会社ジャパンディスプレイ
代理人弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
主分類H10D 30/01 20250101AFI20250117BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を含む半導体装置の信頼性を改善すること。
【解決手段】半導体装置は、第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上の多結晶構造を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上のゲート配線と、前記ゲート配線の上の第2絶縁層と、を含み、前記酸化物半導体層は、第1方向に向かって並ぶ、第1領域、第2領域、及び第3領域を有し、前記第1領域は、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート配線と重畳し、前記第3領域は、前記第2絶縁層に接し、前記第2領域の上面から前記第2絶縁層の上面までの距離は、前記第3領域の上面から前記第2絶縁層の上面までの距離よりも長い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の上の多結晶構造を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上のゲート配線と、
前記ゲート配線の上の第２絶縁層と、
を含み、
前記酸化物半導体層は、第１方向に向かって並ぶ、第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域は、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート配線と重畳し、
前記第３領域は、前記第２絶縁層に接し、
前記第２領域の上面から前記第２絶縁層の上面までの距離は、前記第３領域の上面から前記第２絶縁層の上面までの距離よりも長い、半導体装置。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記第２領域は、前記ゲート絶縁層に接するとともに前記ゲート配線と重畳しない、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２領域の上方に位置する前記第２絶縁層の上面は、前記第２領域の上面に対して傾斜している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２領域の上面に対する前記第２絶縁層の上面の傾斜角度は、５°以上２０°以下である、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２領域の上方に位置する前記ゲート絶縁層の上面は、前記第２領域の上面に対して傾斜している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１方向における前記第２領域の長さは、０．３μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
平面視において、前記ゲート配線のうち前記酸化物半導体層と重畳しない部分の端部から所定の距離の範囲内に隣接する前記第２絶縁層の上面は、前記ゲート配線の上面に対して傾斜している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記所定の距離は、０．３μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２絶縁層は、酸化シリコン層を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１領域は、チャネル領域であり、
前記第２領域は、前記チャネル領域よりも抵抗の低い領域である、請求項１に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、半導体装置及び表示装置に関する。特に、本発明の実施形態の一つは、酸化物半導体を含む半導体装置、及び、酸化物半導体を含む半導体装置を用いた表示装置に関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置を構成する材料として、アモルファスシリコン、ポリシリコン、及び単結晶シリコンに替わり、酸化物半導体が注目されている。特に、酸化物半導体を含む半導体装置として、酸化物半導体をチャネルとして用いた薄膜トランジスタの開発が進められている（例えば、特許文献１～６）。酸化物半導体をチャネルとして用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンをチャネルとして用いた半導体装置と同様に、単純な構造かつ低温プロセスで形成することができる。酸化物半導体をチャネルとして用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンをチャネルとして用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度を有することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１４１３３８号公報
特開２０１４－０９９６０１号公報
特開２０２１－１５３１９６号公報
特開２０１８－００６７３０号公報
特開２０１６－１８４７７１号公報
特開２０２１－１０８４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の酸化物半導体を含む薄膜トランジスタは、チャネル長が小さくなるとスイッチング特性を示す閾値電圧が負の方向へシフトしたり、閾値電圧のばらつきが大きくなったりする場合があった。そのため、従来の酸化物半導体を含む薄膜トランジスタは、サイズを小型化するに当たりチャネル長の設計自由度が低く、用途が限定される場合があった。
【０００５】
本発明の課題の一つは、酸化物半導体を含む半導体装置の信頼性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上の多結晶構造を有する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層の上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上のゲート配線と、前記ゲート配線の上の第２絶縁層と、を含み、前記酸化物半導体層は、第１方向に向かって並ぶ、第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、前記第１領域は、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート配線と重畳し、前記第３領域は、前記第２絶縁層に接し、前記第２領域の上面から前記第２絶縁層の上面までの距離は、前記第３領域の上面から前記第２絶縁層の上面までの距離よりも長い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な拡大断面図である。
本発明の一実施形態による水素ブロック効果を説明するための模式的な断面図である。
本発明の一実施形態による水素ブロック効果を説明するための模式的な平面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示すシーケンス図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示すシーケンス図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示すシーケンス図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態の半導体装置における金属酸化物層の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示すシーケンス図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示すシーケンス図である。
本発明の一実施形態における表示装置の全体構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態における表示装置の回路構成を示すブロック図である。
本発明の一実施形態における表示装置の画素回路の構成を示す回路図である。
本発明の一実施形態における表示装置の画素の構成を示す模式的な断面図である。
図３２に示した画素の画素電極及び共通電極の構成を示す模式的な平面図である。
本発明の一実施形態における表示装置の画素回路の構成を示す回路図である。
本発明の一実施形態における表示装置の画素の構成を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態における半導体装置の断面構造を示す図面代用写真である。
本発明の一実施形態における半導体装置の電気特性を示す図である。
ゲート絶縁層のエッチング時におけるオーバーエッチング量とＬＤＤ領域の長さとの関係を示すグラフである。
ゲート絶縁層のエッチング時におけるオーバーエッチング量と電界効果移動度との関係を示すグラフである。
ＬＤＤ領域の長さと電界効果移動度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の開示はあくまで一例にすぎない。当業者が、発明の主旨を保ちつつ、実施形態の構成を適宜変更することによって容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【０００９】
本発明の各実施の形態において、基板から酸化物半導体層に向かう方向を上又は上方という。逆に、酸化物半導体層から基板に向かう方向を下又は下方という。このように、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、基板と酸化物半導体層との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。以下の説明で、例えば基板上の酸化物半導体層という表現は、上記のように基板と酸化物半導体層との上下関係を説明しているに過ぎず、基板と酸化物半導体層との間に他の部材が配置されていてもよい。上方又は下方は、複数の層が積層された構造における積層順を意味するものであり、「トランジスタの上方の画素電極」と表現する場合、平面視において、トランジスタと画素電極とが重ならない位置関係であってもよい。一方、「トランジスタの鉛直上方の画素電極」と表現する場合は、平面視において、トランジスタと画素電極とが重なる位置関係を意味する。
【００１０】
「表示装置」とは、電気光学層を用いて映像を表示する構造体を指す。例えば、表示装置という用語は、電気光学層を含む表示パネルを指す場合もあり、又は表示セルに対して他の光学部材（例えば、偏光部材、バックライト、タッチパネル等）を装着した構造体を指す場合もある。「電気光学層」には、技術的な矛盾が生じない限り、液晶層、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）層、エレクトロクロミック（ＥＣ）層、電気泳動層が含まれ得る。したがって、後述する実施形態について、表示装置として、液晶層を含む液晶表示装置、及び有機ＥＬ層を含む有機ＥＬ表示装置を例示して説明するが、本実施形態における構造は、上述した他の電気光学層を含む表示装置へ適用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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