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公開番号2025013365
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024186732,2023097923
出願日2024-10-23,2010-09-15
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 20250101AFI20250117BHJP()
要約【課題】電気特性が良好で信頼性の高い半導体装置及び当該半導体装置をスイッチング素
子として用いた表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】酸化物半導体層を用いたトランジスタにおいて、該酸化物半導体層の少なく
とも一表面側に該表面と垂直な方向にc軸成長し、該表面に平行なa-b面を有する針状
結晶群を有し、該針状結晶群以外の部分は非晶質又は非晶質と微結晶とが混在している構
成とすることによって、電気特性が良好で信頼性の高い半導体装置を作製することができ
る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁表面上にゲート電極層と、
前記ゲート電極層上にゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、
前記ゲート絶縁層上に前記酸化物半導体層の一部と重なるソース電極層及びドレイン電極層と、
前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層上に前記酸化物半導体層と接する酸化物絶縁層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、少なくとも一表面側に該表面と垂直な方向にｃ軸成長し、該表面に平行なａ－ｂ面を有する針状結晶群を有し、
該針状結晶群中の針状結晶はａ軸方向またはｂ軸方向の長さに対してｃ軸方向の長さが５倍以上あり、
該針状結晶群以外の領域は非晶質又は非晶質と微結晶とが混在している領域である、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜を用いる半導体装置と、該半導体装置を用いた表示
装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数ｎｍ以上数百ｎｍ以下程
度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トラン
ジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置の
スイッチング素子として開発が急がれている。金属酸化物は多様に存在し、さまざまな用
途に用いられている。酸化インジウムはよく知られた材料であり、液晶ディスプレイなど
で必要とされる透明電極材料として用いられている。
【０００３】
金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示す金属酸化物としては
、例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛などがあり、このよ
うな半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域に用いる薄膜トランジスタが既に知
られている（特許文献１及び特許文献２）。
【０００４】
また、酸化物半導体を適用したトランジスタは、非晶質構造の半導体を用いたトランジス
タとしては比較的電界効果移動度が高い。そのため、当該トランジスタを用いて、表示装
置などの駆動回路を構成することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
絶縁表面上に複数の異なる回路を形成する場合、例えば、画素部と駆動回路を同一基板上
に形成する場合には、画素部に用いるトランジスタは、優れたスイッチング特性、例えば
オンオフ比が大きいことが要求され、駆動回路に用いるトランジスタには高速動作が要求
される。特に、表示装置の精細度が高精細であればあるほど、表示画像の書き込み時間が
短くなるため、駆動回路に用いるトランジスタは高速で動作することが好ましい。
【０００７】
本発明の一態様は、電気特性が良好で信頼性の高い半導体装置及び当該半導体装置をスイ
ッチング素子として用いた表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、チャネル形成領域を形成する酸化物半導体層において、その少なくと
も一表面側に該表面と垂直な方向にｃ軸成長し、該表面に平行なａ－ｂ面を有する針状結
晶群を有し、該針状結晶群以外の領域は非晶質又は非晶質と微結晶とが混在している領域
であることを特徴とする半導体装置である。
【０００９】
本発明の一態様は、少なくとも一表面側に該表面と垂直な方向にｃ軸成長し、該表面に平
行なａ－ｂ面を有する針状結晶群を有し、該針状結晶群中の針状結晶はａ軸方向またはｂ
軸方向の長さに対してｃ軸方向の長さが５倍以上あり、該針状結晶群以外の領域は非晶質
又は非晶質と微結晶とが混在している領域であることを特徴とする酸化物半導体膜である
。
【００１０】
本発明の他の一態様は、絶縁表面を有する基板上にゲート電極層と、ゲート電極層上にゲ
ート絶縁層と、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層と、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層の
一部と重なるソース電極層及びドレイン電極層と、ソース電極層及びドレイン電極層上に
酸化物半導体層と接する酸化物絶縁層と、を有し、酸化物半導体層は、少なくとも一表面
側に該表面と垂直な方向にｃ軸成長し、該表面に平行なａ－ｂ面を有する針状結晶群を有
し、該針状結晶群中の針状結晶はａ軸方向またはｂ軸方向の長さに対してｃ軸方向の長さ
が５倍以上あり、該針状結晶群以外の領域は非晶質又は非晶質と微結晶とが混在している
領域であることを特徴とする半導体装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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