特許ウォッチ

公開番号2025016437
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024161040,2023186416
出願日2024-09-18,2016-03-01
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H10B 12/00 20230101AFI20250128BHJP()
要約【課題】電気特性の良好なトランジスタ、電気特性の安定したトランジスタ及び集積度の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置において、トランジスタ100は、第1の絶縁体103と、酸化物半導体104bと、第2の絶縁体105と、第1の導電体106と、第1の導電体の側壁に形成される第3の絶縁体108と、酸化物半導体の上面、酸化物半導体の側面及び第3の絶縁体の側面と接する第2の導電体109a及び第3の導電体109bと、第2の導電体の側面及び第3の導電体の側面と接する第4の絶縁体110と、第4の絶縁体、第2の導電体及び第3の導電体の上面に接する第5の絶縁体111と、を有し、第4の絶縁体の上面は概略平坦な領域を有し、酸化物半導体は、第1の導電体と重なる第1の領域と、第1の領域よりも抵抗の低い第2の領域135と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
チャネル形成領域にシリコンを有する第１のトランジスタのゲートがチャネル形成領域に酸化物半導体を有する第２のトランジスタのソース又はドレインの一方及び容量素子の一方の電極と電気的に接続された半導体装置であって、
第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体の上面に接する領域を有する第１の導電体と、
前記第１の絶縁体の上面に接する領域を有する第２の導電体と、
前記第１の導電体の上方の領域及び前記第２の導電体の上方の領域を有する第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体の上方の領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上方の領域を有する第３の導電体と、
前記第１の絶縁体の下方の領域を有する第４の導電体と、を有し、
前記酸化物半導体層は、前記第２のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第３の導電体は、前記酸化物半導体層を介して前記第１の導電体と重なる領域を有し、
前記第３の導電体は、前記第２のトランジスタの第１のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第１の導電体は、前記第２のトランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第４の導電体は、前記容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第２の導電体は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有し、
前記第２のトランジスタのソース電極は、前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、
前記第２のトランジスタのドレイン電極は、前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有する、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
チャネル形成領域にシリコンを有する第１のトランジスタのゲートがチャネル形成領域に酸化物半導体を有する第２のトランジスタのソース又はドレインの一方、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する第３のトランジスタのソース又はドレインの一方及び容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方がチャネル形成領域にシリコンを有する第４のトランジスタの一方と電気的に接続された半導体装置であって、
第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体の上面に接する領域を有する第１の導電体と、
前記第１の絶縁体の上面に接する領域を有する第２の導電体と、
前記第１の導電体の上方の領域及び前記第２の導電体の上方の領域を有する第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体の上方の領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上方の領域を有する第３の導電体と、
前記第１の絶縁体の下方の領域を有する第４の導電体と、を有し、
前記酸化物半導体層は、前記第２のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第３の導電体は、前記酸化物半導体層を介して前記第１の導電体と重なる領域を有し、
前記第３の導電体は、前記第２のトランジスタの第１のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第１の導電体は、前記第２のトランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第４の導電体は、前記容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第２の導電体は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有し、
前記第２のトランジスタのソース電極は、前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有し、
前記第２のトランジスタのドレイン電極は、前記酸化物半導体層の上面に接する領域を有する、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１の絶縁体は、窒素と、シリコンと、を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、インジウムを有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第２のトランジスタの前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、タングステン又はチタンを有する、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、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関す
る。
続きを表示（約 2,100 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。本明細書等で開示する発明
の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発
明の一態様は、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）に関するものである。
【０００３】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指す。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、照明装置、電気光学装置
、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有す
る場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年は、酸化物半導体を用いたトランジスタが注目されている。酸化物半導体膜は、ス
パッタリング法などを用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタに
用いることができる。また、酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動
度を有するため、駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を実現できる。また、非晶質
シリコン膜を用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能である
ため、設備投資を抑えられるメリットもある。
【０００５】
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少ない
ことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタの極めてリーク電流が
少な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（特許文献１参照
。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１２－２５７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、寄生容量の小さいトラ
ンジスタを提供することを課題の一とする。または、周波数特性の高いトランジスタを提
供することを課題の一とする。
電気特性の良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特性の安
定したトランジスタを提供することを課題の一とする。または、消費電力の少ないトラン
ジスタを提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好なトランジスタを提供す
ることを課題の一とする。または、新規なトランジスタを提供することを課題の一とする
。または、これらのトランジスタの少なくとも一つを有する半導体装置を提供することを
課題の一とする。
【０００８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の酸化物半導体と、酸化物半導体
上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体上の第１の導電体と、第１の導電体の側面に隣接する
第３の絶縁体と、酸化物半導体の側面、および第３の絶縁体の側面と接する、第２の導電
体および第３の導電体と、第２の導電体の側面および第３の導電体の側面と接する第４の
絶縁体と、第４の絶縁体、第２の導電体および第３の導電体の上面に接する第５の絶縁体
と、を有する半導体装置である。ここで、第４の絶縁体の上面は概略平坦化される領域を
有し、第２の導電体および第３の導電体の上端の高さは、第４の絶縁体の上端の高さと概
略一致し、第４の絶縁体は、過剰酸素を有し、酸化物半導体は、第１の導電体と重なる第
１の領域と、第１の領域よりも抵抗の低い第２の領域と、を有し、第１の絶縁体および第
５の絶縁体は、第４の絶縁体よりも酸素透過性が低い。
【００１０】
ここで、上記構成において、第３の絶縁体を側壁絶縁層や、側壁絶縁膜、あるいはサイ
ドウォールと呼ぶ場合がある。また、上記構成において、半導体装置は、トランジスタを
有することが好ましく、第１の導電体は、該トランジスタのゲート電極として、第２の導
電体および第３の導電体は該トランジスタのソース電極またはドレイン電極として、第２
の絶縁体は該トランジスタのゲート絶縁体（ゲート絶縁膜、あるいはゲート絶縁層と呼ぶ
場合がある）として、機能することが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許