特許ウォッチ

公開番号2025059912
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023170309
出願日2023-09-29
発明の名称半導体装置
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 30/67 20250101AFI20250403BHJP()
要約【課題】高い信頼性を有する半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置は、ゲート電極と、多結晶構造を有する酸化物半導体層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間のゲート絶縁層と、酸化物半導体層の上のソース電極およびドレイン電極と、を含み、酸化物半導体層は、不純物元素を含む、ソース電極と電気的に接続されるソース領域と、不純物元素を含む、ドレイン電極と電気的に接続されるドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間のチャネル領域と、ソース領域からドレイン領域に向かう第1の方向に沿って延在する第1の縁部を含む、チャネル領域と隣接する第1の領域と、を含み、第1の領域は、ソース領域およびドレイン領域の各々よりも高い電気抵抗率を有し、40℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、3nm/min未満である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ゲート電極と、
多結晶構造を有する酸化物半導体層と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間のゲート絶縁層と、
前記酸化物半導体層の上のソース電極と、
前記酸化物半導体層の上のドレイン電極と、を含み、
前記酸化物半導体層は、
不純物元素を含む、前記ソース電極と電気的に接続されるソース領域と、
前記不純物元素を含む、前記ドレイン電極と電気的に接続されるドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のチャネル領域と、
前記ソース領域から前記ドレイン領域に向かう第１の方向に沿って延在する第１の縁部を含む、前記チャネル領域と隣接する第１の領域と、を含み、
前記第１の領域は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々よりも高い電気抵抗率を有し、
４０℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて前記酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、３ｎｍ／ｍｉｎ未満である、半導体装置。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記ゲート電極は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在し、
前記第１の方向におけるゲート電極の幅は、第１の方向における前記チャネル領域の幅よりも大きい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート電極は、前記第１の領域の全体と重畳する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
平面視において、前記ゲート電極は、前記チャネル領域と重畳する第１の部分を含み、
前記第１の方向における前記第１の部分の第１の幅は、前記第１の方向における前記チャネル領域の幅と略同一である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
平面視において、前記ゲート電極は、前記第１の領域と重畳する第２の部分を含み、
前記第１の方向における前記第２の部分の第２の幅は、前記第１の幅よりも大きい、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
平面視において、前記ゲート電極は、前記第１の領域と重畳する第２の部分を含み、
前記第１の方向における前記第２の部分の第２の幅は、前記第１の幅よりも小さい、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の領域の膜厚は、前記チャネル領域から前記第１の縁部に向かって小さくなる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ソース電極は、前記ゲート絶縁層に設けられる第１のコンタクトホールを介して、前記ソース領域と電気的に接続され、
前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層に設けられる第２のコンタクトホールを介して、前記ドレイン領域と電気的に接続される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記酸化物半導体層は、さらに、前記第１の縁部と反対側の第２の縁部を含む、前記チャネル領域と隣接する第２の領域を含み、
前記第２の領域は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々よりも高い電気伝導度を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の領域は、前記不純物元素を含まない、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】
本発明の一実施形態は、多結晶構造を有する酸化物半導体を用いる半導体装置に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、および単結晶シリコンなどを用いたシリコン半導体膜に替わり、酸化物半導体膜を含む半導体装置の開発が進められている（例えば、特許文献１～特許文献６参照）。このような酸化物半導体膜を含む半導体装置は、アモルファスシリコン膜を含む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。また、酸化物半導体膜を含む半導体装置は、アモルファスシリコン膜を含む半導体装置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】
半導体装置は、高い電界効果移動度を有するだけでなく、高い信頼性を有することも必要である。本発明の一実施形態は、高い信頼性を有する半導体装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極と、多結晶構造を有する酸化物半導体層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間のゲート絶縁層と、酸化物半導体層の上のソース電極と、酸化物半導体層の上のドレイン電極と、を含み、酸化物半導体層は、不純物元素を含む、ソース電極と電気的に接続されるソース領域と、不純物元素を含む、ドレイン電極と電気的に接続されるドレイン領域と、ソース領域とドレイン領域との間のチャネル領域と、ソース領域からドレイン領域に向かう第１の方向に沿って延在する第１の縁部を含む、チャネル領域と隣接する第１の領域と、を含み、第１の領域は、ソース領域およびドレイン領域の各々よりも高い電気抵抗率を有し、４０℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、３ｎｍ／ｍｉｎ未満である。
【０００６】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第１の方向に延在するゲート電極と、第１の方向と交差する第２の方向に延在する第１の縁部および第２の縁部を含む、多結晶構造を有する酸化物半導体層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間のゲート絶縁層と、酸化物半導体層の上のソース電極と、酸化物半導体層の上のドレイン電極と、を含み、記酸化物半導体層は、平面視において、ゲート電極と重畳する第１の領域と、第１の領域と隣接し、不純物元素を含む、第１のコンタクトホールを介してソース電極と電気的に接続されるソース領域と、第１の領域と隣接し、不純物元素を含む、第２のコンタクトホールを介してドレイン電極と電気的に接続されるドレイン領域と、ソース領域によって囲まれる、第１の縁部の一部を含む第２の領域と、ソース領域によって囲まれる、第２の縁部の一部を含む第３の領域と、ドレイン領域によって囲まれる、第１の縁部の一部を含む第４の領域と、ドレイン領域によって囲まれる、第２の縁部の一部を含む第５の領域と、を含み、第１の領域、第２の領域、第３の領域、第４の領域、および第５の領域の各々は、ソース領域およびドレイン領域の各々よりも高い電気抵抗率を有し、４０℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、３ｎｍ／ｍｉｎ未満である。
【０００７】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第１の方向に延在するゲート電極と、第１の方向と交差する第２の方向に延在する第１の縁部および第２の縁部を含む、多結晶構造を有する酸化物半導体層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間のゲート絶縁層と、酸化物半導体層の上のソース電極と、酸化物半導体層の上のドレイン電極と、を含み、酸化物半導体層は、平面視において、ゲート電極と重畳する第１の領域と、第１の領域と隣接し、不純物元素を含む、第１のコンタクトホールを介してソース電極と電気的に接続されるソース領域と、第１の領域と隣接し、不純物元素を含む、第２のコンタクトホールを介してドレイン電極と電気的に接続されるドレイン領域と、を含み、第１の領域は、ソース領域およびドレイン領域の各々よりも高い電気抵抗率を有し、平面視において、第１の縁部から第１のコンタクトホールまでの第１の方向に沿った第１の距離は、第１の領域から第１のコンタクトホールまでの第２の方向に沿った第２の距離よりも大きく、４０℃において主成分としてリン酸を含むエッチング液を用いて酸化物半導体層をエッチングしたときのエッチングレートは、３ｎｍ／ｍｉｎ未満である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の一実施形態に係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係る半導体装置の酸化物半導体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係る半導体装置の酸化物半導体層中のソース領域およびドレイン領域の形成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係る半導体装置の酸化物半導体層中のソース領域およびドレイン領域の形成方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体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の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体層中のソース領域およびドレイン領域の形成方法を示す模式的な断面図である。
本発明の一実施形態の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体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の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体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の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体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の変形例に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の酸化物半導体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係る半導体装置の酸化物半導体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の変形例に係る半導体装置の酸化物半導体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係る半導体装置の酸化物半導体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係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係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係る半導体装置の酸化物半導体層の作製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係る半導体装置の酸化物半導体層の作製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係る半導体装置の酸化物半導体層の作製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係る半導体装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態について、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。説明をより明確にするため、図面は実際の態様に比べ、構成要素の幅、膜厚、および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しない。本明細書と各図において、既出の図に関して前述した構成要素と同様の構成要素には、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。
【００１０】
本明細書等において、基板から酸化物半導体層に向かう方向を「上」または「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」または「下方」という。このように、説明の便宜上、上方または下方という語句を用いて説明するが、基板と酸化物半導体層との上下関係が図示と反対の向きに配置されてもよい。また、「基板上の酸化物半導体層」という表現は、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。上方または下方は、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、半導体装置の上方の画素電極と表現する場合、平面視において、半導体装置と画素電極とが重畳しない位置関係であってもよい。一方、半導体装置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、半導体装置と画素電極とが重畳する位置関係を意味する。なお、平面視とは、基板の表面に対して、垂直な方向から見ることをいう。
（【００１１】以降は省略されています）

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