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公開番号2025066177
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-22
出願番号2025016738,2023165206
出願日2025-02-04,2012-01-19
発明の名称酸化物半導体素子
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 20250101AFI20250415BHJP()
要約【課題】半導体層に結晶性を有する酸化物半導体を用いた、移動度の高い酸化物半導体素
子を提供する。
【解決手段】第1の酸化物半導体膜及び、第1の酸化物半導体膜に接して第1の酸化物半
導体膜よりバンドギャップが大きい第2の酸化物半導体膜の積層構造を有する層を酸化物
半導体層として用いた。これにより、チャネル領域は、第2の酸化物半導体膜と接する第
1の酸化物半導体膜の界面近傍(つまり、バンドギャップが小さい酸化物半導体膜の界面
近傍)に形成される。また、第1の酸化物半導体膜と第2の酸化物半導体膜の界面は、お
互いの未結合手が結合し合っている。このため、第2の酸化物半導体膜と接する第1の酸
化物半導体膜の界面近傍に形成されるチャネル領域では、未結合手による電子トラップな
どに起因した移動度の低下を低減できる。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁表面上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を介して前記酸化物半導体層と重畳するゲート電極と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続された一対のソース電極及びドレイン電極を有し、
前記酸化物半導体層は第１の酸化物半導体膜及び第２の酸化物半導体膜の積層構造を有し、
前記第１の酸化物半導体膜及び前記第２の酸化物半導体膜は結晶性を有し、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間隙が前記ゲート電極と重畳し、
前記第２の酸化物半導体膜は前記ソース電極と前記ドレイン電極の間隙において前記ゲート絶縁層及び前記第１の酸化物半導体膜に挟持され、
前記第１の酸化物半導体膜のバンドギャップ値が前記第２の酸化物半導体膜のバンドギャップ値より小さい、酸化物半導体素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体素子及び半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコンを半導体層として用いたトランジスタなどの半導体素子（以下、シリコン半導体
素子と略記する）は、様々な半導体装置に用いられており、半導体装置を作製する上で必
要不可欠な技術となっている。また、大型の半導体装置を作製するためには、基板として
ガラスなどの大版化に適した材料を用い、半導体層として大面積への形成が可能な薄膜シ
リコンを用いる方法が広く採用されている。
【０００３】
このような薄膜シリコンを用いた半導体素子では、基板の耐熱温度以下で半導体層を形成
する必要があるため、比較的低温で形成することのできるアモルファスシリコンやポリシ
リコンが広く用いられている。
【０００４】
アモルファスシリコンは大面積への成膜が可能であり、比較的安価に且つ簡単な加工で、
均一な素子特性を有する半導体素子を形成できるといった長所を有するため、太陽電池な
どの大面積が必要な半導体装置にて広く用いられている。反面、非晶質構造であるが故に
結晶粒界で電子が散乱されるため、電子の移動度が低いという短所を有している。
【０００５】
この短所を補うため、アモルファスシリコンにレーザ等を照射して局所的に溶解、再結晶
化することで結晶化を行う、触媒元素を用いることで結晶化を行う、といった処理を施し
て移動度を向上させたものがポリシリコンであり、面積及びキャリア移動度を両立する必
要がある液晶ディスプレイなどの半導体装置にて広く用いられている。
【０００６】
これに加え近年では、ポリシリコンの長所である高移動度と、アモルファスシリコンの長
所である均一素子特性とを兼ね備えた新たな半導体層材料として、半導体特性を示す金属
酸化物である酸化物半導体が注目されている。
【０００７】
酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタなどの半導体素子（以下、酸化物半導体素
子と略記する）としては、例えば特許文献１及び特許文献２のように、酸化錫、酸化イン
ジウム、酸化亜鉛などを用いた薄膜型のトランジスタが提案されている。
【０００８】
このように、様々な長所を有する酸化物半導体素子ではあるが、一方で、光照射により閾
値電圧に変化が生じるという現象が起こるため、信頼性に問題があるといえる。この原因
として最近では、酸化物半導体層中の酸素欠損や水素が、光照射による閾値電圧変化に影
響を及ぼしている事が議論されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
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】
【００１０】
上述の問題を解決する方法の一つとして、酸化物半導体層を加熱して結晶化させる方法が
ある。結晶化した酸化物半導体層は非晶質の酸化物半導体層と比較して、金属と酸素の結
合が秩序化しており、金属原子における酸素原子の配位数はほぼ一定となる。このため、
微視的な酸素の欠損が抑制できる。また、結晶化のために行う加熱処理により酸化物半導
体中から水素が脱離し、膜中水素濃度を低減できる。したがって、光照射による閾値電圧
変化を減少させる効果がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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