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公開番号2025066815
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2025011924,2024066532
出願日2025-01-28,2015-02-03
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 20250101AFI20250416BHJP()
要約【課題】酸化物半導体を用いたプレナー型の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150は、第1の導電膜104a、水素を含む膜を有する第1の絶縁膜102a、酸化物絶縁膜を含む第2の絶縁膜102b、第1の導電膜と互いに重なる第1の領域106、第1の領域を挟む一対の第2の領域107a、107b、ゲート絶縁膜112a及びゲート電極114aを有し、容量素子160は、第1の導電膜が有する材料と同じ材料を含む下部電極104bと、第1の絶縁膜が有する材料と同じ材料を含む第3の絶縁膜102aと、ゲート絶縁膜が有する材料と同じ材料を含む第4の絶縁膜112bと、からなる電極間絶縁膜と、ゲート電極と同じ材料を含む上部電極114bと、を有し、トランジスタ上及び容量素子上には、水素を含む第5の絶縁膜108を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタと、容量素子と、を有し、
前記トランジスタは、第１の導電膜と、前記第１の導電膜上の第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上の第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接する一対の電極と、前記酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して酸化物半導体膜と互いに重なる第２の導電膜と、を有し、
前記第１の絶縁膜は、水素を含む膜を有し、
前記第２の絶縁膜は、酸化物絶縁膜を有し、
前記酸化物半導体膜は、第１の導電膜と互いに重なる第１の領域と、前記第１の領域を挟む一対の第２の領域と、を有し、
前記第１の領域及び前記第２の領域は、不純物元素の濃度が異なり、
前記容量素子は、下部電極と、前記下部電極上の電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上の上部電極と、を有し、
前記下部電極は、前記第１の導電膜が有する材料と同じ材料を含み、
前記電極間絶縁膜は、前記第１の絶縁膜が有する材料と同じ材料を含む第３の絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜が有する材料と同じ材料を含む第４の絶縁膜と、を有し、
前記上部電極は、前記第２の導電膜が有する材料と同じ材料を含み、
前記トランジスタ上の第５の絶縁膜を有し、
前記第５の絶縁膜は、水素を含む膜を有することを特徴とする半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半導体装置、該半導体装置の作製方法、モ
ジュール及び電子機器に関する。
続きを表示（約 2,200 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。または、本発明は、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。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装
置、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法に関する。
【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。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶
装置は、半導体装置の一態様である。撮像装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、電
気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は、
半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタ（薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路
（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トラ
ンジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコンを代表とする半導体材料が広く知られて
いるが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
【０００５】
例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｎなどを含む非晶質酸化物を用い
てトランジスタを作製する技術が特許文献１で開示されている。また、自己整列トランジ
スタを作製する技術が特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００６－１６５５２９号公報
特開２００９－２７８１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物半導体膜を用いたトランジスタとしては、例えば、逆スタガ型（ボトムゲート構
造ともいう）またはプレナー型（トップゲート構造ともいう）等が挙げられる。酸化物半
導体膜を用いたトランジスタを表示装置に適用する場合、プレナー型のトランジスタより
も逆スタガ型のトランジスタの方が、作製工程が比較的簡単であり製造コストを抑えられ
るため、利用される場合が多い。しかしながら、表示装置の画面の大型化、または表示装
置の画質の高精細化（例えば、４ｋ×２ｋ（水平方向画素数＝３８４０画素、垂直方向画
素数＝２０４８画素）または８ｋ×４ｋ（水平方向画素数＝７６８０画素、垂直方向画素
数＝４３２０画素）に代表される高精細な表示装置）が進むと、逆スタガ型のトランジス
タでは、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間の寄生容量があるため、該寄生
容量によって信号遅延等が大きくなり、表示装置の画質が劣化するという問題があった。
また、逆スタガ型のトランジスタの場合、プレナー型のトランジスタと比較して、トラン
ジスタの占有面積が大きくなるといった問題がある。そこで、酸化物半導体膜を用いたプ
レナー型のトランジスタについて、安定した半導体特性及び高い信頼性を有する構造で、
且つ簡単な作製工程で形成されるトランジスタの開発が望まれている。
【０００８】
また、表示装置の画面の大型化、または表示装置の画質の高精細化が進むと、表示装置
の画素に形成されるトランジスタと、該トランジスタに接続される容量素子の構成が重要
となる。容量素子は、画素に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有す
る。容量素子の構成によっては、画素に書き込まれたデータを保持できず、表示装置の画
質が劣化するという問題があった。
【０００９】
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、酸化物半導体を用いた新規な半導体装置を提供す
る。特に、酸化物半導体を用いたプレナー型の半導体装置を提供する、または酸化物半導
体を用いたオン電流が大きい半導体装置を提供する、または酸化物半導体を用いたオフ電
流が小さい半導体装置を提供する、または酸化物半導体を用いた占有面積の小さい半導体
装置を提供する、または酸化物半導体を用いた安定な電気特性をもつ半導体装置を提供す
る、または酸化物半導体を用いた信頼性の高い半導体装置を提供する、または新規な半導
体装置を提供することを課題の１つとする。
【００１０】
なお、上記の課題の記載は、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、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細
書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽
出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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