特許ウォッチ

公開番号2025076480
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2025019432,2023084401
出願日2025-02-07,2015-03-12
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 20250101AFI20250508BHJP()
要約【課題】電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させる酸化物半導体を含むトランジスタを有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置において、第1の絶縁膜108上に設けられるトランジスタ100は、第1の絶縁膜上の酸化物半導体膜110、酸化物半導体膜上のゲート絶縁膜112、ゲート絶縁膜上のゲート電極114、酸化物半導体膜及びゲート電極上の第2の絶縁膜118並びに酸化物半導体膜と電気的に接続されるソース電極及びドレイン電極122a、122bを有し、第1の絶縁膜は、酸素を有し、第2の絶縁膜は、水素を有し、酸化物半導体膜は、ゲート絶縁膜と接する第1の領域110a及び第2の絶縁膜と接する第2の領域110b、110cを有し、第1の絶縁膜は、第1の領域と重なる第3の領域と、第2の領域と重なる第4の領域と、を有し、第4の領域は、第3の領域よりも不純物元素の濃度が高い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタを有する半導体装置であって、
前記トランジスタは、
第１の絶縁膜上の酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜上の領域を有し、且つゲート絶縁膜としての機能を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上のゲート電極と、
前記酸化物半導体膜上及び前記ゲート電極上の領域を有する第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上の第４の絶縁膜と、
前記第４の絶縁膜上の領域を有するソース電極と、
前記第４の絶縁膜上の領域を有するドレイン電極と、を有し、
前記第３の絶縁膜及び前記第４の絶縁膜は第１の開口部を有し、
前記第３の絶縁膜及び前記第４の絶縁膜は第２の開口部を有し、
前記ソース電極は、前記第１の開口部を介して、前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、
前記ドレイン電極は、前記第２の開口部を介して、前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、
前記第１の絶縁膜は、酸素を有し、
前記第３の絶縁膜は、水素を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記第２の絶縁膜と接する第１の領域と、前記第２の絶縁膜と接する第２の領域と、を有し、
前記第１の絶縁膜は、前記第１の領域と重なる第３の領域と、前記第２の領域と重なる第４の領域と、を有し、
前記第４の領域は、前記第３の領域よりも不純物元素の濃度が高い、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、酸化物半導体膜を有する半導体装置及び該半導体装置を有する表示
装置に関する。
続きを表示（約 2,600 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（電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）、または薄膜トランジスタ（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開示されている（特許文献１参照）。また、自己整列ト
ップゲート構造を有する酸化物薄膜のトランジスタを作製する技術が開示されている（特
許文献２参照）。
【０００６】
また、チャネルを形成する酸化物半導体層の下地絶縁層に、加熱により酸素を放出する
絶縁層を用い、該酸化物半導体層の酸素欠損を低減する半導体装置が開示されている（特
許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－１６５５２９号公報
特開２００９－２７８１１５号公報
特開２０１２－００９８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
酸化物半導体膜を有する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
導体膜を有する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、酸化物半導体膜を有するプ
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。
【０００９】
また、酸化物半導体膜をチャネル領域に用いてトランジスタを作製する場合、酸化物半
導体膜のチャネル領域中に形成される酸素欠損は、トランジスタ特性に影響を与えるため
問題となる。例えば、酸化物半導体膜のチャネル領域中に酸素欠損が形成されると、該酸
素欠損に起因してキャリアが生成される。酸化物半導体膜のチャネル領域中にキャリアが
生成されると、酸化物半導体膜をチャネル領域に有するトランジスタの電気特性の変動、
代表的にはしきい値電圧のシフトが生じる。また、トランジスタごとに電気特性がばらつ
くという問題がある。したがって、酸化物半導体膜のチャネル領域においては、酸素欠損
が少ないほど好ましい。一方で、酸化物半導体膜をチャネル領域に用いるトランジスタに
おいて、酸化物半導体膜のソース電極及びドレイン電極と接する領域としては、ソース電
極及びドレイン電極との接触抵抗を低減するために酸素欠損が多く、抵抗が低い方が好ま
しい。
【００１０】
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導
体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の１
つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するプレナー型のトランジスタ
を有する半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様は、酸
化物半導体を有するオン電流が大きいトランジスタを有する半導体装置を提供することを
課題の１つとする。または、本発明の一態様は、酸化物半導体を有するオフ電流が小さい
トランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の
一態様は、消費電力が低減された半導体装置を提供することを課題の１つとする。または
、本発明の一態様は、酸化物半導体を有する占有面積の小さいトランジスタを有する半導
体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装
置を提供することを課題の１つとする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許