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公開番号2025083367
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2025033520,2023183640
出願日2025-03-04,2010-11-25
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 20250101AFI20250523BHJP()
要約【課題】トランジスタなどの半導体素子を有する半導体装置を安価に得ることのできる生
産性の高い作製工程を提供することを課題の一とする。
【解決手段】下地部材上に、酸化物部材を形成し、加熱処理を行って表面から内部に向か
って結晶成長する第1の酸化物結晶部材を形成し、第1の酸化物結晶部材上に第2の酸化
物結晶部材を積層して設ける積層酸化物材料の作製方法である。特に第1の酸化物結晶部
材と第2の酸化物結晶部材がc軸を共通している。ホモ結晶成長またはヘテロ結晶成長の
同軸(アキシャル)成長をさせていることである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電層と、
前記第１の導電層上の領域を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上の酸化物半導体膜と、を有し、
前記第１の導電層は、トランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記絶縁膜は、前記トランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、第１の層と、前記第１の層上の領域を有する第２の層と、を有し、
前記第１の層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記第２の層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記第２の層は、ＺｎをＩｎより多く含み、
前記第１の層と前記第２の層との界面は、前記絶縁膜の表面から離間して設けられており、
前記第２の層は、前記第１の導電層の上面と重なる第１の領域と、前記第１の導電層と重ならない第２の領域と、平面視において前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域と、を有し、
前記第３の領域の表面は、前記第１の領域の表面と平行でなく、
前記第１の領域が有する第１の結晶領域は、非単結晶であり、
前記第２の領域が有する第２の結晶領域は、非単結晶であり、
前記第３の領域が有する第３の結晶領域は、非単結晶である、半導体装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
第１の導電層と、
前記第１の導電層上の領域を有する絶縁膜と、
前記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する第２の導電層と、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する第３の導電層と、を有し、
前記第１の導電層は、トランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記絶縁膜は、前記トランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第２の導電層は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第３の導電層は、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有し、
前記酸化物半導体膜は、第１の層と、前記第１の層上の領域を有する第２の層と、を有し、
前記第１の層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記第２の層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記第２の層は、ＺｎをＩｎより多く含み、
前記第１の層と前記第２の層との界面は、前記絶縁膜の表面から離間して設けられており、
前記第２の層は、前記第１の導電層の上面と重なる第１の領域と、前記第１の導電層と重ならない第２の領域と、平面視において前記第１の領域と前記第２の領域との間の第３の領域と、を有し、
前記第３の領域の表面は、前記第１の領域の表面と平行でなく、
前記第１の領域が有する第１の結晶領域は、非単結晶であり、
前記第２の領域が有する第２の結晶領域は、非単結晶であり、
前記第３の領域が有する第３の結晶領域は、非単結晶である、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の領域の表面は、１μｍ四方のＡＦＭ測定において、高低差が１ｎｍ以下である領域を有する、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、
前記絶縁膜は、第１の酸化珪素層と第１の窒化珪素層との積層である、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、
前記酸化物半導体膜上に、第２の酸化珪素層を有し、
前記第２の酸化珪素層上に、第２の窒化珪素層を有する、半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する平坦化絶縁層と、
前記平坦化絶縁層上の画素電極と、を有し、
前記画素電極は、前記トランジスタと電気的に接続されている、半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する平坦化絶縁層と、
前記平坦化絶縁層上の発光素子と、を有する、半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記酸化物半導体膜上の領域を有する第５の導電層を有し、
前記第５の導電層は、前記トランジスタの第２のゲート電極として機能する領域を有する、半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１の導電層は、走査線として機能する領域を有し、
前記走査線として機能する領域は、第１の方向に延伸し、
前記トランジスタのチャネル長方向は、前記第１の方向である、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ法で積層成膜とその結晶化熱処理を行い、半導体装置の製造に用いら
れる積層酸化物材料に関する。例えば、トランジスタ、ダイオード等の半導体用途に好適
な材料を提供する。また、トランジスタなどの半導体素子で構成された回路を有する半導
体装置およびその作製方法に関する。例えば、電源回路に搭載されるパワーデバイスや、
メモリ、サイリスタ、コンバータ、イメージセンサなどを含む半導体集積回路、液晶表示
パネルに代表される電気光学装置や有機発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載
した電子機器に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【０００２】
なお、本明細書中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
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【背景技術】
【０００３】
半導体材料として、代表的な材料はＳｉであるが、その他にＳｉＣやＧａＮなども開発が
進められている。しかし、これらは１５００℃以上の温度を単結晶部材の処理に必要とし
、薄膜化デバイスまたは三次元化デバイスに用いることができない。
【０００４】
一方、近年、絶縁表面を有する基板上に比較的、低温で形成された半導体薄膜（厚さ数
～数百ｎｍ程度）を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。トランジスタ
はＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッ
チング素子として開発が急がれている。
【０００５】
また、金属酸化物は多様に存在しさまざまな用途に用いられている。酸化インジウムはよ
く知られた材料であり、液晶ディスプレイなどで必要とされる透光性を有する電極材料と
して用いられている。金属酸化物の中には半導体特性を示すものがある。半導体特性を示
す金属酸化物としては、例えば、酸化タングステン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜
鉛などがあり、このような半導体特性を示す金属酸化物をチャネル形成領域とするトラン
ジスタが既に知られている（特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
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】
【０００７】
本発明の一態様は、スパッタ法でトランジスタ、ダイオード等の半導体用途に好適な材料
を提供することを課題の一とする。
【０００８】
また、本発明の一態様は、電界効果移動度が高く、オフ電流が低いトランジスタを提供す
ることを課題の一とする。また、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現し、低消
費電力の半導体装置を提供することも課題の一とする。また、高いトランジスタ性能を有
し、且つ、高い信頼性を有するトランジスタを提供することも課題の一とする。
【０００９】
また、本発明の一態様は、トランジスタなどの半導体素子を有する半導体装置を安価に得
ることのできる生産性の高い作製工程を提供することも課題の一とする。
【００１０】
また、本発明の一態様は、高い信頼性を有するトランジスタを提供することを課題の一と
する。
【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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